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2011年12月20日 (火)

イメージのはなし

イメージとは
 ここでは 映像の Image でなく、一度中間周波数(IF)に変換して受信する、スーパーヘテロダイン受信機に特有な希望波以外に受信してしまう周波数のことをイメージ周波数と呼んでいます。
ハード的には
Mixer_2
 右図は CB トランシーバーの周波数を例にとったスーパーヘテロダインの周波数構成を示しています。
中間周波( IF )を 10.7MHz としたときに、 27MHzを受信したい場合、局部発振周波数( Local )は 上側に選択する場合10.7MHz +27MHz = 37.7MHzとなります。この場合にイメージ周波数は Local 周波数に対して受信周波数と反対側 IF 周波数離れたところに現れます。これは IF 周波数にミックスダウンする場合に Local 37.7 MHZ -27MHz = 10.7MHz となる他に 48.4MHz - 37.7MHz = 10.7MHZ ともミックスダウンされるからで、受信機の入力段での周波数選択能力( BPF )が弱いと少し強い信号なら受信してしまうからです。
 また、下側の Localの場合は 27MHz-10.7MHz = 16.3MHzとなり、イメージ周波数は 5.6MHz となります。こちらのほうがBPF 的には減衰量が多く取れること、Localの周波数が低いので高性能なトランジスタや PLL を使わずに済み、コストダウンが図れますので、この周波数関係がCB帯では多く使われました。
 しかしながら、低い周波数では強力な短波ラジオ信号があったりして、広帯域な信号を受信するには不都合で、例えば HF帯 ( 1.8MHz〜28MHz )まで連続カバーするような受信機ではイメージ周波数が時として強力な信号に出くわしたりしますし、広帯域をカバーするには多くのLocal発信器を切り替えて構成する必要がありました。そこで、技術の進歩に伴いIF周波数を50MHz程度に一気に高くとることで、Local周波数は 51.8MHz〜78MHzと1つのVCOで発振可能になり、イメージ周波数も右図のように 27MHzを受信する時には104MHzと十分離れた周波数にすることで、実現可能な入力段の選択能力で設計できるようになりました。
ソフト的には
高いIF周波数の採用で周波数切り替えがいらなくなりトランシーバーの設計は楽になるかと思いましたが、やはりそれだけではありませんでした。実は入力を広帯域にしたままですと、希望信号以外の強力な信号が入ってくると、高周波段やミキサー段が飽和して希望信号の感度が下がってしまう「抑圧現象」や「3次歪みによるスプリアス受信」が起きてしまいます。そこで、トランシーバー各社は入力段にフィルターを入れて、必要な周波数帯域のBPFを切り替える回路構成をとったのです。高性能を追求するとやはり必要なものはなかなか省けないものですね。


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