ラジオ受信機

無線通信において、無線受信機は、受信機、ワイヤレス、または単にラジオとも呼ばれ、電波を受信し、それによって運ばれる情報を使用可能な形式に変換する電子デバイスです。アンテナと一緒に使用されます。アンテナは電波（無線周波数の電磁波）を傍受し、受信機に適用される小さな交流電流に変換します。受信機は必要な情報を抽出します。受信機は、電子フィルターを使用して、アンテナが拾った他のすべての信号から必要な無線周波数信号を分離し、電子増幅器を使用して信号の電力を増幅してさらに処理し、最後に復調によって必要な情報を復元します。

ラジオ受信機は、ラジオを使用するすべてのシステムに不可欠なコンポーネントです。受信機によって生成される情報は、音声、ビデオ（テレビ）、またはデジタルデータの形式です。^[1]ラジオ受信機は、独立した電子機器の場合もあれば、別のデバイス内の電子回路の場合もあります。ほとんどの人にとって最も馴染みのあるラジオ受信機は、放送ラジオ受信機です。これは、ラジオ放送局から送信される音声を再生し、歴史的に最初の大量市場向けラジオアプリケーションです。放送受信機は一般に「ラジオ」と呼ばれます。ただし、ラジオ受信機は、テレビ、携帯電話、無線モデム、電波時計、その他の通信コンポーネント、リモートコントロール、無線ネットワークシステムなど、現代のテクノロジーの他の分野でも広く使用されています。

最もよく知られているラジオ受信機は、放送受信機（単にラジオと呼ばれることが多い）で、地元のラジオ局から送信される一般向けの音声番組を受信します。音声は、ラジオのスピーカーまたはラジオのジャックに差し込むイヤホンによって再生されます。ラジオには電力が必要です。電力は、ラジオ内の電池または電源コンセントに差し込む電源コードによって供給されます。すべてのラジオには、音声の音量を調節するボリューム コントロールと、受信するラジオ局を選択するための何らかの「チューニング」 コントロール があります。

変調とは、無線搬送波に情報を追加するプロセスです。

アナログラジオ放送システムでは、AM と FM の 2 種類の変調が使用されます。

振幅変調(AM)では、無線信号の強度は音声信号によって変化します。AM放送は、長波範囲では 148 ～ 283 kHz 、無線スペクトルの中周波(MF) 範囲では 526 ～ 1706 kHz のAM 放送帯域で許可されています。AM 放送は、国際長距離放送に使用される約 2.3 ～ 26 MHz の短波帯域でも許可されています。

周波数変調(FM)では、ラジオ信号の周波数はオーディオ信号によってわずかに変化します。FM放送は、超短波(VHF) 範囲の約 65 ～ 108 MHz のFM 放送帯域で許可されています。正確な周波数範囲は国によって多少異なります。

FMステレオラジオ局はステレオ音声（ステレオ）で放送し、左右のマイクを表す2つのサウンドチャンネルを送信します。ステレオ受信機には、2つの別々のチャンネルを再生するための追加回路と並列信号パスが含まれています。対照的に、モノラル受信機は、左チャンネルと右チャンネルの組み合わせ（合計）である単一のオーディオチャンネルのみを受信します。^{[2] [3] [4]} AMステレオ送信機と受信機は存在します が、FMステレオほど普及していません。

最近のラジオのほとんどは AM と FM の両方のラジオ局を受信でき、受信するバンドを選択するスイッチが付いています。これらはAM/FM ラジオと呼ばれます。

デジタルオーディオ放送（DAB）は、1998年に一部の国でデビューした高度なラジオ技術であり、地上ラジオ局からの音声をAMやFMのようなアナログ信号ではなくデジタル信号として送信します。DABの利点は、FMよりも高品質のサウンドを提供できる可能性があること（多くの局はそれほど高品質の送信を選択しないが）、無線ノイズや干渉に対する耐性が高く、希少な無線スペクトル帯域幅をより有効に活用し、電子番組ガイド、スポーツ解説、画像スライドショーなどの高度なユーザー機能を提供できることです。欠点は、以前のラジオと互換性がないため、新しいDAB受信機を購入する必要があることです。2017年現在、38か国がDABを提供しており、2,100の局が4億2千万人の聴取エリアにサービスを提供しています。米国とカナダはDABを実装しないことを選択しました。

DAB ラジオ局は AM や FM 局とは仕組みが異なります。DAB 局 1 局が 1,500 kHz の広い帯域幅の信号を送信し、リスナーが選択できる 9 ～ 12 のチャンネルを伝送します。放送局はさまざまなビット レートでチャンネルを送信できるため、チャンネルごとにオーディオ品質が異なります。国によって、DAB 局はバンド III (174 ～ 240 MHz) またはL バンド(1.452 ～ 1.492 GHz) で放送します。

電波の信号強度は送信機から遠ざかるほど弱くなるため、ラジオ局は送信機の限られた範囲内でしか受信できません。範囲は、送信機の出力、受信機の感度、大気および内部のノイズ、および送信機と受信機の間にある丘などの地理的障害物によって異なります。 AM 放送帯域の電波は、地球の輪郭に沿う地上波として伝わるため、AM ラジオ局は数百マイル離れた場所からでも確実に受信できます。 FM 帯域の無線信号は周波数が高いため、可視光線より遠くまでは伝わりません。受信距離は約 40 マイル (64 km) に制限され、送信機と受信機の間にある丘によってブロックされる可能性があります。 ただし、FM ラジオは無線ノイズ( RFI、空電、 静電気 ) による干渉を受けにくく、 AM よりも忠実度が高く、周波数応答が優れ、音声の歪みが少なくなっています。 そのため、AM ラジオをまだ放送している国では、本格的な音楽は通常 FM 局でのみ放送され、AM 局はラジオニュース、トークラジオ、スポーツラジオに特化しています。 FM と同様に、DAB 信号は見通し線で伝送されるため、受信距離は視程によって約 30 ～ 40 マイル (48 ～ 64 km) に制限されます。

ラジオはさまざまなスタイルと機能で製造されています。

• コンソールラジオ- 床に置いて使用するように設計された、スピーカーを備えた独立型ラジオ。
• テーブルラジオは「マントルラジオ」とも呼ばれ、テーブル、キャビネット、または暖炉のマントルピースの上に置くように設計されたスピーカー付きの独立型ラジオ。 ^{[5] [6]} テーブルラジオは通常、壁のコンセントに差し込みますが、「コードレス」のバッテリー駆動のテーブルラジオもいくつかあります。
• クロックラジオ-目覚まし時計も備えたベッドサイドテーブルラジオ。目覚まし時計は、朝にアラームの代わりにラジオをオンにして、所有者を起こすように設定できます。
• チューナー-コンポーネントホーム オーディオ システムの高忠実度AM/FM ラジオ受信機。スピーカーはありませんが、システムに送られてシステムのスピーカーから再生されるオーディオ信号を出力します。
• ポータブルラジオ-電池で駆動し、携帯できるラジオ。ラジオは、 CD プレーヤーやポータブル メディア プレーヤーなどの他のオーディオ ソースと統合されることが多くなっています。ポータブルラジオは、通常、手で持てるほど小さいですが、大型のラジオにはハンドルや持ち運び用ストラップが付いています。ポータブルラジオには、コンセントから電源を取る仕組みがあり、コンセントが利用できる場合は電池を節約できます。ポータブル「緊急」ラジオは、太陽光や手回しで駆動する場合があります。 ^[7]
  • ブームボックス- 1970 年代半ばに人気を博した、ハンドル付きの箱型のポータブル バッテリー駆動の高忠実度ステレオ サウンド システム。
  • トランジスタ ラジオ- 携帯可能なポケットサイズの放送ラジオ受信機を指す古い用語。トランジスタの発明によって可能となり、1950 年代に開発されたトランジスタ ラジオは、1960 年代から 1970 年代初頭にかけて非常に人気を博し、人々のラジオの視聴習慣を変えました。
• カーラジオ- 車のダッシュボードに組み込まれたラジオで、運転中の娯楽に使用されます。最近の車やトラックのほとんどにはラジオが装備されており、通常はCD プレーヤーも含まれています。
• 衛星ラジオ受信機 -直接放送衛星からオーディオ番組を受信する有料ラジオ受信機。加入者は月額料金を支払う必要があります。主にカーラジオとして設計されています。
• 短波受信機- 短波帯も受信できる放送ラジオです。短波を聴くために使用されます。
• AVまたはステレオ レシーバー(文脈によっては単にレシーバーと呼ばれることが多い) は、ラジオとオーディオ アンプを 1 つのユニットに組み合わせたHi-Fiまたはホーム シアターシステムのコンポーネントであり、スピーカーやその他の入出力コンポーネント (ターンテーブル、テレビ、テープ デッキ、CD および DVD プレーヤーなど) に接続します。

ラジオ受信機は、ラジオを使用するすべてのシステムに不可欠なコンポーネントです。上記の放送受信機のほかに、ラジオ受信機は現代の技術におけるさまざまな電子システムで使用されています。独立した機器 (ラジオ)の場合もあれば、他の電子デバイスに組み込まれたサブシステムの場合もあります。トランシーバーは、送信機と受信機が 1 つのユニットに統合されたものです。以下は、最も一般的なタイプのいくつかを機能別にまとめたリストです。

• 放送テレビ受信- テレビは、一連の静止画像で構成される動画を表すビデオ信号と、関連するサウンドを表す同期オーディオ信号を受信します。テレビが受信するテレビ チャネルは、オーディオ信号よりも広い帯域幅 ( 600 kHz ～ 6 MHz) を占めます。
  • 地上テレビ受信機、放送テレビ、または単にテレビ(TV) - テレビには、 VHFおよびUHF帯域のTV チャンネルで地元のテレビ局から無料放送テレビを受信する一体型受信機 ( TV チューナー) が含まれています。
  • 衛星テレビ受信機 -有料の直接放送衛星テレビを受信し、それを通常のテレビに表示するセットトップ ボックス。屋上の衛星放送受信アンテナは、地球から 22,000 マイル (35,000 km) 上空の静止直接放送衛星からのK _uバンドマイクロ波ダウンリンク信号で変調された多数のチャンネルを受信し、信号はより低い中間周波数に変換され、同軸ケーブルを通じてボックスに転送されます。加入者は月額料金を支払います。
• 双方向音声通信-双方向無線機は、オーディオトランシーバー、つまり受信機と送信機が同じデバイスに備わ​​ったもので、双方向の人対人の音声通信に使用されます。無線リンクは半二重で、1 つの無線チャネルを使用し、一度に 1 つの無線機しか送信できません。そのため、複数のユーザーが交代で通話し、無線機のプッシュ トークボタンを押すと送信機がオンになります。または、無線リンクは全二重で、2 つの無線チャネルを使用する双方向リンクで、携帯電話のように両方の人が同時に通話できます。
  • 携帯電話- 携帯電話基地局と呼ばれるローカルアンテナと交換される無線信号によって電話ネットワークに接続される携帯電話。携帯電話には、UHF およびマイクロ波帯域で動作する高度に自動化されたデジタル受信機があり、双方向音声チャネルの着信側を受信するほか、ダイヤル通話や携帯電話基地局間の電話の切り替えを処理する制御チャネルがあります。携帯電話には通常、 WiFi モデム、 Bluetoothモデム、 GPS 受信機など、他のネットワークに接続するための受信機もいくつかあります。携帯電話基地局には、多数の携帯電話からの信号を同時に受信する高度なマルチチャネル受信機があります。
  • コードレス電話-受話器が携帯可能で、コードで接続されるのではなく、短距離双方向無線リンクによって電話機の残りの部分と通信する固定電話。受話器とベース ステーションの両方に、短距離双方向双方向無線リンクを受信するUHF帯域で動作する無線受信機があります。
  • 市民バンド無線- 免許なしで使用できる 27 MHz 帯域で動作する双方向半二重無線。車両に搭載されることが多く、トラック運転手や配送サービスで使用されます。
  • トランシーバー- 手持ち式の短距離半二重双方向無線機。

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    スキャナー- 複数の周波数または無線チャンネルを継続的に監視する受信機。チャンネルを繰り返して切り替え、各チャンネルで送信を短時間聞く。送信機が見つかると、受信機はそのチャンネルで停止します。スキャナーは、緊急警察、消防、救急車の周波数、および市民バンドなどの他の双方向無線周波数を監視するために使用されます。スキャン機能は、通信受信機、トランシーバー、およびその他の双方向無線の標準機能にもなっています。

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    通信受信機または短波受信機- LF、 MF、短波( HF )、およびVHF帯域をカバーする汎用オーディオ受信機。通信局、アマチュア無線局での双方向音声通信や短波受信のために、。
• 一方向（単方向）音声通信
  • ワイヤレス マイクレシーバー -ミュージシャン、演説家、テレビのパーソナリティがステージで使用するワイヤレス マイクからの短距離信号を受信します

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    ベビーモニター- これは、乳児の親がベビーベッドのそばに置いて、赤ちゃんの音を親が持つ受信機に送信し、家の別の場所にいるときに赤ちゃんを監視できるようにする装置です。現在、多くのベビーモニターには、赤ちゃんの写真を表示するためのビデオカメラが搭載されています。
• データ通信
  • ワイヤレス (WiFi) モデム- ポータブル ワイヤレス デバイス上の自動化された短距離デジタル データ送信機および受信機。マイクロ波によって近くのアクセス ポイント、ルーター、またはゲートウェイと通信し、ポータブル デバイスをローカル コンピュータ ネットワーク ( WLAN )に接続して他のデバイスとデータを交換します。
  • Bluetoothモデム - ポータブル ワイヤレス デバイス上の非常に短距離 (最大 10 m) の 2.4 ～ 2.83 GHz データ トランシーバー。主にポータブル デバイス間でファイルを交換したり、携帯電話や音楽プレーヤーをワイヤレス イヤホンで接続したりするために、有線またはケーブル接続の代替として使用されます。
  • マイクロ波リレー- マイクロ波ビームを別のパラボラアンテナと受信機に送信するパラボラアンテナと送信機で構成される長距離高帯域幅ポイントツーポイントデータ伝送リンク。アンテナは見通し線上にある必要があるため、距離は水平線によって 30 ～ 40 マイルに制限されます。マイクロ波リンクは、民間のビジネスデータ、広域コンピュータネットワーク(WAN)、および電話会社による都市間の遠距離電話やテレビ信号の伝送に使用されます
• 衛星通信-通信衛星は、地球上の離れた地点間でのデータ伝送に使用されます。その他の衛星は、捜索救助、リモートセンシング、天気予報、科学研究に使用されます。衛星や宇宙船との無線通信では、静止衛星の 35,786 km (22,236 マイル) から惑星間宇宙船の数十億キロメートルまで、非常に長い経路長が必要になる場合があります。このことと、宇宙船の送信機に使用できる電力が限られていることから、非常に感度の高い受信機を使用する必要があります。
  • 衛星トランスポンダー-通信衛星内の受信機および送信機。衛星地上局からのマイクロ波アップリンク信号で長距離電話通話、テレビ信号、またはインターネット トラフィックを運ぶ複数のデータ チャネルを受信し、別のダウンリンク周波数で別の地上局にデータを再送信します。直接放送衛星では、トランスポンダーは消費者の家庭にある衛星ラジオまたは衛星テレビ受信機に、より強力な信号を直接放送します。
  • 衛星地上局受信機-通信衛星地上局は、地球を周回する通信衛星からデータを受信します。NASA深宇宙ネットワークなどの深宇宙地上局は、惑星間探査ミッションの遠方の科学宇宙船からの微弱な信号を受信します。これらの地上局には、直径約 85 フィート (25 メートル) の大型パラボラアンテナと、電波望遠鏡に似た非常に感度の高い無線受信機があります。受信機のRF フロントエンドは、回路内の無線ノイズを減らすために、液体窒素によって -195.79 °C (-320 °F) まで極低温に冷却されることがよくあります。
• リモート コントロール-リモート コントロールレシーバーは、宇宙船や無人航空機のように複雑なものから、ガレージ ドア オープナーのように単純なものまで、。リモート コントロール システムに制御対象デバイスの状態に関するデータをコントローラーに送り返すテレメトリチャネルも組み込まれていることがよくあります。ラジオ コントロール モデルやその他のモデルには、モデルカー、ボート、飛行機、ヘリコプターのマルチチャネル レシーバーが含まれます。短距離無線システムは、キーレス エントリシステムで使用されます。
• 無線位置特定- 電波を利用して物体の位置や方向を特定する方法です。
  • レーダー- ターゲットから反射して受信機に戻るマイクロ波の狭いビームを送信するデバイス。航空機、宇宙船、ミサイル、船舶、陸上車両などの物体の位置を特定するために使用されます。ターゲットからの反射波は、通常同じアンテナに接続された受信機によって受信され、ターゲットの方向を示します。航空、船舶、航行、天気予報、宇宙飛行、車両衝突回避システム、軍事で広く使用されています。
  • 最も広く使用されている電子ナビゲーション デバイスである米国の全地球測位システムで使用されるGPS 受信機などの全地球航法衛星システム(GNSS) 受信機。低軌道上の複数の衛星から同時にデータ信号を受信する自動デジタル受信機。非常に正確な時間信号を使用して衛星までの距離を計算し、そこから地球上の受信機の位置を計算します。GNSS 受信機はポータブル デバイスとして販売されており、携帯電話、車両、武器、さらには砲弾にも組み込まれています。
  • VOR受信機 - 航空航法のために、108 ～ 117.95 MHz のVOR航法ビーコンからの VHF 信号を使用してビーコンの方向を非常に正確に決定する航空機の航法機器
  • 野生動物追跡受信機 -野生動物管理の目的で、小型 VHF 送信機でタグ付けされた野生動物を追跡するために使用される指向性アンテナを備えた受信機。
• 他の
  • テレメトリ受信機 - データ信号を受信して​​プロセスの状態を監視します。テレメトリは、飛行中のミサイルや宇宙船、石油やガスの掘削中の坑井の記録、遠隔地の無人科学機器を監視するために使用されます。
  • 測定受信機- 無線信号の特性を測定するために使用される、校正済みの実験室グレードの無線受信機。多くの場合、スペクトル アナライザーが組み込まれています。
  • 電波望遠鏡-電波天文学において、星、星雲、銀河などの宇宙の天文電波源からの微弱電波を研究するための科学機器として使用される特殊なアンテナと電波受信機。これらは存在する電波受信機の中で最も感度が高く、直径最大 500 メートルの大型パラボラ (皿) アンテナと極めて感度の高い無線回路を備えています。受信機のRF フロント エンドは、電波ノイズを低減するために液体窒素で極低温冷却されることがよくあります。

無線受信機はアンテナに接続されており、受信電波のエネルギーの一部を小さな無線周波数のAC電圧に変換し、受信機の入力に印加します。アンテナは通常、金属導体の配列で構成されています。無線電波の振動する電界と磁界によってアンテナ内の電子が前後に押し出され、振動電圧が発生します。

アンテナは、 AMラジオのフェライトループアンテナや携帯電話の平らな逆Fアンテナのように受信機のケース内に収納されている場合や、 FMラジオで使用されるホイップアンテナのように受信機の外側に取り付けられている場合、または屋上のテレビアンテナや衛星放送受信アンテナのように別々に取り付けられてケーブルで受信機に接続されている場合があります。

実際の無線受信機は、アンテナからの信号に対してフィルタリング、増幅、復調という3つの基本的な機能を実行します。^[8]

多数の送信機からの電波は、互いに干渉することなく同時に空中を通過し、アンテナで受信されます。これらは周波数が異なるため、受信機で分離できます。つまり、各送信機からの電波は異なる速度で振動します。目的の無線信号を分離するために、バンドパス フィルターは、目的の無線送信の周波数を通過させ、他のすべての周波数の信号をブロックします。

バンドパス フィルタは、1 つ以上の共振回路(同調回路) で構成されます。共振回路は、アンテナ入力とグランドの間に接続されます。受信無線信号が共振周波数にある場合、共振回路のインピーダンスは高くなり、目的の局からの無線信号は受信機の次の段階に渡されます。他のすべての周波数では、共振回路のインピーダンスは低くなるため、これらの周波数の信号はグランドに伝導されます。

• 帯域幅と選択性: グラフを参照してください。無線送信の情報 (変調) は、搬送周波数(C)の両側にあるサイドバンド (SB)と呼ばれる 2 つの狭い周波数帯域に含まれているため、フィルターは単一の周波数だけでなく、周波数帯域を通過させる必要があります。受信機が受信する周波数帯域は通過帯域(PB)と呼ばれ、キロヘルツ単位の通過帯域の幅は帯域幅(BW)と呼ばれます。フィルターの帯域幅は、サイドバンドが歪みなく通過できるほど広くなければなりませんが、隣接周波数 (図のS2など) の干渉送信をブロックできるほど狭くなければなりません。受信機が目的の局の周波数に近い不要なラジオ局を拒否する能力は、フィルターによって決定される選択性と呼ばれる重要なパラメーターです。現代の受信機では、コンデンサ インダクタ同調回路のネットワークに比べて選択性が鋭い水晶、セラミック共振器、または表面弾性波(SAW) フィルターがよく使用されます。
• チューニング: 特定の局を選択するには、ラジオを希望する送信機の周波数に「チューニング」します。ラジオには、チューニングされた周波数を表示するダイヤルまたはデジタル ディスプレイがあります。チューニングとは、受信機の通過帯域の周波数を希望するラジオ送信機の周波数に調整することです。チューニング ノブを回すと、同調回路の共振周波数が変わります。共振周波数がラジオ送信機の周波数と等しい場合、同調回路は共鳴して振動し、信号を受信機の残りの部分に渡します。

受信アンテナが受信する電波の電力は、送信アンテナからの距離の二乗に比例して減少します。ラジオ放送局で使用される強力な送信機であっても、受信機が送信機から数マイル以上離れている場合、受信機のアンテナが受信する電力は非常に小さく、おそらくピコワットまたはフェムトワット程度です。回復した信号の電力を増大させるために、増幅回路は電池または壁のコンセントからの電力を使用して信号の振幅（電圧または電流）を増大させます。ほとんどの現代の受信機では、実際の増幅を行う電子部品はトランジスタです。

受信機には通常、数段階の増幅があります。バンドパス フィルタからの無線信号は、復調器を駆動できるほど強力になるまで増幅され、次に復調器からのオーディオ信号が、スピーカーを動作できるほど強力になるまで増幅されます。無線受信機の増幅の度合いは、感度と呼ばれるパラメータで測定されます。感度は、アンテナにおける局の最小信号強度で、特定の信号対雑音比で信号を明瞭に受信するために必要な、マイクロボルト単位で測定されます。信号を任意の程度に増幅することは簡単なので、多くの最新受信機の感度の限界は、増幅の度合いではなく、回路内に存在する、弱い無線信号をかき消す可能性の あるランダムな電子ノイズです。

無線信号がフィルタリングされ増幅された後、受信機は変調された無線周波数搬送波から情報を含む変調信号を抽出する必要があります。これは復調器（検出器）と呼ばれる回路によって行われます。各変調タイプには異なるタイプの復調器が必要です。

• AM受信機は（振幅変調された）無線信号を受信し、AM復調器を使用する。
• 周波数変調信号を受信するFM受信機はFM復調器を使用する
• 周波数シフトキーイング（無線機器でデジタルデータを送信するために使用される）を受信するFSK受信機は、FSK復調器を使用する。

特殊な目的のために、他の多くのタイプの変調も使用されます。

復調器によって出力される変調信号は、通常、強度を増すために増幅され、その後、何らかのトランスデューサーによって、人間が使用できる形式に情報が戻されます。ラジオ放送などの音声を表すオーディオ信号は、イヤホンまたはスピーカーによって音波に変換されます。テレビ受信機などの動画を表すビデオ信号は、ディスプレイによって光に変換されます。ワイヤレスモデムなどのデジタルデータは、人間のユーザーと対話するコンピューターまたはマイクロプロセッサーへの入力として適用されます。

AM復調

最も理解しやすい復調のタイプは AM 復調です。これはAM ラジオで音声変調信号を復元するために使用されます。音声変調信号は音を表し、ラジオのスピーカーによって音波に変換されます。これは、出力にバイパスコンデンサ(C)が接続されたダイオード(D)で構成されるエンベロープ検出器(回路を参照)と呼ばれる回路によって実行されます。

グラフを参照してください。同調回路からの振幅変調された無線信号は(A)に示されています。急速な振動は無線周波数 搬送波です。オーディオ信号(音) は、波の振幅(サイズ) のゆっくりとした変化 (変調)に含まれています。スピーカーに直接適用された場合、この信号は音に変換できません。なぜなら、オーディオの変位は軸の両側で同じであり、平均するとゼロになり、スピーカーの振動板の正味の動きがなくなるためです。(B)この信号が検出器への入力V _Iとして適用されると、ダイオード(D) は一方向に電流を伝導しますが、逆方向には伝導しないため、信号の片側でのみ電流パルスを通過させます。言い換えると、 AC 電流をパルス状の DC 電流に整流します。負荷R _Lに適用される結果として生じる電圧V _{O は}平均するとゼロではなくなり、そのピーク値はオーディオ信号に比例します。(C)バイパスコンデンサ(C)はダイオードからの電流パルスによって充電され、その電圧はパルスのピーク、つまりオーディオ波のエンベロープに従います。これは平滑化 (ローパスフィルタリング) 機能を実行し、無線周波数キャリアパルスを除去して、低周波オーディオ信号が負荷R _{L を}通過するようにします。オーディオ信号は増幅され、イヤホンまたはスピーカーに適用されます。

最も単純なタイプの無線受信機は、同調無線周波数（TRF）受信機と呼ばれ、上記の3つの機能が連続して実行されます。^[9]（1）アンテナからの無線信号のミックスがフィルタリングされ、目的の送信機の信号が抽出されます。（2）この振動電圧は無線周波数（RF）増幅器に送られ、その強度が復調器を駆動するのに十分なレベルまで増加されます。（3）復調器は、変調された無線搬送波から変調信号（放送受信機では音声信号、つまり音波を表す音声周波数レートで振動する電圧）を復元します。（4）変調信号は音声増幅器でさらに増幅され、次にスピーカーまたはイヤホンに適用されて音波に変換されます。

TRF 受信機はいくつかの用途で使用されていますが、ほとんどの用途で使用されている以下のスーパーヘテロダイン受信機よりも劣る実用的な欠点があります。^[9]欠点は、TRF ではフィルタリング、増幅、復調が受信無線信号の高周波で行われることに起因します。フィルタの帯域幅はその中心周波数とともに増加するため、TRF 受信機が異なる周波数に同調されると帯域幅が変わります。最も重要なのは、無線スペクトルの混雑が増すため、無線チャネルの周波数間隔を非常に狭くする必要があることです。間隔の狭い無線局を分離できるほど狭い帯域幅を持つ無線周波数で動作するフィルタを構築することは非常に困難です。TRF 受信機は通常、十分な選択性を実現するために、多数のカスケード接続された同調ステージを備えている必要があります。以下の利点のセクションでは、スーパーヘテロダイン受信機がこれらの問題をどのように克服するかについて説明します。

1918年にエドウィン・アームストロング^[10]によって発明されたスーパーヘテロダイン受信機は、いくつかの特殊な用途を除いて、ほとんどすべての現代の受信機^{[11] [9] [12] [13]}で使用されている設計です。

スーパーヘテロダインでは、アンテナからの無線周波数信号は、処理される前に、より低い「中間周波数」（IF）にシフトダウンされます。 ^{[14] [15] [16] [17]}アンテナからの入力無線周波数信号は、受信機の局部発振器（LO）によって生成された変調されていない信号と混合されます。混合は、「ミキサー」と呼ばれる非線形回路で行われます。ミキサーの出力の結果は、これら2つの周波数の差にあるヘテロダインまたはビート周波数です。このプロセスは、異なる周波数の2つの音符を同時に演奏するとビート音が生成されるのに似ています。この低い周波数は中間周波数（IF）と呼ばれます。IF信号には、元のRF信号に存在していた情報を運ぶ変調 サイドバンドもあります。IF信号はフィルターとアンプ段を通過し、^{[12]検出器で}復調され、元の変調が復元されます。

受信機は簡単に調整できます。異なる周波数を受信するには、局部発振器の周波数を変更するだけです。ミキサーの後の受信機のステージは固定中間周波数 (IF) で動作するため、IF バンドパス フィルターを異なる周波数に調整する必要はありません。固定周波数により、最新の受信機は、非常に高いQ 値を持つ高度な水晶、セラミック共振器、または表面弾性波(SAW) IF フィルターを使用して選択性を向上させることができます。

受信機のフロントエンドの RF フィルタは、イメージ周波数の無線信号からの干渉を防ぐために必要です。入力フィルタがないと、受信機は 2 つの異なる周波数で着信 RF 信号を受信できます。^{[18] [13] [17] [19]}受信機は、これら 2 つの周波数のいずれかで受信するように設計できます。受信機が 1 つの周波数で受信するように設計されている場合、他の周波数の他のラジオ局または無線ノイズが通過して、目的の信号に干渉する可能性があります。単一の調整可能な RF フィルタ ステージがイメージ周波数を除去します。これらは目的の周波数から比較的離れているため、単純なフィルタで十分な除去が行われます。目的の信号に周波数がはるかに近い干渉信号の除去は、中間周波数増幅器の複数の厳密に調整されたステージによって処理され、チューニングを変更する必要はありません。^[13]このフィルタには大きな選択性は必要ありませんが、受信機が異なる周波数に調整されるため、局部発振器と連動して「追跡」する必要があります。 RF フィルターは、R​​F アンプに適用される帯域幅を制限し、強力な帯域外信号によってアンプが過負荷になるのを防ぐ役割も果たします。

優れたイメージ除去性能と選択性の両方を実現するために、多くの最新のスーパーヘテロダイン受信機では 2 つの中間周波数が使用されています。これはデュアルコンバージョンまたはダブルコンバージョンスーパーヘテロダインと呼ばれます。^[9]入力された RF 信号は、まず最初のミキサーで 1 つの局部発振器信号と混合され、イメージ周波数を効率的にフィルタリングできるように高 IF 周波数に変換されます。次に、この最初の IF は 2 番目のミキサーで 2 番目の局部発振器信号と混合され、優れたバンドパスフィルタリングのために低 IF 周波数に変換されます。受信機によってはトリプルコンバージョンを使用するものもあります。

追加のステージを犠牲にして、スーパーヘテロダイン受信機は、TRF 設計で達成できるよりも高い選択性という利点を提供します。非常に高い周波数が使用されている場合、受信機の最初のステージのみが最高周波数で動作する必要があります。残りのステージは、管理が容易な低い周波数で受信機のゲインの多くを提供できます。マルチステージ TRF 設計と比較してチューニングが簡素化され、チューニング範囲を追跡する必要があるステージは 2 つだけです。受信機の全体的な増幅は、RF、IF、オーディオ アンプの 3 つの異なる周波数のアンプに分割されます。これにより、TRF 受信機のようにほとんどの増幅ステージが同じ周波数で動作する受信機で発生するフィードバックと寄生振動の問題が軽減されます。^[14]

最も重要な利点は、より低い中間周波数でフィルタリングを行うことにより、より優れた選択性を実現できることである。^{[9] [12] [14]}受信機の最も重要なパラメータの1つは、受信機が受け入れる周波数の帯域である帯域幅である。近くの干渉局やノイズを排除するためには、狭い帯域幅が必要である。既知のすべてのフィルタリング技術では、フィルタの帯域幅は周波数に比例して増加するため、元の無線信号の周波数ではなく、より低い周波数でフィルタリングを行うことにより、より狭い帯域幅を実現できる。チャネル幅が狭い現代のFM放送やテレビ放送、携帯電話、その他の通信サービスは、スーパーヘテロダインなしでは不可能であろう。^[12]${\displaystyle f_{\text{IF}}}$${\displaystyle f_{\text{RF}}}$

受信機のアンテナからの無線信号の信号強度（振幅）は、無線送信機までの距離、送信機の電力、および電波の経路に沿った伝搬条件に応じて、桁違いに大きく異なります。 ^{[20]特定の送信機から受信した信号の強度は、}マルチパス干渉 など、無線波が通過する経路の伝搬条件の変化により時間とともに変化します。これをフェーディングと呼びます。^{[20] [9]} AM受信機では、検波器からの音声信号の振幅と音量は無線信号の振幅に比例するため、フェーディングによって音量が変動します。さらに、受信機が強い局と弱い局の間でチューニングされると、スピーカーからの音量が大幅に変わります。これを処理する自動システムがなければ、AM受信機では、音量コントロールを常に調整する必要があります。

FMやFSKのような他のタイプの変調では、変調の振幅は無線信号の強度によって変化しませんが、すべてのタイプにおいて、復調器が適切に動作するには一定の範囲の信号振幅が必要です。^{[9] [21]} 信号振幅が不十分だと復調器のノイズが増加し、信号振幅が大きすぎると増幅段が過負荷（飽和）になり、信号の歪み（クリッピング）が発生します。

そのため、現代の受信機のほとんどには、検出器における無線信号の平均レベルを監視し、増幅器のゲインを調整して復調に最適な信号レベルを与えるフィードバック 制御システムが含まれています。 ^{[9] [21] [20]}これは自動ゲイン制御(AGC) と呼ばれます。 AGC は、人間の目の暗順応メカニズムに例えることができます。暗い部屋に入ると、目のゲインは虹彩の開口部によって増加します。^[20]最も単純な形式の AGC システムは、RF 信号を変化する DC レベルに変換する整流器、変動を平滑化して平均レベルを生成するローパスフィルタで構成されます。 ^[21]これは、ゲインを制御するために、前段の増幅器ステージへの制御信号として適用されます。 スーパーヘテロダイン受信機では、AGC は通常IF 増幅器に適用され、RF 増幅器のゲインを制御して過負荷を防ぐための 2 番目の AGC ループが存在する場合もあります。

最新のデジタル受信機などの特定の受信機設計では、信号の DC オフセットという関連する問題が生じますが、これは同様のフィードバック システムによって修正されます。

電波は、ドイツの物理学者ハインリッヒ・ヘルツが1887年にジェームズ・クラーク・マクスウェルの電磁気学理論を証明するために行った一連の実験で初めて特定されました。ヘルツは、火花励起ダイポールアンテナを使用して電波を発生させ、ダイポールアンテナとループアンテナに取り付けられたマイクロメートルの火花ギャップを使用して電波を検出しました。^{[22] [23] [24]} これらの原始的なデバイスは、送信機から約100フィート以内の電波しか検出できなかったため、「受信機」ではなく、電波センサーとしてより正確に説明され、通信には使用されず、科学実験の研究室機器として使用されました。

1887年から1917年までのラジオの最初の30年間、スパーク時代と呼ばれる期間に使用された最初の無線送信機は、電気スパークを介して静電容量を放電することで電波を生成するスパークギャップ送信機でした。^{[26] [27] [28]} 各スパークは、急速にゼロに減少する無線波の一時的なパルスを生成しました。^{[22] [24]}これらの減衰波は、現代のAMおよびFM送信のように音声を運ぶために変調することはできませんでした。そのため、スパーク送信機は音声を送信できず、代わりに無線電信によって情報を送信しました。送信機は、オペレーターが電信キーを使用して急速にオン/オフに切り替え、減衰無線波のさまざまな長さのパルス（「ドット」と「ダッシュ」）を作成し、モールス信号でテキストメッセージを綴りました。^{[24] [27]}

そのため、初期のラジオ受信機は、現代の受信機のように電波から音声信号を抽出する必要はなく、ラジオ信号の存在を検出し、「点」と「長点」の間に音を出すだけでした。^[24]これを行う装置は「検出器」と呼ばれていました。当時は増幅装置がなかったため、受信機の感度は主に検出器に依存していました。さまざまな検出器装置が試されました。スパーク時代のラジオ受信機は、次の部品で構成されていました。^[9]

• アンテナは、電波を傍受し、それを微小な無線周波数電流に変換します。
• コイルに接続されたコンデンサーで構成される同調回路は、バンドパスフィルターとして機能し、アンテナが拾ったすべての信号から目的の信号を選択します。コンデンサーまたはコイルのいずれかを調整して、受信機をさまざまな送信機の周波数に同調させます。1897年以前の最も初期の受信機には同調回路がなく、アンテナが拾ったすべての無線信号に反応したため、周波数識別能力がほとんどなく、近くのすべての送信機を受信しました。^{[29]ほとんどの受信機は、}共鳴トランス（発振トランス）または「ルーズカップラー」と呼ばれる、コイルが磁気的に結合された一対の同調回路を使用していました。
• 受信した減衰波ごとに直流電流のパルスを生成する検出器。
• 電流パルスを音波に変換するイヤホンなどの表示装置。最初の受信機は電気ベルを使用していました。その後の商用無線システムの受信機はモールスサイフォンレコーダー^[22]を使用しました。これは、インクペンが針に取り付けられ、電磁石（ガルバノメーター）によって振られて、動く紙テープ上に線を引くものでした。モールスの「点」または「長点」を構成する減衰波の各列が針を振って線を移動させ、テープから読み取ることができます。このような自動化された受信機があれば、無線オペレーターは受信機を継続的に監視する必要はありませんでした。

スパークギャップ送信機からの信号は、1 秒あたり 120 からおそらく 4000 のオーディオ周波数レートで繰り返される減衰波で構成されていたため、イヤホンでは信号が楽音またはブザー音のように聞こえ、モールス信号の「短点」と「長点」はビープ音のように聞こえました。

電波を通信に初めて利用したのはグリエルモ・マルコーニである。^{[27] [30]} マルコーニ自身は発明をほとんどしなかったが、無線が実用的な通信媒体になり得ると最初に信じ、1894年から1895年にかけて、主に他者が発明した技術を改良することで、世界初の無線電信システム、送信機、受信機を独力で開発した。 ^{[27] [31] [32] [33] [ 34] [35]}オリバー・ロッジとアレクサンダー・ポポフも1894年から1895年にかけて同時期に同様の電波受信装置の実験を行っていたが、^{[32] [36]}この期間中にモールス信号を送信したことは知られておらず、^{[27] [30]}ランダムなパルスの列を送信しただけである。そのため、世界初の無線受信機を製作したのはマルコーニであるとされることが多い。

• 
  1896 年のマルコーニの最初のコヒーラ無線受信機の回路
• 
  1904 年にマルコーニによって開発されたコヒーラ。

1894年から1895年にかけてマルコーニ、オリバー・ロッジ、アレクサンダー・ポポフによって発明された最初の無線受信機は、コヒーラと呼ばれる原始的な電波検出器を使用していました。これは1890年にエドゥアール・ブランリーによって発明され、ロッジとマルコーニによって改良されました。 ^{[22] [27] [29] [32] [36] [37] [38]}コヒーラは、両端に金属電極が付いたガラス管で、電極間には金属粉末が挟まれていました。^{[22] [27] [39]当初は}抵抗が高かったです。無線周波電圧が電極に加えられると、抵抗が下がり、電気が伝導しました。受信機では、コヒーラはアンテナとアースの間に直接接続されていました。アンテナに加えて、コヒーラはバッテリーとリレーを備えたDC回路に接続されていました。入ってくる電波がコヒーラの抵抗を減らすと、電池からの電流がコヒーラを流れ、リレーがオンになってベルを鳴らしたり、サイフォンレコーダーの紙テープに印をつけたりします。コヒーラを以前の非伝導状態に戻して次の電波パルスを受信するには、機械的に叩いて金属粒子をかき乱す必要がありました。^{[22] [27] [36] [40]}これは、リレーによって電力を供給される 電磁石によって作動する、チューブを叩くクラッパーである「デコヒーラ」によって行われました。

コヒーラは知られていない古代の装置であり、今日でもさまざまなタイプのコヒーラがどのように機能したかという正確な物理的メカニズムについては不明な点がある。^{[22] [31] [41]}しかし、本質的には双安定装置、つまり電波で動作するスイッチであったため、後の振幅変調（AM）無線送信を復調するために電波を整流する機能はなかったことがわかる。 ^{[22] [31]}

長い一連の実験で、マルコーニは、ヘルツのダイポールアンテナの代わりに高架のワイヤモノポールアンテナを使用することで、地球の曲線を超えてより長い距離を送信できることを発見し、無線が単なる実験室の好奇心ではなく、商業的に実現可能な通信手段であることを実証しました。これは、1901年12月12日の歴史的な大西洋横断無線通信で最高潮に達しました。コーンウォールのポルドゥからニューファンドランドのセントジョンズまでの距離は3500km (2200マイル)で、コヒーラによって受信されました。^{[31] [35]}しかし、この時代では強力な送信機であっても、コヒーラ受信機の通常の範囲は数百マイルに限られていました。

コヒーラは初期のラジオ受信機で約10年間、主に使われた検出器だったが^{[39] 、1907年頃に}結晶検出器と電解検出器に取って代わられた。多くの開発作業にもかかわらず、非常に粗雑で不十分な装置だった。^{[22] [27]}感度があまり良くなく、意図した信号だけでなく、近くの照明のスイッチのオン/オフなどのインパルス無線ノイズ( RFI ) にも反応した。 ^{[27] [39]扱いにくい機械的な「タッピングバック」機構のため、}モールス信号で1分間に約12-15語のデータ速度に制限されていたが、スパークギャップ送信機は紙テープレコーダーで最大100 WPMのモールス信号を送信できた。^{[42] [43]}

コヒーラの性能が悪かったため、より優れた電波検出器を見つけるための研究が盛んに行われ、多くの検出器が発明された。奇妙な装置もいくつか試され、研究者はカエルの足^[44]や死体から採取した人間の脳^{[45]を検出器として使う実験を行った。 [22] [46]}

20 世紀初頭までに、振幅変調(AM) を使用して無線 (無線電話)で音声を送信する実験が行われていました。そのため、検出器研究の 2 番目の目標は、AM 信号を復調し、無線搬送波からオーディオ(音声) 信号を抽出できる検出器を見つけることでした。試行錯誤の結果、これは「非対称伝導」を示す検出器、つまり一方向には電流を伝導し、他の方向には伝導しないデバイスによって実行できることが分かりました。^[47]これにより、交流無線信号が整流され、搬送サイクルの片側が除去され、オーディオ変調信号に応じて振幅が変化するパルスDC電流が残ります。これをイヤホンに適用すると、送信された音が再生されます。

以下は、1920年頃に真空管が普及する前に広く使用されていた検出器です。^{[48] [49]}磁気検出器を除くすべての検出器は整流が可能で、AM信号を受信できます。

• 磁気検出器-1902年にグーリエルモ・マルコーニが、アーネスト・ラザフォードが発明し、1912年頃にオーディオン真空管を採用するまでマルコーニ社が使用していた方法を基に開発した。これは、巻き上げ機構によって回転する2つの滑車の間を通る無限の鉄線の帯で構成された機械装置であった。 ^{[50] [51] [52] [53]鉄線は、2つの}磁石によって作られた磁場の中で、アンテナに取り付けられた細い線のコイルを通過した。鉄のヒステリシスにより、無線信号が励起コイルを通過するたびに、センサーコイルに電流パルスが誘導された。磁気検出器は振動に鈍感であるため、船上の受信機で使用された。1つは、 1912年4月15日の有名な沈没時に救助を要請するために使用されたRMSタイタニック号の無線局の一部であった。 ^[54]

• 電解検出器（「液体バレッター」） - 1903年にレジナルド・フェッセンデンによって発明された。銀メッキされた細い白金線をガラス棒で包み、その先端を硝酸カップの表面に接触させるものだった。 ^{[22] [51] [55] [56] [57]}電解作用により、電流は一方向にしか伝導しない。この検出器は1910年頃まで使用された。 ^[51]フェッセンデンが米海軍の艦船に設置した電解検出器は、1906年のクリスマスイブに最初のAMラジオ放送を受信した。この夜は、フェッセンデンが新しいオルタネーター送信機を使ってクリスマス音楽を送信した夜だった。 ^[22]

• 熱電子ダイオード（フレミングバルブ） - 1904年にジョン・アンブローズ・フレミングによって発明された最初の真空管は、2つの電極を含む真空のガラス球で構成されていました。陰極は白熱電球のフィラメントに似た熱線フィラメントで構成され、陽極は金属板でした。 ^{[29] [58] [59] [60]マルコーニの顧問であったフレミングは、大西洋横断無線受信用のより感度の高い検出器としてこのバルブを発明しました。フィラメントはそれを通る別の電流によって加熱され、}熱電子放出によって管内に電子を放出します。この効果はトーマス・エジソンによって発見されていました。無線信号は陰極と陽極の間に適用されました。陽極がプラスのとき、電子の電流が陰極から陽極に流れましたが、陽極がマイナスのときは電子は反発されて電流は流れませんでした。フレミングバルブは限られた範囲で使用されていましたが、高価でフィラメントの寿命が限られており、電解検出器や結晶検出器ほど感度がなかったため、普及しませんでした。 ^[58]

• 水晶検波器（猫のひげ検波器） - 1874年にカール・フェルディナント・ブラウンが発見した結晶の「非対称伝導」に基づいて、ヘンリー・HC・ダンウッディとグリーンリーフ・ホイッティア・ピカードが1904年から1906年頃に発明した。真空管時代以前に最も成功し、広く使われた検波器であり^{[47] [48] 、}鉱石ラジオ受信機（下記）にその名がつけられた。 ^{[51] [61] [62]}最初の半導体電子デバイスの1つである水晶検波器は、鉛硫化物などの結晶性半導体鉱物の豆粒大の小石で構成され、その表面は調整可能なアームに取り付けられた細い弾力性のある金属ワイヤで触れていた。 ^[29]これは、電流を一方向にのみ伝導する原始的なダイオードとして機能した。カーボランダム結晶検出器は、鉱石ラジオでの使用に加えて、真空管グリッドリーク検出器よりも感度が高かったため、初期の真空管ラジオでも使用されていました。

真空管の時代には、「検出器」という用語は、電波検出器から、無線信号から音声変調信号を抽出できる装置である復調器を意味するようになりました。それが今日の意味です。

「チューニング」とは、受信機の周波数を目的の無線送信の周波数に合わせることです。最初の受信機には同調回路がなく、検出器はアンテナとグランドの間に直接接続されていました。アンテナ以外に周波数選択部品がなかったため、受信機の帯域幅はアンテナの広帯域に等しかったです。^{[28] [29] [37] [63]} これは許容範囲であり、最初のヘルツ火花送信機にも同調回路がなかったため、必要でした。火花の衝動的な性質により、電波のエネルギーは非常に広い周波数帯域に広がりました。^{[64] [65]}この広帯域信号から十分なエネルギーを受信するには、受信機も広い帯域幅を持つ必要がありました。

複数のスパーク送信機が特定のエリアで放射している場合、それらの周波数が重なり合って信号が互いに干渉し、受信が乱れる結果となった。^{[28] [63] [66]}受信機がどの送信機の信号を受信するかを選択できるようにするには、何らかの方法が必要であった。^{[66] [67]}調整が不十分な送信機によって生成される複数の波長は、信号を「減衰」または弱め、送信のパワーと範囲を大幅に減少させた。^[68] 1892年、ウィリアム・クルックスはラジオに関する講義^[69]で、共振を利用して送信機と受信機の帯域幅を減らすことを提案した。異なる送信機は、干渉しないように異なる周波数で送信するように「調整」できる。^{[35] [64] [70]} 受信機にも共振回路（同調回路）があり、楽器を別の楽器と共鳴するように調整するのと同様に、共振回路を送信機と同じ周波数に「調整」することで、特定の送信を受信できる。これは、すべての現代のラジオで使用されているシステムである。

チューニングはヘルツの最初の実験で使用されており^[71]、チューニングの実用的な応用は、無線通信用に特別に設計されていない無線システムで1890年代前半から中頃に登場しました。ニコラ・テスラの1893年3月の講義では、照明用の電力を無線で送信する方法(主にテスラが地面伝導だと思っていたもの^[72] ) を実演しましたが、チューニングの要素も含まれていました。無線照明システムは、火花励起の接地共振変圧器とワイヤアンテナで構成されており、このワイヤアンテナが部屋中の別の共振変圧器に電力を送信し、送信機の周波数に同調させてガイスラー管を点灯させました[ 32 ^{] [70]}自由空間「ヘルツ波」(無線) でのチューニングの使用は、オリバー・ロッジが1894年にヘルツの研究について行った講義で説明され、実演されました。^[73]当時ロッジは通信システムの構築を試みていたのではなく、電波の物理的性質と光学的性質を実証していたが、可変インダクタンスを使ってアンテナを調整するなど、無線を調整する方法（彼が「シントニー」と呼んだもの）（1897年に特許取得）を開発することになった。^{[74] [75] [76]}

1897 年までに同調システムの利点が明らかとなり、マルコーニと他の無線研究者は、コンデンサとインダクタを接続した同調回路を送信機と受信機に組み込んだ。^{[28] [32] [35] [37] [63] [75]}同調回路は音叉の電気的類似物のように動作した。共振周波数ではインピーダンスが高く、他のすべての周波数ではインピーダンスが低い。アンテナと検出器の間に接続されるとバンドパスフィルタとして機能し、目的の局の信号を検出器に通過させ、他のすべての信号を接地にルーティングした。^[29]受信される局の周波数fは、同調回路の 静電容量CとインダクタンスLによって決定された。 $${\displaystyle f={\frac {1}{2\pi {\sqrt {LC}}}}}$$

目的の局の周波数に近い他の送信機からの無線ノイズや干渉を除去するために、受信機のバンドパスフィルタ（同調回路）は狭い帯域幅を持ち、狭い帯域の周波数のみを通過させる必要がある。^{[28] [29]}最初の受信機で使用され、最近まで受信機で使用され続けているバンドパスフィルタの形式は、二重同調誘導結合回路、または共振トランス（発振トランスまたはRFトランス）であった。^{[28] [32] [35] [37] [75] [77]}アンテナとアースはワイヤのコイルに接続され、このワイヤはコンデンサを介して第2のコイルに磁気結合され、第2のコイルは検出器に接続された。^[29]アンテナから第1コイルを通るRF交流電流は磁場を作成し、それが第2コイルに電流を誘導し、それが検出器に電力を供給した。第1、第2は両方とも同調回路であった。^[63]一次コイルはアンテナの静電容量と共振し、二次コイルはアンテナ両端のコンデンサと共振した。両者は同じ共振周波数に調整されていた。

この回路には2つの利点があった。^[29] 1つは、正しい巻数比を使用することで、アンテナのインピーダンスを受信機のインピーダンスに一致させ、受信機に最大のRF電力を伝送できることである。インピーダンス整合は、この時代のアンプなし受信機で最大の受信範囲を実現するために重要であった。^{[25] [29]}コイルには通常、マルチポジションスイッチで選択できるタップがあった。2つ目の利点は、「疎結合」のため、単純な同調回路よりもはるかに狭い帯域幅を持ち、帯域幅を調整できることである。^{[28] [77]}通常の変圧器とは異なり、2つのコイルは「疎結合」であり、物理的に分離されているため、一次側からの磁場のすべてが二次側を通過することはなく、相互インダクタンスが低減される。これにより、結合された同調回路は、単一の同調回路よりも狭い帯域幅で、はるかに「シャープ」なチューニングを実現した。水晶受信機で広く使用されている「海軍型」ルーズカップラー（写真参照）では、小さい方の二次コイルがラックに取り付けられており、ラックを一次コイルからスライドさせて出し入れすることで、コイル間の相互インダクタンスを変化させることができました。 ^{[28] [78]} オペレーターが近くの周波数で干渉信号に遭遇した場合、二次コイルを一次コイルからさらにスライドさせて結合を減らし、帯域幅を狭めて干渉信号を排除することができます。欠点は、ルーズカップラーの3つの調整（一次チューニング、二次チューニング、結合）がすべて相互に作用し、1つを変更すると他の調整も変更されることです。そのため、新しい局のチューニングは、連続的な調整のプロセスでした。

スパーク送信機が狭い周波数帯域で送信する連続波送信機に置き換えられ、放送によりラジオ局が密集して無線スペクトルが混雑するようになったため、選択性はより重要になりました。 ^[29]共振トランスは真空管ラジオのバンドパスフィルタとして引き続き使用され、バリオメータなどの新しい形式が発明されました。^{[78] [79]} AM受信用の二重同調トランスのもう1つの利点は、適切に調整すると、単一同調回路の「ピーク」応答とは対照的に、「フラットトップ」周波数応答曲線になることです。^{[80]これにより、単一同調回路では高周波数が減衰するのとは異なり、AM変調の}サイドバンドをキャリアの両側でほとんど歪みなく通過させることができます。最近まで、すべての最新の受信機で使用されているスーパーヘテロダイン回路のバンドパスフィルタは、 IFトランスと呼ばれる共振トランスで作られていました。

マルコーニの初期の無線システムはチューニングが比較的悪く、範囲が制限され、干渉も増加していた。^[81]この欠点を克服するために、彼は送信機と受信機の両方で「シントニー」のチューニングされたコイルを備えた4回路システムを開発した。 ^[81] 1900年4月に申請され、1年後に付与された彼の1900年の英国特許#7,777（4つの7）は、1897年5月に最初に申請されたオリバーロッジのシントニック特許とフェルディナンドブラウンによって申請された特許を侵害したため、特許紛争の扉を開いた。^[81]マルコーニは英国とフランスで特許を取得できたが、1900年11月に申請された彼のチューニングされた4回路特許の米国版は、ロッジのチューニングシステムに先行していたという理由で最初は拒否され、再申請版もブラウンとロッジの先行特許のために拒否された。^[82]さらなる説明と再提出は、テスラが無線電力伝送システムで取得していた2つの先行特許の一部を侵害していたため拒否されました。^[83]マルコーニの弁護士は、再提出された特許を別の審査官に再検討させることに成功しました。審査官は当初、ジョン・ストーンのチューニング特許が既に存在していたため拒否しましたが、アンテナの長さを変えてチューニングしていたストーンとは異なる可変インダクタンスチューニングの独自のシステムを備えていることを理由に、 1904年6月に最終的に承認されました。 ^{[ 84] [85]}ロッジのシントニック特許が1911年にさらに7年間延長されたとき、マルコーニ社はその特許紛争を解決することに同意し、1912年にロッジのラジオ会社をその特許とともに買収し、必要な優先特許を与えました。^{[86] [87] 1943年}、米国最高裁判所は、第一次世界大戦中の特許侵害でマルコーニ社が米国政府を訴える権利を認める判決を下したが、この判決を含め、他の特許紛争も長年にわたって発生した。最高裁判所は、マルコーニ社の訴えを棄却し、自社の特許がロッジ、ストーン、テスラの特許よりも優先権を持たないと判断した。^{[32] [70]}

1904年に無線電信の時代に発明されたが、鉱石ラジオ受信機はAM送信を整流することもでき、放送時代への架け橋となった。無線電信の時代には商業放送局で主に使われたタイプだっただけでなく、一般大衆に広く使われた最初の受信機でもあった。^[88] 20世紀の最初の20年間、ラジオ局が無線電信ではなくAM音声（無線電話）で送信し始めたため、ラジオを聴くことが人気の趣味となり、鉱石は最も単純で安価な検出器だった。これらの安価で信頼性の高い受信機を購入したり自作した何百万人もの人々が、 1920年頃に始まった最初のラジオ放送の大衆聴衆を生み出した。 ^{[89] 1920年代後半までに鉱石受信機は真空管受信機に取って代わられ、商業的には時代遅れとなった。しかし、}第二次世界大戦まで若者や貧困層によって使用され続けた。^[88]今日、これらの単純なラジオ受信機は、教育科学プロジェクトとして学生によって作られている。

鉱石ラジオは、 1904年にハリソン・HC・ダンウッディとグリーンリーフ・ホイッティア・ピカードが発明した猫のひげ検出器を使用して、無線周波数信号から音声を抽出した。 ^{[29] [51] [90]} これは、調整可能なアームの細いバネ状のワイヤー（「猫のひげ」）が軽く触れる鉱物結晶（通常は方鉛鉱）で構成されていた。^{[51] [91]} 結果として得られた粗雑な半導体接合は、ショットキーバリアダイオードとして機能し、一方向にのみ伝導した。結晶表面の特定の場所だけが検出器接合として機能し、接合はわずかな振動で中断される可能性がありました。そのため、使用する前に試行錯誤して使用可能な場所を見つけ、ラジオが機能し始めるまで、操作者は猫のひげを結晶上で引きずりました。後の半導体研究者であるフレデリック・ザイツは次のように書いています。

このような変動性は神秘的とも言えるほどで、水晶検波器の初期の歴史を悩ませ、後の世代の真空管の専門家の多くが水晶整流技術をほとんど信用できないものとみなす原因となった。^[92]

鉱石ラジオは増幅されず、ラジオ局から受信した電波の電力で動作するため、イヤホンで聞く必要があり、スピーカーを駆動することはできなかった。^{[29] [91]} 長いワイヤーアンテナが必要で、感度はアンテナの大きさに依存した。無線時代には、商業用および軍事用の長波放送局で巨大なアンテナを使用して、大西洋横断の通信を含む長距離無線電信通信を受信するために使用された。^{[93] [94]} しかし、放送局の受信に使用される場合、一般的な家庭用鉱石セットの範囲は約25マイルとより制限されていました。^{[95]高度な鉱石ラジオでは、} Qを高めるために「ルーズカップラー」誘導結合同調回路が使用されました。しかし、それでも現代の受信機と比較すると選択性は低かった。^[91]

1905年頃から、通信距離がはるかに長いことから、無線電信用のスパーク送信機に連続波（CW）送信機が取って代わるようになった。最初の連続波送信機は1904年に発明されたポールセンアークと1906年から1910年に開発されたアレクサンダーソンオルタネーターであり、1920年頃から真空管送信機に置き換えられた。^[24]

これらの送信機によって生成される連続波無線電信信号には、異なる受信方法が必要でした。^{[96] [97]スパークギャップ送信機によって生成される無線電信信号は、オーディオ速度で繰り返される}減衰波の列で構成されていたため、モールス信号の「短点」と「長点」は、受信機のイヤホンでトーンまたはブザー音として聞こえました。しかし、新しい連続波無線電信信号は、単に変調されていない搬送波(正弦波) のパルスで構成されていました。これらは受信機のヘッドフォンでは聞こえませんでした。この新しい変調タイプを受信するには、受信機は搬送波のパルス中に何らかのトーンを生成する必要がありました。

これを実現した最初の粗雑な装置は、1908年にヴァルデマール・ポールセンが発明したティッカーでした。^{[48] [96] [98]}これは、チューナー出力にコンデンサーを備えた振動する遮断器で、基本的な変調器として機能し、可聴速度でキャリアを遮断し、キャリアが存在するときにイヤホンでバズ音を発生させました。^{[11]同様の装置に、}ルドルフ・ゴールドシュミット が発明した「トーンホイール」があります。これは、円周上に間隔を置いて接点を持つモーターによって回転するホイールで、固定されたブラシと接触します。

1901 年にReginald Fessenden がこれを実現するよりよい方法を発明した。^{[96] [98] [99] [100]}彼のヘテロダイン受信機では、入ってくる無線波搬送波f _{Cからオフセットされた周波数}f _Oの変調されていない正弦波無線信号が局部発振器によって生成され、アンテナからの無線信号とともに、水晶検波器や電解検波器などの整流検波器に適用される。検波器では 2 つの信号が混合され、これらの周波数の和 f C + f O と差 f C − f O の 2 つの新しいヘテロダイン (ビート) 周波数が生成される。f O を正しく選択することで、低いヘテロダイン f C − f Oが_可聴 周波数 範囲_内になり_、 搬送波 が_存在するときは_いつでもイヤホンで_トーン として 聞こえる_ようになった。したがって、モールス信号の「短点」と「長点」は音楽的な「ビープ音」として聞こえるようになった。この増幅前の時代におけるこの方法の大きな魅力は、ヘテロダイン受信機が実際に信号をいくらか増幅し、検出器が「ミキサーゲイン」を持っていたことである。^[98]

この受信機は時代を先取りしていました。発明された当時、必要な安定性で無線周波数正弦波f _{O を}^{生成できる発振器がなかったからです。 [101]}フェッセンデンは最初に大型の無線周波数オルタネーターを使用しましたが、^[11]これは通常の受信機には実用的ではありませんでした。ヘテロダイン受信機は、安価でコンパクトな連続波源である真空管電子発振器^[98]が登場するまで、研究室での好奇心にとどまりました。これは、 1913年にエドウィン・アームストロングとアレクサンダー・マイスナーによって発明されました。 ^{[48] [102]}その後、CW無線電信を受信する標準的な方法になりました。ヘテロダイン発振器は、今日の通信受信機で無線電信を受信するために使用されるビート周波数発振器(BFO) の祖先です。ヘテロダイン発振器は、受信機を新しい局に合わせるたびに再調整する必要がありましたが、現代のスーパーヘテロダイン受信機では、BFO信号は固定された中間周波数でビートするため、ビート周波数発振器を固定周波数にすることができます。

アームストロングは後にフェッセンデンのヘテロダイン原理をスーパーヘテロダイン受信機（下図）に採用した。^{[98] [11]}

1906年にリー・ド・フォレストが発明したオーディオン（三極管）真空管は、最初の実用的な増幅装置であり、ラジオに革命をもたらしました。^[58]真空管送信機は火花送信機に取って代わり、連続波（CW）無線電信、1915年頃の音声（サウンド）を伝送できる振幅変調（AM）、1938年頃のオーディオ品質が大幅に向上した周波数変調（FM）、および単側波帯（SSB）の4つの新しいタイプの変調を可能にしました。

増幅用真空管は、電池やコンセントからのエネルギーを使用してラジオ信号の電力を増幅するため、真空管受信機は、以前の増幅されていない受信機よりも感度が高く、受信範囲が広くなりました。オーディオ出力電力が増加したため、イヤホンではなくスピーカーを駆動できるようになり、複数人で聴くことができました。最初のスピーカーは1915年頃に製造されました。これらの変化により、ラジオを聴くことは、孤独な趣味から人気のある社交的および家族的な娯楽へと爆発的に進化しました。第一次世界大戦中の振幅変調(AM) と真空管送信機の開発、および戦後の安価な受信管の入手可能性により、 AM放送開始の舞台が整い、1920年頃に自然発生的に発生しました。

ラジオ放送の出現により、ラジオ受信機の市場は大きく拡大し、消費者向け製品へと変貌した。^{[103] [104] [105]} 1920年代初頭、ラジオ受信機は、多くの難解なノブや操作に技術的なスキルを必要とするコントロールを備え、魅力のない黒い金属製の箱に収められ、安っぽい音のホーンスピーカーが付いた、手に負えないハイテク機器であった。^[104] 1930年代までには、放送受信機は家具となり、魅力的な木製のケースに収められ、誰でも使用できる標準化されたコントロールを備え、家庭のリビングルームで尊敬される場所を占めるようになった。初期のラジオでは、複数の同調回路があったため、新しい放送局に合わせるには複数のノブを調整する必要があった。使いやすさに関する最も重要な革新の1つは、「シングルノブチューニング」であり、これはチューニングコンデンサを機械的にリンクすることによって実現された。^{[104] [105]} 1924年に発明されたダイナミックコーンスピーカーは、以前のホーンスピーカーに比べてオーディオ周波数応答を大幅に改善し、音楽を忠実に再現できるようになりました。^{[104] [ 106]}大きな照明付きダイヤル、トーンコントロール、プッシュボタンチューニング、チューニングインジケーター、自動ゲインコントロール（AGC）などの便利な機能が追加されました。^{[103] [105]}受信機市場は上記の放送受信機と、短波ラジオなどの双方向無線通信に使用される通信受信機に分かれていました。^[107]

真空管受信機には異なる電圧の電源がいくつか必要で、初期のラジオでは別々の電池で電源が供給されていました。1930年までに適切な整流管が開発され、高価な電池は家庭用電源で動作する変圧器電源に置き換えられました。^{[103] [104]}

真空管はかさばり、高価で、寿命が限られており、大量の電力を消費し、大量の廃熱を発生するため、受信機に経済的に搭載できる真空管の数は制限要因でした。したがって、真空管受信機の設計の目標は、限られた数の真空管から最大限のパフォーマンスを引き出すことでした。以下に挙げる主要なラジオ受信機の設計は、真空管の時代に発明されました。

初期の真空管受信機の多くに存在した欠陥は、増幅段が発振器として動作して、不要な無線周波数の交流電流を生成することであった。^{[29] [108] [109]}これらの寄生振動が検波管内の無線信号の搬送波と混ざり合い、可聴ビート音（ヘテロダイン）や、スピーカーからの不快な笛のような音、うめき声​​、遠吠えを発生させた。この振動は増幅器のフィードバックによって引き起こされ、主要なフィードバック経路の1つは、初期の三極管におけるプレートとグリッド間の静電容量であった。^{[108] [109]この問題は}ニュートロダイン回路によって解決され、その後1930年頃に 四極管と五極管が開発された。

エドウィン・アームストロングはラジオ受信機の歴史において最も重要な人物の一人であり、この時期に無線通信を支配する技術を発明しました。^[11]彼はドフォレストの三極管の仕組みを正しく説明した最初の人物でした。彼はフィードバック発振器、再生受信機、超再生受信機、スーパーヘテロダイン受信機、そして現代の周波数変調（FM）を発明しました。

最初の増幅用真空管であるオーディオン（原始的な三極管）は、1906年にリー・ド・フォレストによって発明された。これは、熱電子ダイオード検出器であるフレミングバルブに第3の電極を追加することで、ラジオ受信機用のより感度の高い検出器とした。^{[58] [79] [110] [111]}増幅能力が認識されたのは1912年頃だった。 ^[58]ド・フォレストによって発明され、1920年代半ばまで愛好家によって製作された最初の真空管受信機は、ラジオ信号の整流と増幅の両方を行うグリッドリーク検出器として機能する単一のオーディオンを使用していた。 ^{[79] [108] [112]}エドウィン・アームストロングが1914年の論文で増幅と復調の両方の機能を説明するまで、オーディオンの動作原理は不明確であった。 ^{[113] [114] [115]}グリッドリーク検出器回路は、1930年代まで 再生型、TRF型、初期のスーパーヘテロダイン受信機（下図）にも使用されていました。

スピーカーを駆動するのに十分な出力を得るためには、オーディオ増幅用に2つまたは3つの追加の真空管ステージが必要でした。^[79]初期の愛好家の多くは真空管受信機1台しか購入できず、イヤホンでラジオを聞いていたため、初期の真空管アンプとスピーカーは追加機能として販売されていました。

初期の Audion は、ゲインが約 5 と非常に低く、寿命が約 30 ～ 100 時間と短いことに加え、真空引きが不完全だったために特性が不安定でした。De Forest は、残留空気のイオン化がAudion の動作の鍵であると信じていました。^{[116] [117]}これにより、検出器の感度が向上しましたが^[116]、使用中に電気的特性も変化しました。^{[79] [110]}真空管が加熱されると、金属要素から放出されたガスによって真空管内の圧力が変わり、プレート電流やその他の特性が変化するため、正しい動作点に保つために定期的なバイアス調整が必要でした。各 Audion ステージには通常、フィラメント電流を調整するための可変抵抗器が付いており、プレート電圧を制御するためのポテンショメータまたはマルチポジションスイッチが付いていることが多かったです。フィラメント可変抵抗器は音量コントロールとしても使用されました。

1914年までに、ウェスタン・エレクトリックのハロルド・アーノルドとGEのアーヴィング・ラングミュアは、残留ガスは不要であること、つまりオーディオンは電子伝導だけで動作できることを理解した。^{[110] [116] [117]彼らは真空管を10 −9} atmという低い圧力まで真空にし、最初の「ハード真空」三極管を製造した。これらのより安定した真空管はバイアス調整を必要としなかったため、ラジオの制御が少なくなり、操作が容易になった。^[110]第一次世界大戦中は民間のラジオの使用は禁止されていたが、1920年までに真空管ラジオの大規模生産が始まった。「ソフト」な不完全な真空管は1920年代を通じて検出器として使用されたが、その後は時代遅れになった。

再生受信機は、エドウィン・アームストロング^[118]が1913年に23歳の大学生だったときに発明し、^[119] 1920年代後半まで、特に単管ラジオしか買えない愛好家たちの間で広く使われていました。今日でも、この回路のトランジスタ版は、トランシーバーのようないくつかの安価な用途でまだ使われています。再生受信機では、真空管またはトランジスタのゲイン（増幅）は、再生（正帰還）によって増加します。真空管の出力回路からのエネルギーの一部は、フィードバックループによって入力回路にフィードバックされます。^{[29] [108] [120] [121] [122]}初期の真空管のゲインは非常に低かったです（約5）。再生により真空管のゲインが15,000倍以上に大幅に増加しただけでなく、同調回路のQ値も増加し、受信機の帯域幅が同じ係数で減少（シャープ化）し、選択性が大幅に向上しました。^{[108] [120] [121]}受信機にはフィードバックを調整するためのコントロールがありました。真空管はAM信号を整流するためのグリッドリーク検出器としても機能しました。^[108]

この回路のもう一つの利点は、真空管を発振させることができるため、1本の真空管でビート周波数発振器と検波器の両方の役割を果たせることであり、ヘテロダイン受信機として機能してCW無線 電信の送信を聞きやすくすることができる。^{[108] [120] [121]}このモードはオートダイン受信機と呼ばれた。無線電信を受信するには、真空管が発振するまでフィードバックを増加させ、次に発振周波数を送信信号の片側に調整した。入ってくる無線搬送信号と局部発振信号が真空管内で混合され、周波​​数の差で聞きやすいヘテロダイン（ビート）音を生成した。

広く使われた設計はアームストロング回路で、プレート回路の「ティッカー」コイルがグリッド回路のチューニングコイルに結合され、フィードバックを提供した。^{[29] [108] [122]}フィードバックは可変抵抗器によって制御されるか、または交互に2つの巻線を物理的に近づけてループゲインを増やしたり、離してループゲインを減らしたりすることで制御された。^{[120]これは}バリオメーター（バリオカプラ）と呼ばれる調整可能な空芯変圧器によって行われた。再生検波器はTRFやスーパーヘテロダイン受信機でも時々使用される。

再生回路の問題点は、再生量が多いと同調回路の選択性（Q）が急峻になり、AM側波帯が減衰し、音声変調が歪む可能性があることです。 [ ^123] これは通常、使用できるフィードバックの量を制限する要因でした。

さらに深刻な欠点は、意図しない無線送信機として動作し、近くの受信機に干渉（RFI）を引き起こす可能性があることでした。^{[29] [108] [120] [121] [122] [124]} AM受信では、感度を最大限に高めるために真空管は不安定になる寸前で動作し、簡単に発振し（CW受信では発振しました）、その結果生じる無線信号がワイヤアンテナから放射されました。近くの受信機では、再生信号が検波器で受信されている放送局の信号とビートし、迷惑なヘテロダイン（ビート）、ハウリング、ホイッスルを生み出しました。^[29]簡単に発振する初期の再生型は「ブルーパー」と呼ばれていました。1つの予防策は、再生検波器の前にRF増幅段を使用して、アンテナから分離することでした。^{[108] [120]}しかし、1920年代半ばまでに「レジェン」は大手ラジオメーカーから販売されなくなった。^[29]

これは1922年にエドウィン・アームストロングによって発明された受信機であり、再生をより洗練された方法で使用して、より大きな利得を得た。^{[109] [125] [126] [127] [128]これは1930年代にいくつかの短波受信機で使用され、今日では}トランシーバーやガレージドアオープナーなどのいくつかの安価な高周波アプリケーションで使用されている。

再生型受信機では、フィードバックループのループゲインは1未満であったため、真空管（または他の増幅装置）は発振せず、発振に近づき、大きなゲインを与えた。^[125]超再生型受信機では、ループゲインは1に等しくされたため、増幅装置は実際に発振し始めたが、発振は定期的に中断された。^{[109] [12]これにより、単一の真空管で10 6}を超えるゲインを生成できるようになりました。

1916年にエルンスト・アレクサンダーソンによって発明された同調無線周波数（TRF）受信機は、検出器の前に複数の増幅段階（それぞれに同調回路があり、すべて放送局の周波数に同調）を使用することで、感度と選択性の両方を改善しました。 ^{[29] [109] [12] [129] [130]}

初期のTRF受信機の大きな問題は、ラジオが機能する前に各共振回路を放送局の周波数に調整する必要があったため、同調が複雑だったことだった。^{[29] [109]}後のTRF受信機では、同調コンデンサーは共通のシャフト上で機械的に連結（「連動」）されていたため、1つのノブで調整できたが、初期の受信機では同調回路の周波数を「追跡」することができず、各同調回路には独自の同調ノブがあった。^{[12] [131]}そのため、ノブを同時に回す必要があった。このため、ほとんどのTRFセットには3つ以上の同調RFステージがなかった。^{[108] [123]}

2つ目の問題は、複数の無線周波数ステージがすべて同じ周波数に調整されているため、発振する傾向があることでした。^{[131] [132]}そして、寄生振動が検出器でラジオ局の搬送波と混ざり、スピーカーから可聴ヘテロダイン（ビート音）、口笛、うめき声​​が生成されました。^{[29] [108] [109] [130]これは、ニュートロダイン回路}（下記）の発明と1930年頃の四極管の開発、およびステージ間のシールドの改善によって解決されました。 ^[130]

現在、TRF設計はいくつかの統合型（IC）受信機チップで使用されています。現代の受信機の観点から見ると、TRFの欠点は、調整されたRFステージのゲインと帯域幅が一定ではなく、受信機が異なる周波数に調整されると変化するということです。^{[132]与えられた}Qを持つフィルタの帯域幅は周波数に比例するため、受信機がより高い周波数に調整されると、その帯域幅は増加します。^{[14] [18]}

1922年にルイス・ヘイゼルティンによって発明されたニュートロダイン受信機^{[133] [134]}は、TRF受信機で、各無線増幅段にフィードバックを打ち消し、TRFの不快なホイッスル音の原因となる振動を防ぐ「中和」回路が追加されていました。^{[29] [109] [130] [131] [135]} 中和回路では、コンデンサがプレート回路からグリッド回路にフィードバック電流を供給し、振動の原因となるフィードバックと180°位相がずれているため、フィードバックを打ち消していました。 ^[108]ニュートロダインは、1930年頃に 安価な四極管が登場するまで人気がありました。

リフレックス受信機は、1914年にヴィルヘルム・シュレーミルヒとオットー・フォン・ブロンクによって発明され、^{[136 ] 1917年にマリウス・ラトゥール[136] [137]}とウィリアム・H・プリースによって再発見され、複数の真空管に拡張されました。これは、1920年代の安価なラジオの一部で使用された設計であり^{[138] 、1930年代の小型ポータブル真空管ラジオ[139]}で復活し、1950年代の最初のトランジスタラジオのいくつかにも使用されました^{[109] [140]} 。 これは、限られた数のアクティブデバイスを最大限に活用するために発明された独創的な回路のもう1つの例です。リフレックス受信機では、同調回路からのRF信号が1つまたは複数の増幅管またはトランジスタに渡され、検波器で復調され、次に結果として得られるオーディオ信号が同じ増幅段に再び渡されてオーディオ増幅されます。 ^[109]アンプに同時に存在する別々のラジオ信号とオーディオ信号は、異なる周波数であるため互いに干渉せず、増幅管が「二重の役割を果たす」ことができる。単管反射受信機に加えて、一部のTRFおよびスーパーヘテロダイン受信機には複数のステージが「反射」されていた。^[140]反射ラジオは「プレイスルー」と呼ばれる欠陥を起こしやすく、音量コントロールを下げてもオーディオの音量がゼロにならないことを意味していた。^[140]

スーパーヘテロダイン方式は、第一次世界大戦中の1918年に通信部隊に所属していたエドウィン・アームストロング^[10]によって発明され、いくつかの特殊な用途を除いて、ほぼすべての現代の受信機に使用されている設計です。^{[11] [12] [13]}上記の他の受信機よりも複雑な設計で、発明された当時は6〜9本の真空管が必要だったため、ほとんどの消費者の予算を超えていたため、当初は主に商用および軍事用の通信局で使用されていました。^[15]しかし、1930年代までには「スーパーヘテロダイン」が上記の他のすべての受信機タイプに取って代わりました。

スーパーヘテロダインでは、レジナルド・フェッセンデンが発明した「ヘテロダイン」技術を使用して、無線信号の周波数を、処理される前に低い「中間周波数」（IF）にシフトします。 ^{[14] [15] [16]}このセクションの他の無線設計に対するその動作と利点は、上記のスーパーヘテロダイン設計で説明されています。

1940 年代までに、スーパーヘテロダイン AM 放送受信機は、製造コストの低い設計に改良されました。これは、通常、コンバータ (ミキサー/局部発振器)、IF アンプ、検出器/オーディオ アンプ、オーディオ パワー アンプ、整流器の 5 つの真空管のみを使用するため、「オール アメリカン ファイブ」と呼ばれる設計になりました。この設計は、1970 年代に真空管がトランジスタに置き換えられるまで、事実上すべての商用ラジオ受信機に使用されていました。

1947 年のトランジスタの発明はラジオ技術に革命をもたらし、 1950 年代後半のトランジスタ ラジオに始まり、真にポータブルな受信機を可能にしました。ポータブル真空管ラジオは作られましたが、真空管はかさばって非効率で、大量の電力を消費し、フィラメントとプレート電圧を生成するために複数の大型バッテリーを必要としました。トランジスタは加熱フィラメントを必要としないため、電力消費が少なく、真空管よりも小型で壊れにくいです。

1920年代初頭に商業放送が始まって間もなく、各社はポータブルとして宣伝するラジオの製造を始めた。当時の真空管ラジオの大半は電池を使用し、どこでも設置して操作できたが、ハンドルや内蔵スピーカーなど、携帯性を考慮した機能は備えていなかった。最も初期のポータブル真空管ラジオには、1920年に登場したウィンの「ポータブル無線機 No. 149」や、その1年後に登場したグレベ モデル KT-1 などがある。ウェスティングハウス エリオラ ジュニアやRCAラジオラ 1 などのクリスタル セットもポータブル ラジオとして宣伝された。^[141]

1940年に初めて開発された小型真空管のおかげで、ゼニスやゼネラル・エレクトリックなどのメーカーから小型のポータブルラジオが市場に登場した。1942年に初めて発表されたゼニスのトランス・オーシャン・ポータブル・ラジオは、娯楽放送を提供するだけでなく、気象、海洋、国際短波放送局を受信できるように設計された。1950年代までには、真空管ポータブルの「黄金時代」が到来し、成形プラスチックケースを特徴とするエマーソン560などの弁当箱サイズの真空管ラジオが登場した。RCA BP10などのいわゆる「ポケットポータブル」ラジオは1940年代から存在していたが、実際のサイズはコートのポケットの中でも最も大きいものしか入らないものだった。^[141]しかし、プライベートイヤーやダイナマイトポケットラジオのように、ポケットに収まるほど小さいものもあった。^{[142] [143]}

1950年代初頭のバイポーラ接合トランジスタの開発により、テキサス・インスツルメンツなどの多くの電子機器会社にライセンス供与され、販売ツールとしてトランジスタラジオを限定生産した。インディアナ州インディアナポリスのIDEA（Industrial Development Engineering Associates）のRegency部門が製造したRegency TR-1は、1951年に発売された。その後、真のシャツのポケットサイズのポータブルラジオの時代が到来し、ソニー、ゼニス、RCA、デウォルド、クロスリーなどのメーカーがさまざまなモデルを提供した。^[141] 1957年に発売されたソニーTR-63は、初めて量産されたトランジスタラジオであり、トランジスタラジオの大量市場への浸透につながった。^[144]

1970年代の集積回路（IC）チップの開発は、ラジオ受信機全体をICチップに搭載できるという新たな革命をもたらした。ICチップは、真空管受信機で使用されていたラジオ設計の経済性を覆した。チップに追加の増幅デバイス（トランジスタ）を追加する限界費用は実質的にゼロであったため、受信機のサイズとコストは、使用される能動部品の数ではなく、チップに簡単に統合できないインダクタとコンデンサなどの受動部品に依存していた。^{[22] 1980年代から1990年代にかけて}UCLAのアサド・アリ・アビディが先駆けとなったRF CMOSチップの開発により、低電力のワイヤレスデバイスが製造できるようになった。^[146]

受信機の現在の傾向は、以前は受動部品を必要とするアナログ回路で実行されていた機能を、チップ上のデジタル回路で実行することです。デジタル受信機では、IF 信号がサンプリングされてデジタル化され、バンドパス フィルタリングと検出機能はチップ上のデジタル信号処理(DSP) によって実行されます。DSP のもう 1 つの利点は、受信機のプロパティ (チャネル周波数、帯域幅、ゲインなど) をソフトウェアで動的に変更して、環境の変化に対応できることです。これらのシステムは、ソフトウェア定義無線またはコグニティブ無線として知られています。

アナログ電子機器が実行する機能の多くは、ソフトウェアで実行することができます。ソフトウェアの利点は、温度、物理的変数、電子ノイズ、製造上の欠陥の影響を受けないことです。^[147]

デジタル信号処理により、アナログ方式では扱いにくく、コストがかかり、実現不可能な信号処理技術が可能になります。デジタル信号は、本質的には、ワイヤなどの何らかの媒体を介してメッセージを中継する一連の数字のストリームまたはシーケンスです。DSP ハードウェアは、現在の受信状態と信号の種類に合わせて受信機の帯域幅を調整できます。一般的なアナログのみの受信機では、固定帯域幅の数が限られているか、1 つしかありませんが、DSP 受信機では、個別に選択可能なフィルターが 40 個以上ある場合があります。DSP は、携帯電話システムで音声の送信に必要なデータ レートを削減するために使用されます。

デジタルオーディオ放送（DAB）などのデジタルラジオ放送システムでは、アナログオーディオ信号は、通常、AAC+などの修正離散コサイン変換（MDCT）オーディオコーディング形式を使用してデジタル化され、圧縮されます。^[148]

「PC ラジオ」、つまり標準の PC で制御できるように設計されたラジオは、ラジオに接続されたシリアル ポートを使用して、専用の PC ソフトウェアで制御されます。「PC ラジオ」にはフロント パネルがまったくなく、コンピュータ制御専用に設計されている場合もあります。これによりコストが削減されます。

一部の PC 無線機には、所有者が現場でアップグレードできるという大きな利点があります。DSPファームウェアの新しいバージョンは、製造元の Web サイトからダウンロードして、無線機のフラッシュ メモリにアップロードできます。製造元は、新しいフィルタの追加、DSP ノイズ低減、または単にバグを修正するなど、時間の経過とともに無線機に新しい機能を実際に追加できます。

フル機能のラジオ コントロール プログラムでは、スキャンやその他の多数の機能、特に「TV ガイド」タイプの機能などのリアルタイムでのデータベース統合が可能です。これは、特定の放送局のすべての周波数のすべての送信を、任意の時点で特定する場合に特に役立ちます。一部のコントロール ソフトウェア デザイナーは、短波データベースにGoogle Earth を統合しているため、マウスをクリックするだけで、特定の送信所の場所に「飛ぶ」ことができます。多くの場合、ユーザーは信号が発信されている送信アンテナを見ることができます。

ラジオのグラフィカル ユーザー インターフェイスは柔軟性が高いため、ソフトウェア設計者は新しい機能を追加できます。今日の高度な制御ソフトウェア プログラムに搭載されている機能には、バンド テーブル、従来のラジオ コントロールに対応する GUI コントロール、ローカル タイム クロックとUTCクロック、信号強度メーター、検索機能付きの短波リスニング用データベース、スキャン機能、またはテキスト読み上げインターフェイスなどがあります。

統合の次のレベルは「ソフトウェア定義無線」です。ここでは、フィルタリング、変調、信号操作がすべてソフトウェアで行われます。これは、PC のサウンドカードまたは専用の DSP ハードウェアによって行われます。ソフトウェア定義無線に中間周波数を供給するRFフロントエンドがあります。これらのシステムは、「ハードウェア」受信機を超える追加機能を提供できます。たとえば、後で「再生」できるように、無線スペクトルの広い範囲をハード ドライブに記録できます。ある瞬間に単純な AM 放送を復調している同じ SDR が、次の瞬間には HDTV 放送をデコードできることもあります。GNU Radio と呼ばれるオープン ソース プロジェクトは、高性能 SDR の開発に専念しています。

全デジタル無線送信機と受信機は無線の能力を向上させる可能性を秘めている。^[149]

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• 通信受信機、第 3 版、Ulrich L. Rohde、Jerry Whitaker、McGraw Hill、ニューヨーク、2001 年、ISBN 0-07-136121-9 
• ブガ、N.ファルコ A.チスチャコフ NI (1990)。チスチャコフNI（編）。ラジオ受信機理論。ボリス・V・クズネツォフによるロシア語からの翻訳。モスクワ：ミール出版社。ISBN 978-5-03-001321-3最初はロシア語で«Радиоприёмные устройства»として出版されました。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 追記 (リンク)