再生回路
第二次世界大戦中の軍用無線機の受信部には、感度や選択度の点からスーパーヘテロダイン方式が使われることが多かった。しかしアメリカなどと比較し無線技術が遅れていた日本の大戦初期の無線機には、再生方式やその応用である超再生方式を用いたものも多くあった。
例えば、日本海軍の代表的受信機である海軍92式特受信機では、長波の受信に2-V-1(高周波増幅2段 - 再生検波 - 低周波増幅1段)の再生方式を用いている。陸戦隊用無線機の海軍TM式短移動無線電信機の受信部も2-V-2(高周波増幅2段 - 再生検波 - 低周波増幅2段)の再生式である。さらに小型なトランク型の可搬式簡易電信機である海軍TM式軽便無線電信機は0-V-1(高周波増幅無し - 再生検波 - 低周波増幅1段)の構成だった。 陸軍でも陸軍94式5号無線機や陸軍94式6号無線機など、可搬式の野戦用無線機には再生式の受信部を用いた。
また、日本海軍の艦船・潜水艦搭載用の対水警戒マイクロ波レーダーである海軍2号2型電波探信儀は、最初マグネトロンを用いた超再生方式の受信部が使われ、その後動作の不安定さを改善するため昭和19年頃に再生方式に変更されて使用された。このレーダーはその後スーパーヘテロダイン方式に改修され、終戦まで使用された。
ヒトの聴覚を司る感覚器官である蝸牛(かぎゅう)には正帰還を用いた再生回路と同様の原理が用いられている。
内耳にあるカタツムリのような形状の蝸牛は音の周波数情報を神経細胞の電気信号に変換する器官だが、その機械的な構造から予想される周波数特性よりはるかに選択度が高く、また感度も非常に高いことが知られている。例えば、最小可聴値の研究からヒトは蝸牛内の 10 m から 10 m 程度のわずかな変位を検出可能と言われ、これは蝸牛での熱雑音による変位と同じか小さい値である。蝸牛は単純で受動的なものでなく非線形で能動的な性質を持ち、再生回路の集合体のように働いている。
蝸牛内で音を分析する役割を持つ基底膜(basilar membrane)上にはコルチ器と呼ばれる感覚器官があり、この内部に多数の内有毛細胞(Inner hair cells)と外有毛細胞(Outer hair cells)とが並行して規則的に並んでいる。内有毛細胞と外有毛細胞の働きは対照的で、内有毛細胞には脳に向かう求心性神経が、外有毛細胞には脳からの遠心性神経がつながっている。
聴覚の受容器である内有毛細胞は音の振動で興奮し、蝸牛神経を経由して大脳皮質の聴覚野に対象周波数の情報を送る。
再生回路の長所として最も大きいのは以下のものである。
単純な回路で高い増幅率と選択度が得られる。
ラジオ放送が開始された1920年代〜1930年代頃、真空管は高価で増幅率も小さかった。例えば1925年頃の真空管"199"の増幅率は6.6倍、"201A"の増幅率は10倍で、国内での価格はどちらも10円程度(当時の小学校教員の初任給は45円前後)だった。 この頃の再生回路を使用しないストレート式受信機(TRF受信機、Tuned RF receiver)は、5〜6本の真空管と複数の同調回路とを組み合わせ必要な感度と選択度を得る必要があり、当時としては非常に複雑で高価なものだった 。この時代の高級受信機の日本での価格は小さな家一軒分くらいだったと言われる。 また、1920年代頃の受信機はまだ電灯線式の電源を使っておらず、真空管のためのA、B、Cの各電源用に電圧の異なる3種類の電池を使用していた。そのため真空管が多く消費電力が高い受信機は電池のコストもかかった。このような時代、単純な割に感度と選択度が高いという長所は非常に重要視された。
再生回路の短所として以下の項目が挙げられる 。
調整が難しく、増幅度を上げようとすると容易に発振してしまう。
受信周波数で発振しアンテナから電波として放出され他の受信機に妨害を与える(高周波増幅段が無い場合)。
ダイナミックレンジの制限のため強い信号に対して選択度が悪い。
選択度は増幅度に依存するため受信信号に最適な選択度が得られない。
バンドパスフィルタは単純な単極フィルタに限定される。
周波数安定度が悪い。
超再生検波回路の動作には、発振が飽和する前に非発振状態に戻るリニアモード(linear mode)と、完全に飽和した後に非発振状態に戻るログモード(logarithmic mode)がある。
リニアモードでは入力信号の強さで発振強度が変わり、入力信号でパルス振幅変調(PAM)されたような発振波形になる。このモードでは入力信号の強度と発振波形の振幅がほぼ比例する。
ログモードでは振幅でなく飽和するタイミングが信号強度で変わり、入力信号でパルス幅変調(PWM)されたような発振波形になる。入力信号のレベルが低い時は発振の立ち上がりが遅く、信号レベルが高くなるほど立ち上がりが指数関数的に早くなるため、ログモードでの信号強度と発振が飽和する時間との関係は対数的になる。この性質は自動利得制御(AGC)のように働き、弱い信号に対して利得が高くなり強い信号に対しては利得が下がる。そのためログモードは広いダイナミックレンジが要求される用途で使うことができる 。またこのような特性により、弱い信号の近くの周波数に強い信号があるとその影響で利得が下がり、弱い信号が抑圧される性質がある。
超再生検波回路には以下の特徴がある。
単純な回路で非常に高い増幅率が得られる
再生回路で必要だった再生の調整が不要
回路自身にAGC特性がありダイナミックレンジが広い
受信周波数で発振しアンテナから電波として放出され他の受信機に妨害を与える(高周波増幅段が無い場合)
クエンチング発振による雑音(クエンチングノイズ)が発生する
無信号時の雑音が多い
選択度がよくなく、受信周波数内の最も強い信号を受信する