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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Ondes courtes dans les fils. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant Ondes de courant stationnaire Les ondes courtes se propagent le long du fil d'une manière différente de celle que nous avons l'habitude d'imaginer pour la propagation du courant. Nous supposons généralement que le courant à n'importe quel endroit du fil a la même force. Avec un courant oscillatoire, cela s'avère incorrect ; des "ondes stationnaires" de courant et de tension se forment dans les fils, causées par la réflexion de l'électricité à l'extrémité du fil. Strictement parlant, de telles ondes se forment avec n'importe quel courant alternatif, mais on ne peut pas les observer, car il faut généralement pour cela de très longs fils : il faut que la longueur du fil ou de la paire de fils dépasse au moins 1/4 de la longueur d'onde . Pour les ondes courtes, c'est très facile à faire. Analysons d'abord ce qui se passe dans un seul fil. Soit un fil suffisamment long, qui a un générateur d'ondes courtes à une extrémité E, et l'autre extrémité A est isolée (Fig. 1).
Comme nous l'avons déjà souligné, le courant dans un tel fil ne sera pas le même sur toute sa longueur. A la fin, le courant est 0, et au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la fin, il apparaît et devient progressivement de plus en plus, jusqu'à ce qu'au point B, à 1/4 d'onde de la fin, il atteigne sa valeur maximale. Cela signifie que si nous allumons l'ampèremètre à différents endroits sur le fil entre les points A et B, il affichera de plus en plus de courant à mesure que nous approcherons du point B, et le courant changera le long de la courbe ABC. 1er. Au-delà du point B, le courant chute progressivement jusqu'au point C, où il s'arrête complètement. La distance de C à A est égale à la moitié de la longueur d'onde du générateur d'ondes courtes. De plus, au-delà du point C, le courant augmente à nouveau, atteignant sa valeur maximale en D, puis redescend à zéro, après quoi tout se répète. La distance AD est égale à 3/4 d'onde, la distance AE est toute la longueur d'onde du générateur. Aux points de maxima (B et D), l'ampèremètre affichera la même intensité de courant, mais le courant à chaque instant donné à ces points circule dans des directions opposées (comme, par exemple, indiqué par des flèches). Afin de voir cela sur le dessin, nous plaçons la courbe de distribution de courant CdE vers le bas de la ligne EA, tandis que la première partie de celle-ci, AbC, est située vers le haut de EA. La courbe AbCdE a la forme d'une courbe dite sinusoïdale. Lorsque nous avons une distribution de courant aussi inégale le long du fil, nous disons qu'une onde de courant stationnaire s'est établie dans le fil. Les endroits où l'intensité du courant est la plus élevée (points B D) sont appelés ventres de courant, et les endroits où il est égal à zéro (points A, C, E) sont appelés nœuds de courant. Nous voyons que les nœuds et les ventres voisins sont à une distance d'une demi-onde l'un de l'autre. Nous avons considéré que le fil était assez long, mais s'il était plus court, par exemple, seulement 1/4 d'onde (c'est-à-dire qu'il y aurait déjà un générateur au point B), la répartition du courant serait toujours inégale. En même temps, puisque le courant à la fin du fil est toujours 0, alors à la fin du fil (A) il y aura un nœud, et au générateur (B) il y aura un ventre de courant. Maintenant, il est important de noter que si nous avons un seul fil dans lequel des ondes de courant stationnaire sont établies, alors il rayonne des ondes radio dans l'espace. Cela signifie qu'il consomme de l'énergie. La consommation d'énergie pour le rayonnement à ondes courtes est très importante et augmente avec le raccourcissement de la longueur d'onde. Si nous avons besoin que le fil rayonne, alors ce sera une dépense d'énergie utile, mais parfois ce n'est tout simplement pas nécessaire, et alors cette dépense sera un gaspillage d'énergie. Nous avons un tel cas, par exemple, si le fil EA n'est pas une antenne en soi, mais sert uniquement à fournir de l'énergie à l'antenne. Dans ce cas, l'énergie qui y est perdue pour le rayonnement sera non seulement gaspillée pour nous, mais peut même être nocive, interférant avec le rayonnement d'une antenne réelle. Le système de Lecher Pour fournir du courant sans perte d'énergie pour le rayonnement, une ligne à deux fils ou le système dit Lecherov est utilisé (Fig. 2). Il se compose de deux fils fonctionnant à une distance relativement courte l'un de l'autre. Bon sang. La figure 2 montre un système Lecher isolé à une extrémité et relié à l'autre extrémité à un générateur. Dans ce système, on voit aussi la formation d'ondes de courant stationnaire. Mais, en regardant attentivement le dessin, vous pouvez voir qu'au même endroit (par exemple, couper aa), le courant dans chaque fil circule dans des directions opposées. Il est très important. En raison de cette circonstance, les deux fils s'empêchent mutuellement de rayonner de l'énergie et le système Lecherov n'a aucune perte de rayonnement.
Jusqu'à présent, nous avons parlé d'ondes stationnaires de courant, mais les mêmes ondes ont lieu pour la tension. Bon sang. 3 montre la distribution des contraintes le long du système de Lecher. On voit ici la même courbe que pour le courant ; nœuds et ventres sont également observés ici. Mais seuls les ventres de tension se produisent exactement là où le courant a des nœuds et vice versa. Ceci est facile à voir en comparant les dessins 2 et 3.
Très souvent, le système Lecherov avec un pont est utilisé. C'est le nom d'un conducteur mobile qui court-circuite les deux fils du système. Ce pont peut être réalisé à partir de deux fines plaques de cuivre vissées ensemble. Lorsque le pont doit être déplacé, les vis sont desserrées, puis revissées. Le système Lecherov avec un pont diffère en ce qu'à l'emplacement du pont, la tension entre les fils sera toujours nulle, il y aura un nœud de tension et, par conséquent, un ventre de courant. La disposition des courbes de courant et de tension dans ce cas est illustrée à la Fig. 4.
Par conséquent, en installant un pont quelque part sur le système, nous déterminons ainsi la place du ventre courant. Ceci est très pratique lorsque le système est conçu pour fonctionner avec différentes longueurs d'onde, car cela vous permet de modifier facilement les paramètres du système. Le fait est que pour obtenir des ondes stationnaires distinctes, le système Lecherov ne peut pas être connecté au générateur d'une manière ou d'une autre. Il est impératif que le générateur soit situé à un certain endroit, par exemple dans le ventre du courant. C'est montré en enfer. 2, où le système est connecté à la bobine génératrice de sorte qu'un ventre de courant traverse la bobine. Si nous changeons maintenant l'onde du générateur, alors exactement 3/4 de l'onde ne tiendra pas sur le fil. Puisqu'il y aura toujours un nœud de courant à la fin du système, notre générateur quittera le ventre et les ondes stationnaires dans ce cas se révéleront très faibles. Si nous avons un pont, nous pouvons toujours le déplacer pour que le générateur retombe dans le ventre du courant. Expériences avec le système de Lecher Il n'est pas difficile de réaliser une expérience qui permette de vérifier visuellement ce qui a été dit. Pour ce faire, vous devez disposer d'un générateur d'ondes courtes, d'un système Lecherov et de plusieurs ampoules d'une lampe de poche. Le générateur doit être d'une puissance suffisante - à partir de deux dix watts; avec deux tubes amplificateurs ou micro-tubes, des résultats satisfaisants ne peuvent être obtenus qu'avec un très bon générateur. Portée des vagues : 30 mètres et moins. Le système de Lecher doit être pris à partir de deux fils d'un diamètre d'environ 1 mm (le fil de bronze téléphonique est très bon) et tirer ces fils à une distance de 5-10 cm l'un de l'autre, en veillant à ce que cette distance ne change pas entre les fils . Pour ce faire, des espaceurs en ébonite ou en verre doivent être placés entre eux à une distance de 3-4 mètres les uns des autres. Il est préférable de prendre le système le plus longtemps possible, de préférence 25-30 mètres. Les extrémités des fils doivent être isolées, en particulier les extrémités les plus proches du générateur. Ici, le fil doit être intercepté avant d'atteindre le générateur, comme indiqué en enfer. 5, laissant l'extrémité libre pour se connecter au générateur.
Les isolateurs doivent être en forme d'écrou - une chaîne de 4 à 5 pièces, nécessairement reliées par une corde, pas de fil, - ou de verre - tubulaires ou entières. En prenant une ampoule d'une lampe de poche, soudez-y deux conducteurs nus durs et dirigez-les dans des directions opposées. Les extrémités des conducteurs doivent être pliées de manière à s'enrouler autour des fils du système Lecher, comme illustré à la Fig. 6, permettant toutefois de déplacer le pont résultant avec une ampoule le long du système. Les extrémités du système sont connectées au générateur ou comme indiqué sur la Fig. 2, ou couplé inductivement (Fig. 7). Dans les deux cas, la connexion la plus avantageuse doit être choisie par expérience.
Après avoir réglé le générateur sur une vague, par exemple 20 mètres, puis ils déplacent le pont en s'éloignant du générateur. L'ampoule du pont, qui s'allume initialement, s'éteint progressivement ; mais si vous vous éloignez d'environ une demi-onde, il s'allume à nouveau, et quand il brille le plus, le système de Lecher sera réglé. Ensuite, une demi-onde stationnaire avec des ventres de courant à l'ampoule et au générateur s'adaptera au système. Si vous déplacez l'ampoule plus loin, elle s'éteindra et se rallumera lorsque deux demi-ondes passeront du générateur au pont, etc.
Lorsque le système de Lecher est mis en place, nous pouvons également détecter des nœuds au niveau du ventre de tension. Les nœuds de tension peuvent être trouvés en touchant le fil avec un conducteur tenu dans la main. Habituellement, avec un tel toucher, le réglage du système est perturbé et la lumière du pont s'éteint. Mais si nous touchons le fil dans le nœud de tension, nous ne violerons pas les paramètres et tout restera inchangé. Cela se produit parce que le fil n'a pas de tension dans le nœud et donc, en connectant le nœud à la terre, nous ne pouvons pas détourner le courant vers la terre. Les nœuds de tension sont situés au même endroit que le ventre de courant. Pour trouver les ventres, vous devez accrocher une ampoule d'une lampe de poche à l'un des fils, comme illustré à la Fig. 7. La feuille A peut être de n'importe quel métal (sauf le fer) de 10 x 10 cm ou plus. L'ampoule brillera plus fortement dans le ventre de la tension, car ici le courant circulera le plus fortement du fil à travers l'ampoule et la capacité de la tôle. Si le générateur a une puissance importante, alors en accrochant une ampoule électrique ordinaire (sans feuille) dans le ventre de la tension, nous pourrons observer la lueur bleutée de l'air raréfié qu'il contient. Si vous quittez le ventre de tension, les phénomènes décrits disparaissent. À propos de la mesure de la longueur d'onde Le lecteur d'après ce qui a été dit, soit dit en passant, peut conclure qu'il est commode d'appliquer le système de Lecher pour déterminer la longueur d'onde du générateur. En effet, en mesurant la distance entre deux ventres de courant adjacents, on aura exactement la moitié de la longueur d'onde. Cependant, il convient de noter que la mesure de l'onde à l'aide de la configuration décrite ne donnera pas des résultats complètement précis. L'ampoule située dans le pont absorbe l'énergie et, par conséquent, l'onde mesurée sera un peu plus courte que l'onde réelle. L'erreur de mesure atteint 1-2%. Pour éviter cette erreur, dans les installations de laboratoire, au lieu d'une ampoule, des dispositifs sensibles sont utilisés, qui, de plus, ne sont pas inclus dans le pont, mais y sont connectés par induction. La méthode elle-même reste la même et est utilisée pour calibrer les ondes courtes. Faisons maintenant connaissance avec quelques autres propriétés du système de Lecher, qui, soit dit en passant, nous permettront de décrire plus en détail une autre façon plus précise de mesurer la longueur d'onde. Le système de Lecher comme résistance sans watt L'auto-induction et la capacité rencontrées sur le trajet du courant alternatif représentent pour lui la résistance dite sans watt - inductive ou capacitive. Le système Lecher peut également être utilisé comme une telle résistance, de plus, il présente parfois des avantages par rapport aux bobines d'auto-induction et aux condensateurs conventionnels. Pour voir pourquoi il en est ainsi, passons à la figure 8. Voici les courbes de courant et de tension le long du système de Lecher se terminant en A. Nous savons que la distribution ondulante du courant et de la tension est due à la réflexion de l'extrémité du conducteur. Mais vous pouvez voir les choses un peu différemment. Prenons deux sections a et b sur le système et notons que le courant dans a est plus grand que dans b, et la tension est vice versa. Si tel est le cas, nous pouvons dire que la résistance du système de Lecher en a est inférieure à celle en b. Par résistance, nous entendons la résistance d'une section du système avec une longueur allant de l'extrémité à a et de l'extrémité à c.
En raisonnant de cette manière, nous pouvons définir la résistance pour un système de Lecher de n'importe quelle longueur. Il s'avère que, selon la longueur, il peut être soit inductif (équivalent à la résistance de la bobine d'auto-induction) soit capacitif. Bon sang. La figure 9 montre les courbes de cette résistance pour le système de Lecher ponté. Les courbes se réfèrent à un système de fils de 1 mm de diamètre espacés de 8 cm, mais seront à peu près les mêmes pour tous les systèmes de taille similaire. Dans le dessin, la résistance inductive en Ohms est tracée vers le haut à partir de l'axe horizontal, la résistance capacitive vers le bas. La longueur du système de Lecher est tracée le long de l'axe horizontal en fractions d'onde. Supposons que l'on veuille avoir un système tel que sa résistance soit inductive et égale à 1000 ohms. Il est facile de déterminer à partir des courbes que pour cela le système doit avoir une longueur égale à 0,16 longueur d'onde.
Les courbes de résistance sans puissance du système Lecher permettent, entre autres, de comprendre en quoi consiste réellement le processus de réglage du système. Pour obtenir le plus grand courant, et, par conséquent, les ondes stationnaires les plus notables, il faut que le système relié au générateur Lecherov n'ait pas beaucoup de résistance ; moins que tout, cette résistance sera juste lorsque la longueur du système sera égale à une demi-onde ou à un multiple de celle-ci ; dans ce cas, le générateur sera dans le ventre du courant. Il est logique d'utiliser le système Lecher à la place des bobines d'auto-induction et des condensateurs pour les ondes très courtes, en particulier pour les ondes de l'ordre de plusieurs mètres. Les avantages ici sont que le système Lecherov a de très faibles pertes, qui dans les bobines et les condensateurs augmentent considérablement avec le raccourcissement des ondes. Il est plus pratique d'utiliser le système Lecher à la place des selfs ou des condensateurs de blocage, il est plus difficile de l'utiliser dans des circuits oscillants*. Bien sûr, il faut se rappeler que le système Lecherov ne présente une certaine résistance sans puissance que pour une onde donnée ; dès qu'on change d'onde, la résistance change. Il faut aussi noter que pour les condensateurs (s'ils ne doivent pas passer de courant continu), il faut prendre un système sans pont. Les courbes de capacité pour un tel système sont données à la Fig. 10. Dans ce cas, les extrémités des fils doivent être bien isolées.
En savoir plus sur la mesure des vagues Ayant pris connaissance de la résistance du système de Lecher, nous pouvons décrire une autre méthode de mesure de la longueur d'onde, qui nécessite cependant si possible un générateur puissant. Pour ce faire, il est nécessaire d'avoir un circuit oscillant symétrique connecté par induction avec le générateur (Fig. 11).
Les condensateurs doivent avoir une capacité d'environ 8 à 100 cm, des bobines de 4 à 10 tours d'un diamètre d'environ 8 cm.Dans le circuit, une ampoule de lampe de poche est incluse comme indicateur. La connexion doit être éventuellement faible, c'est pourquoi un générateur plus puissant est souhaitable. Le circuit oscillatoire est interrompu aux points a et b, où le système Lecherov avec un pont est connecté. Le pont est d'abord installé non loin du circuit (environ 1/8 de l'onde) et le circuit est mis en résonance : en même temps, l'ampoule clignote. Alors. sans toucher au circuit, éloignez le pont jusqu'à ce que l'ampoule se rallume au maximum. La distance entre la première position et la dernière ne sera que d'une demi-vague. Cette méthode est basée sur le fait que les mêmes valeurs de résistance du système sont répétées sur toute la longueur du système strictement après une demi-onde, à moins que le système n'ait de grandes pertes d'énergie. En conclusion, nous soulignons que le système de Lecher est particulièrement important pour fournir de l'énergie aux antennes et, en particulier, aux antennes directives complexes. Nous ne nous attarderons pas sur cette question, qui nécessite un essai particulier. Comme le lecteur le voit, dans la technique des ondes courtes, le système de Lecherov a été largement utilisé; elle a toutes les raisons de prendre la place qui lui revient dans la pratique de nos radioamateurs ondes courtes. * Il est utile de se rappeler que la réactance inductive de la bobine auto-inductive L est de 6,28 fL ohms, la capacité du condensateur C est de 1/(6,28fC) ohms, où f est la fréquence d'oscillation = 3 * 108/Lambda, où Lambda est la longueur d'onde en mètres. L et C doivent être exprimés en henrys et en farads. Selon ces formules, il est possible de déterminer quelle bobine et quel condensateur sont équivalents au système Lecherov d'une longueur ou d'une autre. Auteur : A. Pistohlkors
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