ヘテロダイン

ヘテロダイン

ヘテロダイン（英: heterodyne）は、信号処理やラジオ通信において用いられる技術であり、異なる振動波形を結合させることで新たな周波数を生成します。この手法は、信号の変調や復調、また特定の情報をより扱いやすい周波数に変換する際に、幅広く応用されています。

基本原理

ヘテロダイン操作においては、2つの周波数が混合され、三角関数の性質に基づき新たに2つの信号が生成されます。これらは、元の信号の和と差に対応し、変調時には和の方が、復調時には差の方が利用されます。必要のない信号はフィルタ回路や同調回路を用いて除去され、目的の信号だけが処理されます。

語源

「ヘテロダイン」という言葉は、ギリシャ語で「異なる」を意味する「hetero」と、「力」を意味する「dyne」に由来しています。この技術は、1901年にカナダの技術者レジナルド・フェッセンデンによって初めて発明されました。これは、特定の周波数を生成するヘテロダイン操作に基づくものでもあります。

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、入力信号の周波数を中間周波数に変換する際にこのヘテロダインの原理を使用します。受信機内部で生成した信号と受信した信号を混合し、和と差の信号を得ます。その後、バンドパスフィルタを適用し、求める信号のみを選択します。通常、AM放送では455kHz、FM放送では10.7MHzの周波数が使われます。選局は、局部発振器での信号周波数の変化によって行われます。

光ヘテロダイン検出受信機

光ヘテロダイン検出受信機では、電場を検出するのではなく、光信号に対してヘテロダイン操作を行い、その結果を光電効果を通じて電気に変換します。光信号の帯域幅と局部発振器から発生する光の帯域は、解析流で重要な役割を果たします。混合された信号は一般的に帶域幅が狭くなるため、処理が容易です。

数学的背景

ヘテロダインの原理は、三角関数の性質に基づいています。具体的には、2つの正弦波をかけ合わせることで、周波数の和と差が得られます。例えば、入力信号のフーリエ変換により、特定の周波数成分に対してヘテロダインの操作を適用することが可能です。この方式により、特定の周波数を検出することができます。

応用例

高感度光学検出

光の周波数は、一般的な電子回路の帯域幅を超えるため、光学検出器はエネルギーを検出する役割を持っています。これにより、近接する波長の光を使用して特定の周波数を精密に検出するという光ヘテロダイン検出が利用されます。この技術により、より狭い帯域での検出が可能です。

アナログビデオテープへの記録

アナログビデオテープでは、色情報を適切な帯域幅に収めるために、色信号の搬送周波数を変換する必要があります。いわゆる「ヘテロダインシステム」を用いて、色信号の標準搬送周波数から変換し記録します。この記録方式により、再生時には搬送周波数を逆変換して元の信号に戻します。

まとめ

ヘテロダイン技術は、信号の変調・復調や周波数変換を通じて、無線通信や光学検出の分野で重要な役割を果たします。この手法の理解は、現代の通信技術や情報処理の基本要素として不可欠です。

もう一度検索