スーパーヘテロダイン受信機

スーパーヘテロダイン受信機は、しばしばスーパーヘテロと略され、周波​​数混合を使用して受信信号を固定中間周波数（IF）に変換するラジオ受信機の一種です。これは、元の搬送周波数よりも便利に処理できます。フランスの無線技術者でありラジオ製造業者でもあるルシアン・レヴィによって発明されました。^{[1] [信頼できない情報源? ]}事実上、現代のラジオ受信機はすべてスーパーヘテロダイン原理を使用しています。

初期のモールス信号ラジオ放送は、スパークギャップに接続されたオルタネーターを使用して生成されました。出力信号は、ギャップの物理的構造によって定義される搬送周波数で、オルタネーターからの交流信号によって変調されました。オルタネーターの出力周波数は一般に可聴範囲であったため、可聴振幅変調(AM) 信号が生成されます。単純な無線検出器は高周波搬送波をフィルタリングして変調を残し、それが点と破線の可聴信号として ユーザーのヘッドフォンに渡されました。

1904 年、エルンスト アレクサンダーソンはアレクサンダーソン オルタネーターを発表しました。これは、従来のスパーク ギャップ システムよりも高出力で効率の高い無線周波数出力を直接生成するデバイスです。ただし、スパーク ギャップとは対照的に、オルタネーターからの出力は、選択された周波数の純粋な搬送波です。既存の受信機で検出されると、ドットとダッシュは通常、聞こえない、つまり「超音速」になります。受信機のフィルタリング効果により、これらの信号は通常、クリック音またはドンという音を発し、これは聞こえるものの、ドットとダッシュの判別が困難でした。

1905 年、カナダの発明家レジナルド フェッセンデンは、 2 つのアレクサンダーソン オルタネータを近接した周波数で動作させて、1 つの信号ではなく 2 つの信号を放送するというアイデアを思いつきました。受信機は両方の信号を受信し、検出プロセスの一環として、ビート周波数のみが受信機から出力されます。ビート周波数が聞き取れるほど十分近い 2 つの搬送波を選択することにより、結果として得られるモールス信号は、単純な受信機でも簡単に聞き取ることができます。たとえば、2 つのオルタネータが 3 kHz 離れた周波数で動作する場合、ヘッドフォンの出力は 3 kHz の点または破線になり、簡単に聞き取ることができます。

フェッセンデンは、このシステムを説明するために、「（周波数の）差によって生成される」という意味の「ヘテロダイン」という用語を作り出した。この言葉は、ギリシャ語の「異なる」を意味するhetero-と「力」を意味する-dyneに由来している。

モールス信号は、生成も受信も容易だったため、ラジオの初期の頃に広く使用されていました。音声放送とは対照的に、増幅器の出力は元の信号の変調と厳密に一致する必要はありませんでした。その結果、任意の数の単純な増幅システムを使用できました。1 つの方法は、初期の三極管増幅管の興味深い副作用を利用しました。プレート (陽極) とグリッドの両方が同じ周波数に調整された共振回路に接続され、ステージ ゲインが1よりはるかに高い場合、グリッドとプレートの間の浮遊容量結合により、増幅器が発振します。

1913 年、エドウィン ハワード アームストロングは、この効果を利用して単一の三極管で可聴モールス信号出力を生成する受信機システムについて説明しました。アノードで取得された増幅器の出力は、「ティッカー」を介して入力に接続され、フィードバックが発生し、入力信号が 1 をはるかに超える値になりました。これにより、出力は選択された周波数で振動し、大幅に増幅されました。元の信号がドットまたはダッシュの終わりで切断されると、振動は減衰し、短い遅延の後に音が消えました。

アームストロングはこの概念を再生受信機と呼び、それはすぐにその時代で最も広く使用されるシステムの 1 つになりました。1920 年代の多くの無線システムは再生原理に基づいており、 IFF Mark IIなど、1940 年代まで特殊な役割で使用され続けました。

モールス信号源であっても、再生システムが適さない役割が 1 つありました。それは、無線方向探知(RDF)のタスクです。

再生システムは非線形性が極めて高く、あるしきい値を超える信号は大量に増幅され、時には増幅が大きすぎて送信機に変わることもあった（これが元のIFF システムの全体的な基礎だった）。RDF では、信号の強度を使用して送信機の位置を決定するため、元の信号の強度（多くの場合非常に弱い）を正確に測定するには 線形増幅が必要である。

このニーズに対応するため、当時の RDF システムでは、1 未満で動作する三極管が使用されていました。このようなシステムから使用可能な信号を得るには、数十、あるいは数百の三極管を使用し、陽極とグリッドを接続しなければなりませんでした。これらの増幅器は膨大な電力を消費し、稼働し続けるには保守エンジニアのチームが必要でした。それでも、弱い信号で方向を検出することの戦略的価値は非常に高かったため、英国海軍本部は高コストが正当化されると考えました。

スーパーヘテロダインの概念は、数人の研究者によって発見され、わずか数か月の間隔で特許を申請しましたが、この概念の考案者とされるのは、アメリカのエンジニア、エドウィン・アームストロングであるとよく言われています。彼は、RDF 受信機をより良く製造する方法を検討しているときに、この概念に出会いました。彼は、より高い「短波」周波数に移行すれば RDF がより有用になるという結論に達し、これらの信号用の線形増幅器を構築する実用的な方法を探していました。当時、短波とは、既存の増幅器の能力を超える約 500 kHz 以上の周波数を指していました。

再生受信機が発振すると、近くの受信機も他の局を受信し始めることが分かっていました。アームストロング (および他の研究者) は最終的に、これは局の搬送周波数と再生受信機の発振周波数の間の「超音波ヘテロダイン」によって発生すると推測しました。最初の受信機が高出力で発振し始めると、その信号はアンテナを通じて逆流し、近くの受信機で受信されます。その受信機では、元のヘテロダイン コンセプトと同様に 2 つの信号が混合され、2 つの信号間の周波数差である出力が生成されます。

たとえば、300 kHz の放送局に同調した受信機が 1 台あるとします。近くに 2 台目の受信機を設置し、高ゲインで 400 kHz に設定すると、最初の受信機で受信される 400 kHz の信号を発し始めます。その受信機では、2 つの信号が混合されて 4 つの出力が生成されます。1 つは元の 300 kHz、もう 1 つは受信した 400 kHz、さらに 2 つは 100 kHz の差と 700 kHz の合計です。これは、フェッセンデンが提案したのと同じ効果ですが、彼のシステムでは、ビート周波数が聞こえるように 2 つの周波数が意図的に選択されました。この場合、すべての周波数が可聴範囲をはるかに超えているため、「超音速」となり、スーパーヘテロダインという名前が付けられました。

アームストロングは、この効果が「短波」増幅の問題に対する潜在的な解決策であることに気づきました。「差」出力は元の変調を保持したまま、搬送周波数が低くなるからです。上記の例では、100 kHz のビート信号を増幅してそこから元の情報を取得できるため、受信機はより高い 300 kHz の元の搬送波に同調する必要はありません。適切な周波数セットを選択することにより、非常に高い周波数の信号でも、既存のシステムで増幅できる周波数に「低減」できます。

たとえば、当時の効率的な増幅の範囲をはるかに超える 1500 kHz の信号を受信するには、たとえば 1560 kHz の発振器をセットアップします。アームストロングはこれを「局部発振器」または LO と呼びました。信号は同じデバイスの 2 番目の受信機に送られるため、強力である必要はなく、受信局の強度とほぼ同じ強度の信号を生成するだけで十分でしたが、実際には LO は比較的強い信号になる傾向があります。^[要出典] LO からの信号が局の信号と混合されると、出力の 1 つがヘテロダイン差周波数 (この場合は 60 kHz) になります。彼はこの結果生じる差を「中間周波数」と呼び、しばしば「IF」と略されます。

1919 年 12 月、EH アームストロング少佐は、スーパーヘテロダインと呼ばれる短波増幅の間接的な方法を公表しました。その考え方は、たとえば 1,500,000 サイクル (200 メートル) の入力周波数を、効率的に増幅できる適切な超可聴周波数に下げ、この電流を中間周波数増幅器に通し、最後に整流して 1 段階または 2 段階の可聴周波数増幅を行うというものです。^[2]

スーパーヘテロダインの「秘訣」は、LO 周波数を変更することで、さまざまな局に同調できることです。たとえば、1300 kHz で信号を受信するには、LO を 1360 kHz に同調して、同じ 60 kHz IF を得ることができます。つまり、アンプ セクションを単一の周波数 (設計 IF) で動作するように同調することができ、効率的に行うことがはるかに簡単になります。

アームストロングは自分のアイデアを実践に移し、その技術はすぐに軍に採用された。1920年代に商業ラジオ放送が始まったときには、発振器用の余分な真空管が必要だったこと、受信機が一般的に高価だったこと、操作に熟練度が必要だったことなどから、この技術はあまり普及しなかった。初期の家庭用ラジオでは、同調型無線周波数受信機（TRF）の方が安価で、技術者でない所有者でも使いやすく、操作コストも低かったため、人気があった。アームストロングは最終的にスーパーヘテロダイン特許をウェスティングハウスに売却し、ウェスティングハウスはそれをラジオ・コーポレーション・オブ・アメリカ（RCA）に売却し、RCAは1930年までスーパーヘテロダイン受信機の市場を独占した。^[4]

スーパーヘテロダインが開発された当初の動機は、高周波で三極管増幅器を使用する難しさであったため、より低い中間周波数を使用することに利点があった。この時代、多くの受信機はわずか30kHzのIF周波数を使用していた。^{[5]これらの低いIF周波数は、鉄心}トランスの自己共振に基づくIFトランスを使用することが多かったが、イメージ周波数の除去が不十分であったが、無線周波数で三極管を使用する難しさを、それほど堅牢ではないニュートロダインTRF受信機と有利に競合する方法で克服した。より高いIF周波数（455kHzが一般的な標準）は、増幅管として四極管と五極管が発明された後、イメージ除去の問題を大幅に解決して後年使用されるようになった。しかし、その後も、低い IF 周波数 (通常は 60 kHz) が、ダブルまたはトリプル変換通信受信機の2 番目(または 3 番目) の IF ステージで再び使用されるようになりました。これは、低い IF 周波数でより簡単に達成できる選択性を利用し、イメージ除去は、より高い IF 周波数の以前の IF ステージで達成されるからです。

1920 年代、これらの低周波数では、市販の IF フィルタは 1920 年代のオーディオ中間結合トランスフォーマーと非常によく似ており、構造も似ており、配線もほぼ同じだったため、「IF トランスフォーマー」と呼ばれていました。1930 年代半ばまでには、はるかに高い中間周波数 (通常 440 ～ 470 kHz 前後) を使用するスーパーヘテロダインでは、他の RF アプリケーションに似た同調トランスフォーマーが使用されました。ただし、「IF トランスフォーマー」という名前は保持され、「中間周波数」を意味するようになりました。現代の受信機では、通常、セラミック共振器または表面弾性波共振器と従来の同調インダクタ IF トランスフォーマーを組み合わせて使用​​します。

1930 年代までに、真空管技術の進歩により TRF 受信機のコスト面での優位性が急速に失われ、放送局の数が爆発的に増加したことにより、より安価で高性能な受信機の需要が生まれました。

真空管に追加のグリッドが導入されましたが、より現代的なスクリーングリッド四極管が登場する前は、2 つの制御グリッドを備えた四極管が使用されていました。この管はミキサー機能と発振器機能を組み合わせ、いわゆるオートダインミキサーで初めて使用されました。その後すぐに、スーパーヘテロダイン動作用に特別に設計された管、最も有名なのはペンタグリッドコンバーターが導入されました。管の数を減らすことで (この時代は各管ステージがコストに影響を与える主な要因でした)、TRF および再生受信機設計の利点がさらに減少しました。

1930 年代半ばまでに、TRF 受信機の商用生産は、スーパーヘテロダイン受信機に大きく置き換えられました。1940 年代までに、真空管スーパーヘテロダイン AM 放送受信機は、5 つの真空管 (通常はコンバータ (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) を使用したことから、「オール アメリカン ファイブ」と呼ばれる製造コストの低い設計に改良されました。このとき以来、スーパーヘテロダイン設計は、ほぼすべての商用ラジオおよびテレビ受信機に使用されました。

フランスの技術者ルシアン・レヴィは、1917年8月に特許番号493660でスーパーヘテロダイン原理の特許を出願した。^[6]アームストロングも1917年に特許を出願した。^{[7] [8] [9]} レヴィはアームストロングより約7か月前に最初の特許を出願した。^[1] ドイツの発明家ウォルター・H・ショットキーも1918年に特許を出願した。^[6]

当初、米国はアームストロングを発明者として認め、1920年6月8日に米国特許1,342,885号が発行された。 ^[1]さまざまな変更と法廷審問の後、アームストロングの申請の9つの請求のうち7つを含む米国特許番号1,734,938がレヴィに付与され、残りの2つの請求はGEのアレクサンダーソンとAT&Tのケンドールに付与された。^[1]

アンテナは無線信号を収集します。オプションの RF アンプを備えた調整済み RF ステージは、ある程度の初期選択性を提供します。これはイメージ周波数を抑制するために必要であり、また、強い通過帯域外信号が初期アンプを飽和させるのを防ぐ役割も果たします。局部発振器は混合周波数を提供します。これは通常、受信機をさまざまな局に調整するために使用される可変周波数発振器です。周波数ミキサーは、スーパーヘテロダインの名前の由来となっている実際のヘテロダイン処理を行います。これは、入力無線周波数信号をより高いまたはより低い固定中間周波数(IF) に変換します。IF バンドパス フィルタとアンプは、無線のゲインと狭帯域フィルタリングの大部分を提供します。復調器は、 IF 無線周波数からオーディオまたはその他の変調を抽出します。抽出された信号は、オーディオ アンプによって増幅されます。

無線信号を受信するには、適切なアンテナが必要です。アンテナの出力は非常に小さく、多くの場合は数マイクロボルトしかありません。アンテナからの信号は、いわゆる無線周波数 (RF) 増幅器で調整され、増幅される場合がありますが、この段階は省略されることがよくあります。この段階の 1 つまたは複数の調整回路は、意図した受信周波数から大きく離れた周波数をブロックします。受信機を特定の局に調整するには、局部発振器の周波数を (たとえば) 調整ノブで制御します。局部発振器と RF 段階の調整には、可変コンデンサまたはバリキャップ ダイオードが使用される場合があります。^[11] RF 段階の 1 つ (または複数) の調整回路の調整は、局部発振器の調整に追従する必要があります。

次に、信号は回路に送られ、そこで局部発振器(LO) と呼ばれる可変周波数発振器からの正弦波と混合されます。ミキサーは非線形コンポーネントを使用して、和ビート周波数信号と差ビート周波数信号の両方を生成します。^[12]それぞれの信号には、目的の信号の変調が含まれています。ミキサーの出力には、元の RF 信号 ( f _{RF )}、局部発振器信号 ( f _{LO )}、および 2 つの新しいヘテロダイン周波数( f _RF  +  f _LOとf _RF  −  f _{LO )}が含まれます。ミキサーは、3 次以上の相互変調積などの追加の周波数を誤って生成する場合があります。理想的には、IFバンドパス フィルタは、目的の IF 信号以外をすべてf _{IFで除去します。IF 信号には、受信した無線信号が}f _RFで持っていた元の変調 (送信された情報) が含まれています。

局部発振器の周波数f _LOは、目的の受信無線周波数f _{RF が}f _IFに混合されるように設定されます。正の周波数と負の周波数が対応しているため、局部発振器周波数には 2 つの選択肢があります。局部発振器周波数が目的の受信周波数より低い場合は、ローサイド注入( f _IF = f _RF − f _LO ) と呼ばれ、局部発振器の方が高い場合は、ハイサイド注入( f _IF = f _LO − f _RF ) と呼ばれます。

_{ミキサーは、 f RF}の目的の入力信号だけでなく、その入力に存在するすべての信号も処理します。ミキサー製品 (ヘテロダイン) は多数あります。ミキサーによって生成される他のほとんどの信号 (近くの周波数の局によるものなど) は、IF同調アンプでフィルタリングできます。これにより、スーパーヘテロダイン受信機の優れたパフォーマンスが実現します。ただし、f _{LO が}f _RF  +  f _IFに設定されている場合、 f _LO  +  f _IFで着信する無線信号もf _IFでヘテロダインを生成します。周波数 f _LO  +  f _IFはイメージ周波数と呼ばれ、RF ステージの同調回路で除去する必要があります。イメージ周波数は 目的の周波数f _{RFより 2} f _IF高い (または低い)ため、より高い IF 周波数f _IFを使用すると、RF ステージで追加の選択性を必要とせずに、 受信機のイメージ除去が向上します。

不要なイメージを抑制するには、RF ステージと LO のチューニングが互いに「追跡」される必要がある場合があります。場合によっては、狭帯域受信機に固定チューニングされた RF アンプが搭載されていることがあります。その場合、局部発振器周波数のみが変更されます。ほとんどの場合、受信機の入力帯域は IF 中心周波数よりも広くなります。たとえば、一般的な AM 放送帯域受信機は、455 kHz の IF 周波数で 510 kHz ～ 1655 kHz (約 1160 kHz の入力帯域) をカバーします。FM 放送帯域受信機は、10.7 MHz の IF 周波数で 88 MHz ～ 108 MHz の帯域をカバーします。その場合、IF アンプが同時に 2 つの局を認識しないように RF アンプを調整する必要があります。AM 放送帯域受信機の LO が 1200 kHz に設定されている場合、745 kHz (1200 - 455 kHz) と 1655 kHz の両方の局を認識します。したがって、RF ステージは、IF 周波数の 2 倍離れた局の信号が大幅に減衰されるように設計する必要があります。トラッキングは、マルチセクション可変コンデンサまたは共通の制御電圧で駆動されるいくつかのバラクタで行うことができます。RF アンプは入力と出力の両方に同調回路を備えている場合があり、3 つ以上の同調回路をトラッキングできます。実際には、RF 周波数と LO 周波数は厳密にトラッキングする必要がありますが、完全にトラッキングする必要はありません。^{[13] [14]}

真空管エレクトロニクスの時代、スーパーヘテロダイン受信機では局部発振器とミキサーの機能を1つの真空管に統合することが一般的であり、これにより電力、サイズ、特にコストが節約されました。1つのペンタグリッドコンバーター真空管が発振し、信号増幅と周波数ミキシングも行います。^[15]

ミキサー管またはトランジスタは第1検出器と呼ばれることもあり、IF信号から変調を抽出する復調器は第2検出器と呼ばれます。^{[16]デュアルコンバージョンスーパーヘテロダインには2つのミキサーがあるため、復調器は}第3検出器 と呼ばれます。

中間周波数増幅器（「IF 増幅器」または「IF ストリップ」）のステージは、受信周波数が変化しても変化しない固定周波数に調整されます。固定周波数により、IF 増幅器の最適化が簡単になります。^[10] IF 増幅器は、中心周波数f _{IF を}中心に選択的です。固定中心周波数により、IF 増幅器のステージを慎重に調整して最高のパフォーマンスを得ることができます（この調整は、IF 増幅器の「調整」と呼ばれます）。中心周波数が受信周波数とともに変化すると、IF ステージは調整を追跡する必要があります。スーパーヘテロダインではそうではありません。

通常、IF 中心周波数f _{IF は、希望する受信周波数の範囲}f _RFよりも低くなるように選択されます。これは、同調回路を使用して低い周波数で高い選択性を得る方が簡単で安価だからです。特定のQを持つ同調回路の帯域幅は周波数自体に比例します (さらに、低い周波数で高い Q を実現できます)。そのため、同じ選択性を達成するために必要な IF フィルタ段は少なくなります。また、低い周波数で高いゲインを得る方が簡単で安価です。

しかし、広い周波数範囲で受信するように設計された多くの現代の受信機（スキャナやスペクトルアナライザなど）では、受信周波数よりも高い第1のIF周波数が二重変換構成で採用されています。たとえば、Rohde & Schwarz EK-070 VLF/HF受信機は10kHz〜30MHzをカバーします。^[14]この受信機はバンドスイッチRFフィルタを備えており、入力を81.4MHzの第1のIFと1.4MHzの第2のIF周波数にミックスします。第1のLO周波数は81.4〜111.4MHzで、発振器としては妥当な範囲です。しかし、受信機の元のRF範囲を1.4MHzの中間周波数に直接変換する場合、LO周波数は1.4〜31.4MHzをカバーする必要があり、これは同調回路を使用して実現できません（固定インダクタを備えた可変コンデンサでは、500:1の静電容量範囲が必要になります）。このような高いIF周波数では、イメージ除去が問題になることはありません。最初の IF ステージでは、12 kHz 帯域幅の水晶フィルタを使用します。2 番目の周波数変換 (トリプル変換受信機を作成) では、81.4 MHz の最初の IF と 80 MHz を混合して 1.4 MHz の 2 番目の IF を作成します。最初の IF の帯域幅は 2.8 MHz よりはるかに小さいため、2 番目の IF のイメージ除去は問題になりません。

受信機への干渉を避けるため、免許当局は送信局に共通の IF 周波数を割り当てないようにしています。使用される標準中間周波数は、中波AM ラジオの場合は 455 kHz、放送 FM 受信機の場合は 10.7 MHz、テレビの場合は 38.9 MHz (ヨーロッパ) または 45 MHz (米国)、衛星および地上マイクロ波機器の場合は 70 MHz です。これらのコンポーネントに関連するツール コストを回避するために、ほとんどのメーカーは、提供される固定周波数範囲に基づいて受信機を設計する傾向があり、その結果、中間周波数は事実上世界的に標準化されました。

初期のスーパーヘテロダインでは、IF段は再生段であることが多く、より少ない部品で感度と選択性を実現していました。このようなスーパーヘテロダインをスーパーゲイナーまたはリジェネラダインと呼んでいました。^[17]これはQ乗算器とも呼ばれ、特に選択性を高める目的で既存の受信機に小さな変更を加えるものです。

IFステージには、所望の選択性を達成するためのフィルタおよび/または多重同調回路が含まれる。このフィルタリングは、隣接する放送チャンネル間の周波数間隔と同等かそれ以下の帯域通過帯域を持つ必要がある。理想的には、フィルタは隣接チャンネルに対して高い減衰率を持ちながら、受信信号の品質を維持するために、所望の信号スペクトル全体にわたって平坦な応答を維持する。これは、1つまたは複数のデュアル同調IFトランス、水晶フィルタ、または多極セラミック水晶フィルタを使用することで実現できる。^[18]

テレビ受信機の場合、1941 年に米国で初めて承認されたNTSCシステムで使用されているような、残留側波帯受信に必要な正確なバンドパス特性を生成できる技術は他にありませんでした。1980 年代までに、マルチコンポーネント コンデンサ インダクタ フィルタは、精密な電気機械式表面弾性波(SAW)フィルタに置き換えられました。精密レーザー ミリング技術で製造される SAW フィルタは、製造コストが安く、許容誤差を極めて小さくすることができ、動作が非常に安定しています。

受信信号は復調段で処理され、音声信号（またはその他のベースバンド信号）が復元され、さらに増幅されます。AM復調には包絡線検波が必要ですが、これは整流とローパスフィルタ（ RC回路のように単純なものでも可）を使って中間周波数の残留物を除去することで実現できます。^[19] FM信号は弁別器、比率検波器、または位相同期回路を使って検出できます。連続波信号と単側波帯信号には、いわゆるビート周波数発振器を使った積検波器が必要で、変調の種類によって他の手法も使用されます。^[20]結果として得られた音声信号（たとえば）は増幅され、スピーカーを駆動します。

いわゆるハイサイド注入が使用されている場合、つまり局部発振器の周波数が受信信号よりも高い場合（一般的）、元の信号の周波数スペクトルは反転されます。単側波帯などの特定の変調の場合、復調器（および IF フィルタリング）でこれを考慮する必要があります。

イメージ応答などの障害を克服するために、一部の受信機では、複数の連続した周波数変換段階と、異なる値の複数の IF を使用します。2 つの周波数変換と IF を備えた受信機はデュアルコンバージョンスーパーヘテロダインと呼ばれ、3 つの IF を備えた受信機はトリプルコンバージョンスーパーヘテロダインと呼ばれます。

これが行われる主な理由は、単一の IF では、低イメージ応答と選択性の間にトレードオフがあるためです。受信周波数とイメージ周波数の分離はIF 周波数の 2 倍に等しいため、IF が高いほど、入力からイメージ周波数を除去して低イメージ応答を実現する RF フィルターの設計が容易になります。ただし、IF が高いほど、IF フィルターで高い選択性を実現することが難しくなります。短波周波数以上では、低イメージ応答に必要な高 IF でのチューニングで十分な選択性を得ることが難しく、パフォーマンスに影響します。この問題を解決するには、2 つの IF 周波数を使用します。最初に入力周波数を高 IF に変換して低イメージ応答を実現し、次にこの周波数を低 IF に変換して 2 番目の IF フィルターで良好な選択性を実現します。チューニングを改善するには、3 番目の IF を使用します。

たとえば、500kHzから30MHzまでチューニングできる受信機の場合、3つの周波数変換器が使用される場合があります。^[10] 455kHz IFを使用すると、放送帯域（1600kHz未満）の信号で適切なフロントエンド選択性を簡単に得ることができます。たとえば、受信する局が600kHzの場合、局部発振器を1055kHzに設定して、（-600+1055=）455kHzにイメージを与えることができます。しかし、1510kHzの局も（1510-1055=）455kHzでイメージを生成する可能性があり、イメージ干渉を引き起こします。ただし、600kHzと1510kHzは非常に離れているため、1510kHzの周波数を拒否するようにフロントエンドチューニングを設計するのは簡単です。

しかし、30 MHz では状況が異なります。発振器は 30.455 MHz に設定され、455 kHz IF を生成しますが、30.910 の局も 455 kHz ビートを生成するため、両方の局が同時に聞こえます。しかし、30 MHz と 30.91 MHz を適切に区別できる RF 調整回路を設計することは事実上不可能であるため、1 つの方法として、短波帯域のセクション全体をより低い周波数に「一括ダウンコンバート」し、適切なフロントエンド調整を容易に行うことができます。

たとえば、29 MHz から 30 MHz、28 MHz から 29 MHz などの範囲を 2 MHz から 3 MHz に下げると、より便利に調整できます。これは通常、最初に各「ブロック」をより高い周波数 (通常は 40 MHz) に変換し、次に 2 番目のミキサーを使用して 2 MHz から 3 MHz の範囲に下げることで行われます。2 MHz から 3 MHz の「IF」は、基本的に別の自己完結型スーパーヘテロダイン受信機であり、おそらく 455 kHz の標準 IF を備えています。

マイクロプロセッサ技術により、スーパーヘテロダイン受信機の設計をソフトウェア定義無線アーキテクチャに置き換えることが可能になり、初期 IF フィルタの後の IF 処理がソフトウェアで実装されます。この技術は、システムに必要なマイクロプロセッサがすでに備わっているため、携帯電話に組み込まれた非常に低コストの FM ラジオなどの特定の設計ですでに使用されています。

無線送信機は、ミキサー ステージを使用して出力周波数を生成する場合もあり、これはスーパーヘテロダイン受信機の逆として機能します。

スーパーヘテロダイン受信機は、基本的にこれまでの受信機設計のすべてを置き換えました。現代の半導体エレクトロニクスの発達により、真空管をあまり使用しない設計（再生受信機など）の利点が打ち消されました。スーパーヘテロダイン受信機は、優れた感度、周波数安定性、選択性を提供します。同調型無線周波数受信機（TRF）設計と比較すると、同調可能な発振器は同調可能な増幅器よりも簡単に実現できるため、スーパーヘテロダイン受信機は安定性に優れています。より低い周波数で動作するため、IFフィルタは同等のRFフィルタよりも同じQ値で狭い通過帯域を提供できます。固定IFにより、同調できない水晶フィルタ^{[10]や同様の技術を使用することもできます。}再生受信機と超再生受信機は高感度を提供しましたが、安定性の問題に悩まされることが多く、操作が困難でした。

スーパーヘテロダイン設計の利点は圧倒的ですが、実際には対処する必要がある欠点もいくつかあります。

スーパーヘテロダイン受信機の大きな欠点の 1 つは、イメージ周波数の問題です。ヘテロダイン受信機では、イメージ周波数は、局周波数プラス (またはマイナス) 中間周波数の 2 倍に等しい不要な入力周波数です。イメージ周波数により、2 つの局が同時に受信され、干渉が発生します。イメージ周波数での受信は、スーパーヘテロダイン受信機のアンテナと RF ステージでのチューニング (フィルタリング) によって対処できます。

${\displaystyle f_{\mathrm {IMAGE} }={\begin{cases}f_{\mathrm {RF} }+2f_{\mathrm {IF} },&{\text{if }}f_{\mathrm {LO} }>f_{\mathrm {RF} }{\text{ (high side injection)}}\\f_{\mathrm {RF} }-2f_{\mathrm {IF} },&{\text{if }}f_{\mathrm {LO} }<f_{\mathrm {RF} }{\text{ (low side injection)}}\end{cases}}}$

たとえば、580 kHz の AM 放送局は、455 kHz IF の受信機で同調されます。局部発振器は580 + 455 = 1035 kHz に同調されます。しかし、 580 + 455 + 455 = 1490 kHzの信号も局部発振器から 455 kHz 離れているため、目的の信号とイメージは、局部発振器と混合されると、中間周波数に現れます。このイメージ周波数は AM 放送帯域内です。実際の受信機には、コンバータの前に同調段階があり、イメージ周波数信号の振幅を大幅に低減します。さらに、同じ地域の放送局には、このようなイメージを回避するための周波数が割り当てられています^[要出典]。

不要な周波数は、必要な周波数の「鏡像」であるため、必要な周波数のイメージと呼ばれます。入力でのフィルタリングが不十分な受信機は、必要な周波数とイメージ周波数の 2 つの異なる周波数の信号を同時に受信します。イメージ周波数での無線受信は、必要な信号の受信に干渉する可能性があります。また、イメージ周波数周辺のノイズ (静的) は、受信機の信号対ノイズ比 (SNR) を最大 3dB 低下させる可能性があります。 ${\displaystyle f_{LO}\!}$

初期のオートダイン受信機は、通常 150 kHz 程度の IF しか使用していませんでした。その結果、ほとんどのオートダイン受信機は、イメージ干渉を避けるために、多くの場合二重同調コイルを含む、より高いフロントエンド選択性を必要としました。その後、より高い周波数で十分に増幅できる真空管が開発され、より高い IF 周波数が使用されるようになり、イメージ干渉の問題が軽減されました。一般的な民生用ラジオ受信機には、RF ステージに単一の同調回路しかありません。

イメージ周波数に対する感度は、（1）ミキサーの前にフィルタを置くか、（2）イメージを抑制するより複雑なミキサー回路^{[21]によってのみ最小限に抑えることができますが、これはめったに使用されません。単一のIF周波数を使用するほとんどのチューナブル受信機では、RFステージには}RFフロントエンドに少なくとも1つのチューナブル回路が含まれており、そのチューニングは局部発振器と連動して実行されます。最初の変換で固定局部発振器を使用するダブル（またはトリプル）コンバージョン受信機では、これはむしろ、最初のIF周波数範囲にマッピングされる周波数範囲に対応する固定バンドパスフィルタである可能性があります。

イメージ除去は、受信機の中間周波数を選択する上で重要な要素です。バンドパス周波数とイメージ周波数が離れているほど、バンドパス フィルタは干渉イメージ信号を減衰させます。バンドパス周波数とイメージ周波数の周波数分離は であるため、中間周波数が高いほどイメージ除去が向上します。固定同調 RF ステージでイメージ信号をすべて除去できるほど十分に高い第 1 IF を使用できる場合があります。 ${\displaystyle 2f_{\mathrm {IF} }\!}$

受信機がイメージ周波数で干渉信号を除去する能力は、イメージ除去比によって測定されます。これは、受信周波数の信号からの受信機の出力と、イメージ周波数での等強度信号の出力の比 (デシベル単位) です。

局部発振器からの漂遊放射を近くの受信機が検出できるレベル以下に抑えることは難しい場合があります。受信機の局部発振器がアンテナに届くと、低電力のCW送信機として機能します。その結果、受信機となるはずの装置自体が無線干渉を引き起こす可能性があります。

諜報活動では、局部発振器の放射は秘密受信機とその動作周波数を検出する手段となる。この方法はMI5がRAFTER作戦で使用した。^{[22]この同じ技術は}、レーダー探知機が違法な管轄区域で交通警察が使用するレーダー 探知機にも使用されている。

局部発振器の放射は、RF 増幅段が間に使用されている受信機ではなく、アンテナ信号がミキサー (ミキサー自体が局部発振器信号を受信) に直接接続されている受信機で最も顕著になります。したがって、安価な受信機や、RF 増幅段の実装が難しい高周波数 (特にマイクロ波) の受信機では、問題が大きくなりやすくなります。

局部発振器は通常、振幅変調が無視できる単一周波数信号を生成しますが、ランダム位相変調によって信号エネルギーの一部が側波帯周波数に広がります。これにより、受信機の周波数応答がそれに応じて広がります^{[疑わしい–議論する]} 。これは、低速デジタル信号を受信するような非常に狭い帯域幅の受信機を作成するという目的に反します。発振器の位相ノイズを最小限に抑えるには、通常、発振器が非線形モードにならないように^{[疑わしい–議論する]}などの注意が必要です。

• 自動ゲイン制御 – 信号強度を自動的に調整する電子回路
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• RFフロントエンド – 元の受信無線周波数で信号を処理する受信機内のコンポーネント
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• 調整された無線周波数受信機
• VFO  – 周波数を一定範囲で調整できる発振器Pages displaying short descriptions of redirect targets

ウィキメディア・コモンズには、スーパーヘテロダイン回路に関連するメディアがあります。

• ダグラス、アラン（1990年11月）。「スーパーヘテロダインを発明したのは誰か？」アメリカ無線クラブ紀要。64 （3）：123-142。スーパーヘテロダイン方式に取り組んださまざまな発明家の歴史を紹介する記事。
• Hogan, John L. Jr. (1915 年 9 月)。「ヘテロダイン受信機の開発」。IRE議事録。3 (3): 249–260。doi : 10.1109 /jrproc.1915.216679。S2CID 51639962  。
• シャンペイ（1979 年 3 月 - 4 月）。 「スーパーヘテロダインの発明をしてみませんか？」。La Liaison des Transmissions (フランス語)。１１６．
  シャンペイ（1979 年 4 月 - 5 月）。 「スーパーヘテロダインの発明をしてみませんか？」。La Liaison des Transmissions (フランス語)。117 .ポール・ロートはレヴィより6か月前に発表した。エティエンヌはメモを発表した。
• Schottky, Walter H. (1926 年 10 月)。 「スーパーヘテロダイン方式の起源について」。IRE紀要。14 (5): 695–698。doi : 10.1109 /JRPROC.1926.221074。ISSN 0731-5996。S2CID  51646766  。
• モース、AM (1925-07-31)。「必要」。電気技師。英語の取り組みについて説明します。
• 29F(2d)953. アームストロング対レヴィ、1928年12月3日判決 http://www.leagle.com/decision/192898229F2d953_1614/ARMSTRONG%20v.%20LEVY
• スーパーヘテロダイン受信機の詳細な紹介
• microwaves101.com のスーパーヘテロダイン受信機 2010-11-26 にWayback Machineでアーカイブ
• スーパーヘテロダイン受信機とその技術を説明する複数ページのチュートリアル