□ H19年12月期 B-04  Code:[HF0603] : スーパーヘテロダイン受信機の影像周波数混信の発生原理とその軽減法
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2022年
12/31 12月期問題頁掲載
09/01 08月期問題頁掲載
05/14 04月期問題頁掲載
H1912B04 Counter
無線工学 > 1アマ > H19年12月期 > B-04
B-04 次の記述は、スーパヘテロダイン受信機における影像周波数妨害の発生原理とその対策について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句を下の番号から選べ。
(1) 局部発振周波数fL が受信周波数fRよりも中間周波数fiだけ高い場合は、[ア]=fiとなる。一方、fLより更にfiだけ高い周波数fUの到来電波は、[イ]の出力において、[ウ]=fiの関係が生じて同じ中間周波数fiができ、影像周波数の関係となって、希望波の受信への妨害となる。
(2) 局部発振周波数fLが受信周波数fRよりも中間周波数fiだけ低い場合、影像周波数妨害を生ずるのは、周波数fU= [エ]のときである。
(3) 影像周波数妨害を軽減するためには、中間周波数を高く選び、[オ]の選択度を向上させるなどの対策が有効である。
 fU−fL  検波器  fL−fU  fL+fi  高周波増幅器
 fR−fL  周波数変換器  fL−fi  fL−fR 10 局部発振器

 スーパーヘテロダインに特有の「影像周波数妨害」。「えいぞう」を「映像」と書いてしまうと、テレビの妨害になってしまいますからご注意を。「影像」を英語でいうと、イメージ周波数妨害となります。アンテナなどで出てくる「電気影像」と同じですね。この妨害が起こる原理は簡単ですので、対策とともにマスターしてしまいましょう。

[1]影像周波数妨害はなぜ起こるのか?

 まずは、影像周波数妨害がなぜ起こるのか、確認しておきましょう。いろいろと周波数が出てきますから、それぞれの周波数の高い低いの関係をよく掴んで下さい。
 Fig.HF0603_aに、スーパーヘテロダイン方式のブロック図と各周波数の高低の関係を示します。
 高周波増幅段(以下、RF段)は通常アンテナから入ってきた信号をそのまま増幅します。局発(局部発振器、以下、LO)では、受信したい周波数fRとの差の絶対値が中間周波数fiになるような周波数fLを発生します。
 RF段の出力とLOの信号とを周波数変換部(混合器、ミキサ)に加えると、両者の和(fR+fL)と差(の絶対値|fR−fL|)の周波数が同時に得られます。このうち、和の周波数は、使いません。
Fig.HF0603_a 影像周波数混信の起こる原理
Fig.HF0603_a
影像周波数混信の起こる原理
 変換部の出力が一定の周波数fiになってくれないと、後段で処理(検波など)ができないからです。中間周波数増幅段(以下、IF段)は、fiにのみ選択性を持たせた増幅段です。これ以外の周波数はフィルタでカットしてしまいます。すると、
 fL−fR=fi …(1)
の関係が成り立つ入力信号fRが受信機から聞こえてくることになります。ところが、このままでは不都合が生じます。今、アンテナには希望の信号fRと同時に、
 fU=fL+fi …(2)
となる信号fU(但し、fL<fU)が入感していたとしたらどうでしょうか。(2)式を変形すると、
 fU−fL=fi …(3)
が成り立ちますから、これも、ミキサの出力としては、希望の信号fRと同じ周波数になり、IF段で増幅されてしまいます。このfUの信号を、「妨害波」と呼ぶことにします。
 簡単に書くと、これがイメージ混信の起こる原理です。この現象は数式で説明できる原理的なものであって、高価な素子を使ったからといって防げるものではありません

[2]影像周波数妨害の解決法

 では、影像周波数の不要波を取り除くにはどうしたらよいでしょうか? IF段の入力に高価な狭帯域フィルタを入れても防げません。妨害波と信号波はIF段に入ってくるところで、同じ周波数だからです。もう一度式(1)と式(3)をよく見てみましょう。両者を加算すれば、
 fU−fR=2fi …(4)
です。これはFig.HF0603_aのグラフを見ても、直感的に分かりますね。
 アマチュアの場合、周波数の指定がバンドなので、RF段はIF段に比べて広帯域に設計しますが、そのためにイメージ混信が発生しやすいわけです。ならば、(4)式から、iを高く取ったらどうでしょう? こうすれば、妨害波fUと信号波fRは周波数が離れてくれます。Fig.HF0603_a下段右のグラフでは、fiを2倍に取り、RF段の帯域を狭くしたケースを想定しています。このようにすれば、イメージ混信を起こす周波数の信号はRF段で増幅されなくなりますから、除去することができます。
 要するに、中間周波数を高く取って影像周波数を高周波増幅の帯域外に出してしまうことで、影像周波数混信を避けよう、というわけです。このため、中間周波数を高く取ることが影像混信の解決策の一つとなります。

それでは、解答に移ります。
 …fL>fRですから、スーパーヘテロダイン方式では9 fL−fR=fiです
 …周波数が変換された後のことを言っているので、7周波数変換器です
 …妨害となる影像信号のことですから、1 fU−fLです
 …fR>fLの時に影像混信を生じる周波数は8 fL−fiです
 …影像周波数妨害を軽減するためには5高周波増幅器の選択度を向上させます
となります。