□ H20年04月期 A-09  Code:[HD0401] : リング変調回路の構成と、変調出力の特性
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更新履歴
2018年
12/09 12月期問題頁掲載
08/16 08月期問題頁掲載
08/03 04月期問題頁掲載
H2004A09 Counter
無線工学 > 1アマ > H20年04月期 > A-09
A-09 次の記述は、図に示す変調回路について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。
(1) この回路は平衡変調器に用いられ、[A]変調回路とも呼ばれる。
(2) 信号波入力端子から周波数fSの信号波を、搬送波入力端子から周波数fCの搬送波を同時に加えると、出力端子には周波数fC+fSと[B]が現れ、fSと[C]は現れない。

周波数 C−fS C
周波数 C+2fS C−fS
リング C+3fS C−fS
リング C+2fS C−fS
リング C−fS C
問題図 H2004A09a
Fig.H2004A09a

 最近のデジタル的な無線機では、こういったアナログ的な歪やフィルタを使った変調回路は見られなくなったようですが、動作原理としては面白い智恵が盛り込まれていて勉強するに値します。

[1]リング変調回路の動作原理1 信号波と搬送波は出て来ない

 図の変調回路は、リング変調回路、またの名を二重平衡変調器(ダブルバランスドミキサ;DBM)といいます。リング変調回路というのは、ダイオードが輪のように接続されているのが名前の由来だと思います。二重平衡変調器の方は後でご説明します。これと似ているものに、電源に用いられるダイオードブリッジがありますが、ダイオードの向きが違います。御注意下さい。
Fig.HD0401_a 二重平衡変調器の動作原理
Fig.HD0401_a
二重平衡変調器の動作原理
 では、この回路の動作を見て行きましょう。いろいろと信号の流れがごちゃごちゃしていて見づらいですが、Fig.HD0401_aを参照します。
(1) 信号波
 始めに信号波ですが、一番左の端子から入力します。青い線の矢印を追っていって見て下さい。まず、ノードAが正の方向の起電力が生じた場合、青の実線(AQRSCBA)のように電流が流れます。つまり、信号波はダイオードでショートされた状態になっていて、出力側に現れません
 逆に、ノードCが正の方向の起電力が生じた場合、青の点線(CSPQABC)のように流れます。この場合も前記と同様に、信号波はダイオードでショートされ、出力側に現れません。
(2) 搬送波
 次に、搬送波は下の端子から入力します。赤い矢印を追っていって見て下さい。
 まず、ノードBが正の方向の起電力が生じた場合、電流は二手に分かれ、赤の実線(BAQRZYとBCSPXY)のように電流が流れます。出力側のトランスでは、センタータップの上下で逆電流が流れるため、搬送波は出力側に現れません。
 逆に、ノードYが正の方向の起電力が生じた場合も同様に、二手に分かれた赤の点線(YXPQABとYZRSCB)のように流れます。この場合も前記と同様に、搬送波はトランスでキャンセルされ、出力側に現れません

[2]リング変調回路の動作原理2 非線形性で変調波を得る

 このように、信号波も搬送波も単独で入力したのでは出てきません。このため、「二重」平衡変調器というわけです。でも、これでは出力に何も出てきません。どうしてこれが「変調器」として機能しうるんだ!というと、その鍵は半導体素子(この場合はダイオード)の「非線形性」にあります。非線形性というと難しく聞こえますが、要するにひずみです。
 オーディオアンプでもHFの1 [kW]のリニアアンプでもそうですが、ある信号を入れてやると、出力は必ず少しはひずみます。特に、fcという正弦波と、fsという周波数の正弦波(普通はfc≫fs)の2信号(正弦波)を同時に入れてやると、単なる和の項と同時に積の項が生じ、その積の方にはfc+fsとfc−fsという2成分のひずみ(混変調ひずみ)が出力されます。これがすなわち両側波帯です。
 詳しい計算は専門書に出ていますので、興味のある方は挑戦していただきたいのですが、このひずみによる電流(両側波帯)は、緑色の矢印のように生じるため、出力トランスでは打ち消されずに出てきます
 この変調器で得られるのはDSBですから、SSBを得るには上側又は下側の側波帯のみを通過するフィルタを、この変調器の後段に設けます
 この変調器の特徴としては、
・能動素子がないので電源が不要(半面、変調波レベルが低いので増幅が必要)
可逆的、つまり復調(変調波と搬送波から信号波が得られる)にも使える
という点が挙げられます。特に2つ目の特徴は、この変調器をトランシーバとして送受信に共通に使えるため、コストダウンや軽量化に役立ちます。

それでは、解答に移ります。
 …この変調回路は、リング変調回路とも呼ばれます
 …出力に現れるのは両側波帯で、もう一方はC−fSです
 …出力にはfscは現れません
となりますから、正解はと分かります。