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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Línea de Lecher. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante En electrónica, las líneas Lecher o sistema Lecher son pares de cables o varillas paralelas que se utilizan para medir la longitud de las ondas de radio principalmente en los rangos UHF y microondas. Estos cables forman una línea de transmisión corta y equilibrada. Cuando se conecta a una fuente de energía de alta frecuencia, como un transmisor de radio, las ondas de radio forman ondas estacionarias a lo largo de toda la línea de transmisión. Al mover el puente conductor (puente) que cortocircuita ambos cables del sistema, se puede medir físicamente la longitud de onda. El físico austriaco Ernst Lecher, mejorando los métodos utilizados por Oliver Lodge y Heinrich Hertz, desarrolló su propio método para medir la longitud de onda alrededor de 1888. Hoy en día, se encuentran disponibles técnicas de medición de frecuencia más avanzadas y las líneas de Lecher se usan más comúnmente como elementos de circuito cuando se usan en equipos de alta frecuencia, como televisores. Las líneas de Lecher se usan como circuitos resonantes, en filtros de muesca y en dispositivos de adaptación de impedancia. Se utilizan en frecuencias que se encuentran entre las bandas HF/VHF, donde se utilizan componentes agrupados, y en las bandas UHF/Microondas, donde se utilizan resonadores de cavidad. Medición de longitud de onda Una línea Lecher es un par de alambres o varillas paralelas sin aislamiento colocadas a una distancia fija entre sí. La distancia entre los conductores no es crítica, pero debe ser una pequeña fracción de la longitud de onda. Esta distancia puede variar desde menos de un centímetro hasta 10 cm o más. La longitud de los cables depende de la longitud de onda efectiva; Las líneas que se utilizan para las mediciones suelen ser varias veces más largas que la longitud de onda medida. El espaciado uniforme entre los cables los convierte en líneas de transmisión que transmiten ondas de radio a una velocidad constante, muy cercana a la velocidad de la luz. Un extremo de la línea está conectado a una fuente de señal de RF, como la salida de un transmisor de radio. El otro extremo de la línea está cortocircuitado por un conductor en movimiento. Este puente que se cierra refleja las olas. Las ondas reflejadas desde el extremo en cortocircuito de la línea interactúan con las ondas entrantes, creando ondas estacionarias sinusoidales de voltaje y corriente en la línea. El voltaje cae a cero en los nodos ubicados a una distancia múltiplo de la mitad de la longitud de onda desde el final de la línea. Los máximos de voltaje, llamados antinodos, se encuentran a medio camino entre los nodos. Por tanto, la longitud de onda λ puede determinarse encontrando dos nodos (o antinodos) sucesivos y midiendo la distancia entre ellos, que debe multiplicarse por dos. La frecuencia F se puede calcular si se conocen la longitud de onda y su velocidad, y si se conoce la velocidad de la luz C: F=C/λ Los nodos se suelen utilizar para las mediciones, ya que aparecen con mayor nitidez que los antinodos y, en consecuencia, la precisión de la medición será mayor. Búsqueda de nodos Se utilizan dos métodos para buscar nodos. Una es utilizar indicadores de voltaje como un voltímetro de RF o una simple bombilla incandescente unida a un par de contactos que se deslizan hacia arriba y hacia abajo por los cables. Cuando la bombilla llega al nodo, el voltaje entre los cables se vuelve cero, por lo que la luz se apaga. Una de las desventajas de este método es que el indicador puede afectar la onda estacionaria en la línea, lo que conduce a su reflejo. Para evitar esto, es necesario utilizar un indicador con una alta impedancia de entrada; una lámpara incandescente normal tiene una impedancia demasiado baja. Lecher y otros investigadores utilizaron tubos de Heusler largos y delgados (Fig. 1), cuyo bulbo de vidrio se colocó directamente sobre la línea. En los transmisores antiguos, el alto voltaje provocaba una descarga luminosa en el gas. Hoy en día se suelen utilizar pequeñas lámparas de neón. Uno de los problemas del uso de lámparas de descarga incandescente es su alto voltaje de encendido, lo que dificulta localizar con precisión el voltaje mínimo. Los medidores de longitud de onda de precisión utilizan un voltímetro de RF. Otro método Lo que se usa para encontrar nodos es mover el puente de cierre a lo largo de la línea y medir la corriente de RF que fluye en la línea usando un amperímetro de RF conectado a la línea de alimentación. La corriente en una línea de Lecher, al igual que el voltaje, forma ondas estacionarias con nodos (puntos de corriente mínima) en cada media longitud de onda. Porque una línea representa una impedancia a la fuente de energía de RF que la alimenta, y esta impedancia varía con la longitud de la línea. Cuando el nodo actual está ubicado al comienzo de la línea, la corriente consumida de la fuente será mínima, como lo mostrará el amperímetro. Si mueve el puente de cierre más a lo largo de la línea y marca dos lugares con una corriente mínima, entonces la distancia entre estos dos mínimos será igual a la mitad de la longitud de onda.
Las ondas de radio creadas por un generador basado en una vía de chispas de Hertz (en la figura de la derecha) se mueven a lo largo de cables paralelos. Los cables están cerrados entre sí (en la figura del lado izquierdo), las ondas reflejadas regresan a lo largo de los cables hacia el generador, creando ondas de voltaje estacionarias a lo largo de la línea. El voltaje tiende a cero en los nodos ubicados a una distancia múltiplo de la mitad de la longitud de onda desde el final de la línea. Los nodos se encontraron moviendo un tubo de Heussler, un pequeño tubo de descarga luminosa, como una lámpara de neón, a lo largo de una línea (dos de estos tubos se muestran en la figura). El alto voltaje en la línea hace que el tubo brille. Cuando el tubo llega al nodo, el voltaje tiende a cero y el tubo se apaga. La distancia medida entre dos nodos adyacentes se multiplica por dos para obtener la longitud de onda λ. En la figura la línea se muestra acortada; la longitud real de la línea era de 6 metros. Las ondas de radio producidas por el generador estaban en el rango VHF y tenían una longitud de onda de varios metros. El recuadro muestra los tipos de tubos Geissler utilizados con las líneas Lecher. diseño El principal atractivo de la línea Lecher es que puede medir la frecuencia sin el uso de componentes electrónicos complejos y la línea se puede ensamblar fácilmente a partir de materiales simples que se venden en una tienda normal. Una línea de Lecher para medir la longitud de onda generalmente se construye sobre un marco en el que están unidos rígidamente conductores ubicados horizontalmente, a lo largo del cual se mueve un puente de cierre o indicador, y una escala de medición en la que se determina la distancia entre los nodos. El marco suele estar hecho de materiales no conductores, como la madera, porque cualquier objeto conductor cerca de la línea puede alterar el régimen de onda estacionaria. En muchos sentidos, la línea Lecher es una versión eléctrica del experimento del tubo de Kundt, que se utiliza para medir la longitud de las ondas sonoras. Midiendo la velocidad de la luz Si se conoce la frecuencia F de una onda de radio, midiendo la longitud de onda λ usando la línea de Lecher, podemos calcular la velocidad de la onda C, que es aproximadamente igual a la velocidad de la luz: C=λ*F En 1891, el físico francés Prosper-René Blondlot, utilizando este método, realizó las primeras mediciones de la velocidad de propagación de las ondas de radio. Utilizó 13 frecuencias diferentes entre 10 y 30 MHz y obtuvo un valor medio de 297600 km/s, un resultado que se situaba dentro del 1% de la velocidad real de la luz. Esta fue una confirmación importante de la teoría de James Clerk Maxwell de que la luz también es una onda electromagnética, como las ondas de radio. Aplicación en otros campos Las líneas cortas de Lecher se utilizan a menudo como circuitos resonantes de alta calidad, que se denominan bucles de sintonización o resonantes. Por ejemplo, una línea Lecher corta de un cuarto de onda (λ/4) actúa como un circuito resonante paralelo, teniendo alta impedancia en su frecuencia resonante y baja impedancia en otras frecuencias. Se utilizan debido a que a frecuencias del orden de los decímetros (10 cm...1 m) en circuitos resonantes se requieren pequeñas inductancias y capacitancias, lo que los hace difíciles de fabricar y, además, son muy sensibles a los parásitos. capacitancias e inductancias. La única diferencia entre las líneas de transmisión cerradas y los circuitos LC convencionales es que una línea de transmisión cerrada (stub resonante), como una línea Lecher, tiene varias resonancias en frecuencias impares que son múltiplos de la frecuencia resonante fundamental, mientras que los circuitos LC agrupados tienen solo una. frecuencia de resonancia. Alimentación de amplificadores de potencia de alta frecuencia Las líneas Lecher se pueden utilizar para circuitos resonantes en amplificadores de potencia de microondas.] Por ejemplo, G. R. Jessop describe un amplificador de tetrodo doble (QQV03-20) a una frecuencia de 432 MHz en el libro de referencia (GR Jessop, manual VHF UHF, RSGB , Potters Bar, 1983 ), utiliza la línea de Lecher en el circuito del ánodo como circuito resonante.
sintonizadores de televisión Las líneas Lecher de cuarto de onda se utilizan en circuitos resonantes en amplificadores de RF y en osciladores locales en algunos modelos de televisores modernos. La sintonización de varias emisoras de TV se realiza mediante un varicap conectado a ambos conductores de la línea Lecher. Impedancia de la línea Lecher El espaciado de los conductores del sistema Lecher no afecta la posición de las ondas estacionarias en la línea, pero sí determina la impedancia característica, que puede ser importante para hacer coincidir la línea con la fuente de energía de alta frecuencia para una transmisión de energía eficiente. Para dos conductores cilíndricos paralelos con un diámetro d y una distancia entre ellos D, la impedancia característica de la línea será igual a:
Para cables paralelos, la fórmula de capacitancia donde L es la longitud, C es la capacitancia por metro
de donde
Como líneas Lecher de longitud fija (bucle resonante) se pueden utilizar cables planos de 300 y 450 ohmios habituales en el mercado (p. ej., línea telefónica de dos hilos).
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