خط لشر

[بندانگشتی|خط لِشِر در اوایل سال ۱۹۰۲، مشابه دستگاه اصلی ارنست لِشِر در سال ۱۸۸۸. امواج تولید شده توسط [فرستنده جرقه شکاف|نوسان‌ساز شکاف‌جرقه‌ای هرتزی در سمت راست، توسط خازن با دو صفحه فلزی (دایره‌ها) به سیم‌ها تزویجشده و از طریق سیم‌های موازی به پایین حرکت می‌کنند. سیم‌ها در انتهای سمت چپ به هم اتصال کوتاه می‌شوند و امواج را به سمت نوسان‌ساز بازتاب‌سازی و یک موج ایستاده ولتاژ در امتداد خط ایجاد می‌کنند. ولتاژ در گره‌هایی که در مضارب نیم طول‌موج از انتها قرار دارند، به صفر می‌رسد. گره‌ها با کشیدن یک لامپ گایسلر، یک لامپ تخلیه کوچک مانند چراغ نئون، به بالا و پایین خط (دو عدد روی خط نشان داده شده است) پیدا شدند. ولتاژ بالای روی خط باعث درخشش لامپ می‌شود. وقتی لامپ به یک گره می‌رسد، ولتاژ به صفر می‌رسد و لامپ خاموش می‌شود. فاصله اندازه‌گیری شده بین دو گره متوالی برابر با نصف طول‌موج *λ/۲* امواج رادیویی است. خط در شکل به صورت کوتاه نشان داده شده است. طول خط در واقع ۶ متر (۱۸ فوت) بود. امواج تولید شده توسط نوسان‌ساز در محدوده وی‌اِچ‌اِف با طول‌موج چندین متر بودند. تصویر ضمیمه انواع لامپ گایسلر مورد استفاده با خطوط لِشِر را نشان می‌دهد.]]
[بندانگشتی|کیت آموزشی خط لِشِر که توسط [شرکت سنترال ساینتیفیک در دهه ۱۹۳۰ برای تدریس تئوری رادیو در دانشگاه فروخته شد. این کیت شامل همه چیز لازم، از جمله یک موج‌سنج جذبی برای اندازه‌گیری مستقل فرکانس است.]]
در الکترونیک، **خط لِشِر**  یا **سیم‌های لِشِر**  یک جفت سیم یا میله موازی است که برای اندازه‌گیری طول‌موج امواج رادیویی، عمدتاً در فرکانس‌های وی‌اِچ‌اِف، یواِچ‌اِف و ریزموج استفاده می‌شد. آنها یک خط انتقال متعادل کوتاه (یک شاخک تشدید) تشکیل می‌دهند. هنگامی که به یک منبع توان فرکانس رادیویی مانند فرستنده رادیویی متصل می‌شوند، امواج رادیویی در امتداد طول خود امواج ایستاده تشکیل می‌دهند. با لغزاندن یک میله رسانا که دو سیم را در امتداد طول آنها به هم متصل می‌کند، می‌توان طول امواج را به صورت فیزیکی اندازه‌گیری کرد. ارنست لِشِر، فیزیکدان اتریشی، با بهبود فنون‌های مورد استفاده الیور لوج و هاینریش هرتز، این روش اندازه‌گیری طول‌موج را در حدود سال ۱۸۸۸ توسعه داد. خطوط لِشِر تا زمان عرضه شمارنده‌های فرکانس ارزان پس از جنگ جهانی دوم به عنوان دستگاه‌های اندازه‌گیری فرکانس مورد استفاده قرار می‌گرفتند. آنها همچنین به عنوان قطعاتی که اغلب «شاخک‌های تشدید» نامیده می‌شوند، در تجهیزات رادیویی وی‌اِچ‌اِف، یواِچ‌اِف و ریزموج مانند فرستنده‌ها، دستگاه‌های رادار و تلویزیون استفاده می‌شدند و به عنوان مدارهای تانک، فیلترها و دستگاه‌های تطبیق امپدانس عمل می‌کردند. آنها در فرکانس‌های بین اِچ‌اِف/وی‌اِچ‌اِف، جایی که از اجزای فشرده استفاده می‌شود، و یواِچ‌اِف/اِس‌اِچ‌اِف، جایی که کاواک‌های تشدید کاربردی‌تر هستند، استفاده می‌شوند.

## اندازه‌گیری طول‌موج
خط لِشِر یک جفت سیم یا میله بدون عایق موازی است که با فاصله دقیقی از هم قرار گرفته‌اند. این فاصله ضروری نیست، اما باید کسر کوچکی از طول‌موج باشد؛ این فاصله از کمتر از یک سانتی‌متر تا بیش از ۱۰ سانتی‌متر متغیر است. طول سیم‌ها به طول‌موج مورد نظر بستگی دارد؛ خطوط مورد استفاده برای اندازه‌گیری عموماً چندین طول‌موج طول دارند. فاصله یکنواخت سیم‌ها، آنها را به یک خط انتقال تبدیل می‌کند که امواج را با سرعت ثابت بسیار نزدیک به سرعت نور هدایت می‌کنند. یک سر میله‌ها به منبع توان آراِف، مانند خروجی یک فرستنده رادیویی، متصل است. در انتهای دیگر، میله‌ها با یک میله رسانا بین آنها به هم متصل شده‌اند. این پایانشِ اتصال کوتاه، امواج را بازتاب می‌کند. امواج بازتاب‌شده از انتهای اتصال کوتاه با امواج خروجی تداخل می‌کنند و یک موج ایستاده سینوسی از ولتاژ و جریان روی خط ایجاد می‌کنند. ولتاژ در گره‌هایی که در مضارب نصف طول‌موج از انتها قرار دارند، نزدیک به صفر می‌شود و بیشینههایی به نام پادگره‌ها (شکم) در میانه راه بین گره‌ها قرار دارند. بنابراین، طول‌موج *λ را* می‌توان با یافتن محل دو گره متوالی (یا پادگره‌ها) و اندازه‌گیری فاصله بین آنها و ضرب در دو تعیین کرد. فرکانس *f* امواج را می‌توان از طول‌موج و سرعت امواج، که تقریباً سرعت نور *c* است، محاسبه کرد:

: f = \frac{c}{\lambda} \,

گره‌ها بسیار تیزتر از پادگره‌ها هستند، زیرا تغییر ولتاژ با فاصله در امتداد خط در گره‌ها بیشینه است، بنابراین از آنها استفاده می‌شود.

### پیداکردن گره‌ها
دو روش برای یافتن گره‌ها به کار می‌رود. یکی استفاده از نوعی نشانگر ولتاژ، مانند ولت‌متر آراِف یا لامپ، متصل به یک جفت کنتاکت است که روی سیم‌ها بالا و پایین می‌روند. وقتی لامپ به یک گره می‌رسد، ولتاژ بین سیم‌ها به صفر می‌رسد، بنابراین لامپ خاموش می‌شود. اگر نشانگر، امپدانس خیلی کمی داشته باشد، موج ایستاده روی خط را مختل می‌کند، بنابراین باید از یک نشانگر امپدانس بالا استفاده شود؛ یک لامپ رشته‌ای معمولی مقاومت خیلی کمی دارد. لِشِر و محققان اولیه از لامپ‌های گایسلر بلند و نازک استفاده کردند و لوله شیشه‌ای را مستقیماً در سراسر خط قرار دادند. ولتاژ بالای فرستنده‌های اولیه، تخلیه تابشی را در گاز تحریک می‌کرد. در دوران نوین اغلب از لامپ‌های نئون کوچک استفاده می‌شود. یکی از مشکلات استفاده از لامپ‌های تخلیه تابشی این است که ولتاژ بالای آنها باعث می‌شود تعیین حداقل ولتاژ دقیق دشوار باشد. در موج‌سنج‌های دقیق از ولت‌متر آراِف استفاده می‌شود.

روش دیگری که برای یافتن گره‌ها استفاده می‌شود، لغزاندن میله اتصال کوتاه پایانش‌ساز به بالا و پایین خط و اندازه‌گیری جریان ورودی به خط با یک آمپرمتر آراِف در خط تغذیه‌کننده است. جریان روی خط لِشِر، مانند ولتاژ، یک موج ایستاده با گره‌ها (نقاط حداقل جریان) در هر نصف طول‌موج تشکیل می‌دهد؛ بنابراین خط، امپدانس را در برابر توان اعمال شده نشان می‌دهد که با طول آن تغییر می‌کند. هنگامی که یک گره جریان در ورودی خط قرار دارد، جریان کشیده شده از منبع، که توسط آمپرمتر اندازه‌گیری می‌شود، حداقل خواهد بود. میله اتصال کوتاه در امتداد خط لغزانده می‌شود و موقعیت دو کمینهٔ جریان متوالی یادداشت می‌شود، فاصله بین آنها نصف طول‌موج است.

با دقت و تمرکز، خطوط لِشِر می‌توانند فرکانس را با دقت ۰٫۱٪ اندازه‌گیری کنند.

### ساخت و ساز
بندانگشتی|موج‌سنج خط لِشِر، از مقاله «خودت انجام بده» در مجله رادیویی ۱۹۴۶
یکی از جذابیت‌های اصلی خطوط لِشِر این بود که آنها راهی برای اندازه‌گیری فرکانس بدون لوازم الکترونیکی پیچیده بودند و می‌توانستند از مواد ساده‌ای که در یک مغازه معمولی یافت می‌شوند، ساخته شوند. موج‌سنج‌های خط لِشِر معمولاً بر روی یک قاب ساخته می‌شوند که رساناها را به صورت سفت و افقی نگه می‌دارد، با مسیری که میله اتصال کوتاه یا نشانگر روی آن حرکت می‌کند و یک مقیاس اندازه‌گیری داخلی تا فاصله بین گره‌ها قابل خواندن باشد. قاب باید از یک ماده نارسانا مانند چوب ساخته شود، زیرا هر جسم رسانا در نزدیکی خط می‌تواند الگوی موج ایستاده را مختل کند. جریان آراِف معمولاً از طریق یک حلقه سیم تک دور در یک انتها به خط متصل می‌شود که می‌تواند در نزدیکی سیم‌پیچ تانک فرستنده نگه داشته شود.

یک طرح ساده‌تر، یک میله فلزی U شکل است که با درجه‌بندی مشخص شده و دارای یک میله اتصال کوتاه کشویی است. در عمل، انتهای U شکل به عنوان یک رابط تزویج عمل می‌کند و در نزدیکی سیم‌پیچ تانک فرستنده نگه داشته می‌شود و میله اتصال کوتاه در امتداد بازوها به بیرون کشیده می‌شود تا جریان صفحه فرستنده کاهش یابد، که نشان می‌دهد به اولین گره رسیده‌ایم. سپس فاصله از انتهای پیوند تا میله اتصال کوتاه، نصف طول‌موج است. میله اتصال کوتاه همیشه باید *به بیرون* و دور از انتهای پیوند کشیده شود، نه *به داخل*، تا از همگرایی اشتباه در یک گره مرتبه بالاتر جلوگیری شود.

از بسیاری جهات، خطوط لِشِر نسخهٔ الکتریکی آزمایش لولهٔ کونت هستند که برای اندازه‌گیری طول‌موج امواج صوتی استفاده می‌شود.

## اندازه‌گیری سرعت نور
اگر فرکانس *f* امواج رادیویی به‌طور مستقل مشخص باشد، می‌توان از طول‌موج *λ* که روی خط لِشِر اندازه‌گیری می‌شود، برای محاسبه سرعت امواج، *c*، که تقریباً برابر با سرعت نور است، استفاده کرد:

: c = \lambda f \,

در سال ۱۸۹۱، فیزیکدان فرانسوی ، پُرسپه-رِنه بلونلو، اولین اندازه‌گیری سرعت امواج رادیویی را با استفاده از این روش انجام داد. او از ۱۳ فرکانس مختلف بین ۱۰ تا ۳۰ مگاهرتز استفاده کرد و مقدار میانگین ۲۹۷۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه را به دست آورد، که در محدوده ۱٪ از مقدار فعلی اندازه‌گیری شدهٔ سرعت نور است. محققان دیگر این آزمایش را با دقت بیشتری تکرار کردند. این تأیید مهمی بر نظریه جیمز کلارک ماکسوِل بود که نور یک موج الکترومغناطیسی مانند امواج رادیویی است.

## کاربردهای دیگر
[بندانگشتی|[لامپ بارک‌هاوزن-کوتز|نوسان‌ساز بارک‌هاوزن-کوتز ۳۰۰ مگاهرتز تجربی در سال ۱۹۳۳، با مدارهای تانک خط لِشِر. آزمایشگر از یک موج‌سنج لِشِر U شکل برای اندازه‌گیری فرکانس استفاده می‌کند.]]
[بندانگشتی|خط لِشِر به عنوان مدار تانک در یک [تقویت‌کننده الکترونیکی|تقویت‌کننده آراِف. در این نمودار ساده‌شده، چوک‌هایی که آندهای لامپ را از منبع ولتاژ بالا تغذیه می‌کنند، نشان داده نشده‌اند. بدون آنها، دو آند به هم اتصال کوتاه می‌شوند.]]
طول‌های کوتاه خط لِشِر اغلب به عنوان مدارهای تشدید با کیو بالا استفاده می‌شوند که به *[[شاخک (الکترونیک)|آنها شاخک‌های تشدید]]* می‌گویند. به عنوان مثال، خط لِشِر کوتاه شده با یک چهارم طول‌موج (λ/۴) مانند یک مدار تشدید موازی عمل می‌کند و در فرکانس تشدید خود به صورت امپدانس بالا و در فرکانس‌های دیگر به صورت امپدانس پایین ظاهر می‌شود. از آنها استفاده می‌شود زیرا در فرکانس‌های یواِچ‌اِف مقدار سلف‌ها و خازن‌های مورد نیاز برای مدارهای تنظیم شده با «عنصر فشرده» بسیار کم می‌شود و ساخت آنها را دشوار و حساس به اندوکتانس و خازن پارازیتی می‌کند. یک تفاوت بین آنها این است که شاخک‌های خط انتقال مانند خطوط لِشِر نیز در مضرب‌های فردی از فرکانس تشدید اساسی خود تشدید می‌کنند، در حالی که مدارهای ال‌سی فشرده فقط یک فرکانس تشدید دارند.

### مدارهای تانک تقویت‌کننده قدرت
مدارهای خطی لِشِر می‌توانند برای مدارهای تانک تقویت‌کننده‌های توان یواِچ‌اِف استفاده شوند. به عنوان مثال، تقویت‌کننده ۴۳۲ مگاهرتزی تترود دوقلو (QQV03-20) که توسط جی آر جِسوپ توصیف شده است، از یک تانک آند خط لِشِر استفاده می‌کند.

### [[تیونر]]‌های تلویزیون
خطوط لِشِر رُبع‌موج برای مدارهای تنظیم‌شده در تقویت‌کننده آراِف و بخش‌های نوسان‌ساز محلی تلویزیون‌های نوین استفاده می‌شوند. تنظیم‌سازی لازم برای انتخاب ایستگاه‌های مختلف توسط دیودهای واراکتور در سراسر خط لِشِر انجام می‌شود.

## امپدانس مشخصه خط لِشِر
فاصله بین میله‌های لِشِر بر موقعیت امواج ایستاده روی خط تأثیری ندارد، اما امپدانس مشخصه را تعیین می‌کند، که می‌تواند برای تطبیق خط با منبع انرژی فرکانس رادیویی برای انتقال کارآمد توان مهم باشد. برای دو رسانای استوانه‌ای موازی با قطر *d* و فاصله *D* ,

Z_0 = 276 \log \left(\frac{D}{d} + \sqrt{\left(\frac{D}{d}\right)^2 - 1} \right) = \frac{120}{\sqrt{\epsilon_r}}\cosh^{-1}\left(\frac{D}{d}\right)

برای سیم‌های موازی، فرمول ظرفیت‌خازنی (در واحد طول) C به صورت زیر است:

: C = \frac{\pi \epsilon_0 \epsilon_r}{\ln {\left(\frac{2D}{d}\right)}}\,

از این رو به‌صورت

: Z_0^2 = \frac{L}{C}

: \begin{align}
  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{align}

تغذیه نواری متعادل دوقلو ۳۰۰ و ۴۵۰ اهمی موجود در بازار می‌تواند به عنوان یک خط لِشِر با طول ثابت (شاخک تشدید) استفاده شود.

## جستارهای وابسته
* خط انتقال

## منابع

## پیوند به بیرون

* "*Index to Physics Demonstrations; [http://groups.physics.umn.edu/demo/old_page/demo_gifs/5N10_50.GIF Lecher wires] *". Physics Demonstrations, The University of Minnesota. ۱۹۹۷-۰۶-۱۶.
* "*E-82. Electromagnetic Radiation; [https://web.archive.org/web/20050319232524/http://www.physics.purdue.edu/reports/demo/elect/El-82.html Demonstration Short-wave apparatus]*". Electricity/Magnetism, Lecture Demonstrations. Purdue University.
* M B Allenson, A R Piercy and K N R Taylor "*[http://www.iop.org/EJ/abstract/0031-9120/8/1/002 An improved Lecher wire experiment]*". 1973 Phys. Educ. 8 47-49. doi:.
* F. C. Blake and B. H. Jackson, "*[https://kb.osu.edu/dspace/bitstream/1811/1986/1/V18N05_145.pdf The Relative Intensity of the Harmonics of a Lecher System (Experimental)]*". The Ohio Journal of Science. *PDF)
* F. C. Blake, "*[https://kb.osu.edu/dspace/bitstream/1811/1987/1/V18N05_163.pdf The Relative Intensity of the Harmonics of a Lecher System (Theoretical)]*". Physical Lab, Ohio State University. (PDF)

رده:الکترونیک رادیویی
رده:صفحه‌های با ترجمه بازبینی‌نشده
رده:مدارهای عناصر گسسته