Carrier wave

A high-frequency radio wave that carries the signal to be sent during radio communication. Sound waves from voices and musical instruments can be converted into a signal current using a device such as a microphone, but this signal current has a frequency of about 20 Hz to 10 kHz, so it is difficult to radiate it from an antenna as a radio wave at this frequency. The reason is that in order to efficiently radiate power at frequencies below 10 kHz, an antenna with a length of more than tens of kilometers would be required, which is not practical. In general, radio waves can be efficiently and economically emitted in the range of 30 kHz to 30 GHz, so it is advisable to use radio waves in this frequency range as a signal carrier. If you select one of the radio waves with a frequency in the range that is convenient for radiation, change its amplitude, frequency, phase, etc. in accordance with the change in the signal current, and transmit it, the length of the antenna can be short according to the selected frequency. A high-frequency radio wave that fulfills this role is called a carrier wave, and a carrier wave that has been changed in some way by a signal is called a modulated wave.

Modulation refers to giving a carrier wave a change that corresponds to a change in the signal, and a modulated radio wave consists of a carrier wave and upper and lower sidebands. For example, a carrier wave that has been amplitude modulated does not experience any change in amplitude in the spectrum, but upper and lower sidebands appear and the frequency and amplitude change.

In addition, frequency modulation and phase modulation have infinite sidebands above and below the carrier wave, but the effective width is the occupied frequency bandwidth in amplitude modulation multiplied by the modulation index. In frequency modulation and phase modulation, the power distribution between the carrier wave and the sidebands changes depending on the modulation index, and it is sometimes hard to imagine that the carrier wave will disappear completely at modulation index values ​​such as 2.4 or 5.5. However, this is because the carrier wave disappears at the modulation stage, not that the carrier wave is unnecessary from the beginning.

In principle, a carrier wave can be modulated at a frequency more than twice the maximum frequency contained in the signal to be transmitted, and the original signal can be reproduced correctly on the receiving side, but as mentioned above, in order to transmit as radio waves, the frequency must be convenient for transmission. Also, if the receiver is tuned to that frequency band, only that signal can be extracted, so in wireless communications that share the transmission space, changing the frequency of the carrier wave allows for many transmission paths, and it can be considered to have a double utility.

[Iwao Ishijima]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

電波通信を行うときの送るべき信号の運び手となる高い周波数の電波。音声や楽器などの音波は、マイクロホンのような装置で信号電流に変えることができるが、この信号電流は20ヘルツから10キロヘルツ程度の周波数であるから、このままの周波数で電波としてアンテナから放射させるのは困難である。その理由は、10キロヘルツ以下の周波数で能率よく電力を放射させるためには、数十キロメートル以上の長さをもつアンテナが必要になるので、そのようなものは実用性がないからである。一般に、能率よく経済的に電波を発射できるのは30キロヘルツから30ギガヘルツの範囲で、この周波数帯の電波を信号の運び手として使用することが得策である。放射させるのに都合のよい範囲にある周波数の電波の一つを選び、信号電流の変化にあわせて、その振幅、周波数、位相などのいずれかに変化を与え、これを送信すれば、アンテナの長さは選んだ周波数に見合った短いものですむことになる。このような役割をもたせる高周波の電波を搬送波といい、信号によってなんらかの変化を与えられた搬送波を被変調波という。

　搬送波に信号の変化に対応した変化を与えることを変調といい、変調された電波は、搬送波と上下の側波帯とからなる。たとえば振幅変調を受けた搬送波は、スペクトラムのうえではすこしも振幅変化を受けないで、上下に側波帯が現れたり周波数や振幅の変化をしているのである。

　また、周波数変調や位相変調では搬送波の上下に無限の側波帯をもつが、実効的には振幅変調時の占有周波数帯幅に変調指数を乗じた幅になる。周波数変調と位相変調では、変調指数によって搬送波と側波帯の電力配分が変わり、変調指数2.4、5.5などの値では搬送波が全然なくなるという考えにくいこともおこる。しかし、それは変調の段階で搬送波が消滅するのであって、最初から搬送波が不必要なわけではない。

　搬送波は、原理的には、伝送しようとする信号に含まれる最高周波数の2倍以上の周波数であれば変調が可能で、受信側でもとの信号を正しく再現できるとされているが、電波として送信するためには、前述のとおり、送信に都合のよい周波数である必要がある。また、受信機でその周波数帯に同調をとればその信号だけが取り出せるわけであるから、伝送空間を共有する無線通信では、搬送波の周波数を変えることによってたくさんの伝送路をもつことになり、二重の効用があると考えることができるのである。

［石島　巖］

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