キャプチャ効果

無線受信機において、キャプチャ効果とは、受信時に受信機の通過帯域内で受信される2つ以上の信号のうち、より強い信号のみが復調される現象です。したがって、キャプチャ効果は、十分な距離分離を設けることで同一周波数の周波数再利用を可能にします。例えば、AMキャプチャ効果はAM (R)S（航空移動(R)サービス）におけるAM通信で、あるいはFMキャプチャ効果のためにFM-BC送信機間で利用されます。また、キャプチャ効果により、地形や建物などによる強い反射が存在する空港において、2周波数ILSローカライザー（ILS-LOC）およびILSグライドパス（ILS-GP）送信機が動作することが可能になります。

捕捉効果の一種は、エドウィン・アームストロングが周波数変調に関する初期の研究で観察した。1936年にIREに提出した論文で、彼は、望ましくない信号が目的の信号の強度の約半分を超えない限り、ある広帯域FM信号が同じ周波数の別の信号からの干渉を抑制できることを報告した。これはAMシステムよりもかなり高い干渉閾値を示している。^{[ 1 ]}

キャプチャ効果とは、受信機のリミッター（存在する場合）において、弱い信号が増幅されずに減衰される際に、弱い信号が完全に抑制される現象を指します。FM通信では、キャプチャ効果は、受信機で振幅ノイズを抑制するために使用される非線形リミッター段によって生じます。その結果、同一チャネル信号が2つ存在する場合、受信機は弱い信号を大幅に抑制しながら、強い信号を復調します。^{[ 2 ]} 両方の信号の強度がほぼ等しい場合、または独立してフェージングしている場合、受信機は一方の信号から他方の信号へと急速に切り替わり、フラッターが発生することがあります。

キャプチャ効果は、信号リミッタで発生する場合もあれば、信号リミッタを必要としない回路の場合は復調段階で発生する場合もある。 ^{[ 3 ]}無線受信回路の種類によっては、キャプチャ効果が強いものもある。受信機が同じ周波数の2番目の信号をどれだけうまく除去できるかを示す尺度は、キャプチャ比と呼ばれる。これは、弱い信号が抑制されるような2つの信号の電力の最小比として測定される。

キャプチャ効果現象は、1939年2月1日より前に、試験送信を行っていたゼネラル・エレクトリック社の技術者によって報告されました。ニューヨーク州オールバニーとスケネクタディにそれぞれ15マイル（24km）離れた場所に設置された2つの実験用FM局は、受信にどのような影響があるかを調査するために、同じ周波数で送信するように構成されました。その結果、2つの局間の経路の大部分で、一方の信号しか聞こえず、もう一方の信号は完全に消えてしまうことが判明しました。この効果は、強い信号が弱い信号の約2倍の強さである場合に発生すると結論付けられました。^{[ 4 ]}これは、振幅変調信号の場合とは大きく異なりました。振幅変調信号の場合、放送局の一般的な基準では、不快な干渉を避けるために、強い信号は弱い信号の約20倍でなければなりませんでした。このようにキャプチャ効果により、同一チャネルのFM放送局は、AM放送局よりも互いにやや近い場所に設置しても、相互干渉を引き起こすことなく運用できるようになりました。

AM（振幅変調）送信機が同じ中心周波数を共有する場合、弱い方の信号はビート周波数という形で歪みを生じさせるか、あるいは両方の信号が完全に干渉し合います。変調されていない搬送波のみを受信または受信機に加える場​​合（例えば、BFO（ビート周波数発振器）を使用する場合）、2つの搬送波周波数の周波数オフセットを持つビート音が聞こえます。

搬送波周波数間に、両方の送信機で使用される最高変調周波数の合計以上の周波数オフセットを導入することで、ビート周波数の発生を排除できます。たとえば、最高変調周波数が 2.4 kHz の場合、両方の搬送波間の最小周波数オフセットは 4.8 kHz (=2 x 2.4 kHz) になります。

捕捉効果は、ヨーロッパにおいて航空交通管制（ ATC）下で飛行する航空機に対し、単一の送信所ではカバーできない広大なATCセクター内で通信​​を提供するために、118MHz～137MHz帯の航空VHF通信で積極的に利用されている。広大なATCセクターでは、そのエリア内で継続的な通信を提供するために最大5つの送信所が必要となる。送信所は戦略的に配置され、空間上のどの地点においてもすべての送信所からの信号が同時に受信されないように設計されている。

空港での計器着陸システムローカライザー(ILS-LLZ) および計器着陸システムグライドパス(ILS-GP)の運用は、地形や建物などによる強い反射のため、しばしば不可能です。この解決策により、2 周波数 ILS-LOC および ILS-GP が開発されました。 ^{[ 5 ]} 2 周波数 ILS システムは、50 kHz 幅の ILS-LLZ チャネルの公称中心周波数の上下に中心を置いた、少なくとも 5 kHz、最大 14 kHz の周波数オフセットを持つ追加の搬送周波数を使用します。^{[ 6 ] No. 3.1.3.2.1}両方の信号は、部分的にのみ重なる 2 つの独立したアンテナパターンで放射されます。ILS-LLZ のコース信号は、最大 25 NM の範囲を提供するためにより高いEIRPを持ち、ILS ローカライザー信号のクリアランスのために 10 NM ～ 17 NM の範囲を提供するためにより低い EIRP を持ちます。困難な地形や天候の影響に対しては、2f ILS-GP が使用されます。^{[ 7 ]} 2周波数ILS-LOCおよびILS-GPはICAO標準精密進入システムであり、ICAO附属書10で世界的に使用するために標準化されている。^{[ 6 ]}

AM受信機は、受信帯域内で復調に十分な強度を持つ搬送波とその側波帯を復調し、音声ミックスを生成します。ただし、搬送波周波数が、両方の送信機で使用される最高変調周波数の合計によって分離されていない場合に限ります。例えば、BFO（ビート周波数発振器）を使用して、変調されていない搬送波のみが受信または受信機に追加された場合、結果として得られるトーンは、2つの搬送波周波数間の周波数オフセットになります。 ^{[ a ]}

デジタル変調方式においては、適切に実装されたオンオフキーイング／振幅シフトキーイングシステムの場合、同一チャネル除去性能は周波数シフトキーイングシステムよりも優れていることが示されている。

• 近距離・遠距離問題

• FMリミッターとキャプチャーレシオ、ディートマー・ルドルフ著