Lecherova linie - Lecher line - Wikipedia

Počátkem roku 1902 byla řada Lecher identická s původním aparátem Ernsta Lechera z roku 1888. Rádiové vlny generované Hertzianův jiskřiště oscilátor při pravém pojezdu dolů paralelní dráty. Dráty jsou zkratovány dohromady na levém konci, což odráží vlny zpět nahoru vodiče směrem k oscilátoru, čímž se vytváří stojatá vlna napětí podél vedení. Napětí jde na nulu při uzly nachází se v násobcích půlvlnová délka od konce. Uzly byly nalezeny posunutím a Geisslerova trubice, malý žhavicí výboj trubice jako neonové světlo, nahoru a dolů po čáře (dvě jsou zobrazeny na čáře). Vysoké napětí na lince rozžhavuje trubici. Když trubice dosáhne uzlu, napětí klesne na nulu a trubice zhasne. Naměřená vzdálenost mezi dvěma po sobě následujícími uzly se rovná polovině vlnová délka λ / 2 rádiových vln. Čára je na výkresu zkrácena; délka šňůry byla ve skutečnosti 6 metrů (18 stop). Rádiové vlny produkované oscilátorem byly v UHF dosah s vlnovou délkou několika metrů. Vložka zobrazuje typy Geisslerovy trubice používané s linkami Lecher.
Edukační sada Lecher-line prodává Ústřední vědecká společnost ve třicátých letech pro výuku radiové teorie na vysoké škole. Obsahuje vše potřebné, včetně absorpční vlnoměr pro nezávislé měření frekvence.

v elektronika, a Lecherova linie nebo Lecherovy dráty je dvojice paralelních drátů nebo tyčí, které byly použity k měření vlnová délka z rádiové vlny, hlavně na UHF a mikrovlnná trouba frekvence.[1][2] Tvoří krátkou délku vyrovnaný přenosové vedení (A rezonanční útržek ). Při připojení ke zdroji rádiová frekvence energie, jako je rádiový vysílač, se tvoří rádiové vlny stojaté vlny po jejich délce. Posunutím vodivé tyče, která přemosťuje dva dráty po jejich délce, lze fyzicky měřit délku vln. Rakouský fyzik Ernst Lecher, zdokonalování technik používaných Oliver Lodge[3] a Heinrich Hertz,[4] vyvinul tuto metodu měření vlnové délky kolem roku 1888.[5][6][7] Lecherovy linky se používaly jako zařízení pro měření frekvence až do roku frekvenční čítače byly k dispozici po 2. světové válce. Byly také používány jako komponenty, často volané "rezonanční útržky ", v UHF a mikrovlnná trouba rádiová zařízení jako např vysílače, radar sady a televizní přijímače, sloužící jako obvody nádrže, filtry a zařízení přizpůsobující impedanci.[8] Používají se na frekvencích mezi HF /VHF, kde soustředěný jsou použity komponenty a UHF /SHF, kde rezonanční dutiny jsou praktičtější.

Měření vlnové délky

Lecherova linie je dvojice paralelních neizolovaných drátů nebo tyčí držených v přesné vzdálenosti od sebe. Separace není kritická, ale měla by představovat malý zlomek vlnové délky; pohybuje se od méně než centimetru do více než 10 cm. Délka vodičů závisí na vlnová délka zapojen; čáry používané pro měření jsou obecně dlouhé několik vlnových délek. Díky rovnoměrnému rozestupu vodičů jsou a přenosové vedení, vedení rádiových vln konstantní rychlostí velmi blízko k rychlost světla. Jeden konec tyčí je připojen ke zdroji RF výkon, například výstup a rádiový vysílač. Na druhém konci jsou tyče spojeny dohromady vodivou tyčí mezi nimi. Tento zkrat zakončení odráží vlny. Vlny se odrážely od zkratovaného konce zasahovat s odcházejícími vlnami vytváří sinusový průběh stojatá vlna napětí a proudu na vedení. Napětí jde na nulu při uzly nachází se v násobcích poloviny vlnové délky od konce, s maximy volanými antinody nachází se uprostřed mezi uzly.[9] Proto vlnová délka λ lze určit vyhledáním polohy dvou po sobě jdoucích uzlů (nebo antinod) a změřením vzdálenosti mezi nimi a vynásobením dvěma. The frekvence F vln lze vypočítat z vlnové délky a rychlosti vln, což je rychlost světla C:

Uzly jsou mnohem ostřejší než antinody, protože změna napětí se vzdáleností podél linie je v uzlech maximální, takže se používají.

Nalezení uzlů

K nalezení uzlů se používají dvě metody.[9] Jedním z nich je použít nějaký typ indikátoru napětí, například RF voltmetr nebo žárovka, připojený k dvojici kontaktů, které se posouvají nahoru a dolů po vodičích.[10][9] Když žárovka dosáhne uzlu, napětí mezi vodiči jde na nulu, takže žárovka zhasne. Pokud má indikátor příliš nízkou impedanci, bude rušit stojatou vlnu na lince, tak vysokou impedance musí být použit indikátor; pravidelný žárovka má příliš nízký odpor. Lecher a první vědci používali dlouhý tenký Geisslerovy trubky položením skleněné trubice přímo přes čáru. Vysoké napětí časných vysílačů vzrušovalo a žhavicí výboj v plynu. V moderní době malé neon často se používají žárovky. Jedním z problémů při používání žárovek s výbojkami je jejich vysoká nápadné napětí ztěžuje lokalizaci přesného minima napětí. V přesných wavemetrech RF voltmetr se používá.

Druhou metodou používanou k nalezení uzlů je posunutí zakončovací zkratovací lišty nahoru a dolů po řádku a měření proudu proudícího do vedení pomocí RF ampérmetr v podavači.[9] Proud na Lecherově linii, stejně jako napětí, tvoří stojatou vlnu s uzly (body minimálního proudu) každou poloviční vlnovou délku. Takže linka představuje impedanci aplikovaného výkonu, která se mění s její délkou; když je aktuální uzel umístěn na vstupu do vedení, bude proud odebíraný ze zdroje, měřený ampérmetrem, minimální. Zkratovací lišta je posunuta dolů po linii a je zaznamenána poloha dvou po sobě následujících proudových minim, vzdálenost mezi nimi je polovina vlnové délky.

Lecherovy linky mohou opatrně měřit frekvenci s přesností 0,1%.[1]

Konstrukce

Lineární vlnoměr Lecher z článku „DIY“ v rozhlasovém časopise z roku 1946

Hlavním lákadlem Lecherových linií byl způsob, jak měřit frekvenci bez komplikované elektroniky, a mohly být improvizovány z jednoduchých materiálů nalezených v typickém obchodě. Vlnovody Lecherovy linky jsou obvykle postaveny na rámu, který drží vodiče pevné a vodorovné, se stopou, na které jezdí zkratovací tyč nebo indikátor, a vestavěnou měřící stupnicí, aby bylo možné odečíst vzdálenost mezi uzly. Rám musí být vyroben z nevodivého materiálu, jako je dřevo, protože jakékoli vodivé předměty v blízkosti čáry mohou narušit vzorec stojatých vln. Vysokofrekvenční proud je obvykle zapojen do vedení prostřednictvím jednootáčkové smyčky drátu na jednom konci, kterou lze držet v blízkosti vysílače cívka nádrže.

Jednodušší konstrukce je kovová tyč ve tvaru písmene „U“, označená stupnicemi, s posuvnou zkratovací lištou. V provozu U konec funguje jako spojovací článek a je držen v blízkosti cívky nádrže vysílače a zkratovací tyč je vysunuta podél ramen, dokud proud vysílače na desce neklesne, což znamená, že byl dosažen první uzel. Pak je vzdálenost od konce spojení ke zkratovací liště poloviční vlnové délky. Zkratovací lišta by měla být vždy zasunutá ven, od konce odkazu, ne v, aby nedocházelo ke konvergenci na uzlu vyššího řádu omylem.

V mnoha ohledech jsou linky Lecher elektrickou verzí Kundtova trubice experiment, který se používá k měření vlnové délky zvukové vlny.

Měření rychlosti světla

Pokud frekvence F rádiových vln je nezávisle známa, vlnová délka λ měřeno na Lecherově lince lze použít k výpočtu rychlosti vln, C, což je přibližně stejné jako rychlost světla:

V roce 1891 francouzský fyzik Prosper-René Blondlot udělal první[11] měření rychlosti rádiových vln pomocí této metody.[12][13] Použil 13 různých frekvencí mezi 10 a 30 MHz a získal průměrnou hodnotu 297 600 km / s, což je v rozmezí 1% aktuální hodnoty rychlosti světla.[11] Jiní vědci experiment opakovali s větší přesností. To bylo důležité potvrzení James Clerk Maxwell Teorie, že světlo bylo elektromagnetická vlna jako rádiové vlny.

Další aplikace

Hlavní článek: Pahýl (elektronika)
Lecherova linka jako obvod tanku v RF zesilovač. V tomto zjednodušeném diagramu nejsou zobrazeny tlumivky, které napájejí trubkové anody ze zdroje HT. Bez nich jsou obě anody zkratovány dohromady.

Krátké délky vlasce Lecher se často používají jako vysoké Q rezonanční obvody, nazývané rezonanční útržky. Například zkrácená Lecherova čára o čtvrtinu vlnové délky (λ / 4) funguje jako paralelní rezonanční obvod, který se na své rezonanční frekvence a nízká impedance na jiných frekvencích. Používají se, protože v UHF frekvence hodnota induktory a kondenzátory potřebné pro 'koncentrovaná složka „vyladěné obvody jsou extrémně nízké, takže je obtížné je vyrobit a jsou citlivé parazitní kapacita a indukčnost. Jeden rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že pahýly přenosového vedení, jako jsou Lecherovy čáry, rezonují také na lichých násobcích jejich základní rezonanční frekvence, zatímco jsou soustředěné LC obvody stačí mít jednu rezonanční frekvenci.

Obvody nádrže výkonového zesilovače

Pro Lecher lze použít obvody linky obvody nádrže UHF výkonové zesilovače.[14] Například dvojitá tetroda (QQV03-20) 432 MHz zesilovač popsaná G.R Jessopem[15] používá liniovou anodovou nádrž Lecher.

Televizní tunery

Pro laděné obvody v. Se používají čtvrtvlnné Lecherovy linky RF zesilovač a místní oscilátor porce moderního televizní přijímače. Ladění nutné k výběru různých stanic se provádí pomocí varaktorové diody přes Lecherovu linii.[16]

Charakteristická impedance Lecherovy linie

Odstup mezi Lecherovými tyčemi nemá vliv na polohu stojatých vln na linii, ale určuje charakteristická impedance, což může být důležité pro přizpůsobení vedení ke zdroji vysokofrekvenční energie pro efektivní přenos energie. Pro dva paralelní válcové vodiče o průměru d a mezery D,

Pro paralelní vodiče platí vzorec pro kapacita (na jednotku délky) C je

Proto jako

Komerčně dostupné 300 a 450 ohm dvojité vedení vyvážený podavač pásky lze použít jako linii Lecher s pevnou délkou (rezonanční výběžek).

Viz také

Reference

  1. ^ A b Endall, Robert (září 1946). "Měření frekvence na UHF" (PDF). Rozhlasové zprávy. New York: Ziff-Davis Publishing. 36 (3): 52, 94–96. Citováno 24. března 2014.
  2. ^ Graf, Rudolph F. (1999). Moderní slovník elektroniky. Noví. p. 419. ISBN  0-7506-9866-7.
  3. ^ Lodge, Oliver (1907). Modern Views of Electricity, 3. vyd. London: MacMillan and Co. pp.235.
  4. ^ Hertz, Heinrich (1891). "Teorie stacionárních vln na drátech". Wiedemann Annalen. 8: 407.
  5. ^ Fleming, John Ambrose (1908). Principy elektrické vlnové telegrafie. London: Longmans, Green & Co. pp.264 –270.
  6. ^ E. Lecher (1888) „Eine studie uber electrische Resonanzerscheinungen“ (Studium jevů elektrické rezonance), Wiedemann Annalen, Sv. 41, s. 850, citováno v Fleming, 1908.
  7. ^ "Elektrické vlny". Encyklopedie Britannica, 11. vydání. 9. Cambridge Press. 1910. str. 207.
  8. ^ Basu, Dipak (2001). Slovník čisté a aplikované fyziky. CRC Press. p. 206. ISBN  0-8493-2890-X.
  9. ^ A b C d Barr, D. L. (červenec 1932). „Demonstrace krátkých vln“ (PDF). Krátkovlnné plavidlo. New York: Popular Book Corp. 3 (3): 153. Citováno 23. března 2014.
  10. ^ Franklin, William Suddards (1909). Elektrické vlny: Pokročilé pojednání o teorii střídavého proudu. New York: MacMillan. str.125 –129.
  11. ^ A b „Paralelní dráty a stojící vlny Reného Blondlota“. Rychlost světla. New Jersey Society for Amateur Scientists. 2002. Citováno 2008-12-25., připočítán K. D. Froomovi a L. Essenovi, „Rychlost světla a rádiových vln“, Academic Press, 1969
  12. ^ „Délka elektrických vln“. Elektrotechnik. London: The Electrical Engineer, Ltd. 8: 482. 20. listopadu 1891. Citováno 2008-12-25.
  13. ^ Deaton, Jennifer; Tina Patrick; David Askey (2002). "Historie rychlosti světla" (PDF). Junior Lab. Fyzikální oddělení Univ. Oklahomy. Citováno 2008-12-25., str.15
  14. ^ Gupta, K. C. (2003). Mikrovlny. Vydavatelé New Age. s. 36–37. ISBN  0-85226-346-5.
  15. ^ GR. Jessop, Manuál VHF UHF, RSGB, Potterův bar, 1983, ISBN  0-900612-92-4
  16. ^ Ibrahim, K. F .; Eugene Trundle (2007). Příručka pro nováře k televizní a video technologii. Noví. str. 224–225. ISBN  978-0-7506-8165-0.

externí odkazy