検出器（無線）

無線において、検出器は変調された無線周波数電流または電圧から情報を抽出する装置または回路である。この用語は、無線の最初の30年間（1888-1918年）に遡る。途切れることのない搬送波で音（オーディオ信号）を送信する現代のラジオ局とは異なり、初期のラジオ局は無線電信によって情報を送信した。送信機のスイッチをオン/オフにして長周期または短周期の電波を生成し、モールス信号でテキストメッセージを綴った。したがって、初期の無線受信機は、無線信号の有無を区別するだけで、モールス信号の「短点」と「長点」を再現することができた。受信回路でこの機能を実行する装置は、検出器と呼ばれていた。^{[1]無線電信の時代には、}コヒーラ、電解検出器、磁気検出器、結晶検出器など、さまざまな検出器デバイスが真空管技術に取って代わられるまで使用されていた。

第一次世界大戦中に振幅変調（AM）の発明によってAM無線電話（音声）の発達が可能になった後、この用語は無線周波数搬送波から音声信号を抽出する復調器（通常は真空管）を意味するようになりました。これが現在の意味ですが、現代の検出器は通常、半導体ダイオード、トランジスタ、または集積回路で構成されています。

スーパーヘテロダイン受信機では、この用語は、入ってくる無線周波数信号を中間周波数に変換する真空管またはトランジスタであるミキサーを指すために使用されることもあります。ミキサーは第 1 検出器と呼ばれ、中間周波数からオーディオ信号を抽出する復調器は第 2 検出器と呼ばれます。マイクロ波およびミリ波技術では、検出器および水晶検出器という用語は、電力またはSWR測定に使用される導波管または同軸伝送線路コンポーネントを指し、通常はポイント コンタクト ダイオードまたは表面バリア ショットキー ダイオードが組み込まれています。

波形のエンベロープは、波形の輪郭を描く曲線です。AM信号のエンベロープは元の信号であるため、 AM 復調技術の主要なカテゴリにはエンベロープ検出が含まれます。

ダイオード検出器は、単純なエンベロープ検出器です。回路の入力と出力の間に接続されたダイオードと、回路の出力からグランドに並列に接続された抵抗器とコンデンサで構成され、ローパス フィルタを形成します。これらのRC 時定数は、エンベロープが下降するときにコンデンサを十分に速く放電できるように小さくする必要があります。一方、フィルタのカットオフ周波数は、搬送波を十分に減衰させるために、搬送波の周波数より十分に低くする必要があります。

包絡線検出器の初期の形態は、水晶受信機で使用されていた水晶検出器でした。水晶ダイオードを使用した後期バージョンは、現在でも水晶ラジオ セットで使用されています。ヘッドセットの周波数応答が制限されているため、RF コンポーネントが除去され、ロー パス フィルターが不要になります。

より高度なエンベロープ検出器には、グリッドリーク検出器、プレート検出器、無限インピーダンス検出器、それらのトランジスタ等価物、およびオペアンプを使用した 高精度整流器が含まれます。

プロダクト検出器は、 AMおよびSSB信号に使用される復調器の一種で、受信信号に搬送周波数(またはそれに近い周波数) の信号を乗算することで元の搬送波信号が除去されます。 包絡線検出器のように信号の包絡線を整流によって復号化波形に変換するのではなく、プロダクト検出器は変調信号と局部発振器の積を取るため、この名前が付けられています。ヘテロダイン化によって、受信信号は (何らかの非線形デバイスで) 局部発振器からの信号と混合され、混合される信号に和周波数と差周波数が与えられます。これは、スーパーヘテロダインの最初のミキサー段が中間周波数(この場合はビート周波数)を生成するのと同じです。低周波変調信号が復元され、不要な高周波数がプロダクト検出器の出力から除去されます。 振幅変調信号の側波帯には、搬送波のすべての情報がその周波数の関数として中心からずれているため、プロダクト検出器は、単純に側波帯を可聴範囲に混合して元の音声が聞こえるようにします。

プロダクト検波回路は、本質的にはリング変調器または同期検波器であり、位相感知検波回路と密接に関連しています。これらは、ダイオードのリングや単一のデュアルゲート電界効果トランジスタなどの単純なものから、ギルバートセルを含む集積回路などの高度なものまで、さまざまな方法で実装できます。プロダクト検波器は、AM 信号と SSB 信号の両方を受信できるため、短波リスナーやアマチュア無線家にはエンベロープ検波器よりも一般的に好まれています。また、ビート周波数発振器を搬送波よりわずかに上または下に調整すると、 CW送信を復調することもできます。

AM検出器は復調できない FM 信号とPM信号はどちらも振幅が一定であるため、AM ラジオはスロープ検出という現象によって FM 放送の音を検出することがあります。この現象は、ラジオが公称放送周波数よりわずかに上または下にチューニングされているときに発生します。ラジオのチューニング カーブの一方の傾斜側で周波数が変化すると、増幅された信号にそれに対応するローカル振幅の変化が生じ、AM 検出器はこれに反応します。スロープ検出では、通常使用される次の専用 FM 検出器に比べて歪みとノイズ除去が劣ります。

位相検出器は、 2 つの振動入力信号間の位相差を表す出力を持つ非線形デバイスです。2 つの入力と 1 つの出力があります。1 つの入力には基準信号が適用され、もう 1 つの入力には位相または周波数変調信号が適用されます。出力は、2 つの入力間の位相差に比例する信号です。

位相復調では、情報は搬送波の位相シフトの量と速度に含まれます。

フォスター・シーリー弁別器^{[2] [3]}は広く使用されているFM検波器です。この検波器は、全波DC整流回路内の2つのダイオードに電力を供給する特殊なセンタータップ付きトランスで構成されています。入力トランスが信号周波数に同調されている場合、弁別器の出力はゼロです。搬送波の偏差がない場合、センタータップ付きトランスの両半分はバランスが取れています。FM信号が搬送波周波数の上下に周波数が変動すると、センタータップ付き二次側の2つの半分の間のバランスが崩れ、周波数偏差に比例した出力電圧が発生します。

比率検出器^{[4] [5] [6] [7]}はフォスター・シーリー弁別器の変形であるが、1つのダイオードが反対方向に導通し、先行するトランスの3次巻線を使用する。この場合の出力は、ダイオード電圧の合計とセンタータップの間で取得される。ダイオード間の出力は大きな値のコンデンサに接続され、比率検出器出力のAMノイズを除去する。比率検出器は、AM信号に反応しないという点でフォスター・シーリー弁別器よりも優れているため、リミッタ段を節約できる可能性があるが、出力は同じ入力信号に対する弁別器の出力の50%にすぎない。比率検出器はフォスター・シーリー弁別器よりも帯域幅が広いが、歪みが大きい。

直交検波器では、受信された FM 信号が 2 つの信号に分割されます。2 つの信号のうちの 1 つは、高リアクタンス コンデンサを通過し、その信号の位相が 90 度シフトされます。この位相シフトされた信号は、FM 信号の変調されていない「中心」または「搬送波」周波数で共振する LC 回路に適用されます。受信された FM 信号の周波数が中心周波数に等しい場合、2 つの信号は 90 度の位相差を持ち、「位相直交」にあると言われます。これがこの方法の名前の由来です。2 つの信号は、位相検波器として機能するアナログまたはデジタル デバイスで乗算されます。つまり、出力が 2 つの信号間の位相差に比例するデバイスです。変調されていない FM 信号の場合、位相検波器の出力は、出力がフィルタリングされた後、つまり時間にわたって平均化された後、一定、つまりゼロになります。ただし、受信した FM 信号が変調されている場合、その周波数は中心周波数から変化します。この場合、共振 LC 回路はコンデンサからの信号の位相をさらにシフトするため、信号の合計位相シフトはコンデンサによって課される 90 度と LC 回路によって課される正または負の位相変化の合計になります。これで位相検出器からの出力はゼロと異なり、このようにして FM 搬送波を変調するために使用された元の信号が復元されます。

上で説明した検出プロセスは、排他的論理和(XOR) ロジック ゲートで、制限された元の FM 信号と、周波数に応じて変化する位相シフトを課すネットワーク( LC 回路など) を通過した信号のコピー(その後も制限される)、または信号の中心周波数にある固定周波数の方形波キャリアを組み合わせることによっても実現できます。XOR ゲートは、2 つの信号間の位相差に対応するデューティ サイクルを持つ出力パルスのストリームを生成します。2 つの入力間の位相差が変化するため、パルス幅変調(PWM) 信号が生成されます。これらのパルスにローパス フィルタを適用すると、パルスが長くなるとフィルタの出力が上昇し、パルスが短くなるとフィルタの出力が下降します。このようにして、FM キャリアの変調に使用された元の信号を復元します。

元の信号の位相シフトバージョンを使用すると、XOR ゲートの入力間の周波数差がゼロのままになり、位相関係に影響を与えないため、結果は周波数復調になります。

固定周波数搬送波の場合、結果は位相復調となり、この場合は元の変調信号の 積分となります。

あまり一般的ではない、特殊な、または時代遅れのタイプの検出器には以下のものがある: ^[8]

• トラヴィス^[9]または公称中心周波数の上下の2つの非相互作用同調回路を使用した二重同調回路弁別器
• 単一のLC同調回路または水晶を使用するワイス弁別器
• 周波数を一定振幅のパルス列に変換し、周波数に正比例する電圧を生成するパルスカウント弁別器。

位相ロック ループ検出器は、復調を行うために周波数選択LC ネットワークを必要としません。このシステムでは、電圧制御発振器(VCO) はフィードバック ループによって位相ロックされ、VCO は入力 FM 信号の周波数変動に追従します。VCO の周波数が変調 FM 信号の周波数に追従するようにする低周波エラー電圧が、復調されたオーディオ出力です。位相ロック ループ検出器は、デジタル同調 AM および FM ラジオで局部発振器周波数を生成するためによく使用される位相ロック ループ周波数シンセサイザーと混同しないでください。

• 猫のひげ検出器
• コヒーラー
• 復調
• 電解検出器
• フォスター・シーリー判別器
• グリッドリーク検出器
• ホットワイヤーバレッター
• 磁気検出器
• プレート検出器
• ティッカー
• チューナー（ラジオ）
• ワンダーリッヒ検出器

• ウィキメディア・コモンズの検出器（無線）に関連するメディア
• FM送信機と受信機の主要回路の簡単なブロック図と説明: [1]