AMラジオはどのようにして希望の周波数のみをフィルタリングしますか？

空気中の電磁波がアンテナに交流電流を誘導することを理解しています。また、信号をフィルター処理して目的の周波数を取得すると、信号のエンベロープを取得してスピーカーを駆動する方法も理解しています。

私が理解していないのは、ラジオがアンテナから信号を受け取り、必要な周波数だけをフィルターで取り除く中央のビットです。それが単一の周波数のみを気にする非常にシンプルなラジオだとしましょう。これが電子機器でどのように機能するか、および個別にサンプリングされたデータに基づいてソフトウェアでラジオを作成しようとした場合にどのように機能するかを説明できますか？

フィルターと呼ばれるものを使用します。さまざまな種類のものからフィルターを構築できます。

抵抗とコンデンサで作られたRCフィルターは、おそらく理解するのが最も簡単です。基本的に、コンデンサは抵抗器として機能しますが、周波数によって抵抗が異なります。抵抗を追加すると、周波数に依存する分圧器を構築できます。これをRCフィルターといいます。1つの抵抗と1つのコンデンサでハイパスフィルターとローパスフィルターを作成できます。ローパスフィルターは低周波数を通過させて高周波数をブロックするように設計されていますが、ハイパスフィルターはその逆です。ハイパスと直列のローパスはバンドパスを形成し、ある範囲内の周波数を通過させ、他の周波数をブロックします。RCフィルター（さらに言えば、ほとんどのフィルター）の動作は、ソースと負荷インピーダンスに依存することに注意してください。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

フィルタは、インダクタなどの他のコンポーネントで作成することもできます。インダクタも抵抗器のように機能しますが、コンデンサとは逆方向に変化します。低周波数では、インダクターはショートのように見え、コンデンサーはオープンのように見えます。高周波では、インダクタは開放のように見え、コンデンサは短絡のように見えます。LCフィルターは、インダクターとコンデンサーで構築されたフィルターの一種です。カットオフが速く、可変コンデンサーでの調整が容易な、かなりシャープなLCフィルターを作成できます。これは通常、クリスタルラジオのような単純なラジオに対して行われます。

^{この回路をシミュレート}

共振周波数を持つものからバンドパスフィルターを作成できます。コンデンサーとインダクターを直列または並列に接続することで、共振タンク回路を形成します。共振タンク回路は、接続方法に応じて、バンドパスフィルターまたはバンドストップフィルターとして使用できます。アンテナはバンドパスフィルターでもあります。アンテナのサイズに近い波長の周波数のみを受信します。大きすぎるか小さすぎると機能しません。キャビティはフィルターとしても使用できます。密閉された金属製のボックスにはさまざまな定在波モードがあり、これらを利用してフィルターとして使用できます。電子波は、音波などの他の波に変換し、フィルタリングすることもできます。SAW（表面弾性波）フィルターと水晶フィルターは、どちらも機械的共振によって機能し、圧電効果を使用して回路と接続します。固有のインダクタンスと静電容量を利用することによって、および反射から生じる建設的および破壊的な干渉を利用することによって、伝送線路からフィルターを構築することも可能です。私は、PCBに印刷されたクレイジーな形の銅片から作られた多くのマイクロ波帯域フィルターを見てきました。これらは分散要素フィルター。ちなみに、これらの他のフィルターのほとんどは、すべてLCまたはRLC回路としてモデル化できます。

今では、ソフトウェア無線機はまったく別の動物です。あなたはデジタルデータで作業しているので、問題にいくつかの抵抗とコンデンサを投げることはできません。代わりに、FIRやIIRなどのいくつかの標準フィルタートポロジを使用できます。これらは、乗算器と加算器のカスケードから構築されています。基本的な考え方は、必要なフィルターの時間領域表現を作成し、このフィルターをデータでたたみ込むことです。結果はフィルタリングされたデータです。ローパスおよびバンドパスFIRフィルターを構築することが可能です。

フィルタリングは、周波数変換と連動しています。Qと呼ばれる場所全体に表示されるパラメーターがあります。これは品質係数です。バンドパスフィルターの場合、それは帯域幅と中心周波数に関連しています。1 GHzで100 Hzの幅のフィルターを作成する場合は、天文学的に高いQのフィルターが必要になります。これは構築が不可能です。したがって、代わりに、低Q（ワイド）フィルターでフィルター処理し、より低い周波数にダウンコンバートしてから、別の低Qフィルターでフィルター処理します。ただし、1 GHzをたとえば10 MHzに変換すると、100 Hzフィルターの方がはるかに妥当なQになります。これは、多くの場合、無線で行われ、おそらく複数の周波数変換を伴います。さらに、

デジタルフィルターの場合、フィルターが長いほどQが高くなり、フィルターの選択性が高くなります。FIRバンドパスフィルターの例を次に示します。

上の曲線はフィルターの周波数応答で、下の曲線はフィルター係数のプロットです。このタイプのフィルターは、一致する形状を検索する方法の1つと考えることができます。フィルター係数には特定の周波数成分が含まれています。ご覧のとおり、応答は少し振動しています。この振動は入力波形と一致するという考えです。厳密に一致する周波数成分は出力に表示され、一致しない周波数成分はキャンセルされます。信号は、一度に1つのサンプルで入力信号に沿ってフィルター係数をスライドさせることによってフィルター処理され、各オフセットで、対応する信号サンプルとフィルター係数が乗算および合計されます。これは基本的に、フィルターに一致しない信号成分を平均化することになります。

これは、Heterodyneチューニングシステムを使用して行われます。たとえば、1200kHZの放送局に同調するとします。チューニングダイヤルを「1200」に設定すると、局部発振器が745kHzの周波数を生成するように設定されます。それらを混合すると、結果として生じる周波数の1つが差になります（調整する周波数-745kHz）。

次のステージは、455kHzにチューニングされた狭帯域アンプです。現在455kHZにあるのは、受信したいステーションである455 + 745または1200kHZの着信でした。これ（455kHz）が増幅されて検出され、そのステーションのオーディオが聞こえます。
もちろん、他の周波数はまだ受信されています。しかし、その結果の周波数は455kHzとは異なるため、増幅されません。

455kHZの中間周波数（米国内）を使用することは、標準のAM帯域（535kHZ〜1610kHz）を下回っていたため、受信しようとしているステーションとの干渉がないため、決定されました。

アナログ電波受信用です。詳細については、Heterodyneを確認してください。なぜ中間周波数に変換するのですか？および中間周波数。

ラジオのアンテナは多くの信号を等しく受信します。私たちが望むのは、他のステーションをフィルタリングして除外し、同調しているステーションの信号のみを許可することです。これが最初に行われた方法は、インダクターと可変コンデンサーの両方を使用することでした。ある周波数では、誘導性リアクタンスは容量性リアクタンスXl = Xcに等しくなり、その信号に最小量のインピーダンスを与えます。その後、その信号は送信されて無線の残りの回路によって増幅されますが、他の周波数はその共振周波数にないため抑制されます。フィルターのQが十分に高ければ、他のステーションが増幅されないようにすることができます。また興味深いことに、この誘導性/容量性回路は、発振器の真の意味で発振します...つまり、ゲインが1を超え、電流によって駆動されます。

私の意見では、AMPLITUDE MODULATED波（搬送波とデータ（音声）を含む）は、180度位相がずれている中間周波数と混合されるため、（音声）情報が表示されます。位相減算と位相同相の追加？ここで同じ考え。