アナログスイッチによるAM復調回路とダイオード検波の性能比較・見積もり(暫定版)

アナログスイッチ　(74VHC4066 等)を使用したAM復調回路（検波回路）と、ショットキー・ダイオード使用したAM復調回路（検波回路）について、

(1) IQ信号AM復調回路
(2)プロダクト検波回路
(3)ダイオード検波回路（旧名称：ピーク・ディテクタ）

をLTspiceにより、設計段階での、性能見積もり・比較を行いました。

図１：過渡解析シミュレーション結果



結果：
(1) アナログスイッチを使ったプロダクト検波方式は、計算上、従来のダイオード検波回路と同等以上の復調感度が得られる。

(2)アナログスイッチを使ったプロダクト検波方式は、計算上、従来のダイオード検波回路に見られる高調波歪みが無くなり、より良い音質が得ることが期待できる。

(3)IQ信号AM復調回路は、I信号、Q信号、それぞれ直交関数の関係にある復調信号を、加算合成した信号を得られる。

課題：
(1)ここでアナログスイッチを使った単独または片側だけのプロダクト検波方式では、受信したAM変調波のキャリア信号と同期させる同期検波機能を持たせていないが、同期機能をもたせれば、位相ずれの歪みをキャンセルできる。

図1中のI信号電圧、Q信号電圧をそれぞれ2乗して、平方根をとると、その値は、計算上、受信AM電波の位相が時間的に変化しても、その変化をキャンセルできるようです。

この位相同期処理にはDSPやCPUでの信号処理が必要ですが、音質が改善し、伝播経路上の位相変化フェーディングをキャンセルする効果が期待できそうです。（近日公開予定）

また、I信号電圧、Q信号電圧は、時間に関する直交関数の関係にあるので、別の「直交電波の加算現象」に書いた原理に従うと、加算することで、周波数が同じで、振幅が重ねあわせで大きくなり、位相が一定だけずれた信号が得られる可能性があります。（現在検討中）

(2)IQ信号AM復調回路、プロダクト検波回路ともに、局部発振周波数のドリフト、または、送信機側のキャリア周波数のドリフトにより、音調がずれ、音楽の音調がずれて変なふうに聞こえる現象発生が予想される。

この課題を解決するには、送信機側のキャリア周波数のドリフト、及び、受信機側局部発振器側の周波数ドリフトを可能な限り０に近づける必要がある。

(3)IQ信号AM復調回路は、アナログ回路またはDSP信号処理で、平方根演算で実現できるが、場合によっては、I信号またはQ信号の片側だけの復調された低周波ベースバンド信号を低周波アンプで増幅したほうが、回路が簡素になり、ノイズレベルも下がる可能性がある。


参考資料：
[1]「海峡の風」さんサイト記事「同期検波」(Copyright by 海峡の風さん)

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理想ダイオード検波とダイオード検波の原理実験(再評価)

前回の理想ダイオード検波とダイオード検波の原理実験を再評価した。

改良点は、次の通り。

(1)オペアンプRF増幅器のオフセット電圧を調整し、その出力信号の振幅電圧中心が0Vに可能な限りまで調整した。

(2)オペアンプによる理想ダイオード回路のオフセット電圧を調整し、出力電圧のズレを可能な限り補正した。

結果：

(1)上記(1)(2)の対策により、理想ダイオード回路の出力する検波された変調信号の歪みが相当改善した。しかし、前回の回路に見られた検波された変調信号の歪みを完全に除くことができなかった。

(2)ただし変調度が約80%までなら、かなり良好な歪みのないオペアンプによる理想ダイオード回路が実現できた。

(3)オペアンプによる理想ダイオード回路は、AM受信信号のマイナス電圧領域の信号をカットしてしまうため、AM受信信号のプラス電圧領域の信号の包絡線だけしか取り出せず、AM受信信号のマイナス電圧領域の信号情報を失ってしまう問題があることは、前回の検証と同じ結果である。

(4)一般に知られているダイオード検波回路は、従来より言われてきている”包絡線検波”の理論に従った動作をしておらず、AM受信信号のプラス電圧領域の包絡線信号電圧と、AM受信信号のプラス電圧領域の包絡線信号電圧が可算された出力動作が起こっている。

このspice計算からは、従来（少なくとも1965年以前）から現在まで言われている包絡線検波の理論による検波動作をしていないことが、再度確認された。

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