受信機（通信）

主要構成要素と信号の流れ

多くの受信機は共通する機能ブロックの連鎖を備えるが、その実装は周波数帯や用途によって異なる。主な構成要素は次のとおりである。

• アンテナまたはフロントエンド：電磁波を捉え、電気信号を発生させる変換器。
• RF増幅器：できる限り少ない雑音の付加で、微弱な高周波信号を増幅する。
• 周波数変換部／ミキサーと局部発振器：信号を処理しやすい中間周波数（IF）、または直接ベースバンドへ移す。
• IFフィルタリングと増幅：帯域幅を狭め、選択度を向上させて、目的のチャネルを分離する。
• 復調器／検波器：搬送波から変調成分（音声、映像、データ）を取り出す。
• 復号／誤り訂正部：復元されたシンボルを利用可能な情報へ変換し、多くの場合はデジタル信号処理を用いる。
• 出力段：音声増幅器、表示装置、データインターフェース、または記憶装置。

アーキテクチャと種類

受信機のアーキテクチャは、複雑さ、コスト、感度、妨害への耐性の間にあるトレードオフを満たすよう選択される。代表的な方式には以下がある。

• スーパーヘテロダイン方式：フィルタリングを容易にするため、一つ以上の周波数変換で中間周波数へ変換する。ラジオおよびテレビ受信機で主流となっている設計である。
• 直接変換（ホモダイン）方式：RF信号を直接ベースバンドへ変換する。IF段を簡略化できる一方、DCおよびIQ不平衡を慎重に扱う必要がある。
• ソフトウェア定義無線（SDR）：デジタル化後の信号処理の多くをソフトウェアへ移す方式であり、柔軟なプロトコルと迅速な再構成を可能にする。
• コヒーレント方式と非コヒーレント方式：コヒーレント受信機は高性能な復調のために搬送波位相を追跡する。非コヒーレント受信機は追跡せず、構成がより簡単である。

性能指標

受信機性能の主要な指標には、感度（許容できる受信に必要な最小信号レベル）、選択度（近接チャネルを除去する能力）、ダイナミックレンジ（微弱信号から強信号までを扱う能力）、雑音指数（システムが付加する雑音）、イメージ除去（不要なイメージ周波数の抑圧）がある。これらの特性を管理する一般的な方法として、自動利得制御（AGC）およびフィルタリングが用いられる。

用途と例

受信機は、AM/FM放送およびデジタルラジオ、テレビチューナー、衛星テレビと衛星通信、全球測位衛星システム（GNSS）受信機、レーダー信号処理装置、テレメトリー回線、携帯電話基地局、テレメトリーおよびリモートセンシング機器など、多くのシステムの中核をなす。使用されるアンテナには、指向性VHF/UHF用の八木・宇田アンテナ、衛星およびレーダー用のパラボラアンテナ、長距離短波受信用のワイヤー製菱形アレーアンテナがある。

歴史と特記事項

初期の検波器にはコヒーラや結晶ダイオード検波器があり、真空管の登場によって増幅が可能となり、放送受信機が発展した。20世紀初頭に導入されたスーパーヘテロダイン方式は、現在も広く使用されている。現代の開発ではデジタル信号処理とSDR技術が重視されており、同一のハードウェアで複数の規格をサポートできるようになっている。

区別と用語

「受信機」は受信専用の装置を指すのに対し、「トランシーバー」は送信機能も統合している。多くのシステムでは、アンテナ、フロントエンド、デジタル処理の境界は明確ではない。特に、アナログ段とデジタル段が同じ基板上に共存する集積型無線機では、その傾向が顕著である。受信機を評価または設計する際には、最終的なシステム性能は両者によって決まるため、アンテナインターフェースと後段の処理の双方を考慮することが重要である。