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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE ligne de Lecher. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant En électronique, les lignes Lecher ou système Lecher sont des paires de fils ou de tiges parallèles qui mesurent la longueur des ondes radio, principalement dans les bandes UHF et micro-ondes. Ces fils forment une courte ligne de transmission équilibrée. Lorsqu'elles sont connectées à une source d'énergie haute fréquence, telle qu'un émetteur radio, les ondes radio forment des ondes stationnaires sur toute la longueur de la ligne de transmission. En déplaçant le cavalier conducteur (pont) qui court-circuite les deux fils du système, on peut mesurer physiquement la longueur d'onde. Le physicien autrichien Ernst Lecher, améliorant les méthodes utilisées par Oliver Lodge et Heinrich Hertz, développa sa méthode de mesure de longueur d'onde vers 1888. Des méthodes plus avancées de mesure de fréquence sont disponibles aujourd'hui, et les lignes de Lecher sont désormais le plus souvent utilisées comme éléments de circuit lorsqu'elles sont utilisées dans des équipements haute fréquence tels que les téléviseurs. Les lignes de Lecher sont utilisées comme circuits résonants, dans des filtres à bande étroite et dans des dispositifs d'adaptation d'impédance. Ils sont utilisés à des fréquences comprises entre HF/VHF où des composants groupés sont utilisés et sur les bandes UHF/micro-ondes où des résonateurs à cavité sont utilisés. Mesure de longueur d'onde Une ligne Lecher est une paire de fils ou de tiges nus parallèles à une distance fixe les uns des autres. La distance entre les conducteurs n’est pas critique, mais elle doit représenter une petite fraction de la longueur d’onde. Cette distance peut aller de moins d'un centimètre à 10 cm ou plus. La longueur des fils dépend de la longueur d'onde effective ; Les lignes utilisées pour les mesures sont généralement plusieurs fois plus longues que la longueur d'onde mesurée. L'espacement uniforme entre les fils en fait des lignes de transmission qui transmettent des ondes radio à une vitesse constante, très proche de la vitesse de la lumière. Une extrémité de la ligne est connectée à une source de signal RF, telle que la sortie d'un émetteur radio. L'autre extrémité de la ligne est court-circuitée via un conducteur mobile. Ce pont de fermeture reflète les vagues. Les ondes réfléchies par l’extrémité court-circuitée de la ligne interagissent avec les ondes entrantes, créant des ondes stationnaires sinusoïdales de tension et de courant sur la ligne. La tension chute à zéro aux nœuds situés à une distance multiple d'une demi-longueur d'onde à partir de l'extrémité de la ligne. Les maxima de contrainte, appelés ventres, sont situés à mi-chemin entre les nœuds. Par conséquent, la longueur d’onde λ peut être déterminée en trouvant deux nœuds (ou ventres) consécutifs et en mesurant la distance qui les sépare, qui doit être multipliée par deux. La fréquence F peut être calculée si la longueur d'onde et sa vitesse sont connues, et si la vitesse de la lumière C est connue : F=C/λ Pour les mesures, les nœuds sont généralement utilisés, car ils semblent respectivement plus nets que les ventres et la précision de la mesure sera plus élevée. Recherche de nœud Deux méthodes sont utilisées pour trouver des nœuds. La première consiste à utiliser des indicateurs de tension tels qu'un voltmètre RF ou une simple ampoule à incandescence fixée à une paire de contacts qui glissent de haut en bas des fils. Lorsque l’ampoule atteint le nœud, la tension entre les fils devient nulle, donc l’ampoule s’éteint. L'un des inconvénients de cette méthode est que l'indicateur peut affecter l'onde stationnaire sur la ligne, ce qui conduit à sa réflexion. Pour éviter cela, un indicateur avec une impédance d'entrée élevée doit être utilisé ; une lampe à incandescence conventionnelle a une résistance trop faible. Leher et d'autres chercheurs ont utilisé des tubes Geisler longs et fins (Fig. 1.), dont le flacon en verre était placé directement sur la ligne. Dans les anciens émetteurs, la haute tension excitait une décharge luminescente dans le gaz. De nos jours, de petites lampes au néon sont souvent utilisées. L'un des problèmes liés à l'utilisation de lampes à décharge luminescente est leur tension d'allumage élevée, ce qui rend difficile la localisation précise de la tension minimale. Les compteurs de longueur d'onde précis utilisent un voltmètre RF. Une autre méthode utilisé pour trouver des nœuds consiste à déplacer le pont de fermeture le long de la ligne et à mesurer le courant HF circulant dans la ligne à l'aide d'un ampèremètre HF inclus dans la ligne d'alimentation. Le courant dans la ligne Lecher, comme la tension, forme des ondes stationnaires avec des nœuds (points de courant minimum) à travers chaque demi-longueur d'onde. Puisque la ligne est une impédance pour la source d’énergie RF qui l’alimente, et cette impédance varie en fonction de la longueur de la ligne. Lorsque le nœud de courant est situé au début de la ligne, le courant tiré de la source sera minime, ce qu'indiquera l'ampèremètre. Si vous déplacez le pont de fermeture plus loin le long de la ligne et marquez deux endroits avec un courant minimum, alors la distance entre ces deux minima sera égale à la moitié de la longueur d'onde.
Les ondes radio générées par le générateur basé sur l'éclateur Hertz (sur la figure de droite) se déplacent le long de fils parallèles. Les fils sont fermés les uns aux autres (sur la figure de gauche), les ondes réfléchies reviennent le long des fils vers le générateur, créant des ondes de tension stationnaires le long de la ligne. La tension tend vers zéro aux nœuds situés à une distance qui est un multiple d'une demi-longueur d'onde à partir de l'extrémité de la ligne. Les nœuds ont été trouvés en déplaçant un tube Geisler, un petit tube à décharge luminescente semblable à une lampe au néon, le long d'une ligne (deux de ces lampes sont représentées sur la figure). La haute tension sur la ligne fait briller le tube. Lorsque le tube atteint le nœud, la tension tend vers zéro et le tube s'éteint. La distance mesurée entre deux nœuds adjacents est multipliée par deux pour donner la longueur d'onde λ. Sur la figure, la ligne est représentée raccourcie ; sur toute la longueur de la ligne, il y avait 6 mètres. Les ondes radio produites par le générateur étaient dans la bande VHF et avaient une longueur d'onde de plusieurs mètres. L'encadré montre les types de tubes Geisler utilisés avec les lignes Lecher. conception Le principal attrait de la ligne Lecher est qu'elle peut être utilisée pour mesurer la fréquence sans utiliser d'électronique complexe, et la ligne peut être facilement assemblée à partir de matériaux simples vendus dans un magasin ordinaire. La ligne Lecher pour mesurer la longueur d'onde est généralement construite sur un cadre sur lequel sont montés rigidement des conducteurs horizontaux, le long desquels se déplace le pont de fermeture ou l'indicateur, et une échelle de mesure qui détermine la distance entre les nœuds. Le cadre est généralement constitué de matériaux non conducteurs tels que le bois, car tout objet conducteur à proximité de la ligne peut perturber le régime des ondes stationnaires. À bien des égards, la gamme Lecher est une version électrique de l’expérience du tube Kundt utilisée pour mesurer la longueur des ondes sonores. Mesurer la vitesse de la lumière Si la fréquence F de l'onde radio est connue, alors en mesurant la longueur d'onde λ à l'aide de la raie de Lecher, vous pouvez calculer la vitesse de l'onde C, qui est approximativement égale à la vitesse de la lumière : C=λ*F En 1891, le physicien français Prosper-René Blondlot utilisa cette méthode pour réaliser les premières mesures de la vitesse de propagation des ondes radio. Il a utilisé 13 fréquences différentes entre 10 et 30 MHz et a obtenu une moyenne de 297600 1 km/s, ce qui se situe à XNUMX % de la vitesse réelle de la lumière. C'était une confirmation importante de la théorie de James Clerk Maxwell selon laquelle la lumière est aussi une onde électromagnétique, tout comme les ondes radio. Autres applications Les lignes courtes de Lecher sont souvent utilisées comme circuits résonants à Q élevé, appelés stubs d'accord ou résonants. Par exemple, une ligne de Lecher courte quart d'onde (λ/4) agit comme un circuit résonant parallèle, ayant une résistance élevée à sa fréquence de résonance et une faible impédance aux autres fréquences. Ils sont utilisés du fait qu'à des fréquences de l'ordre du décimètre (10 cm ... 1 m) dans les circuits résonants, de petites inductances et capacités sont nécessaires, ce qui les rend difficiles à fabriquer et, de plus, ils sont très sensibles aux parasites. capacités et inductances. La seule différence entre les lignes de transmission fermées et les circuits LC conventionnels est qu'une ligne de transmission fermée (tronçon résonant) telle qu'une ligne Lecherienne a de multiples résonances à des fréquences impaires qui sont des multiples de la fréquence de résonance fondamentale, tandis que les circuits LC localisés n'ont qu'une seule fréquence de résonance. . Alimentation des amplificateurs de puissance haute fréquence Les lignes Lecher peuvent être utilisées pour les circuits résonants dans les amplificateurs de puissance micro-ondes.] Par exemple, un amplificateur à double tétrode (QQV03-20) à une fréquence de 432 MHz est décrit par G. R. Jessop dans le manuel (GR Jessop, VHF UHF manual, RSGB, Potters Bar, 1983) utilise la raie de Lecher dans le circuit anodique comme circuit résonant.
Syntoniseurs de télévision Les lignes de Lecher quart d'onde sont utilisées dans les circuits résonants des amplificateurs RF et dans les oscillateurs locaux de certains modèles de téléviseurs modernes. La syntonisation des différentes chaînes de télévision s'effectue à l'aide d'un varicap connecté aux deux conducteurs de la ligne Lecher. Impédance de la ligne de Lecher L'espacement des conducteurs Lechera n'affecte pas la position des ondes stationnaires sur la ligne, mais il détermine l'impédance caractéristique, qui peut être importante pour adapter la ligne à la source d'alimentation RF pour un transfert de puissance efficace. Pour deux conducteurs cylindriques parallèles de diamètre d et de distance entre eux D, l'impédance de la ligne sera égale à :
Pour les fils parallèles, la formule de la capacité où L est la longueur, C est la capacité par mètre
D'où
Les câbles plats de 300 et 450 ohms disponibles dans le commerce (tels qu'une ligne téléphonique à deux fils) peuvent être utilisés comme lignes Lecher de longueur fixe (tronçon résonant).
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