莱彻线。方案、说明

莱彻线。无线电电子电气工程百科全书

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在电子学中，Lecher 线或 Lecher 系统是一对平行的电线或杆，用于测量无线电波的长度，主要在 UHF 和微波频段。这些电线形成一条短的平衡传输线。当连接到高频能量源（例如无线电发射器）时，无线电波沿着传输线的整个长度形成驻波。通过移动使系统两根电线短路的导电跳线（桥），可以物理测量波长。

奥地利物理学家 Ernst Lecher 对 Oliver Lodge 和 Heinrich Hertz 使用的方法进行了改进，于 1888 年左右开发了测量波长的方法。如今有更先进的频率测量方法，并且莱歇尔线现在最常用作电视等高频设备中的电路元件，莱歇尔线在窄带滤波器和阻抗匹配设备中用作谐振电路。它们用于使用集总元件的 HF/VHF 频率以及使用空腔谐振器的 UHF/微波频段。

波长测量

Lecher 线是一对彼此保持固定距离的平行裸线或棒。导体之间的距离并不重要，但它应该是波长的一小部分。该距离的范围可以从小于一厘米到 10 厘米或更长。导线的长度取决于有效波长；用于测量的线通常比测量波长长几倍。电线之间均匀的间距使它们能够以恒定的速度传输无线电波，非常接近光速。线路的一端连接到 RF 信号源，例如无线电发射器的输出。线路的另一端通过可移动导体短路。这座关闭的桥反射着海浪。从线路短路端反射的波与传入波相互作用，在线路上产生电压和电流的正弦驻波。在距离线路末端半波长倍数的节点处，电压降至零。应力最大值称为波腹，位于节点之间的中间。因此，可以通过找到两个连续的节点（或波腹）并测量它们之间的距离来确定波长λ，该距离必须乘以XNUMX。如果波长和速度已知，并且光速 C 已知，则可以计算频率 F：

F=C/λ

对于测量，通常使用节，因为它们分别比波腹更尖锐，并且测量精度会更高。

节点搜索

使用两种方法来查找节点。一种是使用电压指示器，例如射频电压表或连接到一对可在电线上上下滑动的触点的简单白炽灯泡。当灯泡到达节点时，电线之间的电压变为零，因此灯泡熄灭。这种方法的缺点之一是指标会影响线路上的驻波，从而导致其反射。为了防止这种情况，必须使用具有高输入阻抗的指示器；传统的白炽灯电阻太低。 Leher 和其他研究人员使用又长又细的 Geisler 管（图 1），其玻璃烧瓶直接放置在生产线上。在旧的发射器中，高电压会激发气体中的辉光放电。如今，经常使用小型霓虹灯。使用辉光放电灯的问题之一是其高点火电压，因此很难准确定位最小电压。精密波长计使用射频电压表。

另一种方法用于寻找节点的方法是沿线路移动合闸桥，并使用馈线中包含的高频电流表测量线路中流动的高频电流。莱歇线中的电流与电压一样，在每个半波长上形成带有节点（最小电流点）的驻波。由于线路是馈给它的射频能量源的阻抗，并且该阻抗根据线路的长度而变化。当当前节点位于线路的开头时，从源汲取的电流将最小，这是电流表将显示的。如果将闭合电桥沿线进一步移动并标记电流最小的两个位置，则这两个最小值之间的距离将等于波长的一半。

列切罗夫线
米。 1. 1902 年型号的 Lecher 系列，与 Ernst Lecher 1888 年的原始设计相同

基于赫兹火花隙（右图中）的发生器产生的无线电波沿着平行导线传播。电线彼此靠近（在左侧图中），反射波沿着电线返回到发电机，沿着线路产生驻压波。在距离线路末端半波长倍数的节点处，电压趋于为零。通过沿着一条线移动盖斯勒管（一种小型辉光放电管，如氖灯）（图中显示了其中的两个灯）来找到节点。线路上的高电压导致灯管发光。当管子到达节点时，电压趋于零，管子熄灭。测量的两个相邻节点之间的距离乘以二即可得出波长 λ。图中，线被缩短；这条线的长度是6米。发生器产生的无线电波属于VHF频段，波长为数米。插图显示了与 Lecher 线一起使用的 Geisler 管的类型。

设计

Lecher 系列的主要吸引力在于，它可以用来测量频率，而无需使用复杂的电子设备，并且该系列可以使用常规商店出售的简单材料轻松组装。用于测量波长的 Lecher 线通常建立在一个框架上，水平导体刚性地安装在框架上，闭合桥或指示器沿着框架移动，并且测量标尺确定节点之间的距离。框架通常由木材等非导电材料制成，因为线路附近的任何导电物体都会干扰驻波状态。

从很多方面来说，莱歇线都是昆特管实验的电子版本，用于测量声波的长度。

测量光速

如果已知无线电波的频率F，那么通过利用莱歇线测量波长λ，就可以计算出波速C，它约等于光速：

C=λ*F

1891年，法国物理学家Prosper-René Blondlot利用这种方法首次测量了无线电波的传播速度。他使用了 13 到 10 MHz 之间的 30 个不同频率，得到了平均值 297600 km/s，与真实光速相差不到 1%。这是对詹姆斯·克拉克·麦克斯韦理论的重要证实，即光也是一种电磁波，就像无线电波一样。

其他领域的应用

短 Lecher 线通常用作高 Q 谐振电路，称为调谐或谐振短截线。例如，四分之一波长 (λ/4) 短 Lecher 线的作用类似于并联谐振电路，在其谐振频率处具有高电阻，而在其他频率处具有低阻抗。使用它们的原因是，在谐振电路中分米范围（10 cm ... 1 m）的频率下，需要小的电感和电容，这使得它们难以制造，此外，它们对寄生非常敏感电容和电感。闭合传输线和传统 LC 电路之间的唯一区别在于，闭合传输线（谐振短截线）（例如 Lecherian 线）在奇数频率（基本谐振频率的倍数）处具有多个谐振，而集总 LC 电路只有一个谐振频率。

为高频功率放大器供电

Lecher线可用于微波功率放大器中的谐振电路。] 例如，G. R. Jessop在手册（GR Jessop、VHF UHF手册、RSGB、 Potters Bar，03）使用阳极电路中的 Lecher 线作为谐振电路。

列切罗夫线
米。 2. 使用 Lecher 线作为谐振电路

电视调谐器

四分之一波 Lecher 线用于射频放大器的谐振电路和某些现代电视型号的本地振荡器。使用连接到 Lecher 线的两个导体的变容二极管来调谐到各个电视台。

Lecher 线的阻抗

Lechera 导体的间距不会影响线路上驻波的位置，但它决定特性阻抗，这对于将线路与射频电源匹配以实现高效功率传输非常重要。对于直径为 d 且间距为 D 的两个平行圆柱形导体，线路的阻抗将等于：

对于平行线，电容公式其中 L 是长度，C 是每米的电容

从那里

市售的 300 和 450 欧姆带状电缆（例如两线电话线）可用作固定长度 Lecher 线（谐振短截线）。

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