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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Linha de Lecher. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante Na eletrônica, as linhas Lecher ou sistema Lecher são pares de fios ou hastes paralelas que medem o comprimento das ondas de rádio, principalmente nas bandas UHF e microondas. Esses fios formam uma linha de transmissão curta e balanceada. Quando conectado a uma fonte de energia de alta frequência, como um transmissor de rádio, as ondas de rádio formam ondas estacionárias ao longo de todo o comprimento da linha de transmissão. Ao mover o jumper condutivo (ponte) que curto-circuita os dois fios do sistema, pode-se medir fisicamente o comprimento de onda. O físico austríaco Ernst Lecher, aprimorando os métodos usados por Oliver Lodge e Heinrich Hertz, desenvolveu seu método de medição de comprimento de onda por volta de 1888. Métodos mais avançados de medição de frequência estão disponíveis hoje, e as linhas Lecher agora são usadas com mais frequência como elementos de circuito quando usadas em equipamentos de alta frequência, como televisores, linhas Lecher são usadas como circuitos ressonantes, em filtros de banda estreita e em dispositivos de casamento de impedância. Eles são usados em frequências entre HF/VHF onde componentes agrupados são usados e nas bandas UHF/Microondas onde ressonadores de cavidade são usados. Medição de comprimento de onda Uma linha de Lecher é um par de fios paralelos desencapados ou hastes a uma distância fixa um do outro. A distância entre os condutores não é crítica, mas deve ser uma pequena fração do comprimento de onda. Essa distância pode variar de menos de um centímetro a 10 cm ou mais. O comprimento dos fios depende do comprimento de onda efetivo; As linhas usadas para medições são geralmente várias vezes mais longas que o comprimento de onda medido. O espaçamento uniforme entre os fios torna-os linhas de transmissão que transmitem ondas de rádio a uma velocidade constante, muito próxima da velocidade da luz. Uma extremidade da linha é conectada a uma fonte de sinal de RF, como a saída de um transmissor de rádio. A outra extremidade da linha está em curto-circuito através de um condutor móvel. Esta ponte de fechamento reflete as ondas. As ondas refletidas na extremidade da linha em curto-circuito interagem com as ondas que chegam, criando ondas estacionárias senoidais de tensão e corrente na linha. A tensão cai para zero nos nós localizados a uma distância que é um múltiplo de meio comprimento de onda a partir do final da linha. Os máximos de tensão, chamados antinós, estão localizados a meio caminho entre os nós. Portanto, o comprimento de onda λ pode ser determinado encontrando dois nós consecutivos (ou antinós) e medindo a distância entre eles, que deve ser multiplicada por dois. A frequência F pode ser calculada se o comprimento de onda e sua velocidade forem conhecidos, e se a velocidade da luz C for conhecida: F=C/λ Para medições, geralmente são usados nós, pois eles aparecem mais nítidos que os antinodos, respectivamente, e a precisão da medição será maior. Pesquisa de nós Dois métodos são usados para encontrar nós. Uma delas é usar indicadores de tensão, como um voltímetro de RF ou uma simples lâmpada incandescente conectada a um par de contatos que deslizam para cima e para baixo nos fios. Quando a lâmpada atinge o nó, a tensão entre os fios torna-se zero, então a lâmpada se apaga. Uma das desvantagens desse método é que o indicador pode afetar a onda estacionária na linha, o que leva à sua reflexão. Para evitar isso, um indicador com alta impedância de entrada deve ser usado; uma lâmpada incandescente convencional tem resistência muito baixa. Leher e outros pesquisadores utilizaram tubos de Geisler longos e finos (Fig. 1.), cujo frasco de vidro foi colocado diretamente na linha. Em transmissores antigos, a alta voltagem excitava uma descarga incandescente no gás. Hoje em dia, pequenas lâmpadas de néon são frequentemente usadas. Um dos problemas com o uso de lâmpadas de descarga incandescente é a sua alta tensão de ignição, dificultando a localização precisa da tensão mínima. Medidores de comprimento de onda precisos usam um voltímetro de RF. Outro método usado para encontrar nós é mover a ponte de fechamento ao longo da linha e medir a corrente de HF que flui na linha usando um amperímetro de HF incluído na linha de alimentação. A corrente na linha de Lecher, como a voltagem, forma ondas estacionárias com nós (pontos mínimos de corrente) através de cada meio comprimento de onda. Já a linha é uma impedância para a fonte de energia de RF que a alimenta, e essa impedância varia em função do comprimento da linha. Quando o nó de corrente estiver localizado no início da linha, a corrente consumida da fonte será mínima, que é o que o amperímetro mostrará. Se você mover a ponte de fechamento mais ao longo da linha e marcar dois lugares com uma corrente mínima, a distância entre esses dois mínimos será igual a metade do comprimento de onda.
As ondas de rádio geradas pelo gerador com base no centelhador Hertz (na figura à direita) se movem ao longo de fios paralelos. Os fios são fechados entre si (na figura do lado esquerdo), as ondas refletidas voltam pelos fios em direção ao gerador, criando ondas de tensão estacionárias ao longo da linha. A tensão tende a zero nos nós localizados a uma distância que é um múltiplo de meio comprimento de onda a partir do final da linha. Os nós foram encontrados movendo um tubo de Geisler, um pequeno tubo de descarga de brilho como uma lâmpada de néon, ao longo de uma linha (duas dessas lâmpadas são mostradas na figura). A alta tensão na linha faz com que o tubo brilhe. Quando o tubo atinge o nó, a tensão tende a zero e o tubo sai. A distância medida entre dois nós adjacentes é multiplicada por dois para dar o comprimento de onda λ. Na figura, a linha é mostrada encurtada; no próprio comprimento da linha era de 6 metros. As ondas de rádio produzidas pelo gerador estavam na banda VHF e tinham um comprimento de onda de vários metros. A inserção mostra os tipos de tubos Geisler usados com as linhas Lecher. projeto A principal atração da linha Lecher é que ela pode ser usada para medir frequência sem o uso de eletrônicos complexos, e a linha pode ser facilmente montada a partir de materiais simples vendidos em uma loja comum. A linha Lecher para medir o comprimento de onda geralmente é construída em uma estrutura na qual os condutores horizontais são montados rigidamente, ao longo da qual a ponte de fechamento ou indicador se move, e uma escala de medição, que determina a distância entre os nós. A estrutura geralmente é feita de materiais não condutores, como madeira, porque qualquer objeto condutor próximo à linha pode perturbar o regime de ondas estacionárias. De muitas maneiras, a linha Lecher é uma versão elétrica do experimento do tubo Kundt usado para medir o comprimento das ondas sonoras. Medindo a velocidade da luz Se a frequência F da onda de rádio for conhecida, medindo o comprimento de onda λ usando a linha de Lecher, você pode calcular a velocidade da onda C, que é aproximadamente igual à velocidade da luz: C=λ*F Em 1891, o físico francês Prosper-René Blondlot utilizou esse método para fazer as primeiras medições da velocidade de propagação das ondas de rádio. Ele usou 13 frequências diferentes entre 10 e 30 MHz e obteve uma média de 297600 km/s, que está dentro de 1% da verdadeira velocidade da luz. Esta foi uma confirmação importante da teoria de James Clerk Maxwell de que a luz também é uma onda eletromagnética, assim como as ondas de rádio. Aplicação em outros campos Linhas Lecher curtas são freqüentemente usadas como circuitos ressonantes de alto Q, que são chamados de stubs de sintonia ou ressonância. Por exemplo, uma linha Lecher curta de quarto de onda (λ/4) atua como um circuito ressonante paralelo, tendo alta resistência em sua frequência ressonante e baixa impedância em outras frequências. São utilizados devido ao fato de que em frequências na faixa do decímetro (10 cm ... 1 m) em circuitos ressonantes, são necessárias pequenas indutâncias e capacitâncias, o que os torna difíceis de fabricar e, além disso, são muito sensíveis a parasitas capacitâncias e indutâncias. A única diferença entre linhas de transmissão fechadas e circuitos LC convencionais é que uma linha de transmissão fechada (toco ressonante), como uma linha Lecheriana, tem múltiplas ressonâncias em frequências ímpares que são múltiplos da frequência ressonante fundamental, enquanto os circuitos LC concentrados têm apenas uma frequência ressonante . Alimentando amplificadores de potência de alta frequência As linhas Lecher podem ser usadas para circuitos ressonantes em amplificadores de potência de micro-ondas.] Por exemplo, um amplificador de tetrodo duplo (QQV03-20) a uma frequência de 432 MHz é descrito por G. R. Jessop no manual (GR Jessop, manual VHF UHF, RSGB, Potters Bar, 1983) usa a linha Lecher no circuito anódico como um circuito ressonante.
Sintonizadores de TV As linhas Lecher de quarto de onda são usadas em circuitos ressonantes em amplificadores de RF e em osciladores locais em alguns modelos de TVs modernas. A sintonização de várias emissoras de TV é realizada por meio de um varicap conectado a ambos os condutores da linha Lecher. Impedância da linha de Lecher O espaçamento dos condutores Lechera não afeta a posição das ondas estacionárias na linha, mas determina a impedância característica, que pode ser importante para combinar a linha com a fonte de energia de RF para transferência de energia eficiente. Para dois condutores cilíndricos paralelos com um diâmetro d e uma distância entre eles D, a impedância da linha será igual a:
Para fios paralelos, a fórmula para capacitância onde L é o comprimento, C é a capacitância por metro
De onde
Cabos de fita de 300 e 450 ohm disponíveis comercialmente (como uma linha telefônica de dois fios) podem ser usados como linhas Lecher de comprimento fixo (ponta ressonante).
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