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無線電子工学および電気工学の百科事典 電線の短波。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
定在波 短波は、私たちが想像する電流の伝播とは異なる方法でワイヤに沿って伝播します。 私たちは通常、ワイヤのどの場所の電流も同じ強さであると仮定します。 振動電流の場合、これは正しくないことがわかります。 ワイヤの端からの電気の反射によって、ワイヤ内に電流と電圧のいわゆる「定在波」が形成されます。 厳密に言えば、このような波は交流によって形成されますが、一般にこれには非常に長いワイヤが必要となるため、観察することはできません。ワイヤまたはワイヤのペアの長さは少なくとも波長の 1/4 を超える必要があります。 。 短波の場合、これは非常に簡単です。 まず、単一のワイヤで何が起こるかを分析してみましょう。 十分に長いワイヤがあり、その一端 E に短波発生器があり、もう一方の端 A が絶縁されているとします (図 1)。
すでに指摘したように、このようなワイヤ内の電流はその長さに沿って同じではありません。 最後は電流が0で、端から遠ざかるにつれて電流が現れて徐々に大きくなり、端から1/4波離れたB点で最大値に達します。 これは、点 A と点 B の間のワイヤ上のさまざまな場所で電流計をオンにすると、点 B に近づくにつれて電流が増え、電流は ABC 曲線に沿って変化することを意味します。 1位。 点 B を超えると、電流は徐々に点 C まで低下し、そこで完全に停止します。 C から A までの距離は、短波発生器の波長の半分に等しい。 さらに、点 C を超えると、電流は再び増加して D の最大値に達し、その後再びゼロに低下し、その後すべてが再び繰り返されます。 距離ADは波の3/4に等しく、距離AEは発生器の全波長です。 最大値の点 (B と D) では、電流計は同じ電流の強さを示しますが、これらの点での各瞬間の電流は反対方向に流れます (たとえば、矢印で示すように)。 これを図で確認するために、電流分布曲線 CdE を EA ラインから下に配置し、その最初の部分である AbC を EA から上に配置します。 ＡｂＣｄＥ曲線は、いわゆる正弦曲線の形状を有する。 ワイヤに沿ってこのように不均一な電流分布がある場合、ワイヤ内に定在電流波が確立されていると言えます。 電流強度が最大の場所 (点 B D) は電流の腹と呼ばれ、電流強度がゼロに等しい場所 (点 A、C、E) は電流ノードと呼ばれます。 隣接する節と腹の両方が互いに半波の距離にあることがわかります。 ワイヤの長さは十分であると考えましたが、ワイヤが短く、たとえば 1/4 波だけだった場合 (つまり、点 B にすでに発電機がある)、電流分布は依然として不均一になります。 同時に、ワイヤの端の電流は常に 0 であるため、ワイヤの端 (A) にはノードが存在し、発電機 (B) には電流の腹が存在します。 ここで、定在電流波が確立されている単一のワイヤーがある場合、それは電波を空間に放射することに注意することが重要です。 つまりエネルギーを消費するということです。 短波での放射線のエネルギー消費は非常に大きく、波長が短くなるにつれて増加します。 ワイヤーを放射する必要がある場合、これは有益なエネルギーの消費になりますが、場合によってはこれが必要ではなく、その場合、この消費はエネルギーの無駄になります。 たとえば、EA ワイヤ自体はアンテナではなく、アンテナにエネルギーを供給するだけの役割を果たしている場合などです。 この場合、放射のために失われたエネルギーは私たちにとって無駄になるだけでなく、実際のアンテナの放射を妨げて有害になる可能性さえあります。 リーチャーのシステム 放射のためのエネルギー損失なく電流を供給するために、2線式ラインまたはいわゆるレチェロフシステムが使用されます（図2）。 これは、互いに比較的短い距離を走る XNUMX 本のワイヤで構成されます。 くそ。 図２は、一端が絶縁され、他端が発電機に接続されたレッチャーシステムを示す。 この系では、定常波の形成も見られます。 しかし、図面をよく見ると、同じ場所（たとえばaaの切断部分）では、それぞれの線に逆方向に電流が流れていることがわかります。 それは非常に重要です。 この状況により、両方のワイヤが相互にエネルギーを放射するのを防ぎ、レチェロフ システムには放射損失がありません。
ここまで電流の定在波について説明してきましたが、電圧についても同じ波が発生します。 くそ。 図３は、レッチャー系に沿った応力分布を示している。 ここでは電流と同じ曲線が見られます。 ここでも節と腹が観察されます。 ただし、電流がノードを持つ場所では電圧の波腹のみが正確に発生し、その逆も同様です。 これは図3と図2を比較するとよくわかります。
非常に多くの場合、ブリッジを備えた Lecherov システムが使用されます。 これは、システムの両方のワイヤを短絡する可動導体の名前です。 このブリッジは、4 枚の薄い銅板をねじ留めして作ることができます。 ブリッジを移動する必要がある場合は、ネジを緩め、再度ネジを締めます。 ブリッジを備えたレチェロフ システムは、ブリッジの位置ではワイヤ間の電圧が常にゼロになり、電圧ノードが存在し、その結果として電流の腹が存在するという点で異なります。 この場合の電流と電圧の曲線がどのように配置されるかを図に示します。 XNUMX.
したがって、システム上のどこかにブリッジを設置することにより、現在の腹の場所が決定されます。 これは、システム設定を簡単に変更できるため、システムがさまざまな波長で動作するように設計されている場合に非常に便利です。 実際のところ、明確な定在波を得るには、レチェロフ システムを何らかの方法で発生器に接続することができません。 発電機を特定の場所、たとえば電流の腹に配置することが不可欠です。 それは地獄で示されています。 このシステムは、電流の腹がコイルを通過するように発電機コイルに接続されている。 ここでジェネレーターの波形を変更すると、波形のちょうど 2/3 がワイヤーに収まりません。 システムの端には常に電流のノードが存在するため、発電機は腹から離れ、この場合の定在波は非常に弱いことがわかります。 橋がある場合は、いつでも橋を移動して、発電機が再び電流の腹に落ちるようにすることができます。 Lecherのシステムでの実験 言われたことを視覚的に確認できる実験を行うことは難しくありません。 これを行うには、短波発生器、Lecherov システム、および懐中電灯のいくつかの電球が必要です。 発電機は、30 つの 1 ワットから十分な出力が必要です。 5 つの増幅管またはマイクロチューブを使用する場合、満足のいく結果は、非常に優れた発生器を使用した場合にのみ得られます。 電波範囲：10メートル以下。 Lecher のシステムは、直径約 3 mm の 4 本のワイヤー (電話用のブロンズ ワイヤーが非常に優れています) から取り出し、これらのワイヤーを相互に 25 ～ 30 cm の距離で引っ張ります。この距離がワイヤー間で変わらないように注意してください。 。 これを行うには、エボナイトまたはガラスのスペーサーを互いに5〜XNUMXメートルの距離で配置する必要があります。 システムをできるだけ長く、できればXNUMX〜XNUMXメートル離すことをお勧めします。 ワイヤの端、特に発電機に最も近い端は絶縁する必要があります。 ここでは、地獄で示されているように、発電機に到達する前にワイヤーを遮断する必要があります。 XNUMX、端を自由にして発電機に接続します。
絶縁体はナット状でなければなりません - 4〜5個の部品の鎖であり、ワイヤーやガラスではなく必ずロープで接続されています - 管状または全体です。 懐中電灯から電球を取り出し、6 本の硬い裸導体をそれに半田付けし、反対方向に動かします。 図に示すように、導体の端は Lecher システムのワイヤに巻き付くように曲げる必要があります。 ただし、結果として生じるブリッジを電球とともにシステムに沿って移動させることができます。 システムの端は、図に示すように発電機に接続されています。 2、または誘導結合されます（図7）。 どちらの場合も、経験に基づいて最も有利な接続を選択する必要があります。
発電機をある波（例えば20メートル）に合わせてから、橋を移動させて発電機から遠ざけます。 橋の電球は最初は光っていましたが、徐々に消えていきます。 しかし、半波ほど離れると再び点灯し、最も明るくなったときに Lecher のシステムが調整されます。 次に、電球と発電機に電流の腹がある定在半波がシステムに適合します。 さらに電球を動かすと、再び消灯し、発電機から橋などに半波が XNUMX つ入ると再び点灯します。
Lecher システムがセットアップされている場合、電圧の腹でノードを検出することもできます。 電圧ノードは、手に持った導体でワイヤに触れることによって見つけることができます。 通常、このようなタッチを行うと、システム設定が乱れ、ブリッジのライトが消えます。 しかし、電圧ノードのワイヤに触れても、設定に違反することはなく、すべてが変更されません。 これは、ワイヤのノードに電圧がないため、ノードをグランドに接続しても電流をグランドに流すことができないために起こります。 電圧ノードは電流の腹と同じ場所にあります。 腹を見つけるには、図に示すように、懐中電灯の電球をワイヤーの 7 つに吊るす必要があります。 10. シート A は、10xXNUMX cm 以上の任意の金属 (鉄を除く) でできます。 電球は電圧の腹で最も強く光ります。これは、電流がワイヤから電球と金属シートの静電容量を通って最も強く流れるためです。 発電機が大きな電力を持っている場合、電圧の腹に普通の電球（シートなし）を吊るすことによって、その中に含まれる希薄な空気の青みがかった輝きを観察することができます。 緊張の腹から離れると、上記の現象は消えます。 測定波長について ところで、これまでの説明から、読者は、発生器の波長を決定するために Lecher システムを適用するのが便利であると結論付けることができます。 実際、隣接する XNUMX つの電流の波腹間の距離を測定すると、ちょうど半分の波長が得られます。 ただし、ここで説明したセットアップを使用した波の測定では、完全に正確な結果が得られるわけではないことに注意してください。 橋にある電球がエネルギーを吸収するため、測定される波は実際の波より若干短くなります。 測定誤差は1〜2%に達します。 このエラーを回避するために、実験室の設備では、電球の代わりに高感度のデバイスが使用され、さらに、ブリッジには含まれていませんが、誘導的に接続されています。 方法自体は同じであり、短波波長計の校正に使用されます。 ここで、レッチャー システムのさらにいくつかの特性を理解しましょう。ちなみに、これにより、波長を測定する別のより正確な方法をさらに詳しく説明できるようになります。 ワットレス抵抗としてのLecherのシステム 交流の経路上で発生する自己誘導と静電容量は、誘導性または容量性のいわゆる無抵抗抵抗を表します。 Lecher システムはそのような抵抗としても使用でき、さらに、従来の自己誘導コイルやコンデンサよりも優れた利点がある場合があります。 この理由を理解するために、図 8 を見てみましょう。ここでは、A で終わるレッヒャー系に沿った電流と電圧の曲線を示します。電流と電圧の波状分布は、導体の端からの反射によるものであることがわかります。 しかし、物事を少し違った見方で見ることもできます。 システム上の XNUMX つのセクション a と b を考えてみましょう。a の電流は b よりも大きく、電圧はその逆であることに注意してください。 そうであれば、a での Lecher システムの抵抗は b での抵抗よりも小さいと言えます。 抵抗とは、端から a まで、および端から c までの長さを持つシステムのセクションの抵抗を意味します。
このように推論すると、任意の長さの Lecher システムの抵抗を定義できます。 長さに応じて、誘導性（自己誘導コイルの抵抗に相当）または容量性のいずれかになることがわかります。 くそ。 図 9 は、ブリッジ Lecher システムのこの抵抗の曲線を示しています。 曲線は、1 cm 離れた直径 8 mm のワイヤのシステムを参照していますが、同様のサイズのすべてのシステムでほぼ同じになります。 この図では、オーム単位の誘導抵抗が水平軸から上にプロットされ、容量抵抗が下にプロットされています。 Lecher システムの長さは、波の分数で横軸に沿ってプロットされます。 抵抗が誘導性で 1000 オームに等しいシステムが必要だとします。 このためには、システムの長さが 0,16 波長に等しい必要があることが曲線から容易に判断できます。
Lecher システムの無駄のない抵抗曲線により、とりわけ、システム調整プロセスが実際にどのような構成になっているかを理解することができます。 最大の電流を取得し、その結果として最も顕著な定在波を得るには、レチェロフ発電機に接続されたシステムの抵抗が大きくないことが必要です。 少なくとも、この抵抗はシステムの長さが半波長またはその倍数に等しい場合に発生します。 この場合、発電機は電流の腹になります。 非常に短い波、特に数メートル程度の波の場合、自己誘導コイルやコンデンサの代わりにレッチャー システムを使用することは理にかなっています。 ここでの利点は、レチェロフシステムの損失が非常に低いことですが、コイルとコンデンサの損失は、波形の短縮に伴って大幅に増加します。 チョークやブロッキング コンデンサーの代わりにレッチャー システムを使用する方が便利ですが、発振回路 * で使用するのはより困難です。 もちろん、レチェロフ システムは特定の波に対してのみ特定の無力な抵抗を示すことを覚えておく必要があります。 波を変えるとすぐに抵抗が変わります。 コンデンサの場合（直流電流を流してはいけない場合）、ブリッジのないシステムを採用する必要があることにも注意してください。 このようなシステムの静電容量曲線を図に示します。 10. この場合、ワイヤの端は十分に絶縁されている必要があります。
波動測定の詳細 Lecher システムの抵抗を理解したので、波長を測定する別の方法を説明できますが、可能であれば強力な発生器が必要です。 これを行うには、発電機に誘導的に接続された対称的な発振回路が必要です (図 11)。
コンデンサの容量は約8〜100cm、コイルの直径は約4cmで10〜8回巻き、回路にはインジケーターとして懐中電灯が含まれています。 接続が弱い可能性があるため、より強力な発電機が望ましいのです。 発振回路は、ブリッジを備えたレチェロフ システムが接続されている点 a と b で切断されます。 ブリッジはまず回路からそれほど遠くないところ（波の約 1/8）に設置され、回路が共振するように調整されます。同時に電球が点滅します。 それから。 回路には触れずに、電球が再び最も明るく点灯するまでブリッジを遠ざけます。 最初のポジションと最後のポジションの間の距離はわずか半波です。 この方法は、システムに大きなエネルギー損失がない限り、システムの同じ抵抗値がシステムの長さに沿って厳密に半波後に繰り返されるという事実に基づいています。 結論として、レッチャー システムはアンテナ、特に複雑な指向性アンテナにエネルギーを供給するのに特に重要であることを指摘します。 この問題については特別なエッセイが必要となるため、ここでは触れません。 読者が見ているように、短波の技術ではレチェロフのシステムが広く使用されています。 私たちのアマチュア短波無線の実践において、それが正当な地位を占めるのには十分な理由があります。 * 自己誘導コイル L の誘導リアクタンスは 6,28 fL オーム、コンデンサ C の静電容量は 1/(6,28fC) オームであることを覚えておくと便利です。ここで、f は発振周波数 = 3 * 108/Lambda、Lambda はメートル単位の波長です。 L と C はヘンリーとファラッドで表現する必要があります。 これらの式によれば、どのコイルとどのコンデンサが、ある長さまたは別の長さのレチェロフ システムに相当するかを決定することができます。 著者：A.Pistohlkors
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