Лехерова линия. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

В электронике Лехеровыми линиями или Лехеровой системой называются пары параллельных проводов или стержней, с помощью которых измеряют длину радиоволн в основном на УВЧ и СВЧ диапазонах. Эти провода образуют короткую сбалансированную линию передачи. При подключении к источнику высокочастотной энергии, например, к радиопередатчику, радиоволны образуют стоячие волны по всей длине линии передачи. Передвигая токопроводящую перемычку (мостик), соединяющую накоротко оба провода системы, можно физически измерить длину волны.

Австрийский физик Эрнст Лехер, усовершенствуя методы, используемые Оливером Лоджем и Генрихом Герцем, разработал примерно в 1888 году свой метод измерения длины волны. Сегодня доступны более совершенные методы измерения частоты, и Лехерова линия в настоящее время чаще всего используются в качестве элементов схемы при использовании в высокочастотном оборудовании, например, в телевизорах, Лехерова линия используется в качестве резонансных контуров, в узкополосных фильтрах и в устройствах согласования импедансов. Она используются на частотах, лежащих между КВ/УКВ диапазонами, там где используются сосредоточенные компоненты, и на диапазонах УВЧ/СВЧ, где применяются объемные резонаторы.

Измерение длины волны

Линия Лехера является парой параллельных неизолированных проводов или стержней, находящихся на фиксированном расстояние друг от друга. Расстояние между проводниками не является критическим, но оно должно составлять небольшую часть длины волны. Это расстояние может находится в пределах от менее чем сантиметра до 10 см и более. Длина проводов зависит от действующей длины волны; линии, которые используются для измерений, имеют длину, как правило, в несколько раз большую измеряемой длины волны. Равномерное расстояние между проводами делает из них линии передачи, передающие радиоволны с постоянной скоростью, очень близкой к скорости света. Один конец линии соединен с источником ВЧ сигнала, например, с выходом радиопередатчика. Другой конец линии соединен накоротко через подвижный проводник. Эта замыкающая перемычка отражает волны. Отраженные от короткозамкнутого конца линии волны взаимодействуют с приходящими волнами, создавая синусоидальные стоячие волны напряжения и тока на линии. Напряжение падает до нуля в узлах, расположенных на расстоянии, кратном половине длины волны от конца линии. Максимумы напряжения, называемые пучностями, расположены на полпути между узлами. Поэтому длина волны λ может быть определена путем нахождения двух последовательных узлов (или пучностей) и измерения расстояния между ними, которое нужно умножить на два. Частота F может быть рассчитана, если известна длина волны и ее скорость, и если известна скорость света C:

F = C / λ

Для измерений обычно используются узлы, так как они проявляются более острее, чем пучности, соответственно и точность измерений будет выше.

Поиск узлов

Для поиска узлов применяются два метода. Один из них заключается в использовании индикаторов напряжения, таких как ВЧ вольтметр или простой лампочки накаливания, прикрепленной к паре контактов, скользящих вверх и вниз по проводам. Когда лампочка достигает узла, напряжение между проводами становится равным нулю, поэтому лампа гаснет. Одним из недостатков этого метода является то, что индикатор может воздействовать на стоячую волну на линии, что приводит к ее переотражению. Чтобы предотвратить это, необходимо использовать индикатор с высоким входным сопротивлением; обычная лампа накаливания слишком низкоомна. Лехер и другие исследователи использовали длинные тонкие трубки Гейслера (рис. 1.), стеклянная колба которых помещалась непосредственно на линию. В старых передатчиках высокое напряжение возбуждало тлеющей разряд в газе. В наше время часто используют небольшие неоновые лампы. Одна из проблем с использованием ламп тлеющего разряда является их высокое напряжение зажигания, затрудняющее точную локализацию минимального напряжения. В точных измерителях длины волны используют ВЧ вольтметр.

Другой метод использующийся для поиска узлов заключается в перемещении замыкающего мостика вдоль линии и измерении ВЧ тока, протекающего в линии с помощью ВЧ амперметра, включенного в фидерную линию. Ток в Лехеровой линии, как и напряжение, образует стоячие волны с узлами (точки минимального тока) через каждую половину длины волны. Так как линия представляет собой импеданс для питающего ее источника ВЧ энергии, и этот импеданс меняется в зависимости от длины линии. Когда узел тока расположен в начале линии, то ток, потребляемый от источника, будет минимальным, что и покажет амперметр. Если двигать замыкающий мостик дальше по линии и отметить два места с минимальным током, то расстояние между этими двумя минимумами и будет равно половине длины волны.

Рис. 1. Линия Лехера образца 1902 года, идентичная оригинальной конструкции 1888 года Эрнста Лехера

Радиоволны, создаваемые генератором на основе разрядника Герца (на рисунке справа) двигаются вдоль параллельных проводов. Провода замкнуты между собой (на рисунке с левой стороны), отражаемые волны бегут обратно по проводам в сторону генератора, создавая стоячие волны напряжения вдоль линии. Напряжение стремится к нулю в узлами, расположенных на расстоянии, кратном половине длины волны от конца линии. Узлы были найдены путем перемещения трубки Гейслера - маленькаой трубки тлеющего разряда, типа неоновой лампы, вдоль линии (две из этих ламп них показаны на рисунке). Высокое напряжение на линии заставляет трубку светиться. Когда трубка достигает узла, то напряжение стремится к нулю, и трубка гаснет. Измеренное расстояние между двумя соседними узлами умножается на два, что дает длину волны λ. На рисунке линия показана укороченной; на самом длина линии была 6 метров. Радиоволны, производимые геенратором, лежали были в УКВ-диапазоне и имели длину волны несколько метров. На вставке показаны типы труб Гейслера использоваться с Lecher линий.

Конструкция

Главная привлекательность линии Лехера заключается в том, что с ее помощью можно измерить частоту без использования сложной электроники, и линия может быть легко собрана из простых материалов, продаваемых в обычном магазине. Лехерова линия для измерения длины волны как правило строится на каркасе, на котором жестко крепятся горизонтально расположенные проводники, по которым передвигается замыкающий мостик или индикатор, и измерительной шкалы, по которой определяется расстояние между узлами. Каркас, как правило, изготовлен из непроводящих материалов, таких как дерево, потому что любые проводящие объекты вблизи линии можгут нарушать режим стоячей волны.

Во многих отношениях линия Лехера является электрической версией эксперимента с трубкой Кундта, которая используется для измерения длины звуковых волн.

Измерение скорости света

Если частота F радиоволны известна, то измерив длину волны λ с помощью линии Лехера можно рассчитать скорость волны C, которая примерно равна скорости света:

C = λ*F

В 1891 году французский физик Проспер-Рене Блондло применяя этот метод произвел первые измерения скорости распространения радиоволн. Он использовал 13 различных частот между 10 и 30 МГц и получил среднее значение 297600 км/сек, полученный результат находится в пределах 1% от истинного значения скорости света. Это было важным подтверждением теории Джеймса Клерка Максвелла о том, что свет тоже является электромагнитной волной, как и радиоволны.

Применение в других областях

Короткие Лехеровы линии часто используются в качестве высокодобротных резонансных контуров, которые называют настроечными или резонансными шлейфами. Например, четвертьволновая (λ / 4) короткая линия Лехера действует как параллельный резонансный контур, имея высокое сопротивление на своей резонансной частоте и низкий импеданс на других частотах. Она используются из-за того, что на частотах дециметрового диапазона (10 см...1 м) в резонансных схемах требуются индуктивности и емкости малой величины, что затрудняет их изготовление и к тому же они очень чувствительны к паразитным емкостям и индуктивностям. Единственное различие между замкнутыми линиями передачи и обычными LC контурами заключается в том, что замкнутая линия передачи (резонансный шлейф), например Лехерова линия имеет несколько резонансов на нечетных частотах, кратных основной резонансной частоте, а сосредоточенные LC цепи имеют только одну резонансную частоту.

Питание усилителей мощности высокой частоты

Лехеровы линии могут применяться для резонансных цепей в СВЧ усилителях мощности.] Например, усилитель на двойном тетроде (QQV03-20) на частоту 432 МГц описан Г. Р. Джессопом в справочнике (G.R. Jessop, VHF UHF manual, RSGB, Potters Bar, 1983), использует линию Лехера в анодной цепи в качестве резонансного контура.

Рис. 2. Использование линии Лехера в качестве резонансного контура

Телевизионные тюнеры

Четвертьволновые линии Лехера используются в резонансных цепях в усилителях ВЧ и в гетеродинах у некоторых моделей современных телевизоров. Настройка на различные телестанции осуществляется с помощью варикапа, подключенного к обоим проводникам линии Лехера.

Волновое сопротивление линии Лехера

Расстояние между проводниками Лехеровой системы не влияет на положение стоячих волн на линии, но оно определяет волновое сопротивление, которое может быть важным для согласования линии с источником высокочастотной энергии для эффективной передачи мощности. Для двух параллельных цилиндрических проводников диаметром d и расстоянием между ними D Волновое сопротивление линии будет равно:

Для параллельных проводов формула для емкости где L - длина, С - емкость на метр

Откуда

Имеющиеся в продаже 300 и 450 Ом ленточные кабели (например, телефонная двухпроводная линия типа "лапша") может быть использованы в качестве линий Лехера с фиксированной длиной (резонансный шлейф).

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Как Англия стала островом 09.12.2007 Полмиллиона лет назад Англия была связана с материком Европы широким известняковым "мостом" на том месте, где сейчас пролив Па-де-Кале. Как доказывают геологи из Имперского колледжа в Лондоне, 200-450 тысяч лет назад этот "мост" был разрушен колоссальным потоком воды. Такой вывод им позволила сделать новая карта дна пролива Ла-Манш, составленная с помощью эхолота высокого разрешения. Несколько месяцев через этот район протекал в древности поток мощностью миллион кубометров в секунду. Это прорвалась вода от таяния ледников, накопившаяся в огромном озере, которое находилось на месте теперешней южной части Северного моря. Озеро пополнялось водами впадавших в него рек, самые крупные из которых Рейн и Темза. Но, когда началось таяние ледников, подпиравших озеро с севера, известняковый хребет не выдержал. Прорвавшийся поток снес преграду и прорыл в морском дне желоба шириной до 10 километров и глубиной до 50 метров. С тех пор Англия стала островом.

Другие интересные новости:

▪ Магнит против рака

▪ Новая система хранения данных высокой плотности

▪ Смартчасы Fenix 8 и Enduro 3

▪ Монохромная Фабрика печати Epson

▪ Бетон станет прочнее

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоуправление. Подборка статей

▪ статья Бестужев Александр Александрович. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему Льюиса Кэрролла незаслуженно обвиняют в педофилии? Подробный ответ

▪ статья Каланхоэ перистое. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Усилитель на микросхеме TDA2008, 12 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания с цифровой индикацией напряжения и тока, 220/0-30 вольт 5 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025