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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Lechers Linie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur In der Elektronik sind Lecher-Linien oder Lecher-System Paare paralleler Drähte oder Stäbe, die die Länge von Radiowellen messen, hauptsächlich im UHF- und Mikrowellenband. Diese Drähte bilden eine kurze symmetrische Übertragungsleitung. Bei Anschluss an eine Hochfrequenzenergiequelle, beispielsweise einen Funksender, bilden die Funkwellen entlang der gesamten Länge der Übertragungsleitung stehende Wellen. Durch Bewegen der leitenden Brücke (Brücke), die beide Drähte des Systems kurzschließt, kann man die Wellenlänge physikalisch messen. Der österreichische Physiker Ernst Lecher entwickelte um 1888 seine Methode zur Messung der Wellenlänge, indem er die von Oliver Lodge und Heinrich Hertz verwendeten Methoden verbesserte. Heutzutage stehen fortschrittlichere Methoden zur Frequenzmessung zur Verfügung, und Lecher-Leitungen werden heute am häufigsten als Schaltungselemente verwendet, wenn sie in Hochfrequenzgeräten wie Fernsehgeräten verwendet werden. Lecher-Leitungen werden als Resonanzkreise, in Schmalbandfiltern und in Impedanzanpassungsgeräten verwendet. Sie werden bei Frequenzen zwischen HF/VHF, wo konzentrierte Komponenten verwendet werden, und auf den UHF-/Mikrowellenbändern, wo Hohlraumresonatoren verwendet werden, eingesetzt. Wellenlängenmessung Eine Lecher-Leitung ist ein Paar paralleler blanker Drähte oder Stäbe in einem festen Abstand voneinander. Der Abstand zwischen den Leitern ist nicht kritisch, sollte jedoch nur einen kleinen Bruchteil der Wellenlänge betragen. Dieser Abstand kann zwischen weniger als einem Zentimeter und 10 cm oder mehr liegen. Die Länge der Drähte hängt von der effektiven Wellenlänge ab; Die zur Messung verwendeten Leitungen sind in der Regel um ein Vielfaches länger als die gemessene Wellenlänge. Der gleichmäßige Abstand zwischen den Drähten macht sie zu Übertragungsleitungen, die Radiowellen mit konstanter Geschwindigkeit, sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit, übertragen. Ein Ende der Leitung ist mit einer HF-Signalquelle verbunden, beispielsweise dem Ausgang eines Funksenders. Das andere Ende der Leitung wird durch einen beweglichen Leiter kurzgeschlossen. Diese schließende Brücke reflektiert die Wellen. Die vom kurzgeschlossenen Ende der Leitung reflektierten Wellen interagieren mit den eingehenden Wellen und erzeugen auf der Leitung sinusförmige stehende Spannungs- und Stromwellen. An Knotenpunkten, die ein Vielfaches einer halben Wellenlänge vom Leitungsende entfernt sind, sinkt die Spannung auf Null. Die Spannungsmaxima, sogenannte Schwingungsbäuche, liegen auf halbem Weg zwischen den Knoten. Daher kann die Wellenlänge λ bestimmt werden, indem man zwei aufeinanderfolgende Knoten (oder Bäuche) findet und den Abstand zwischen ihnen misst, der mit zwei multipliziert werden muss. Die Frequenz F kann berechnet werden, wenn die Wellenlänge und ihre Geschwindigkeit bekannt sind und wenn die Lichtgeschwindigkeit C bekannt ist: F=C/λ Für Messungen werden üblicherweise Knoten verwendet, da diese jeweils schärfer als Bäuche erscheinen und die Messgenauigkeit höher ist. Knotensuche Zum Auffinden von Knoten werden zwei Methoden verwendet. Eine besteht darin, Spannungsanzeiger wie ein HF-Voltmeter oder eine einfache Glühbirne zu verwenden, die an zwei Kontakten befestigt ist, die an den Drähten auf und ab gleiten. Wenn die Glühbirne den Knoten erreicht, wird die Spannung zwischen den Drähten Null, sodass die Glühbirne ausgeht. Einer der Nachteile dieser Methode besteht darin, dass der Indikator die stehende Welle auf der Leitung beeinflussen kann, was zu deren Reflexion führt. Um dies zu verhindern, muss ein Anzeiger mit hoher Eingangsimpedanz verwendet werden; Eine herkömmliche Glühlampe hat einen zu geringen Widerstand. Leher und andere Forscher verwendeten lange, dünne Geisler-Röhren (Abb. 1.), deren Glaskolben direkt auf die Leitung gestellt wurde. In alten Sendern löste Hochspannung eine Glimmentladung im Gas aus. Heutzutage werden häufig kleine Neonlampen verwendet. Eines der Probleme bei der Verwendung von Glimmentladungslampen ist ihre hohe Zündspannung, die es schwierig macht, die Mindestspannung genau zu bestimmen. Präzise Wellenlängenmessgeräte verwenden ein HF-Voltmeter. Eine andere Methode Die Methode zum Auffinden von Knoten besteht darin, die Schließbrücke entlang der Leitung zu bewegen und den in der Leitung fließenden HF-Strom mit einem in der Zuleitung enthaltenen HF-Amperemeter zu messen. Der Strom in der Lecher-Leitung bildet wie die Spannung stehende Wellen mit Knoten (Punkten mit minimalem Strom) über jede halbe Wellenlänge. Da die Leitung eine Impedanz für die sie speisende HF-Energiequelle darstellt, variiert diese Impedanz je nach Länge der Leitung. Wenn sich der Stromknoten am Anfang der Leitung befindet, ist der von der Quelle entnommene Strom minimal, was das Amperemeter anzeigt. Wenn Sie die Schließbrücke weiter entlang der Linie bewegen und zwei Stellen mit minimalem Strom markieren, beträgt der Abstand zwischen diesen beiden Minima die halbe Wellenlänge.
Die vom Generator auf Basis der Hertz-Funkenstrecke (in der Abbildung rechts) erzeugten Funkwellen bewegen sich entlang paralleler Drähte. Die Drähte sind miteinander verbunden (in der Abbildung links), die reflektierten Wellen laufen entlang der Drähte zurück zum Generator und erzeugen stehende Spannungswellen entlang der Leitung. An Knotenpunkten, die sich in einem Abstand von einem Vielfachen einer halben Wellenlänge vom Ende der Leitung befinden, geht die Spannung gegen Null. Die Knoten wurden gefunden, indem eine Geisler-Röhre, eine kleine Glimmentladungsröhre wie eine Neonlampe, entlang einer Linie bewegt wurde (zwei dieser Lampen sind in der Abbildung dargestellt). Hohe Spannung an der Leitung bringt die Röhre zum Glühen. Wenn die Röhre den Knoten erreicht, geht die Spannung gegen Null und die Röhre erlischt. Der gemessene Abstand zwischen zwei benachbarten Knoten wird mit zwei multipliziert und ergibt die Wellenlänge λ. In der Abbildung ist die Linie verkürzt dargestellt; Die Gesamtlänge der Leitung betrug 6 Meter. Die vom Generator erzeugten Radiowellen lagen im UKW-Band und hatten eine Wellenlänge von mehreren Metern. Der Einschub zeigt die Arten von Geisler-Röhren, die mit Lecher-Linien verwendet werden. Design Der Hauptvorteil der Lecher-Linie besteht darin, dass sie zur Frequenzmessung ohne den Einsatz komplexer Elektronik verwendet werden kann und die Linie leicht aus einfachen Materialien zusammengebaut werden kann, die in einem normalen Geschäft erhältlich sind. Die Lecher-Linie zur Messung der Wellenlänge besteht üblicherweise aus einem Rahmen, auf dem horizontale Leiter starr montiert sind, entlang derer sich die Schließbrücke oder der Indikator bewegt, und einer Messskala, die den Abstand zwischen den Knoten bestimmt. Der Rahmen besteht in der Regel aus nicht leitenden Materialien wie Holz, da leitende Gegenstände in der Nähe der Leitung das stehende Wellenregime stören können. In vielerlei Hinsicht ist die Lecher-Linie eine elektrische Version des Kundtschen Röhren-Experiments, das zur Messung der Länge von Schallwellen verwendet wird. Messung der Lichtgeschwindigkeit Wenn die Frequenz F der Radiowelle bekannt ist, können Sie durch Messung der Wellenlänge λ mithilfe der Lecher-Linie die Wellengeschwindigkeit C berechnen, die ungefähr der Lichtgeschwindigkeit entspricht: C=λ*F 1891 nutzte der französische Physiker Prosper-René Blondlot diese Methode, um erstmals die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Radiowellen zu messen. Er nutzte 13 verschiedene Frequenzen zwischen 10 und 30 MHz und erreichte eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 297600 km/s, was innerhalb von 1 % der wahren Lichtgeschwindigkeit liegt. Dies war eine wichtige Bestätigung der Theorie von James Clerk Maxwell, dass Licht ebenso wie Radiowellen eine elektromagnetische Welle ist. Bewerbung in anderen Bereichen Kurze Lecher-Leitungen werden häufig als Resonanzkreise mit hohem Gütefaktor verwendet, die als Tuning- oder Resonanzstichleitungen bezeichnet werden. Beispielsweise wirkt eine Viertelwellen-(λ/4)-Kurzschluss-Lecher-Leitung wie ein Parallelresonanzkreis, der bei seiner Resonanzfrequenz einen hohen Widerstand und bei anderen Frequenzen eine niedrige Impedanz aufweist. Ihr Einsatz beruht auf der Tatsache, dass bei Frequenzen im Dezimeterbereich (10 cm ... 1 m) in Schwingkreisen kleine Induktivitäten und Kapazitäten erforderlich sind, was ihre Herstellung schwierig macht und darüber hinaus sehr empfindlich gegenüber parasitären Störungen ist Kapazitäten und Induktivitäten. Der einzige Unterschied zwischen geschlossenen Übertragungsleitungen und herkömmlichen LC-Schaltkreisen besteht darin, dass eine geschlossene Übertragungsleitung (resonante Stichleitung) wie eine Lechersche Leitung mehrere Resonanzen bei ungeraden Frequenzen aufweist, die ein Vielfaches der Grundresonanzfrequenz sind, während konzentrierte LC-Schaltkreise nur eine Resonanzfrequenz haben . Stromversorgung von Hochfrequenz-Leistungsverstärkern Lecher-Leitungen können für Resonanzkreise in Mikrowellen-Leistungsverstärkern verwendet werden.] Beispielsweise wird ein Doppeltetrodenverstärker (QQV03-20) bei einer Frequenz von 432 MHz von G. R. Jessop im Handbuch beschrieben (GR Jessop, VHF UHF Manual, RSGB, Potters Bar, 1983) nutzt die Lecher-Leitung im Anodenkreis als Resonanzkreis.
TV-Tuner Viertelwellen-Lecher-Leitungen werden in Resonanzkreisen in HF-Verstärkern und in Lokaloszillatoren einiger Modelle moderner Fernsehgeräte verwendet. Die Abstimmung auf verschiedene Fernsehsender erfolgt über einen Varicap, der an beide Leiter der Lecher-Leitung angeschlossen ist. Impedanz der Lecherleitung Der Abstand der Lechera-Leiter hat keinen Einfluss auf die Position der stehenden Wellen auf der Leitung, sondern bestimmt die charakteristische Impedanz, die wichtig sein kann, um die Leitung für eine effiziente Leistungsübertragung an die HF-Stromquelle anzupassen. Für zwei parallele zylindrische Leiter mit einem Durchmesser d und einem Abstand zwischen ihnen D ist die Impedanz der Leitung gleich:
Für parallele Drähte gilt die Formel für die Kapazität, wobei L die Länge und C die Kapazität pro Meter ist
Woher
Als Lecherleitungen fester Länge (Resonant Stub) können handelsübliche 300- und 450-Ohm-Flachbandkabel (z. B. eine zweiadrige Telefonnudelleitung) verwendet werden.
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