WikiDer > Линия Лечера - Википедия

Линия Лехера начала 1902 года идентична оригинальному аппарату Эрнста Лехера 1888 года. Радиоволны, генерируемые Генератор на искровом промежутке Герца справа пройдите вниз по параллельным проводам. Провода закорочены на левом конце, отражая волны обратно вверх по проводам к генератору, создавая стоячая волна напряжения по линии. Напряжение стремится к нулю при узлы расположен в количестве, кратном половинедлина волны с конца. Узлы были найдены путем скольжения Трубка Гейсслера, маленький тлеющий разряд трубка, как неоновая лампа, вверх и вниз по линии (две показаны на линии). Высокое напряжение на линии заставляет трубку светиться. Когда трубка достигает узла, напряжение падает до нуля, и трубка гаснет. Измеренное расстояние между двумя последовательными узлами равно половине длина волны λ / 2 радиоволн. На чертеже линия показана усеченной; длина линии составляла фактически 6 метров (18 футов). Радиоволны, создаваемые генератором, находились в УВЧ диапазон, с длиной волны в несколько метров. На вставке показаны типы трубок Гейслера, используемые с линиями Лехера.

Образовательный комплект Lecher-line в продаже у Центральная научная компания в 1930-е годы для преподавания теории радио в колледже. В нем есть все необходимое, в том числе абсорбционный измеритель волны для самостоятельного измерения частоты.

В электроника, а Лехер линия или же Провода Lecher представляет собой пару параллельных проводов или стержней, которые использовались для измерения длина волны из радиоволны, в основном в УВЧ и микроволновая печь частоты.^[1][2] Они образуют небольшой отрезок сбалансированный линия передачи (а резонансный заглушка). При привязке к источнику радиочастота мощность, такая как радиопередатчик, радиоволны образуют стоячие волны по их длине. Путем скольжения проводящей шины, соединяющей два провода по их длине, можно физически измерить длину волн. Австрийский физик Эрнст Лехер, улучшая методы, используемые Оливер Лодж^[3] и Генрих Герц,^[4] разработал этот метод измерения длины волны около 1888 года.^[5][6][7] Линии Лехера использовались как устройства измерения частоты до тех пор, пока частотомеры стали доступны после Второй мировой войны. Они также использовались как составные части, часто называемый "резонирующие заглушки", в УВЧ и микроволновая печь радиооборудование, такое как передатчики, радар наборы и телевизионные наборы, выступая в качестве резервуарные контуры, фильтры, и устройства согласования импеданса.^[8] Они используются на частотах между HF/УКВ, куда сосредоточенный компоненты используются, и УВЧ/СВЧ, куда резонансные полости более практичны.

Измерение длины волны

Леска Лечера - это пара параллельных неизолированных проводов или стержней, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Разделение не является критическим, но оно должно составлять небольшую часть длины волны; он колеблется от менее сантиметра до более 10 см. Длина проводов зависит от длина волны участвует; линии, используемые для измерения, обычно имеют длину в несколько длин волн. Равномерное расстояние между проводами делает их линия передачи, проводящие радиоволны с постоянной скоростью очень близко к скорость света. Один конец стержней подсоединяется к источнику РФ мощность, например, выход радиопередатчик. На другом конце стержни соединены вместе с помощью проводящей шины между ними. Этот короткое замыкание прекращение отражает волны. Волны, отраженные от короткозамкнутого конца вмешиваться с уходящими волнами, создавая синусоидальную стоячая волна напряжения и тока на линии. Напряжение стремится к нулю при узлы расположен на расстоянии, кратном половине длины волны от конца, с максимумами, называемыми пучности расположен посередине между узлами.^[9] Следовательно, длина волны λ может быть определен путем нахождения двух следующих друг за другом узлов (или пучностей узлов) и измерения расстояния между ними, а также умножения на два. В частота ж волн можно рассчитать по длине волны и скорости волн, которая является скорость света c:

${ Displaystyle F = { гидроразрыва {c} { lambda}} ,}$

Узлы намного острее пучностей, потому что изменение напряжения с расстоянием вдоль линии максимально в узлах, поэтому они используются.

Поиск узлов

Для поиска узлов используются два метода.^[9] Один из них - использовать какой-либо индикатор напряжения, например, RF. вольтметр или же лампочка, прикрепленный к паре контактов, которые скользят вверх и вниз по проводам.^[10][9] Когда лампочка достигает узла, напряжение между проводами падает до нуля, поэтому лампочка гаснет. Если индикатор имеет слишком низкий импеданс, это будет мешать стоячей волне на линии, поэтому высокий сопротивление индикатор должен использоваться; обычный лампа накаливания имеет слишком низкое сопротивление. Лечер и ранние исследователи использовали длинные тонкие Трубки Гейсслера, укладывая стеклянную трубку прямо поперек линии. Высокое напряжение ранних передатчиков возбуждало тлеющий разряд в газе. В наше время маленькие неон часто используются луковицы. Одна проблема с использованием ламп тлеющего разряда - их высокая поражающее напряжение затрудняет определение точного минимума напряжения. В прецизионных волновомерах ВЧ вольтметр используется.

Другой метод, используемый для поиска узлов, - это сдвинуть замыкающую перемычку вверх и вниз по линии и измерить ток, протекающий по линии, с помощью RF амперметр в линии подачи.^[9] Ток на линии Лехера, как и напряжение, образует стоячую волну с узлами (точками минимального тока) на каждой половине длины волны. Таким образом, линия представляет собой импеданс приложенной мощности, который зависит от ее длины; когда узел тока расположен на входе в линию, ток, отводимый от источника, измеренный амперметром, будет минимальным. Закорачивающая перемычка скользит вниз по линии, и отмечается положение двух последовательных минимумов тока, расстояние между ними составляет половину длины волны.

Линии Lecher могут измерять частоту с точностью до 0,1%.^[1]

Строительство

Линейный волновод Лехера, из статьи "Сделай сам" в радиожурнале 1946 года.

Главная привлекательность линий Лечера заключалась в том, что они были способом измерения частоты без сложной электроники и могли быть импровизированы из простых материалов, которые можно найти в типичном магазине. Волномеры Лехера обычно строятся на раме, которая удерживает проводники жестко и горизонтально, с дорожкой, по которой движется перемычка или индикатор, и встроенной измерительной шкалой, позволяющей считывать расстояние между узлами. Каркас должен быть изготовлен из непроводящего материала, например из дерева, потому что любые проводящие предметы рядом с линией могут нарушить картину стоячей волны. Радиочастотный ток обычно вводится в линию через однооборотный провод на одном конце, который можно держать рядом с передатчиком. змеевик резервуара.

Более простая конструкция представляет собой металлический стержень U-образной формы с разметкой деления и скользящей перемычкой. В процессе работы U-конец действует как соединительное звено и удерживается рядом с катушкой резервуара передатчика, а перемычка выдвигается вдоль плеч, пока ток пластины передатчика не упадет, что указывает на достижение первого узла. Тогда расстояние от конца перемычки до перемычки составляет полдлины волны. Закорачивающий стержень всегда должен быть сдвинут из, вдали от конца ссылки, а не в, чтобы избежать ошибочного схождения на узле более высокого порядка.

Линии Лечера во многих отношениях представляют собой электрическую версию Трубка Кундта эксперимент, который используется для измерения длины волны звуковые волны.

Измерение скорости света

Если частота ж радиоволн известно независимо, длина волны λ измеренные на линии Лечера, можно использовать для расчета скорости волн, c, что примерно равно скорость света:

${ displaystyle c = lambda f ,}$

В 1891 г. французский физик Проспер-Рене Блондло сделал первый^[11] измерение скорости радиоволн, используя этот метод.^[12][13] Он использовал 13 различных частот от 10 до 30. МГц и получили среднее значение 297 600 км / с, что находится в пределах 1% от текущего значения скорости света.^[11] Другие исследователи повторили эксперимент с большей точностью. Это было важным подтверждением Джеймс Клерк Максвеллтеория о том, что свет был электромагнитная волна как радиоволны.

Другие приложения

Линия Лехера как резервуарный контур в РФ усилитель мощности. На этой упрощенной схеме не показаны дроссели, которые питают аноды трубок от источника высокой температуры. Без них два анода закорочены.

Короткие отрезки лески Лечера часто используются как высокие Q резонансные контуры, названный резонансные заглушки. Например, закороченная линия Лехера на четверть длины волны (λ / 4) действует как параллельный резонансный контур, проявляясь как высокий импеданс на своем резонансная частота и низкий импеданс на других частотах. Они используются, потому что в УВЧ частоты значение индукторы и конденсаторы необходимо для 'сосредоточенный компонентнастроенные схемы становятся чрезвычайно низкими, что затрудняет их изготовление и делает их чувствительными к паразитная емкость и индуктивность. Одно различие между ними заключается в том, что отрезки линий передачи, такие как линии Лечера, также резонируют с нечетным числом, кратным их основной резонансной частоте, в то время как сосредоточенные LC-схемы просто имейте одну резонансную частоту.

Цепи баков усилителя мощности

Линии Лехера могут использоваться для резервуарные контуры УВЧ усилители мощности.^[14] Например, двойной тетрод (QQV03-20) 432 МГц усилитель, описанный Дж. Р. Джессопом.^[15] использует анодный резервуар линии Lecher.

Телевизионные тюнеры

Четвертьволновые линии Лечера используются для настроенных схем в РФ усилитель мощности и гетеродин части современного телевизионные наборы. Настройка, необходимая для выбора различных станций, выполняется варакторные диоды через линию Лечера.^[16]

Характеристическое сопротивление линии Лечера

Расстояние между стержнями Лехера не влияет на положение стоячих волн на леске, но определяет характеристическое сопротивление, что может быть важно для согласования линии с источником радиочастотной энергии для эффективной передачи энергии. Для двух параллельных цилиндрических проводников диаметром d и интервал D,

${ displaystyle Z_ {0} = 276 log left ({ frac {D} {d}} + { sqrt { left ({ frac {D} {d}} right) ^ {2} - 1}} right) = { frac {120} { sqrt { epsilon _ {r}}}} cosh ^ {- 1} left ({ frac {D} {d}} right)}$

Для параллельных проводов формула для емкость (на единицу длины) C равно

${ displaystyle C = { frac { pi epsilon _ {0} epsilon _ {r}} { ln { left ({ frac {2D} {d}} right)}}} ,}$

Следовательно, как

${ displaystyle Z_ {0} ^ {2} = { frac {L} {C}}}$

${ displaystyle { begin {align} c & = { frac {1} { sqrt {{ frac {L} {C}} cdot C ^ {2}}}} & = { frac {1 } {Z_ {0} cdot left ( pi epsilon _ {0} epsilon _ {r} right) cdot ln left ({ frac {2D} {d}} right)}} конец {выровнено}}}$

Доступны в продаже 300 и 450 ом двойной свинец Сбалансированный ленточный питатель может использоваться как леска фиксированной длины (резонансный шлейф).

Смотрите также

• Линия передачи

Рекомендации

внешняя ссылка

• "Указатель демонстраций по физике; Провода Lecher". Физические демонстрации, Университет Миннесоты. 1997-06-16.
• "E-82. Электромагнитное излучение; Демонстрационный коротковолновый аппарат". Электричество / магнетизм, демонстрации лекций. Университет Пердью.
• М. Б. Алленсон, А. Р. Пирси и К. Н. Р. Тейлор "Улучшенный эксперимент с проволокой Лехера". 1973 Phys. Educ. 8 47-49. Дои:10.1088/0031-9120/8/1/002.
• Ф. К. Блейк и Б. Х. Джексон "Относительная интенсивность гармоник системы Лешера (экспериментальная).". Научный журнал Огайо. *PDF)
• Ф. К. Блейк "Относительная интенсивность гармоник системы Лечера (теоретическая)". Физическая лаборатория, Университет штата Огайо. (PDF)