레처 선

전자공학에서 레처 라인이나 레처 와이어는 주로 VHF, UHF, 마이크로파 주파수에서 전파의 파장을 측정하는 데 사용되었던 병렬 와이어나 로드 쌍이다.^[1][2] 그것들은 짧은 길이의 균형 잡힌 전송 라인(공명 스텁)을 형성한다. 전파 송신기와 같은 무선 주파수 전력원에 부착되면, 전파가 그 길이를 따라 서 있는 파동을 형성한다. 두 와이어의 길이를 따라 연결시키는 전도성 바를 미끄러짐으로써 파장의 길이를 물리적으로 측정할 수 있다. 오스트리아의 물리학자 에른스트 레처는 올리버 로지와^[3] 하인리히 헤르츠가 사용한 기술을 개량하여 1888년경 파장을 측정하는 이 방법을 개발하였다.^[4][5][6][7] 레처 라인은 세계 2차 대전 이후 주파수 카운터를 사용할 수 있을 때까지 주파수 측정 장치로 사용되었다. 그것들은 또한 VHF, UHF, 그리고 송신기, 레이더 세트, 텔레비전 세트와 같은 마이크로파 무선 장비에서 종종 "리소넌트 스터브"라고 불리는 구성품으로 사용되었고, 탱크 회로, 필터 및 임피던스 매칭 장치의 역할을 했다.^[8] 그것들은 뭉친 구성품을 사용하는 HF/VHF와 공명 공동체가 더 실용적인 UHF/SHF 사이의 주파수에서 사용된다.

파장 측정

레처 선은 정확한 거리를 두고 있는 평행 무절연 전선 또는 로드 쌍이다. 분리는 중요하지 않지만 파장의 작은 부분이어야 하며 1cm 미만에서 10cm 이상이어야 한다. 와이어의 길이는 관련된 파장에 따라 달라진다. 측정에 사용되는 라인은 일반적으로 몇 개의 파장이다. 전선의 균일한 간격은 그들을 전송선으로 만들고 빛의 속도에 매우 가까운 일정한 속도로 파동을 전도한다. 로드의 한쪽 끝은 무선 송신기의 출력 등 RF 전력의 소스에 연결된다. 다른 쪽 끝에는 막대들이 서로 전도성 막대로 연결되어 있다. 이 단락 회로 종단은 파도를 반영한다. 단락된 끝에서 반사된 파동은 나가는 파동을 방해하여 선상에 전압과 전류의 사인파 입력을 일으킨다. 끝에서 반 파장의 배수로 위치한 노드에서 전압은 0에 근접하며, 안티노드라고 불리는 최대치는 노드 사이의 중간에 위치한다.^[9] 따라서 파장 λ은 2개의 연속된 노드(혹은 안티노드)의 위치를 찾아 그 사이의 거리를 측정하고 2를 곱하여 결정할 수 있다. 파장의 주파수 f는 파장 및 속도에서 계산할 수 있으며, 대략 광 c의 속도:

${\displaystyle f={\frac {c}{\\putda }\,}$

노드는 안티노드보다 훨씬 더 날카롭다. 왜냐하면 노드에서 선을 따라 거리를 두는 전압의 변화가 최대이기 때문에 노드가 사용된다.

노드 찾기

노드를 찾기 위해 두 가지 방법을 사용한다.^[9] 하나는 와이어를 위아래로 미끄러져 내려오는 한 쌍의 접점에 부착된 RF 전압계나 전구와 같은 어떤 유형의 전압 표시기를 사용하는 것이다.^[10][9] 전구가 노드에 도달하면 전선 사이의 전압이 0이 되기 때문에 전구가 꺼진다. 표시기에 임피던스가 너무 낮으면 라인에서 스탠딩 파동을 방해하므로, 높은 임피던스 표시기를 사용해야 한다. 일반 백열 전구는 저항이 너무 낮다. 레처와 초기 연구자들은 길고 얇은 가이스러 관을 사용하여 유리관을 직선으로 가로놓았다. 초기 송신기의 높은 전압은 가스의 야광 방전을 흥분시켰다. 현대에는 작은 네온 전구가 자주 사용된다. 예열 방전 전구를 사용할 때의 한 가지 문제는 높은 타격 전압으로 인해 정확한 전압 최소값을 국소화하기 어렵다는 것이다. 정밀파 측정기에는 RF 전압계를 사용한다.

노드를 찾는 데 사용되는 다른 방법은 종료 단락 바를 라인을 위아래로 미끄러뜨리고 피더 라인의 RF 전류계로 라인으로 흐르는 전류를 측정하는 것이다.^[9] 레처 라인의 전류는 전압과 마찬가지로 반파장마다 노드(최소전류의 포인트)를 가진 스탠딩파를 형성한다. 그러므로 선은 그 길이에 따라 달라지는 인가된 전력에 임피던스를 나타낸다. 전류계가 측정한 선원의 전류가 최소가 된다. 단락 막대는 선 아래로 미끄러져 내려가고 두 개의 연속 전류 미니마의 위치가 기록되는데, 이들 사이의 거리는 반 파장이다.

주의해서, Lecher 라인은 주파수를 0.^[1]1%의 정확도로 측정할 수 있다.

건설

레처 라인의 가장 큰 매력은 복잡한 전자제품 없이 주파수를 측정하는 방법이며, 일반적인 상점에서 발견되는 간단한 재료로 즉석에서 조작할 수 있다는 것이었다. 레처 라인 웨이브미터는 대개 도체를 단단하고 수평으로 고정하는 프레임 위에 제작되며, 단락 막대나 표시기가 타는 트랙과 노드 사이의 거리를 판독할 수 있도록 측정 눈금이 내장되어 있다. 프레임은 나무와 같은 비전도성 물질로 만들어져야 하는데, 선 근처의 전도 물체는 서 있는 파동 패턴을 방해할 수 있기 때문이다. RF 전류는 보통 송신기의 탱크 코일 근처에 있을 수 있는 한쪽 끝의 와이어의 단일 턴 루프를 통해 라인에 결합된다.

보다 단순한 디자인은 "U"자 모양의 금속 막대로 눈금이 표시되며 슬라이딩 단락 바가 있다. 작동 중 U 엔드는 커플링 링크 역할을 하며 송신기의 탱크 코일 근처에서 유지되며, 송신기의 플레이트 전류가 흐를 때까지 단락 바가 암을 따라 미끄러져 나가 첫 번째 노드에 도달했음을 나타낸다. 그러면 링크 끝에서 단락봉까지의 거리는 반파장이다. 단락 막대는 실수로 더 높은 순서의 노드에 수렴되지 않도록 항상 연결 끝에서 미끄러져 빠져야 한다.

여러 면에서 레처 라인은 음파의 파장을 측정하는 데 사용되는 쿤트의 관 실험의 전기 버전이다.

빛의 속도 측정

전파의 주파수 f가 독립적으로 알려진 경우, 레처 라인에서 측정한 파장 wavelength을 사용해 대략 빛의 속도와 동일한 파장 c를 계산할 수 있다.

$c=\displaystyle c=\fda f\,}$

1891년 프랑스의 물리학자 프로스퍼-레네 블론들롯은 이 방법을 사용하여 전파의 속도를 처음으로^[11] 측정했다.^[12][13] 그는 10~30MHz 사이의 13개의 다른 주파수를 사용했으며, 빛의 속도에서 현재 값의 1% 이내인 29만7600km/s의 평균값을 얻었다.^[11] 다른 연구자들은 그 실험을 더 정확하게 반복했다. 이것은 빛이 전파와 같은 전자기파라는 제임스 서기의 이론을 중요하게 확인한 것이었다.

기타 응용 프로그램

Lecher 라인의 짧은 길이는 종종 공진 스터브라고 불리는 높은 Q 공진 회로로 사용된다. 예를 들어 4분의 1 파장(λ/4)의 단락된 레처 라인은 병렬 공명 회로처럼 작용하여 공명 주파수에서는 고임피던스로, 다른 주파수에서는 저임피던스로 나타난다. UHF 주파수에서 '펌프된 구성 요소' 튜닝 회로에 필요한 인덕터 및 캐패시터 값이 극도로 낮아져 조작이 어렵고 기생 캐패시턴스 및 인덕턴스에 민감하기 때문에 이 값이 사용된다. 이들 사이의 한 가지 차이점은 레처 라인과 같은 전송 라인 스터브도 기본 공명 주파수의 홀수 배수에서 공명하는 반면, 덩어리 LC 회로는 공명 주파수가 하나만 있다는 것이다.

파워앰프 탱크 회로

레처 라인 회로는 UHF 파워앰프의 탱크 회로에 사용할 수 있다.^[14] 예를 들어, G가 설명한 트윈 테트로드(QQV03-20) 432 MHz 증폭기.R 제솝은^[15] 레처 라인 양극 탱크를 사용한다.

텔레비전 튜너

쿼터웨이브 레처 라인은 RF 앰프의 튜닝된 회로와 현대 텔레비전 세트의 로컬 오실레이터 부분에 사용된다. 다른 스테이션을 선택하는 데 필요한 튜닝은 레처 라인을 가로지르는 바액터 다이오드에 의해 이루어진다.^[16]

레처 라인의 특성 임피던스

레처 바 사이의 분리는 라인에서 입선하는 파의 위치에 영향을 미치지 않지만, 특성 임피던스를 결정하는데, 이는 효율적인 전력 전달을 위해 무선 주파수 에너지의 소스에 라인을 매칭하는 데 중요할 수 있다. 직경 d 및 간격 D의 평행 원통형 도체 두 개에 대해,

${\displaystyle Z_{0}=276\log \left({\frac {D}{d}}}+{\sqrt{\\\좌({\frac {D}{d}\오른쪽)^{2}-1}\right)=}$ ${\displaystyle {\frac{120}{\sqrt {\epsilon _{r}}\cosh ^{-1}\좌측({\frac {D}{d}\오른쪽)}$

병렬 와이어의 경우 캐패시턴스(단위 길이당) C 공식은

${\displaystyle C={\frac {\pi \epsilon _{0}\epsilon _{r}{r}{\ln {\ln 왼쪽({\frac {2D}{d}}\오른쪽)}}}\,}$

따라서 다음과 같다.

${\displaystyle Z_{0}^{2}={\frac {L}{C}}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}c&={\frac {1}{\sqrt {{\frac {L}{C}}\cdot C^{2}}}}\\&={\frac {1}{Z_{0}\cdot \left(\pi \epsilon _{0}\epsilon _{r}\right)\cdot \ln \left({\frac {2D}{d}}\right)}}\end{aligned}}}$

상용 300옴 및 450옴 트윈 리드 밸런싱 리본 피더를 고정 길이 레처 라인(리소넌트 스터브)으로 사용할 수 있다.

참고 항목

• 전송선

참조

외부 링크

• "물리학 실험 색인, 레처 전선" 미네소타 대학의 물리학 시연회. 1997-06-16.
• "E-82. 전자파 방사선; 단파 시연" 전기/자기학, 강의 데모. 퍼듀 대학교.
• M B Allenson, A R Piercy, K N R Taylor "An 개선된 Lecher 와이어 실험". 1973년 물리 교육. 8 47-49. doi:10.1088/0031-9120/8/1/002.
• F. C. 블레이크와 B. H. 잭슨 "레처 시스템의 고조파 상대 강도 (실험)" 오하이오 과학 저널. *PDF)
• F. C. 블레이크 "레처 시스템의 고조파 상대 강도(이론적)" 오하이오 주립대학 물리실험실(PDF)