スーパーヘテロダイン方式とは

すーぱーへてろだいんほうしき

受信した信号を、局部発振器(LO)の信号とミキサで混ぜて、一定の中間周波数(IF)に変換してから増幅・復調する受信機の方式。IFでの選択性のよいフィルタで隣のチャネルを取り除ける。LOをはさんで目的の信号と反対側にあるイメージ周波数の信号も同じIFに変換されるので、ミキサの前で取り除く必要がある。

「スーパーヘテロダイン方式」は、1分野の2問の練習問題に出てきます(無線通信の基礎など)。

この用語の分野: 無線通信の基礎

スーパーヘテロダイン方式の練習問題に挑戦

スーパーヘテロダイン受信機で、900 MHzの信号を受信するために、局部発振器(LO)を800 MHzにして100 MHzの中間周波数(IF)に変換している。このとき、同じ100 MHzのIFに変換されてしまうイメージ周波数はどれか。

  1. A700 MHz
  2. B1000 MHz
  3. C1700 MHz
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正解:A. 700 MHz

ミキサの出力のうち差の周波数を使うので、LOとの差が100 MHzになる信号は、すべて100 MHzのIFに変換されます。これを満たすのは、目的の900 MHzと、LOをはさんで反対側の700 MHzで、後者をイメージ周波数と呼びます。イメージ周波数の信号はIFに変換した後では区別できないので、ミキサの前のフィルタ(イメージ除去フィルタ)で取り除くか、イメージ除去ミキサを使います。IFを高くすると、イメージ周波数が目的の信号から離れ、ミキサの前のフィルタで取り除きやすくなります。

局部発振器(LO)の周波数を受信する信号と同じにして、中間周波数を経ずに直接ベースバンドに変換するダイレクトコンバージョン受信機の、スーパーヘテロダイン受信機と比べた説明として、適切なものはどれか。

  1. A中間周波数を使わないので、イメージ周波数の問題が大きくなり、高い性能のイメージ除去フィルタが必要になる
  2. B周波数の変換を2回以上行うので、回路が複雑になり、CMOSのチップに集積しにくい
  3. CIF用の外付けのフィルタが要らず集積しやすい一方、LOの信号の漏れが自分自身と混ざって生じる直流のずれ(DCオフセット)や、低い周波数の1/f雑音の影響を受けやすい
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正解:C. IF用の外付けのフィルタが要らず集積しやすい一方、LOの信号の漏れが自分自身と混ざって生じる直流のずれ(DCオフセット)や、低い周波数の1/f雑音の影響を受けやすい

ダイレクトコンバージョン受信機(ゼロIF受信機)は、LOを受信する周波数に合わせ、同相(I)と直交(Q)の2つのミキサで直接ベースバンドに変換します。IとQの2系統で正と負の周波数を区別できるので、別の周波数のイメージ信号が混じる問題がなく、IF用のフィルタも要らないため、CMOSで1チップに集積しやすく、携帯電話などのトランシーバで広く使われています。一方、LOの信号がアンテナ側に漏れて自分自身と混ざると直流の成分(DCオフセット)が生じ、ベースバンドの信号と区別しにくくなります。また、変換後の信号が直流付近にあるので、トランジスタの1/f雑音や、IとQの経路のばらつき(IQ不平衡)の影響も受けやすくなります。

「スーパーヘテロダイン方式」が出てくる問題(2問)

  1. スーパーヘテロダイン受信機で、900 MHzの信号を受信するために、局部発振器(LO)を800 MHzにして100 MHzの中間周波数(IF)に変換している。このとき、同じ100 MHzのIFに変換されてしまうイメージ周波数はどれか。
  2. 局部発振器(LO)の周波数を受信する信号と同じにして、中間周波数を経ずに直接ベースバンドに変換するダイレクトコンバージョン受信機の、スーパーヘテロダイン受信機と比べた説明として、適切なものはどれか。

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