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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Ondas cortas en cables. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante Ondas de corriente estacionarias Las ondas cortas se propagan a lo largo del cable de forma diferente a como estamos acostumbrados a imaginar la propagación de la corriente. Por lo general, suponemos que la corriente en cualquier lugar del cable tiene la misma fuerza. Con una corriente oscilatoria, esto resulta incorrecto; Las llamadas "ondas estacionarias" de corriente y voltaje se forman en los cables, causadas por el reflejo de la electricidad desde el extremo del cable. Estrictamente hablando, tales ondas se forman con cualquier corriente alterna, pero no podemos observarlas, ya que generalmente se necesitan cables muy largos para esto: es necesario que la longitud del cable o par de cables supere al menos 1/4 de la longitud de onda. Para ondas cortas esto es muy fácil de hacer. Analicemos primero lo que sucede en un solo cable. Sea un cable lo suficientemente largo, que tenga un generador de onda corta en un extremo E, y el otro extremo A esté aislado (Fig. 1).
Como ya hemos señalado, la corriente en dicho cable no será la misma a lo largo de su longitud. Al final, la corriente es 0, ya medida que te alejas del final, aparece y se vuelve cada vez más y más, hasta que en el punto B, a 1/4 de onda del final, alcanza su valor máximo. Esto significa que si encendemos el amperímetro en diferentes lugares del cable entre los puntos A y B, mostrará más y más corriente a medida que nos acercamos al punto B, y la corriente cambiará a lo largo de la curva ABC. 1er. Más allá del punto B, la corriente cae gradualmente al punto C, donde se detiene por completo. La distancia de C a A es igual a la mitad de la longitud de onda del generador de onda corta. Además, más allá del punto C, la corriente aumenta nuevamente, alcanzando su valor máximo en D, y luego vuelve a caer a cero, después de lo cual todo se repite nuevamente. La distancia AD es igual a 3/4 de una onda, la distancia AE es la longitud de onda total del generador. En los puntos de máximos (B y D), el amperímetro mostrará la misma intensidad de corriente, pero la corriente en cada momento dado en estos puntos fluye en direcciones opuestas (como, por ejemplo, lo indican las flechas). Para ver esto en el dibujo, colocamos la curva de distribución de corriente CdE hacia abajo desde la línea EA, mientras que la primera parte de la misma, AbC, se ubica hacia arriba desde EA. La curva AbCdE tiene la forma de una llamada curva sinusoidal. Cuando tenemos una distribución de corriente tan desigual a lo largo del cable, decimos que se ha establecido una onda de corriente estacionaria en el cable. Los lugares de mayor intensidad de corriente (puntos B D) se denominan antinodos de corriente, y aquellos lugares donde es igual a cero (puntos A, C, E) se denominan nodos de corriente. Vemos que tanto los nodos vecinos como los antinodos están a una distancia de media onda entre sí. Consideramos que el cable era lo suficientemente largo, pero si fuera más corto, por ejemplo, solo 1/4 de onda (es decir, ya habría un generador en el punto B), la distribución de corriente aún sería desigual. Al mismo tiempo, dado que la corriente al final del cable siempre es 0, entonces al final del cable (A) habrá un nodo, y en el generador (B) habrá un antinodo actual. Ahora es importante señalar que si tenemos un solo cable en el que se establecen ondas de corriente estacionaria, entonces irradia ondas de radio al espacio. Esto significa que consume energía. El consumo de energía por radiación en ondas cortas es muy significativo y aumenta con el acortamiento de la longitud de onda. Si necesitamos que el cable irradie, será un gasto útil de energía, pero a veces esto simplemente no es necesario, y entonces este gasto será un desperdicio de energía. Tenemos tal caso, por ejemplo, si el cable EA no es una antena en sí mismo, sino que solo sirve para suministrar energía a la antena. En este caso, la energía que se pierde en ella por radiación no solo nos será desperdiciada, sino que incluso puede ser dañina, interfiriendo con la radiación de una antena real. sistema de Lecher Para suministrar corriente sin pérdida de energía por radiación, se utiliza una línea de dos hilos o el llamado sistema Lecherov (Fig. 2). Consiste en dos cables que corren a una distancia relativamente corta el uno del otro. Maldita sea. 2 muestra un sistema Lecher aislado en un extremo y conectado en el otro extremo a un generador. En este sistema, también vemos la formación de ondas de corriente estacionaria. Pero, al observar de cerca el dibujo, puede ver que en el mismo lugar (por ejemplo, corte aa), la corriente en cada cable fluye en direcciones opuestas. Es muy importante. Debido a esta circunstancia, ambos hilos evitan que el otro irradie energía y el sistema Lecherov no tiene pérdidas por radiación.
Hasta ahora, hemos estado hablando de ondas estacionarias de corriente, pero las mismas ondas ocurren para el voltaje. Maldita sea. 3 muestra la distribución de tensiones a lo largo del sistema Lecher. Vemos aquí la misma curva que para la corriente; aquí también se observan nudos y antinodos. Pero solo los antinodos de voltaje ocurren exactamente donde la corriente tiene nodos y viceversa. Esto es fácil de ver comparando los dibujos 2 y 3.
Muy a menudo, se usa el sistema Lecherov con un puente. Este es el nombre de un conductor móvil que cortocircuita ambos hilos del sistema. Este puente puede estar hecho de dos placas delgadas de cobre atornilladas. Cuando es necesario mover el puente, los tornillos se aflojan y luego se vuelven a atornillar. El sistema de Lecherov con un puente difiere en que, en la ubicación del puente, el voltaje entre los cables siempre será cero, habrá un nodo de voltaje y, en consecuencia, un antinodo de corriente. La disposición de las curvas de corriente y tensión en este caso se muestra en la Fig. 4.
Por lo tanto, al instalar un puente en algún lugar del sistema, determinamos el lugar del antinodo actual. Esto es muy conveniente cuando el sistema está diseñado para trabajar con diferentes longitudes de onda, ya que le permite cambiar fácilmente la configuración del sistema. El hecho es que para obtener ondas estacionarias distintas, el sistema Lecherov no se puede conectar al generador de alguna manera. Es imperativo que el generador esté ubicado en un lugar determinado, por ejemplo, en el antinodo de la corriente. Se muestra en el infierno. 2, donde el sistema está conectado a la bobina del generador de modo que un antinodo de corriente pase a través de la bobina. Si ahora cambiamos la onda del generador, exactamente 3/4 de la onda no cabrá en el cable. Como siempre habrá un nodo de corriente al final del sistema, nuestro generador saldrá del antinodo y las ondas estacionarias en este caso resultarán muy débiles. Si tenemos un puente, siempre podemos moverlo para que el generador vuelva a caer en el antinodo de la corriente. Experimentos con el sistema de Lecher No es difícil realizar un experimento que permita comprobar visualmente lo dicho. Para hacer esto, debe tener un generador de onda corta, un sistema Lecherov y varias bombillas de una linterna. El generador debe tener suficiente potencia, de dos diez vatios; con dos amplificadores o microtubos, sólo se pueden obtener resultados satisfactorios con un muy buen generador. Rango de olas: 30 metros y menos. El sistema de Lecher debe tomarse de dos cables con un diámetro de aproximadamente 1 mm (el cable de bronce del teléfono es muy bueno) y tirar de estos cables a una distancia de 5-10 cm entre sí, teniendo cuidado de que esta distancia no cambie entre los cables. Para ello, se deben colocar espaciadores de ebonita o vidrio entre ellos a una distancia de 3-4 metros entre sí. Es mejor tomar el sistema el mayor tiempo posible, preferiblemente 25-30 metros. Los extremos de los cables deben estar aislados, especialmente los extremos más cercanos al generador. Aquí el cable debe ser interceptado antes de llegar al generador, como se muestra en el infierno. 5, dejando el extremo libre para conectar al generador.
Los aisladores deben tener forma de tuerca, una cadena de 4-5 piezas, necesariamente conectadas con una cuerda, no con alambre, o de vidrio, tubular o entera. Tomando una bombilla de una linterna, suelde dos conductores desnudos duros y llévelos en direcciones opuestas. Los extremos de los conductores deben doblarse para que envuelvan los alambres del sistema Lecher, como se muestra en la Fig. 6, permitiendo, sin embargo, mover el puente resultante con una bombilla a lo largo del sistema. Los extremos del sistema están conectados al generador o como se muestra en la Fig. 2, o acoplados inductivamente (Fig. 7). En ambos casos, la conexión más ventajosa debe seleccionarse por experiencia.
Habiendo sintonizado el generador a alguna ola, por ejemplo, 20 metros, luego mueven el puente, alejándose del generador. La bombilla del puente, que inicialmente brilla, se apaga gradualmente; pero si te alejas como media onda, vuelve a encenderse, y cuando más brille, el sistema de Lecher estará sintonizado. Luego, una media onda estacionaria con antinodos de corriente en la bombilla y en el generador encajará en el sistema. Si mueves más la bombilla, se apagará de nuevo y se encenderá de nuevo cuando entren dos medias ondas desde el generador hasta el puente, etc.
Cuando se configura el sistema Lecher, también podemos detectar nodos en el antinodo de voltaje. Los nodos de voltaje se pueden encontrar tocando el cable con algún conductor sostenido en la mano. Por lo general, con tal toque, la configuración del sistema se altera y la luz del puente se apaga. Pero si tocamos el cable en el nodo de voltaje, no violaremos la configuración y todo permanecerá sin cambios. Esto sucede porque el cable no tiene voltaje en el nodo y por lo tanto, al conectar el nodo a tierra, no podemos desviar la corriente a tierra. Los nodos de tensión se encuentran en el mismo lugar que el antinodo de corriente. Para encontrar los antinodos, debe colgar una bombilla de una linterna en uno de los cables, como se muestra en la Fig. 7. La lámina A puede ser de cualquier metal (excepto hierro) de 10x10 cm o más. La bombilla brillará con mayor fuerza en el antinodo del voltaje, porque aquí la corriente fluirá con mayor fuerza desde el cable a través de la bombilla y la capacitancia de la hoja de metal. Si el generador tiene una potencia significativa, al colgar una bombilla eléctrica ordinaria (sin lámina) en el antinodo del voltaje, podremos observar el brillo azulado del aire enrarecido que contiene. Si abandona el antinodo de tensión, los fenómenos descritos desaparecen. Acerca de medir la longitud de onda El lector de lo dicho, por cierto, puede concluir que es conveniente aplicar el sistema de Lecher para determinar la longitud de onda del generador. De hecho, midiendo la distancia entre dos antinodos de corriente adyacentes, tendremos exactamente la mitad de la longitud de onda. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la medición de la onda utilizando la configuración descrita no dará resultados completamente precisos. La bombilla de luz ubicada en el puente absorbe energía y, como resultado, la onda medida será algo más corta que la real. El error de medición alcanza el 1-2%. Para evitar este error, en las instalaciones de laboratorio, en lugar de una bombilla, se utilizan dispositivos sensibles que, además, no están incluidos en el puente, sino que se conectan a él de forma inductiva. El método en sí sigue siendo el mismo y se usa para calibrar medidores de onda de onda corta. Ahora familiaricémonos con algunas propiedades más del sistema Lecher, que, por cierto, nos permitirán describir con más detalle otra forma más precisa de medir la longitud de onda. El sistema de Lecher como resistencia sin vatios La autoinducción y la capacitancia que se encuentran en el camino de la corriente alterna representan para ella la llamada resistencia sin vatios, inductiva o capacitiva. El sistema Lecher también se puede utilizar como tal resistencia, además, a veces tiene ventajas sobre las bobinas y condensadores de autoinducción convencionales. Para ver por qué esto es así, pasemos a la figura 8. Aquí están las curvas de corriente y voltaje a lo largo del sistema Lecher que termina en A. Sabemos que la distribución ondulante de corriente y voltaje se debe a la reflexión desde el extremo del conductor. Pero puedes ver las cosas un poco diferente. Tomemos dos secciones a y b del sistema y observemos que la corriente en a es mayor que en b, y el voltaje es viceversa. Si es así, podemos decir que la resistencia del sistema Lecher en a es menor que en b. Por resistencia entendemos la resistencia de una sección del sistema con una longitud desde el extremo hasta ay desde el extremo hasta c.
Razonando de esta manera, podemos definir la resistencia para un sistema Lecher de cualquier longitud. Resulta que, dependiendo de la longitud, puede ser inductivo (equivalente a la resistencia de la bobina de autoinducción) o capacitivo. Maldita sea. La Figura 9 muestra las curvas de esta resistencia para el sistema Lecher puenteado. Las curvas se refieren a un sistema de alambres de 1 mm de diámetro con una separación de 8 cm, pero serán casi iguales para todos los sistemas de tamaño similar. En el dibujo, la resistencia inductiva en ohmios se traza hacia arriba desde el eje horizontal, la resistencia capacitiva hacia abajo. La longitud del sistema Lecher se traza a lo largo del eje horizontal en fracciones de onda. Supongamos que queremos tener un sistema tal que su resistencia sea inductiva e igual a 1000 ohmios. Es fácil determinar a partir de las curvas que para ello el sistema debe tener una longitud igual a 0,16 longitudes de onda.
Las curvas de resistencia sin vatios del sistema Lecher permiten, entre otras cosas, comprender en qué consiste realmente el proceso de ajuste del sistema. Para obtener la mayor corriente y, en consecuencia, las ondas estacionarias más notorias, es necesario que el sistema conectado al generador Lecherov no tenga mucha resistencia; menos que nada, esta resistencia será justa cuando la longitud del sistema sea igual a media onda oa un múltiplo de ella; en este caso, el generador estará en el antinodo de la corriente. Tiene sentido utilizar el sistema Lecher en lugar de bobinas y condensadores de autoinducción para ondas muy cortas, especialmente para ondas del orden de varios metros. Las ventajas aquí son que el sistema Lecherov tiene pérdidas muy bajas, que en bobinas y condensadores aumentan mucho con el acortamiento de onda. Es más conveniente utilizar el sistema Lecher en lugar de bobinas o condensadores de bloqueo, es más difícil utilizarlo en circuitos oscilatorios*. Por supuesto, debe recordarse que el sistema Lecherov presenta una cierta resistencia sin vatios solo para una onda dada; tan pronto como cambiamos la onda, la resistencia cambia. También se debe tener en cuenta que para los condensadores (si no deben pasar corriente continua), se debe tomar un sistema sin puente. Las curvas de capacitancia para tal sistema se dan en la Fig. 10. En este caso, los extremos de los cables deben estar bien aislados.
Más sobre la medición de olas Habiéndonos familiarizado con la resistencia del sistema Lecher, podemos describir otro método para medir la longitud de onda, que, sin embargo, requiere un generador potente si es posible. Para hacer esto, es necesario tener un circuito oscilatorio simétrico conectado inductivamente con el generador (Fig. 11).
Los condensadores deben tener una capacidad de aproximadamente 8 a 100 cm, bobinas de 4-10 vueltas con un diámetro de aproximadamente 8 cm En el circuito, se incluye una bombilla de linterna como indicador. La conexión debería ser posiblemente débil, por lo que es deseable un generador más potente. El circuito oscilatorio se rompe en los puntos a y b, donde se conecta el sistema Lecherov con un puente. El puente primero se instala no lejos del circuito (alrededor de 1/8 de la onda) y el circuito se sintoniza en resonancia: al mismo tiempo, la bombilla parpadea. Entonces. sin tocar el circuito, alejar el puente hasta que la bombilla se encienda de nuevo con la máxima intensidad. La distancia entre la primera posición y la última será de media ola. Este método se basa en el hecho de que los mismos valores de resistencia del sistema se repiten a lo largo del sistema estrictamente después de media onda, a menos que el sistema tenga grandes pérdidas de energía. Como conclusión, señalamos que el sistema Lecher es de particular importancia para el suministro de energía a antenas y, en particular, a antenas direccionales complejas. No nos detendremos en este tema, que requiere un ensayo especial. Como ve el lector, en la técnica de ondas cortas se ha utilizado ampliamente el sistema de Lecherov; tiene todas las razones para ocupar el lugar que le corresponde en la práctica de nuestros radioaficionados de onda corta. * Es útil recordar que la reactancia inductiva de la bobina autoinductiva L es de 6,28 fL ohmios, la capacitancia del capacitor C es de 1/(6,28fC) ohmios, donde f es la frecuencia de oscilación = 3 * 108/Lambda, donde Lambda es la longitud de onda en metros. L y C deben expresarse en henrios y faradios. De acuerdo con estas fórmulas, es posible determinar qué bobina y qué condensador son equivalentes al sistema Lecherov de una u otra longitud. Autor: A. Pistohlkors
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