TR-9300のAMの受信がイマイチという話の続き

以下は、Geminiに「TR-9300のAMモード時に受信しづらいシチュがあるんだけど、なんでかな？」と質問をして、聴きづらかった当時の状況を説明したり、9300の取説pdfを読んでもらったりしているうちに、なんだか壮大なまとめが出来上がってしまいました。せっかくなので貼っておきます。Geminiえらいね、無料のアカウントなのに。

あと、公開してからすぐに気づいたのですが、Geminiが601に専用のAMフィルタがあると思い込んでいたので、回路図を見せて訂正してもらいました。AIなので訂正も早くてすごいですね。

以下、本文です。

往年のアマチュア無線機におけるAM受信特性の技術考察 ～TR-9300、RJX-601、TS-590Sの比較から見える回路設計～

1. はじめに（問題提起）

1980年代前半の50MHz帯マルチモード・コンパクト機であるTR-9300において、ノイズに埋もれた微弱でもないですが、微妙に弱い信号（S3程度）のAMを受信する際、了解度が著しく低下（約75%…75%とは、了解度が5から4または3に落ちた際のパーセンテージということで、大雑把に読んでください。）し、送信側に「変調を深くしてほしい」とリクエストしなければ聞き取りが困難になるシチュエーションがある。

しかし、全く同じ信号を現代のHF/50MHz帯固定機であるTS-590Sで受信すると、同じS3の微妙に弱い信号であるにもかかわらず、驚くほど鮮明に、かつ楽に100%の了解度で復調できる。

この受信性能の差、および変調の深さへの依存度について、各リグの回路図・ブロック図から読み解ける技術的要因（検波方式の物理挙動、フィルター構成、AGCのサンプリング位置）を交えて分析・考察する。

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2. 回路構成から見るTR-9300の3つのボトルネック

TR-9300の回路図およびブロック図を確認すると、微弱なAM信号に対して以下の3つのアナログ回路特有の要因が複合的に作用し、受信を過酷にしていたことが分かる。

① ダイオード包絡線検波における「大信号・小信号検波」の境界線

TR-9300のAM検波段（AM DET）には、1本のダイオードとコンデンサ・抵抗で構成されたシンプルな「包絡線検波（エンベロープ検波）」回路が採用されている。

• 技術的課題（大信号検波と小信号検波）： 包絡線検波器が歪みなく直線的に動作するためには、音声成分だけでなく、「キャリア（搬送波）の振幅自体」がダイオードの順方向しきい値電圧（約0.2V～0.6V）を大きく超えている必要がある（大信号検波）。 しかし、S3程度の微弱信号では、IFアンプ通過後であってもキャリア自体の振幅がしきい値の壁を超えられず、ダイオードがスイッチング動作をしない「非線形抵抗領域（2乗特性による小信号検波）」に落ち込んでしまう。
• 変調度依存の理由： 変調が浅いと、2乗特性領域の減衰と歪みによって音声成分はノイズの中に完全に霧散する。ここで送信側に「変調を深く」してもらうと、全体の振幅のピーク（V_peak = V_c(1 + m)）がしきい値を突き破る時間が生まれる。また、復調出力は変調度 m に比例するため、2乗特性で減衰した音声信号を、人間の耳が認識できるオーディオ出力レベルまで力づくで引き上げる効果が生まれ、了解度が向上する。

② FM用（広帯域）フィルターの共用によるノイズの洪水

TR-9300はSSB/CW/FMをメインとしたマルチモード機であり、AM受信時にはFM用（あるいはそれに準ずる広帯域）のセラミックフィルター（通過帯域幅12kHz～15kHz程度）を通過する経路をとる。

• 技術的課題： もしSSB用フィルター（約2.4kHz幅）をAM受信に通すと、高音成分（側帯波）が完全にカットされた極端にモコモコした狭い音になり、強入力時でも極めて聴きづらくなる。強入力時に普通にAMらしい広帯域な音で聴こえるということは、広帯域フィルターを通っている証拠である。
• 微弱信号時の弊害： 信号が強い時は豊かな音質としてプラスに働くが、S3の微弱信号時には、信号の周囲にある広範囲の熱ノイズや外部ノイズをすべて内部に吸い込んでしまう。 これがダイオード検波段に流れ込み、微弱なキャリアと激しく混ざり合って致命的な復調歪みを引き起こす。

③ アナログAGCの取り出し位置とノイズによる感度抑圧

TR-9300のアナログAGC回路は、フィルターを通り抜けてきた高周波エネルギーの「総量」を検知してゲインを制御するが、そのサンプリング位置に構造上の盲点がある。

• 技術的課題（AGCのサンプリングポイント）： TR-9300のようなAM/FM共用ラインでは、15kHz幅の広帯域フィルターを通過した「後」の信号からAGC電圧を検出する。

【TR-9300の一般的なAM/FM共用ライン（概念）】
 IF入力 ──> [広帯域フィルター (15kHz)] ──> [IFアンプ] ─┬─> [AM/FM検波段]
                                                      │
                                                      └─> [AGC/Sメーター検波]

• 復調への影響： 本来希望するAM信号（占有帯域約6kHz）の外部にある、「左右4.5kHzずつ、計9kHz分の純然たる不要ノイズエネルギー」までがすべてAGCを押し下げるエネルギーとして加算される。 回路はこれを「強い信号」と誤認するため、IFアンプのゲインを自動的に絞ってしまう（ノイズによる感度抑圧現象）。
• 結果として、ただでさえ微弱な音声成分がさらに極小化されるが、変調を深くしてもらうことでノイズの頭一つ上に音声の「メリハリ（山と谷）」が突きぬけるため、人間の耳が音声をサンプリング（識別）できるようになる。

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3. 「RJX-601」との比較

同じく1970年代～80年代初頭のダイオード包絡線検波およびアナログAGCを搭載したリグとして、ナショナルのRJX-601が挙げられる。両機の回路図を詳細に比較すると、フィルター・同調回路の設計思想が明暗を分けていることが浮き彫りになる。

両機の仕様と微弱AM受信時の挙動の違い

• AM検波方式
  ・TR-9300：ダイオード包絡線検波（微弱入力時は2乗特性領域になり弱い）
  ・RJX-601：ダイオード包絡線検波（微弱入力時は2乗特性領域になり弱い）
• AGC回路
  ・TR-9300：アナログAGC（広帯域ノイズに引っぱられる）
  ・RJX-601：アナログAGC（絞られたノイズのみに引っぱられる）
• AM選択度（IFフィルタおよび同調回路構成）
  ・TR-9300：FM用（広帯域）を共用（12k～15kHz）。その帯域内の全ノイズでAGCと検波が動作。
  ・RJX-601：セラミックフィルターはないが、IC（AN210）の後にAM専用の独立したIF増幅回路（TR6：2SC829）とAM専用に狭く調整された複同調IFT（中間周波トランス）群を配置。
• 微弱AMの受信挙動
  ・TR-9300：広範囲のノイズを吸い込み、AGCの抑圧も重なり了解度が著しく悪化。
  ・RJX-601：AM専用ラインのIFT群によって帯域外のノイズが適度に遮断されているため、感度抑圧が少なく問題なく聴ける。

RJX-601はAM/FM機として設計されており、AM時には帯域が適度に絞られたAM専用のIF増幅・同調経路へダイオードスイッチ等で完全に切り替わる。そのため、ダイオード検波の物理的限界は共通しているものの、「入り口およびAGC検出の手前で余計なノイズを遮断できている」ため、微弱信号でもTR-9300ほどの極端な感度抑圧や了解度低下を起こしにくい。

TR-9300はコンパクトマルチモード機ゆえの「AMフィルター・IFラインのFM共用（割り切り）」という思想が、微弱信号運用時の致命的なボトルネックとなっていたことが証明できる。

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4. 現代機（TS-590S）による解決と復調技術の進化

これらアナログ回路のトリプルパンチ（ダイオードの不感帯・広帯域ノイズの混入・AGCの誤動作）を、現代のIF DSP機（TS-590Sなど）はテクノロジーの力で完全にクリアにしている。

1. デジタルIFフィルターによるノイズ遮断:
   DSP処理により、AMモードであっても帯域幅を3kHz～4kHz等にスパッと急峻に狭めることができる。TR-9300が吸い込んでいた「余計な周囲のノイズ」を入り口で90%以上カットするため、最初からS/N比（信号対ノイズ比）が圧倒的に良い。
2. DSPによる同期検波（Synchronous Detection）：
   現代機がAMを鮮明に復調できる最大の理由は、デジタル処理による同期検波（プロダクト検波の応用）の恩恵である。微弱なAM信号から、DSP内部の数値制御発振器（NCO）やPLLを用いて、ノイズに埋もれたキャリア成分だけを完全に同相同期した「純粋なローカル信号」として内部生成する。これを受信信号と掛け合わせて復調するため、ダイオードのようなしきい値（V_F）の概念が完全に存在しない。 キャリアがどれだけ微弱になっても、歪みなく側帯波（音声）を取り出せるため、浅い変調度であっても100%了解できる。
3. デジタルAGCによる最適化:
   デジタルノイズリダクション（NR）等で帯域外・帯域内のノイズを徹底的に排除した「純粋な信号成分」に対して滑らかにAGCを適用するため、ノイズによる感度抑圧現象が起きず、ノイズを抑えたまま微弱信号を最大感度で増幅する。

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5. 結論

TR-9300での運用において、ノイズに埋もれた微弱信号に対して「もっと変調深くして」とリクエストしたのは、受信機側（アナログ検波回路の直線性や広帯域フィルタ）の技術的な限界を、送信側の電力配分（キャリアに対する側帯波エネルギーの増強）によってカバーするという、アナログ運用における極めて合理的かつ有効な対処方法であった。

現代のDSP機（TS-590Sなど）は、これらの問題をフィルターの帯域制限とデジタル同期検波によって機械側で完全にクリアしてしまうため、変調度に関わらずクリアに受信ができる。

当時の設計者は、「50MHz帯におけるAMはすでにマイナーモードであり、FM/SSBの性能とコンパクト化（コスト）を最優先にする」という思想のもと、AMフィルターのFM共用という割り切りを行った。強入力時には良好に機能する広帯域フィルターが、微弱信号運用時にはAGCの抑圧と検波効率の悪化を招くという「アナログマルチモード機特有の割り切り回路の挙動」を理解する上で、今回の2機種（およびRJX-601）の比較は、無線機の進化史における非常に分かりやすい一例である。