レッカーのライン。スキーム、説明

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レッチャーのセリフ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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エレクトロニクス分野では、レッチャー線またはレッチャーシステムは、主に UHF およびマイクロ波帯域の電波の長さを測定する平行なワイヤまたはロッドのペアです。これらのワイヤは短い平衡伝送線を形成します。無線送信機などの高周波エネルギー源に接続すると、電波は伝送線路の全長に沿って定在波を形成します。システムの両方のワイヤを短絡する導電性ジャンパ (ブリッジ) を移動することにより、波長を物理的に測定できます。

オーストリアの物理学者エルンスト・レッヒャーは、オリバー・ロッジとハインリッヒ・ヘルツが使用した方法を改良し、1888 年頃に波長を測定する方法を開発しました。現在、周波数を測定するより高度な方法が利用可能であり、レッチャー線はテレビなどの高周波機器で使用される回路要素として最もよく使用されており、レッチャー線は共振回路、狭帯域フィルター、およびインピーダンス整合デバイスとして使用されています。これらは、集中成分が使用される HF/VHF 間の周波数と、空洞共振器が使用される UHF/マイクロ波帯域で使用されます。

波長測定

Lecher 線は、互いに一定の距離にある一対の平行な裸線または棒です。導体間の距離は重要ではありませんが、波長のほんの一部である必要があります。この距離は、10 センチメートル未満から XNUMX センチメートル以上までの範囲に及びます。ワイヤの長さは有効波長によって異なります。測定に使用されるラインは、通常、測定される波長よりも数倍長いです。ワイヤ間の均一な間隔により、光の速度に非常に近い一定の速度で電波を送信する伝送線となります。ラインの一端は、無線送信機の出力などの RF 信号源に接続されます。線路の他端は可動導体を介して短絡されています。閉まるこの橋は波を反射します。線路の短絡端から反射された波は到来波と相互作用し、線路上に電圧と電流の正弦波定在波を生成します。線路の端から半波長の倍数の距離にあるノードでは、電圧はゼロに低下します。腹と呼ばれる応力の最大値は、節間の中間に位置します。したがって、波長 λ は、XNUMX つの連続する節 (または腹) を見つけ、それらの間の距離を測定することによって決定できます。この距離は XNUMX 倍する必要があります。波長とその速度がわかっていて、光の速度 C がわかっている場合、周波数 F を計算できます。

F=C/λ

測定には、腹よりも鋭く見えるため、通常、結び目が使用され、測定精度が高くなります。

ノード検索

ノードの検索には 1 つの方法が使用されます。 XNUMX つは、ワイヤを上下にスライドさせる一対の接点に取り付けられた RF 電圧計や単純な白熱電球などの電圧インジケータを使用する方法です。電球がノードに到達すると、ワイヤ間の電圧がゼロになり、電球が消えます。この方法の欠点の XNUMX つは、インジケーターがライン上の定在波に影響を及ぼし、その反射が発生する可能性があることです。これを防ぐには、入力インピーダンスの高いインジケータを使用する必要があります。従来の白熱灯では抵抗が低すぎます。レーハー氏と他の研究者は、ガラス製フラスコをライン上に直接配置した長くて薄いガイスラー管 (図 XNUMX) を使用しました。古い送信機では、高電圧がガス内でグロー放電を励起しました。現在では小型のネオンランプがよく使われています。グロー放電ランプの使用に関する問題の XNUMX つは、点弧電圧が高く、最小電圧を正確に特定することが困難であることです。正確な波長計には RF 電圧計が使用されます。

別の方法ノードを見つけるために使用される方法は、線路に沿って閉路ブリッジを移動し、き電線に含まれる高周波電流計を使用して線路に流れる高周波電流を測定することです。レッチャー線の電流は、電圧と同様に、各半波長にわたってノード (最小電流点) を持つ定在波を形成します。線路はそれに供給する RF エネルギー源のインピーダンスであり、このインピーダンスは線路の長さに応じて変化します。現在のノードがラインの先頭にある場合、ソースから引き出される電流は最小になり、電流計はその値を示します。閉じているブリッジを線に沿ってさらに移動し、最小電流のある XNUMX つの場所をマークすると、これら XNUMX つの最小値の間の距離は波長の半分に等しくなります。

レチェロフライン
米。 1. 1902 年モデルの Lecher ライン、エルンスト・レッヒャーによる 1888 年のオリジナルデザインと同一

ヘルツ火花ギャップ（右図）に基づいて発電機によって生成された電波は、平行なワイヤに沿って移動します。ワイヤは互いに近接しており (左側の図)、反射波はワイヤに沿って発電機に向かって戻り、線路に沿って定常電圧波を生成します。線路の端から半波長の倍数の距離にあるノードでは、電圧がゼロになる傾向があります。ノードは、ガイスラー管 (ネオンランプのような小さなグロー放電管) を線に沿って移動することによって見つけられました (これらのランプのうち 6 つが図に示されています)。ラインに高電圧がかかると真空管が発光します。真空管がノードに到達すると、電圧はゼロになる傾向があり、真空管は消えます。 XNUMX つの隣接するノード間の測定距離を XNUMX 倍して、波長 λ を求めます。図では、線は短く示されています。ラインの長さは最長でXNUMXメートルでした。発電機によって生成された電波は VHF 帯域にあり、波長は数メートルでした。挿入図は、Lecher ラインで使用されるガイスラー管の種類を示しています。

デザイン

Lecher ラインの主な魅力は、複雑な電子機器を使用せずに周波数の測定に使用でき、通常の店で販売されている単純な材料でラインを簡単に組み立てることができることです。波長を測定するためのレッチャー線は、通常、水平導体がしっかりと取り付けられたフレーム上に構築され、それに沿って閉鎖ブリッジまたはインジケータが移動し、ノード間の距離を決定する測定スケールが設置されます。線の近くに導電性の物体があると定在波の状態を乱す可能性があるため、フレームは通常、木材などの非導電性材料で作られます。

多くの点で、レッヒャー線は、音波の長さを測定するために使用されるクント管実験の電気版です。

光速の測定

電波の周波数 F が既知の場合、レッチャー線を使用して波長 λ を測定することにより、光の速度にほぼ等しい波の速度 C を計算できます。

C=λ*F

1891 年、フランスの物理学者プロスペルルネブロンロットは、この方法を使用して電波の伝播速度を初めて測定しました。彼は 13 ～ 10 MHz の 30 の異なる周波数を使用し、平均 297600 km/s の速度を得ました。これは実際の光速度の 1% 以内です。これは、光も電波と同様に電磁波であるというジェームズ・クラーク・マクスウェルの理論の重要な裏付けでした。

他の分野への応用

短いレッチャー線は、チューニングまたは共振スタブと呼ばれる高 Q 共振回路としてよく使用されます。たとえば、4/10 波長 (λ/1) の短いレッチャー線路は並列共振回路のように動作し、その共振周波数では高い抵抗を持ち、他の周波数では低いインピーダンスを持ちます。これらは、共振回路のデシメートル範囲 (XNUMX cm ... XNUMX m) の周波数では小さなインダクタンスとキャパシタンスが必要であり、そのため製造が難しく、さらに寄生の影響を非常に受けやすいという事実により使用されます。キャパシタンスとインダクタンス。閉伝送線路と従来の LC 回路の唯一の違いは、レシェリアン線路などの閉伝送線路 (共振スタブ) には基本共振周波数の倍数である奇数周波数で複数の共振があるのに対し、集中型 LC 回路の共振周波数は XNUMX つだけであることです。。

高周波パワーアンプへの電力供給

Lecher 線は、マイクロ波電力増幅器の共振回路に使用できます。] たとえば、周波数 03 MHz の二重四極管増幅器 (QQV20-432) は、G. R. Jessop のマニュアル (GR Jessop、VHF UHF マニュアル、RSGB、 Potters Bar、1983 年）は、アノード回路の Lecher 線を共振回路として使用しています。

レチェロフライン
米。 2. Lecher ラインを共振回路として使用する

TVチューナー

XNUMX 分の XNUMX 波長レッチャー線は、RF アンプの共振回路や、最新の TV の一部のモデルの局部発振器で使用されています。さまざまなテレビ局への同調は、レッヒャー線の両方の導体に接続されたバリキャップを使用して実行されます。

レッヘル線のインピーダンス

Lechera 導体の間隔は、回線上の定在波の位置には影響しませんが、特性インピーダンスを決定します。特性インピーダンスは、効率的な電力伝送のために回線を RF 電源に整合させるために重要です。直径 d とそれらの間の距離 D を持つ XNUMX つの平行な円筒形導体の場合、線路のインピーダンスは次と等しくなります。

平行線の場合、静電容量の式。ここで、Lは長さ、Cはメートルあたりの静電容量です。

そこから

市販の 300 および 450 オームのリボンケーブル (XNUMX 線電話ヌードル線など) を固定長のレッチャー線 (共振スタブ) として使用できます。

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