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:

Самолет меняет вкус привычных продуктов 27.09.2026

Одна и та же еда может восприниматься совершенно по-разному на земле и на борту пассажирского самолета. На первый взгляд причина может показаться очевидной: качество продуктов или особенности приготовления. Однако специалисты утверждают, что значительную роль играют непосредственно условия полета. Шум двигателей, давление в герметичном салоне и даже звуковой фон способны изменять работу механизмов, отвечающих за восприятие вкуса и аромата пищи. Одним из наиболее интересных факторов оказался постоянный шум. Профессор Оксфордского университета Чарльз Спенс исследовал влияние громких звуков на вкусовые ощущения и обнаружил, что в шумной обстановке человек может слабее воспринимать сладость. Поэтому напиток или десерт, которые на земле кажутся достаточно насыщенными, во время полета способны восприниматься более пресными. При этом эффект не одинаков для всех вкусов. Особенно любопытно ведет себя умами - вкус, характерный, например, для помидоров, грибов и пармезана. В условиях полета ...>>

Новая нержавеющая сталь заменит титан в производстве водорода 27.09.2026

Производство водорода с помощью электролиза требует материалов, способных длительное время работать в агрессивной химической среде и при высоких электрических напряжениях. Даже нержавеющая сталь, которая обычно отличается высокой устойчивостью к коррозии, в таких условиях постепенно разрушается. Поэтому в наиболее ответственных элементах электролизеров приходится использовать гораздо более дорогие материалы, прежде всего титан. Исследователи из Университета Гонконга предложили новый сплав, который потенциально способен значительно сократить зависимость от титана. Материал получил название SS-H2, а его главное преимущество заключается в необычном механизме защиты поверхности. Обычная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость благодаря тонкой пассивирующей пленке на основе оксида хрома. Этот слой изолирует металл от агрессивной среды и препятствует дальнейшему развитию коррозии. Однако при достаточно высоком электрическом напряжении защитная пленка может разрушаться, после чего традици ...>>

Кораллы, устойчивые к потеплению, хуже справляются с болезнями 26.09.2026

Коралловые рифы существуют в условиях постоянного взаимодействия множества факторов окружающей среды, поэтому способность переживать один вид стресса еще не гарантирует общей устойчивости организма. Особенно важной эта проблема становится на фоне потепления океана, которое уже приводит к массовому обесцвечиванию кораллов. Исследователи Бостонского университета обнаружили, что симбиоз с теплостойкими водорослями рода Durusdinium действительно помогает кораллам переносить кратковременное повышение температуры, но одновременно может повышать их уязвимость к бактериальным инфекциям. Жизнь кораллов во многом зависит от микроскопических водорослей, которые обитают внутри их тканей. Благодаря фотосинтезу эти симбионты обеспечивают организм-хозяин значительной частью питательных веществ. Однако при чрезмерном нагревании воды нормальное взаимодействие нарушается: водоросли могут покидать ткани коралла, из-за чего он теряет окраску и белеет. Массовое обесцвечивание сегодня считается одной из ...>>

Случайная новость из Архива Дрон-молниеотвод управляет грозой 22.05.2025 Грозовые разряды - одна из самых разрушительных сил природы, способная за секунды нанести колоссальный ущерб промышленным объектам и инфраструктуре. Несмотря на существование громоотводов, до сих пор не существовало действительно гибкой системы, способной реагировать на изменяющиеся погодные условия и направлять молнии вдали от уязвимых объектов. Японские инженеры предложили технологию, которая способна изменить подход к грозозащите - мобильный дрон, работающий как управляемый громоотвод. Проект был разработан специалистами технологической компании Nippon Telegraph and Telephone (NTT), которая давно сталкивалась с проблемами атмосферных разрядов, нарушающих работу телекоммуникационного оборудования. Ответом на вызов стала уникальная система, не только способная пережить прямой удар молнии, но и вызывающая этот разряд целенаправленно. Такой подход может превратить опасную силу природы в управляемый инструмент защиты. В основе работы устройства лежит прочная металлическая конструкция, напоминающая клетку Фарадея. Именно она защищает внутреннюю электронику от губительного действия электрических импульсов. Хотя после попадания молнии дрон все же получает незначительные повреждения, они не критичны и не выводят его из строя, позволяя продолжать работу в грозовой зоне. Испытания технологии проводились в префектуре Симане в период с декабря 2024 года по январь 2025-го. Дрон демонстрировал способность привлекать разряды молний и менять их траекторию, направляя в безопасную точку вдали от критически важных объектов. Исследователи подчеркивают, что целью дрона является не только фиксация молний, но и активное управление их направлением - например, отвод грозового разряда от электростанций, нефтехранилищ и промышленных предприятий. По оценкам экспертов, ежегодный ущерб от молний исчисляется миллиардами долларов - это и пожары, и перебои в подаче электроэнергии, и повреждение дорогостоящего оборудования. Стационарные системы защиты, как правило, ограничены по зоне действия и не всегда могут эффективно защитить территорию в условиях подвижного грозового фронта. В этом контексте мобильный дрон с возможностью управлять направлением молнии представляет собой технологический прорыв. Сейчас разработка NTT находится на этапе доработки. Инженеры стремятся улучшить конструкцию так, чтобы дрон мог выдерживать множественные удары подряд, сохраняя полную функциональность, а также увеличить точность и предсказуемость перенаправления разрядов. В будущем такие устройства могут стать неотъемлемой частью систем безопасности на объектах повышенного риска - от телекоммуникационных вышек до энергетических узлов. Японская разработка поможет в защите инфраструктуры от природных угроз. Управляемая молния - уже не образ поэтической фантастики, а инженерное решение, способное превратить один из самых опасных природных феноменов в инструмент технологической безопасности.

Другие интересные новости:

▪ Реставрация церковных росписей с помощью бактерий

▪ Секрет хорошего чувства ритма у музыкантов

▪ Облако для военных

▪ Арбузный снег

▪ Дозиметр света

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья Мини-грузовичок. Чертеж, описание

▪ статья Можно ли сшить одежду из паутины? Подробный ответ

▪ статья Вибрация и защита от нее

▪ статья Измеритель емкости электролитических конденсаторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ приемник Скат. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026