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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Onde corte nei fili. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante Onde di corrente stazionarie Le onde corte si propagano lungo un filo in modo diverso da come siamo abituati a immaginare la propagazione della corrente. Di solito presupponiamo che la corrente in qualsiasi punto del filo abbia la stessa intensità. Con una corrente oscillante ciò risulta errato; Nei fili si formano le cosiddette “onde stazionarie” di corrente e tensione, causate dalla riflessione dell'elettricità dall'estremità del filo. A rigor di termini, tali onde si formano con qualsiasi corrente alternata, ma non possiamo osservarle, poiché questa richiede generalmente fili molto lunghi: la lunghezza di un filo o di una coppia di fili deve superare almeno 1/4 della lunghezza d'onda. Per le onde corte questo è molto facile da fare. Diamo prima un'occhiata a cosa succede in un singolo filo. Lascia che ci sia un filo sufficientemente lungo, ad un'estremità E del quale c'è un generatore di onde corte, e l'altra estremità A è isolata (Fig. 1).
Come abbiamo già indicato, la corrente in tale filo non sarà la stessa lungo la sua lunghezza. Alla fine la corrente è 0, e allontanandosi dalla fine appare e diventa via via più grande finché nel punto B, a 1/4 d'onda dalla fine, raggiunge il suo valore massimo. Ciò significa che se accendiamo l'amperometro in vari punti del filo tra i punti A e B, mostrerà sempre più corrente man mano che si avvicina al punto B e l'intensità della corrente cambierà lungo la curva ABC. 1°. Oltre il punto B la corrente diminuisce gradualmente fino al punto C, dove si arresta completamente. La distanza da C ad A è pari alla metà della lunghezza d'onda del generatore di onde corte. Inoltre, oltre il punto C, la corrente aumenta di nuovo, raggiungendo il suo valore più alto in D, per poi scendere nuovamente a zero, dopodiché tutto si ripete da capo. La distanza AD è pari a 3/4 della lunghezza d'onda, la distanza AE è l'intera lunghezza d'onda del generatore. Nei punti massimi (B e D), l'amperometro mostrerà la stessa intensità di corrente, ma la corrente in un dato momento in questi punti scorre in direzioni opposte (come, ad esempio, indicato dalle frecce). Per rendere ciò visibile nel disegno, posizioniamo la curva di distribuzione della corrente CdE verso il basso della linea EA, mentre la prima parte della sua AbC si trova verso l'alto rispetto alla EA. La curva AbCdE assomiglia ad una cosiddetta curva sinusoidale. Quando abbiamo una distribuzione così irregolare della corrente lungo un filo, diciamo che nel filo si è stabilita un'onda di corrente stazionaria. I luoghi di massima intensità di corrente (punti B D) sono chiamati antinodi attuali e quei luoghi in cui è uguale a zero (punti A, C, E) sono chiamati nodi attuali. Vediamo che sia i nodi vicini che gli antinodi si trovano a una distanza di mezza onda l'uno dall'altro. Abbiamo considerato il filo abbastanza lungo, ma se fosse più corto, ad esempio, solo 1/4 d'onda (cioè nel punto B ci sarebbe già un generatore), la distribuzione della corrente sarebbe comunque disomogenea. Inoltre, poiché la corrente all'estremità del filo è sempre 0, all'estremità del filo (A) ci sarà un nodo e al generatore (B) ci sarà un antinodo di corrente. Ora è importante notare che se abbiamo un singolo filo in cui si sono stabilite onde di corrente stazionarie, allora emette onde radio nello spazio. Ciò significa che sta sprecando energia. Il consumo energetico per la radiazione a onde corte è molto significativo e aumenta con l'accorciamento della lunghezza d'onda. Se abbiamo bisogno che il filo si irradi, allora questo sarà un dispendio di energia utile, ma a volte questo semplicemente non è necessario e quindi questo dispendio sarà una perdita di energia. Abbiamo un caso del genere, ad esempio, se il filo EA stesso non è un'antenna, ma serve solo a fornire energia all'antenna. In questo caso, l'energia persa a causa delle radiazioni non solo verrà sprecata per noi, ma potrebbe anche causare danni interferendo con la radiazione dell'antenna reale. Il sistema di Lecher Per fornire corrente senza perdite di energia dovute alle radiazioni, viene utilizzata una linea a due fili o il cosiddetto sistema Lecher (Fig. 2). È costituito da due fili che corrono a una distanza relativamente breve l'uno dall'altro. Fanculo. 2 mostra un sistema Lecher isolato ad un'estremità e collegato all'altra estremità ad un generatore. In questo sistema assistiamo anche alla formazione di onde di corrente stazionaria. Ma, osservando da vicino il disegno, noterai che nello stesso punto (ad esempio, la sezione aa) la corrente in ciascun filo scorre in direzioni opposte. È molto importante. Grazie a questa circostanza entrambi i fili impediscono a vicenda di emettere energia e il sistema Lecher non presenta perdite per radiazione.
Finora abbiamo parlato di onde stazionarie di corrente, ma le stesse onde si verificano anche per la tensione. Fanculo. 3 mostra la distribuzione delle tensioni lungo il sistema Lecher. Vediamo qui la stessa curva della corrente; qui si osservano anche nodi e antinodi. Ma solo gli antinodi di tensione si verificano esattamente dove la corrente ha nodi e viceversa. Ciò è facile da verificare confrontando i disegni 2 e 3.
Molto spesso viene utilizzato il sistema Lecher con ponte. Questo è il nome del conduttore mobile che cortocircuita entrambi i fili dell'impianto. Questo ponte può essere costituito da due sottili piastre di rame avvitate insieme. Quando è necessario spostare il ponte, le viti vengono allentate e poi riavvitate. Il sistema Lecher con un ponte è diverso in quanto nella posizione del ponte la tensione tra i fili sarà sempre uguale a zero, ci sarà un nodo di tensione e, di conseguenza, un antinodo di corrente. Come verranno posizionate le curve di corrente e tensione è mostrato in Fig. 4.
Di conseguenza, installando un bridge da qualche parte nel sistema, determiniamo in tal modo la posizione dell'attuale antinodo. Ciò è molto comodo quando il sistema è progettato per funzionare con diverse lunghezze d'onda, poiché consente di modificare facilmente l'accordatura del sistema. Il fatto è che per ottenere onde stazionarie distinte, il sistema Lecher non può essere collegato in alcun modo a un generatore. È imperativo che il generatore si trovi in un determinato luogo, ad esempio, in corrispondenza di un antinodo corrente. Questo è mostrato all'inferno. 2, dove il sistema è collegato alla bobina del generatore in modo che la corrente antinodo passi attraverso la bobina. Se ora cambiamo l'onda del generatore, esattamente 3/4 dell'onda non si adatteranno al filo. Poiché alla fine del sistema ci sarà sempre un nodo corrente, il nostro generatore uscirà dall'antinodo e le onde stazionarie in questo caso risulteranno molto deboli. Se abbiamo un ponte, possiamo sempre spostarlo in modo che il generatore cada nuovamente nell'attuale antinodo. Esperimenti con il sistema di Lecher Non è difficile realizzare un esperimento che permetta di verificare chiaramente quanto detto. Per fare ciò, è necessario disporre di un generatore di onde corte, un sistema Lecher e diverse lampadine di una torcia. Il generatore deve avere una potenza sufficiente: due dieci watt; con due amplificazioni o microtubi si possono ottenere risultati soddisfacenti solo con un ottimo generatore. Gamma d'onda: 30 metri e inferiore. Il sistema Lecher deve essere preso da due fili del diametro di circa 1 mm (ottimo il filo telefonico in bronzo) e tendere questi fili ad una distanza di 5-10 cm l'uno dall'altro, facendo attenzione che questa distanza non cambi tra loro. i fili. Per fare ciò è necessario interporre tra loro dei distanziatori in ebanite o vetro ad una distanza di 3-4 metri l'uno dall'altro. È meglio prendere l'impianto il più a lungo possibile, preferibilmente 25-30 metri. Le estremità dei cavi devono essere isolate, soprattutto le estremità più vicine al generatore. Qui è necessario intercettare il filo prima di raggiungere il generatore, come mostrato nello schema. 5, lasciando l'estremità libera per il collegamento al generatore.
Gli isolatori devono essere a forma di dado - catena di 4-5 pezzi, sempre collegati con corda, non filo - o vetro - tubolari o interi. Prendendo una lampadina da una torcia, saldiamo due conduttori duri e nudi e li portiamo in direzioni opposte. Le estremità dei conduttori devono essere piegate in modo che avvolgano i fili del sistema Lecher, come mostrato in Fig. 6, consentendo però lo spostamento del ponte risultante con la lampadina lungo il sistema. Le estremità del sistema sono collegate al generatore o come mostrato in Fig. 2, oppure sono collegati induttivamente (Fig. 7). In entrambi i casi la connessione più vantaggiosa va scelta con l'esperienza.
Dopo aver sintonizzato il generatore su una certa lunghezza d'onda, ad esempio 20 metri, spostano il ponte, allontanandosi dal generatore. La luce sul ponte, che dapprima era accesa, gradualmente si spegne; ma se ci si allontana di circa mezza onda si riaccende, e quando si illumina di più il sistema Lecher sarà sintonizzato. Quindi il sistema ospiterà una semionda stazionaria con antinodi di corrente sulla lampadina e sul generatore. Se sposti ulteriormente la lampadina, si spegnerà di nuovo e si riaccenderà quando due semionde cadranno dal generatore al ponte, ecc.
Quando il sistema Lecher è configurato, possiamo rilevare anche i nodi agli antinodi di tensione. I nodi di tensione possono essere trovati toccando il filo con un conduttore tenuto in mano. Di solito, con un tale tocco, le impostazioni del sistema vengono interrotte e la luce sul bridge si spegne. Ma se tocchiamo il filo in corrispondenza del nodo tensione, non disturberemo le impostazioni e tutto rimarrà invariato. Questo accade perché il filo al nodo non ha tensione e quindi, collegando il nodo a terra, non possiamo deviare la corrente a terra. I nodi di tensione si trovano nello stesso posto dell'attuale antinodo. Per trovare gli antinodi è necessario appendere la lampadina di una torcia a uno dei fili come mostrato nello schema. 7. Il foglio A può essere di qualsiasi metallo (escluso il ferro) di dimensioni pari o superiori a 10x10 cm. La lampadina si illuminerà più calda all'antinodo di tensione, perché qui la corrente più forte scorrerà dal filo attraverso la lampadina e la capacità della lamiera. Se il generatore ha una potenza significativa, allora appendendo una normale lampadina elettrica (senza foglio) all'antinodo di tensione, potremo osservare il bagliore bluastro dell'aria rarefatta in essa contenuta. Se si lascia l'antinodo della tensione, i fenomeni descritti scompaiono. Informazioni sulla misurazione della lunghezza d'onda Da tutto ciò che è stato detto, il lettore, tra l'altro, può trarre la conclusione che è conveniente utilizzare il sistema Lecher per determinare la lunghezza d'onda del generatore. Infatti, misurando la distanza tra due antinodi di corrente adiacenti, avremo esattamente la metà della lunghezza d'onda. Va notato, tuttavia, che la misurazione delle onde utilizzando la configurazione descritta non fornirà risultati del tutto accurati. La lampadina situata nel ponte assorbe energia e, di conseguenza, l'onda misurata sarà leggermente più corta di quella reale. L'errore di misurazione raggiunge l'1-2%. Per evitare questo errore nelle installazioni di laboratorio, al posto della lampadina vengono utilizzati dispositivi sensibili, che inoltre non sono inclusi nel ponte, ma sono collegati ad esso induttivamente. Il metodo stesso rimane lo stesso e viene utilizzato per calibrare i misuratori d'onda a onde corte. Facciamo ora conoscenza con alcune altre proprietà del sistema Lecher, che, tra l'altro, ci permetteranno di descrivere ulteriormente un altro modo più accurato di misurare la lunghezza d'onda. Il sistema di Lecher come resistenza senza watt L'autoinduzione e la capacità incontrate lungo il percorso della corrente alternata rappresentano per essa la cosiddetta resistenza senza watt - induttiva o capacitiva. Il sistema Lecher può essere utilizzato anche come resistenza e talvolta presenta vantaggi rispetto alle bobine e ai condensatori di autoinduzione convenzionali. Per capire perché è così, diamo un'occhiata alla Figura 8. Ecco le curve di corrente e tensione lungo il sistema Lecher che termina in A. Sappiamo che la distribuzione ondulatoria di corrente e tensione avviene a causa della riflessione dall'estremità del conduttore . Ma possiamo guardare la questione in modo leggermente diverso. Prendiamo due sezioni a e b del sistema e notiamo che la corrente in a è maggiore che in b e la tensione è opposta. Se è così, allora possiamo dire che la resistenza del sistema Lecher in a è inferiore che in b. Per resistenza si intende la resistenza di un tratto del sistema avente lunghezza dall'estremità ad a e dall'estremità a b.
Ragionando in questo modo possiamo determinare la resistenza per un sistema Lecher di qualsiasi lunghezza. Si scopre che, a seconda della lunghezza, può essere induttivo (equivalente alla resistenza della bobina di autoinduzione) o capacitivo. Fanculo. La Figura 9 mostra le curve di questa resistenza per il sistema Lecher a ponte. Le curve si riferiscono a un sistema di fili di diametro 1 mm distanziati di 8 cm l'uno dall'altro, ma saranno approssimativamente le stesse per tutti i sistemi di dimensioni simili. Nel disegno, la reattanza induttiva in Ohm è tracciata verso l'alto rispetto all'asse orizzontale, la reattanza capacitiva è tracciata verso il basso. L'asse orizzontale mostra la lunghezza del sistema Lecher in frazioni d'onda. Supponiamo di voler avere un sistema tale che la sua resistenza sia induttiva e pari a 1000 Ohm. Dalle curve è facile determinare che per questo il sistema deve avere una lunghezza pari a 0,16 lunghezze d'onda.
Le curve di resistenza wattless del sistema Lecher permettono, tra le altre cose, di capire quale sia l'effettivo processo di messa a punto del sistema. Per ottenere la corrente maggiore, e quindi le onde stazionarie più avvertibili, è necessario che il sistema Lecher collegato al generatore non abbia molta resistenza; Tale resistenza sarà minima quando la lunghezza del sistema sarà pari a mezza onda o ad un multiplo di essa; in questo caso il generatore si troverà all'antinodo della corrente. L'uso del sistema Lecher al posto delle bobine e dei condensatori autoinduttivi ha senso per onde molto corte, soprattutto per onde dell'ordine di diversi metri. Il vantaggio qui è che il sistema Lecher ha perdite molto basse, che nelle bobine e nei condensatori aumentano notevolmente con l'accorciamento dell'onda. È più conveniente utilizzare il sistema Lecher invece di induttanze o condensatori di blocco; è più difficile da utilizzare nei circuiti oscillatori*. Naturalmente va ricordato che il sistema Lecher rappresenta una certa resistenza senza watt solo su una determinata onda; non appena cambiamo l'onda, la resistenza cambia. Va inoltre notato che per i condensatori (se non devono passare corrente continua) è necessario prendere un sistema senza ponte. Le curve di capacità per un tale sistema sono mostrate in Fig. 10. In questo caso le estremità dei fili devono essere ben isolate.
Maggiori informazioni sulla misurazione delle onde Avendo acquisito familiarità con la resistenza del sistema Lecher, possiamo descrivere un altro metodo per misurare la lunghezza d'onda, che però richiede, se possibile, un potente generatore. Per fare ciò è necessario disporre di un circuito oscillatorio simmetrico collegato induttivamente al generatore (Fig. 11).
I condensatori dovrebbero avere una capacità compresa tra circa 8 e 100 cm, bobine di 4-10 spire con un diametro di circa 8 cm Nel circuito come indicatore è inclusa una lampadina di una torcia elettrica. La connessione dovrebbe essere il più debole possibile, motivo per cui è auspicabile un generatore più potente. Il circuito oscillatorio è interrotto nei punti aeb, dove è collegato il sistema Lecher con un ponte. Si installa prima il ponte vicino al circuito (circa 1/8 dell'onda) e si sintonizza il circuito in risonanza: la lampadina lampeggia. Poi. senza toccare il circuito, spostare il ponte finché la lampadina non si accende di nuovo con maggiore intensità. La distanza tra la prima posizione e l'ultima sarà appena mezza onda. Questo metodo si basa sul fatto che gli stessi valori di resistenza del sistema si ripetono lungo la lunghezza del sistema rigorosamente ogni semionda, a meno che il sistema non abbia grandi perdite di energia. In conclusione segnaliamo che il sistema Lecher è particolarmente importante per fornire energia alle antenne ed in particolare alle antenne direzionali complesse. Non ci soffermeremo su questo tema, che richiede un saggio apposito. Come il lettore può vedere, il sistema Lecher è stato ampiamente utilizzato nella tecnologia a onde corte; ha tutte le ragioni per prendere il posto che gli spetta nella pratica dei nostri radioamatori a onde corte. * È utile ricordare che la reattanza induttiva di una bobina autoinduttiva L è pari a 6,28 fL Ohm, la reattanza capacitiva per il condensatore C è pari a 1/(6,28 fC) Ohm, dove frequenza di oscillazione f = 3*108/Lambda, dove Lambda è la lunghezza d'onda in metri. L e C devono essere espressi in Henry e Farad. Usando queste formule, puoi determinare quale bobina e quale condensatore sono equivalenti a un sistema Lecher di una o dell'altra lunghezza. Autore: A.Pistohlkors
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