A linha de LECHER
Artigo, linha e sensores por PY4ZBZ 26-10-2005 rev. 27-02-2007
A linha de Lecher (Ernst Lecher, cientista Austríaco, 1856-1926) permite facilmente verificar a existência de ondas estacionárias de corrente e tensão em uma linha de transmissão, assim como permite verificar a posição relativa dos nós e ventres de tensão e corrente em função da carga ligada ao final da linha (curto-circuito, circuito aberto, carga, etc..) e ainda permite (entre outras coisas) medir o comprimento da onda usando uma régua comum e conseqüentemente calcular a sua freqüência.
A linha de Lecher simplesmente é um trecho de linha de transmissão bifilar, que pode ser feita com dois fios paralelos, ou duas barras condutoras paralelas. A foto seguinte mostra parte de uma linha de Lecher feita com duas barras de cobre de 2 metros de comprimento, com 1 cm de diâmetro e separadas de 6 cm entre eixos, o que proporciona uma impedância característica da ordem de 300 ohms:
Nela aparecem dois sensores: um de TENSÃO e outro de CORRENTE, pousados na linha e que podem ser deslocados livremente sobre a linha. A foto acima mostra o máximo de corrente e o mínimo de tensão presentes a um quarto de onda do final da linha aberta.
Estes sensores não tem nenhum contato elétrico com a linha, como pode ser visto nas figuras seguintes que mostram os sensores vistos por baixo:
O sensor da direita é o sensor de TENSÃO: uma lâmpada de filamento (12 V 0,1 A) é ligada a duas plaquetas de metal, totalmente isoladas da linha, mas formando um divisor capacitivo com a linha. Como se trata de um circuito aberto, não é possível haver indução de corrente pelo campo magnético da linha, e somente o campo elétrico, gerado pela tensão presente naquele ponto da linha, fará circular uma corrente no divisor capacitivo e na lâmpada, cujo brilho é uma medida qualitativa proporcional à tensão na linha.
O sensor da esquerda é o sensor de CORRENTE: uma lâmpada de filamento (12 V 0,1 A) é ligada a uma espira de fio de cobre. Como este fio está curto-circuitando a lâmpada, é impossível existir nela uma tensão induzida pelo campo elétrico. Somente o campo magnético presente naquele ponto da linha, causado pela corrente presente na linha, conseguira induzir uma corrente na espira (lei de Faraday), fazendo com que o brilho da lâmpada seja uma medida qualitativa proporcional à corrente na linha.
Para que o comprimento de onda possa ser facilmente medido, este deve estar na faixa métrica, portanto em freqüências de VHF. Usamos para alimentar a linha um velho transmissor de VHF com 30 Watts de potencia, acoplado à linha por meio de um balun 1/4, visto na figura seguinte:
A foto seguinte mostra a situação de uma linha aberta, no seu final, onde a tensão é máxima e a corrente é nula:
A foto seguinte mostra a situação oposta a anterior: linha em curto circuito, tensão nula e corrente máxima, no final da linha:
Nota: como o sensor de tensão está um pouco afastado do curto circuito, a tensão naquele ponto da linha já não é mais nula, como mostra o brilho fraco da lâmpada do sensor de tensão. Mudando a posição dos sensores permite comprovar o nulo de tensão, como na foto seguinte:
A foto seguinte mostra o caso da linha terminada com uma carga resistiva igual a sua impedância característica: agora tensão e corrente tem um valor não nulo e constantes ao longo da linha:
Um exemplo de carga resistiva é a antena dipolo dobrado, que apresenta 300 ohms na freqüência de ressonância, e portanto "casa" perfeitamente com a impedância característica da linha de Lecher. A foto seguinte mostra a energia irradiada pelo dipolo dobrado sendo recebida por um dipolo aberto ligado a uma lâmpada de filamento: