アームストロング位相変調器
1933年、エドウィン・H・アームストロングは無線信号の周波数変調を生成する方法の特許を取得しました。[ 1 ] アームストロング法は、両側波帯抑圧搬送波信号を生成し、この信号を位相シフトし、その後搬送波を再挿入して周波数変調信号を生成します。
周波数変調は、振幅変調と比較して、高品質の音声を生成し、チャンネル上のノイズ量を大幅に低減します。初期の放送局では、振幅変調が周波数変調よりも生成が容易で、受信機の製造も簡素であったため、振幅変調が使用されていました。電子工学理論によれば、周波数変調信号は無限の帯域幅を持つとされています。振幅変調信号の場合、帯域幅は最高変調周波数の約2倍です。
アームストロングは、周波数変調信号は無限の帯域幅を持つが、重要なのは最初の数セットのサイドバンドのみで、残りは無視できることに気づきました。[ 2 ] 振幅変調音声チャンネルの帯域幅は約6キロヘルツで、一般的な周波数変調音声チャンネルの帯域幅は15キロヘルツです。
仕組み
アームストロング方式は、まず非常に低い周波数、例えば500キロヘルツで搬送信号を生成することから始まります。この周波数はAM放送帯域よりも低く、現在のFM放送帯域である88～108メガヘルツよりもはるかに低いものです。この搬送信号は、送信機内の2つの段階、すなわち平衡変調器とミキサーに印加されます。
平衡型変調器の仕組みを理解するには、振幅変調とその動作原理を理解する必要があります。振幅変調は、変調する音声と同期して搬送波の強度（振幅）を変化させる方法であるとよく説明されます。これは事実で、変調によって出力は変化しますが、これはどの AM 変調器も搬送波の上下に 1 つずつ側波帯を生成するために変化します。これらの側波帯に電力が供給されると、出力が増加します。つまり、振幅変調信号は、一定強度の搬送波と 2 つの側波帯で構成されます。側波帯は情報を搬送し、搬送波は単に情報に付随します。搬送波は送信側で取り除き、受信側で再挿入することで、送信側がすべての電力を側波帯に投入できるようになります。
周波数変調器もサイドバンドを生成しますが、搬送波の両側に1つのサイドバンドを生成するのではなく、両側に多数のサイドバンドを生成します。FM帯域幅は、サイドバンドの数が多いため広くなります。FM送信機からの出力は変調の有無にかかわらず一定であるため、サイドバンドに電力が供給されると搬送波の電力は減少します。
平衡型変調器は、音声信号と無線周波数搬送波を混合しますが、搬送波を抑制し、側波帯のみを残します。平衡型変調器の出力は両側波帯抑制搬送波信号であり、AM信号が持つすべての情報を含みますが、搬送波は含まれません。平衡型変調器の出力に搬送波を再挿入することで、AM信号を生成することができます。[ 3 ]
アームストロング方式では、オーディオ信号と無線周波数搬送信号を平衡変調器に印加することで、両側波帯抑圧搬送信号を生成します。この出力信号の位相は、元の搬送波に対して90度シフトされます。平衡変調器の出力は、搬送波の位相を90度進めることも遅らせることもできます。次に、両側波帯信号と元の搬送波信号をミキサーに印加し、元の搬送波（90度位相がずれている）を再挿入します。ミキサーからの出力は、周波数変調信号です。
位相シフトなしで搬送波を再挿入するとAM信号が生成されます。90度の位相シフトを加えて搬送波を再挿入するとPM信号が生成されます。得られた位相変調器に適用する前にインテリジェンスを統合すると、FM信号と同等になります。
アームストロング方式の問題点の一つは、歪みを最小限に抑えるために周波数偏移（変調量）を小さく抑えなければならないことである。[ 4 ] 最大偏移は1キロヘルツの数分の1であるが、FM放送には75キロヘルツの偏移が必要であり、典型的なFM音声チャネルの偏移は5キロヘルツである。この問題を解決するために、アームストロングは必要な偏移を得るために、信号を何度も高い周波数に乗算した。例えば、146.94メガヘルツで5キロヘルツ偏移のFM信号を生成するには、送信機は6.1225メガヘルツでわずか0.2キロヘルツの偏移の信号を生成し、その後、その信号を24回乗算する（いわゆる「セラソイド」方式で、無線工学研究所（REL）によって開発され、アームストロングが承認した）。
遺産
アームストロング方式は商業的には使用されなくなりました。周波数変調は、動作周波数から必要な偏移を得て生成されるのが一般的です（いわゆる「ダイレクトFM」方式）。このシステムは1930年代から1940年代にかけて使用されており、高品質のFMオーディオシステムを提供していました。
参考文献
