Peitscheneffekt im elektrischen Leiter

Ihre elektrische Peitsche = eine Übertragungsleitung, bei der die charakteristische Impedanz wächst, wenn sich die Welle ausbreitet. Bei 2-Draht-TEM-Modus-Leitungen, d. h. nicht parallelen Drähten, nimmt der Abstand zwischen den Drähten mit zunehmender Entfernung von der Signalquelle zu.

Sie haben ein Missverständnis. Der Puls wird dadurch nicht kürzer. Der Anfang und das Ende des Impulses benötigen die gleiche Laufzeit. Eine Peitsche erzeugt durch die erhöhte Quergeschwindigkeit einen Knall, der am dünnen Ende Überschall ist. Diese Geschwindigkeit ist analog zur Spannung in der Leitung und nicht die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die Bewegungsdauer am schlagenden dünnen Ende einer Peitsche ist nicht kürzer als die Bewegungsdauer am dicken Ende.

Sie können den Knall auch von der elektrischen Peitsche bekommen, wenn die Spannung die Durchbruchspannung der Materialien übersteigt.

In einer Peitsche kann man die Quergeschwindigkeit leicht um tausende Prozent erhöhen. Bei einer elektronischen Peitsche ist die verfügbare Änderung nicht so radikal. Sie kann stärker gemacht werden, indem auch die Isolierung zwischen den Drähten allmählich geändert wird. Am Anfang sollte es hochpermittiv sein, am Ende wird eine hohe magnetische Permeabilität benötigt.

Der elektronische Peitscheneffekt (= die Spannung wächst mit der Ausbreitung des Signals) kann durch die Verwendung eines Elektronenstrahls erreicht werden, der sich innerhalb des elektrischen Signals in der Leitung bewegt. Die Verstärkung in den Wanderfeldröhren ist das praktische Ergebnis.

Ihre "elektrische Peitsche" wurde erstmals von Nikola Tesla beobachtet: Pfannkuchenspulen und konische Spulen, angetrieben von Einzelimpulsen und ohne Resonanz.

Die breite Unterseite von Teslas nicht resonantem Kegel ist das Hochstromende, während die schmale Spitze der Spule das Hochspannungsende ist. Oder ein schwierigeres Gerät verwendet einen Zylinder mit konstantem Durchmesser, aber abgestufter Windungsdichte, mit hohen Windungen pro Zoll am Hochstromende, abgestuft zu niedrigen tpi am Hochspannungsende. (Daher ist eine abgestufte Eisenpermeabilität schwieriger herzustellen. Es ist viel einfacher, nur den Spulendurchmesser oder die Windungsdichte zu verjüngen.)

Ein solches Gerät ist ein Impedanzübersetzer, "Impedance Match" oder Z-Match. Es ist eine einzelne Spule mit identischer Wirkung wie ein Aufwärtstransformator: Hochstrom rein, Hochspannung raus. Aber in der üblichen Praxis verwenden wir stattdessen Zweispulentransformatoren mit Windungsverhältniseffekt.

Ihre Version ist eine Klasse von sich verjüngenden Wellenleitern.

Ich habe das konische Z-Match gesehen, das an einer Stelle verwendet wurde: Hobby-Experimental-Antennen-Match (im QST-Magazin, iirc.) Zwei Drähte von einem Sender wurden mit der Basis von zwei benachbarten Kegelspulen verbunden. Die Spitzen der Kegel wurden dann mit einer Dipolantenne mit einer Länge von weniger als 0,25 "Wellenlänge verbunden. Dies hat einen ähnlichen Effekt wie das bekannte "Base Loading" -Antennenanpassungsgerät, das für elektrisch kurze Peitschenantennen verwendet wird. (Heh, "Peitsche" Antenne!) Das Gerät mit konischem Kegel arbeitet jedoch über ein breites Frequenzspektrum, während die Grundlast keine Verjüngung hat und stattdessen Resonanz erfordert: entweder mit variabler Abstimmung oder für einen engen Bereich der Betriebsfrequenz vorgesehen.

Eine andere Geometrie mit ähnlicher Wirkung wäre eine "Streifenleitungs"-Übertragungsleitung mit einem sich verjüngenden dreieckigen Abschnitt. Eine breite 3-mm-Streifenleitung auf einer typischen Epoxidglas-Leiterplatte würde mit 50 Ohm und hohem Strom betrieben und dann mit einem sich verjüngenden Abschnitt verbunden, und die Spitze des Dreiecks würde in eine sehr schmale Streifenleitung übergehen, die mit vielleicht 300 Ohm und einer proportional höheren Spannung läuft. Es ist wie ein Transformator, aber ohne Windungsverhältnis.

Eine klassische Antenne nutzt den Step-up-Effekt der konischen Impedanz: konische Breitbandantennen , die typischerweise in HF-Testlabors verwendet werden.

In den letzten Jahren wurden diese Geräte in allen HF-Magazinen beworben. Sie halten den Ferrit konstant und variieren den Spulendurchmesser. Das Bias-Tee nutzt Ihren "Peitschen"-Effekt, um eine Breitband-Tiefpassfilterung zu erzielen, sodass eine Gleichstromversorgung an einen HF-Transistorausgang angeschlossen werden kann.

Eine andere sehr bekannte Geometrie ist der sich verjüngende Mikrowellenwellenleiter, der überall als „Hornantenne“ gesehen wird. Das breite Ende des Horns ist mit 377 Ohm an die höhere Impedanz des leeren Raums angepasst.

Und schließlich ist der sich verjüngende Schallbecher jedes Blechblasinstruments das akustische Analogon Ihres Geräts. Ohne die Hornform springt die Schallwelle einfach in dem schmalen Rohr hin und her. Fügen Sie das "Horn-Match" mit seiner sich verjüngenden Impedanz hinzu, und dies verbindet das schmale Rohr mit der Außenluft und verhindert die interne Reflexion, sodass die hohe akustische Leistung aus dem schmalen Rohr entweichen kann.

Wie würde diese elektrische Peitsche aussehen?

Sie beschreiben eine EM-Antenne - sie wandelt einen niederohmigen Eingang in die Impedanz des freien Raums um und kann dabei an der Spitze viele tausend Volt erzeugen: -

Ich stelle mir vor, dass es wie eine Art Dreieck /\ aussehen würde und am unteren Rand des Dreiecks /\ legen Sie eine kleine Spannung an und oben erhalten Sie eine massive Spannung und möglicherweise erscheint eine Korona, wenn ich eine 9-V-Batterie pulsieren würde dazu. Es würde in Aluminiumfolie gewickelt, die geerdet wäre. Sonst ist es keine Übertragungsleitung.

Nun, vielleicht könnte das funktionieren (wenn Sie eine niedrige Spannung an der Spitze des Dreiecks anlegen), aber ich stelle mir eine so vor: -

Sie können auch einen aus einem Viertelwellen-Monopol machen.