ビート周波数発振器

無線受信機において、ビート周波数発振器（BFO）は、モールス信号無線電信（CW）送信から可聴周波数信号を生成するために使用される専用発振器である。BFOからの信号は受信信号と混合され、スピーカーからトーンとして聞こえるヘテロダインまたはビート周波数を生成する。BFOは、送信機で抑制された搬送波を基本的に復元することにより、単側波帯（SSB）信号を復調して理解可能にするためにも使用される。BFOは、短波リスナー向けに設計された通信受信機に組み込まれることがあるが、CWおよびSSB信号を受信することが多いアマチュア無線の通信受信機にはほとんど必ずといっていいほど搭載されている。^[1]

ビート周波数発振器は、1901 年にカナダの技術者Reginald Fessendenによって発明されました。彼が「ヘテロダイン」受信機と呼んだものは、ヘテロダイン原理の最初の応用でした。

連続波(CW) 無線送信は、​​無線電信、ワイヤレス電信 (W/T) 、またはオンオフキーイングとも呼ばれ、国際電気通信連合によって送信タイプ A1Aとして指定されています。情報は、モールス信号でテキストメッセージを表す変調されていない無線搬送波のパルスによって送信されます。「短点」と「長点」または「短点」と「長点」と呼ばれる、長さの異なる搬送波パルスは、オペレータが電信キーと呼ばれるスイッチを使用して送信機のオン/オフをすばやく切り替えることで生成されます。最初のタイプの送信は、スパークを使用して生成されました。これは、スパークが 1 秒間に約 1000 回 (電信キーが押されたとき) 発生するためです。結果として生じる減衰波 (ITU クラス B) は、ダイオード検出器とスパークレートトーンとしてイヤホンを使用する基本的な水晶セットで受信できます。連続無線周波数搬送波のストリームを作成できる真空管送信機が導入されて初めて、BFO が必要になりました。代替案としては、搬送波を約 800 Hz の音声トーンで変調し、変調された搬送波をキーイングして受信機内の基本的なダイオード検出器を使用できるようにするというもので、この方法は 2000 年まで中周波 (MF) 海洋通信 (送信タイプ A2A) に使用されていました。真空管を使用した無線送信は、​​1920 年以降、海上で火花送信機に取って代わり始めましたが、1950 年まで廃止されませんでした^[要出典]。

搬送波のパルスには音声変調がないため、AMラジオ受信機で受信された CW 信号は単に「クリック」音のように聞こえます。搬送波のパルスが受信機内の通常の静的な大気の「ヒス」音をブロックするほど強い場合、CW 信号は BFO なしでも無音の「パルス」として聞こえることがあります。ただし、これは信頼性の高い受信方法ではありませんでした。受信機で搬送波のパルスを聞こえるようにするために、ビート周波数発振器が使用されます。BFO は無線周波数 電子発振器であり、受信機の中間周波数f _IFからオフセットされた周波数f _{BFOで一定の​​正弦波を生成します。この信号は、受信機の 2 番目の検出器 (}復調器) の前で IF と混合されます。検出器では、2 つの周波数が加算および減算され、それらの差で 可聴範囲のビート周波数(ヘテロダイン)が生成されます。f _audio = | f _IF - f _BFO | これは、受信機のスピーカーでトーンのように聞こえます。搬送波のパルスの間にはビート周波数が生成されますが、パルスの間には搬送波がないので音は生成されません。したがって、BFO はモールス信号信号の「短点」と「長点」を聞こえるようにし、スピーカーから異なる長さの「ビープ音」のように聞こえます。モールス信号を知っているリスナーは、この信号を解読してテキスト メッセージを取得できます。

最初の BFO は、1910 年代から 1920 年代にかけて初期の同調無線周波数(TRF) 受信機で使用されており、放送局の搬送周波数に合わせてビートを刻んでいました。ラジオを別の放送局の周波数に同調させるたびに、BFO 周波数も変更する必要があったため、BFO 発振器は受信機がカバーする周波数帯域全体にわたって同調可能である必要がありました。

スーパーヘテロダイン受信機では、異なる放送局の異なる周波数がすべてミキサーによって同じ中間周波数(IF)に変換されるため、IF でビートする現代の BFO は一定の周波数のみを持つ必要があります。AM やFMなどの他の種類の信号を受信するときに、BFO が不要な場合はオフにするスイッチがある場合があります。また、通常、フロントパネルには BFO の周波数を調整するためのノブがあり、オペレーターの好みに合わせて小さな範囲でトーンを変更します。

受信機はモールス信号に同調しており、受信機の中間周波数( IF ) はf _IF = 45000 Hz です。つまり、短点と長点は 45000 Hz 信号のパルスとなり、聞き取れない状態になります。

聞き取れる音にするには、周波数をオーディオ範囲（たとえばf _audio = 1000 Hz）にシフトする必要があります。これを実現するには、望ましい BFO 周波数はf _BFO = 44000 または 46000 Hz です。

周波数f _IFの信号が受信機の検波段で BFO 周波数と混合されると、他の 2 つの周波数、つまりヘテロダイン| f _IF − f _BFO | と | f _IF + f _BFO | が生成されます。差周波数f audio ₌ | f _IF − f _{BFO | = 1000 Hz は}ビート周波数とも呼ばれます。

もう 1 つの合計周波数( F _if + F _bfo ) = 89000 または 91000 Hz は不要です。これは、ラジオのスピーカーなどのローパス フィルターによって除去できます。ラジオのスピーカーは、このような高い周波数では振動しません。

f _BFO = 44000 または 46000 Hz は、目的の 1000 Hz ビート周波数を生成し、どちらも使用できます。

BFO周波数を44000Hz（または46000Hz）付近で変化させることで、リスナーは出力オーディオ周波数を変化させることができます。これは、送信機と受信機のチューニングの小さな差を修正するのに役立ち、特に単側波帯（SSB）音声のチューニングに役立ちます。BFOによって生成された波形は、受信機のミキサーステージでIF信号に対してビートします。局部発振器またはビート周波数発振器のドリフトは、受信オーディオのピッチに影響を与えるため、安定した発振器が使用されます。^[2]

単側波帯受信の場合、BFO周波数は、使用される側波帯に応じて受信機の中間周波数より上または下に調整されます。^[1]

ビート周波数発振器の別の形式は、調整可能なオーディオ周波数信号発生器として使用されます。安定した水晶制御発振器からの信号は、調整可能な発振器からの信号と混合され、オーディオ範囲の差が増幅され、信号発生器の出力として送信されます。水晶と、必要なオーディオ周波数よりも高い調整可能な周波数を使用することで、可変発振器の小さな調整で広い調整範囲を得ることができます。^[3]ビート周波数発振器は歪みの少ない出力を生成できますが、一定の出力周波数を維持するには、2 つの発振器が非常に安定している必要があります。^[4]

• 「無線電話」、NEETS、モジュール 17 - 無線周波数通信の原理。Integrated Publishing、電気工学トレーニング シリーズ。
• 「音声モード」、ARRL。