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FMトランスミッタ（ワイヤレスマイク）はマイクからの音声または音楽ソース等を微弱電波で飛ばし、 |
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FMラジオで飛ばした音声等を聞く装置です。従来から「キット」などでも色々と製品化されています。 |
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今回は、その動作原理を簡単に説明します。 |
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| ◎電波について |
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中波放送、短波放送、FM放送でのラジオの仕組みは次のようになっています。 |
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図１のように高周波電流（電圧）をアンテナに接続すれば |
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電波が発射されます。 |
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しかし、この中には音声信号が含まれていませんので、 |
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音声信号を伝えられません。 |
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したがって、高周波電流に音声信号を乗せる操作が必要 |
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になり、この操作を「変調」（へんちょう）と言います。 |
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AM放送、FM放送はすべて「変調」を行って電波を発射しています。 |
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このAM、FMは変調の方式を意味していて、 |
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AM 振幅変調(Amplitude Modulation) |
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FM 周波数変調(Frequency Modulation) |
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の略で、中波放送、短波放送はAM、FM放送はFMで変調を行っています。 |
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変調する装置を「変調器」と呼び、高周波電流（電圧）を「搬送波」（はんそうは）と呼びます。 |
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また、音声信号は一般的に「信号波」と言います。 |
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送信側、受信側の簡単な構成図を図２に示します。 |
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受信側は変調されたものを元の信号波（音声信号）に戻すために「復調」（ふくちょう）という操作を行い、 |
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この装置を復調器と言います。 |
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受信側にある「同調」（どうちょう）は希望の放送波を選択する部分です。（選局すること） |
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| ○ AM |
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AM波は図3のように搬送波の振幅を信号波で変化させたものです。 |
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信号波と搬送波を合成しただけでは図3 c ) のAM波にはなりませ |
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んが、最終的に c ) の形になります。 |
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例えば中波放送のTBSラジオは周波数が954KHzですが、 |
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これは図4のような波形になっています。 |
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つまり、搬送波の周波数が954KHzです。 |
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受信側の一番簡単な例として図5に「ゲルマラジオ」の回路を |
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示します。 |
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| FM波は図6のように信号波の振幅の大きさで搬送波の周波数 |
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を変化させる方式です。 |
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信号波の振幅がゼロの時の搬送波周波数を基準として |
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・信号波の振幅がゼロ |
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搬送波周波数は変化しない。 |
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・信号波の振幅がプラス方向 |
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搬送波周波数は高くなる |
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・信号波の振幅がマイナス方向 |
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搬送波周波数は低くなる |
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搬送波の周波数の変化量は使用する無線設備で決められていて |
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FM放送であれば、最大ｱ75KHzになっています。 |
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この最大値の周波数変化量を「最大周波数偏移」と言います。 |
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例えば、80MHzの搬送波であれば |
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80MHz + 75KHz = 80.075MHz |
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80MHz - 75KHz = 79.925MHz |
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ということです。 |
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| ◎FM変調の原理 |
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「バリキャップダイオード」を用いた方法を |
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紹介します。 |
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バリキャップダイオードはダイオードの一種で、図7のように |
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逆方向電圧を加えると端子間容量（コンデンサ）が変化します。 |
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したがって、見かけ上は、コンデンサ容量が変化する可変コンデンサ |
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です。 |
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この性質を利用して共振回路のCとして使えば、共振周波数 |
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が変化します。 |
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つまり、バリキャップに音声信号を加えれば共振周波数 |
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（搬送波）が変化しFM変調を行うことが出来ます。 |
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| ◎FM変調の設計例 |
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| ○ コルピッツ発振回路 |
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ここでは入門書等でよく解説される「コルピッツ発振回路」で設計してみます。 |
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実際の回路を図10に示します。 |
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R1、R2、R3はトランジスタを動作させるためのバイアス抵抗です。 |
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コンデンサCdは交流的にインピーダンスがゼロになるような値で、トランジスタのコレクタは電源Vcc |
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に接続されていますので、結局、コレクタは交流的にGNDになります。 |
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Ccはバイアス（直流）がLによってGNDにショートさせないための直流阻止用でコンデンサの |
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インピーダンスは共振回路に影響を与えないようにします。 |
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抵抗は交流信号（発振周波数）には関係ありませんので、等価的に c ) のようになります。 |
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| ○ 設計例 |
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バリキャップダイオードは前述のように「可変コンデンサ」ですから、これを応用したFM変調回路を |
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図11に示します。 |
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D1がバリキャップでこれに音声信号を加えれば発振周波数が変化し、つまり、これがFMです。 |
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は図12のような特性です。 |
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このような特性を持ったバリキャップとC7,C8,C10,C11 |
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およびLの組み合わせで希望の周波数偏移 |
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（例えば、ｱ75KHz)となるようにすれば良いわけです。 |
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このようにして発振周波数をFM放送帯として製作した試作機の周波数偏移実測データを図13に |
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示します。 |
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振幅レベル |
周波数偏移量実測 |
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50mVrms |
28KHz |
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100mVrms |
54KHz |
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130mVrms |
70KHz |
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140mVrms |
76KHz |
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周波数偏移量は規定値を超えても信号波は歪みませんが、あまり大きいと他の無線設備に影響 |
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を与える恐れがあり好ましくありません。 |
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また、規定の周波数偏移より小さい場合は受信側で受信音が小さくなり、適度な偏移量が |
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必要です。 |
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図13のデータではバリキャップに与える信号波の適正レベルは100mV〜130mVと言えます。 |
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| ◎プリエンファシスとデエンファシス |
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FM放送ではSN比を改善させるために図14のように送信側で信号波の高域成分を強調し、これを |
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「プリエンファシス」と言います。 |
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受信側ではこの特性と逆の操作を行っていて、これを「デエンファシス」と言います。 |
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FM放送のプリエンファシスの特性は図14のとおりです。 |
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図15にオペアンプでの構成例を示します。 |
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コンデンサは周波数によりインピーダンスが変化しますのでこれを利用してオペアンプ回路の入力 |
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抵抗部(R5,R6,C4)が周波数により変化し、増幅度も変化します。 |
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各定数(R5,R6,C4,R7)の組み合わせで図14の特性となるようにします。 |
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信号源が「音楽ソース」などの場合、この機能は必要です。 |
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（一般的に音声は数KHzまでが主な周波数成分ですが、音楽はそれ以上の高い周波数成分がある） |
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| ◎製品例 |
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写真1にキットの製品例を示します。 |
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型番 |
FMTX1-KIT |
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特徴 |
小型（基板サイズ 約19×55mm) |
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面実装部品主体 |
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主な仕様 |
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電源 1.5V（LR44） |
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入力 音声用コンデンサマイク |
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音楽ソース用LINE |
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※LINEはプリエンファシス機能付 |
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参考として「FMTX1-KIT」のスペクトラム波形を以下に示します。 |
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（波形データ1） |
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無変調時の波形。 |
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（波形データ2） |
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LINE入力に信号1KHzを加え、周波数偏移が「ｱ70KHz」時の波形。 |
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FM変調はこのように搬送波（この場合は約85MHz)が変化していることが分かります。 |
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