Gourt Home::Gourt :: Hohlleiter
Ein Hohlleiter ist ein Wellenleiter für elektromagnetische Wellen vorwiegend im Zentimeter-Wellenbereich (3 bis 30 GHz). Hohlleiter sind runde oder rechteckige Metallrohre, in denen sich derart hohe Frequenzen im Gegensatz zu Kabeln sehr verlustarm übertragen lassen.
Physikalischer Hintergrund
hohlleiter2.jpg Trifft eine elektromagnetische Welle auf eine Grenzfläche, wird sie in sich selbst reflektiert. Bei geeignetem Abstand einer parallelen zweiten Grenzfläche kann es zur Ausbildung einer stehenden Welle kommen. Weitere Wände bilden einen Hohlraumresonator. Die elektromagnetischen Wellen in dessen Innenraum sind jedoch stehende Wellen; es handelt sich um ein ortsfestes elektrisches und magnetisches Wechselfeld. Die möglichen Resonanzfrequenzen der stehenden Wellen hängen vom Abstand der Wände ab. In einem Hohlleiter bewegt sich dagegen das elektrische und magnetische Wechselfeld fort: Man stelle sich ein langes Rohr mit rechteckigem Querschnitt vor, in dem eine Welle zwischen den Schmalseiten hin und her reflektiert wird. Wird nun eine Welle mit kleinerer Frequenz verwendet, passen die (etwas größeren) Wellenlängen nur zwischen die Rohrwände, indem man sie sich im "zick-zack" in Rohr-Richtung verlaufend vorstellt. Auf diese Weise findet eine Wellenausbreitung statt. Die Mindestbreite eines Rechteckhohlleiters entspricht etwa der halben Wellenlänge der übertragenen Frequenz - genau dann passt nur ein einziger Schwingungsbauch in Querrichtung hinein. Man kann daher aus der Breite eines Rechteck-Hohlleiters auf die im zugehörigen Gerät verwendete niedrigste Frequenz schließen. Die dazugehörige Wellenlänge nennt man kritische Wellenlänge λk.
Ausbreitungs-Modi
Die beschriebene Art der Ausbreitung kann so erfolgen, dass genau ein Wellenbauch (1/2 Wellenlänge) zwischen die Schmalseiten passt oder 2, 3, usw. Diese verschiedenen Ausbreitungs-Moden bezeichnet man mit den Zahlen 1, 2, 3, etc. entsprechend den Vielfachen der Wellenlänge.
Bei höheren Frequenzen gesellen sich zu den horizontalen transversalen Moden noch die vertikalen zwischen Ober- und Unterseite des Rohrs, wo unabhängig wiederum verschiedene Moden auftreten. Deshalb ist zur Beschreibung einer Mode im rechteckigen Hohlleiter jeweils die Angabe von 2 Zahlen notwendig: z.B. (2,3)-Mode. Dabei steht je eine der Zahlen für einen transversalen Mode in Richtung der elektrischen und der magnetischen Feldkomponente (E- und H-Richtung).
Vergleichbare Moden gibt es auch in runden Hohlleitern. Hier kommen jedoch noch Moden hinzu, die entlang des Rohrumfanges eine homogene Feldverteilung haben.
Die Ein- und Auskopplung der HF-Energie erfolgt durch Schlitze, Koppelschleifen, Stäbe, Trichter (Hornstrahler) oder Löcher - je nachdem, ob die Energie in einen anderen Hohlleiter, in ein Koaxialkabel oder ins Freie gelangen soll. Ort und Gestalt dieser Koppelelemente bestimmen die Ausbreitungsmodi und die Ausbreitungsrichtung der Wellen.
Hohlleiter in der Praxis
Hohlleiter werden verwendet:
- im Mikrowellenofen (hier ist nur ein kurzes Stück zwischen Magnetron und Garraum vorhanden)
- an Richtfunkanlagen und Radioteleskopen zur Antennenspeisung
- in Satelliten zur Antennenspeisung und zur Speisung des Empfangsverstärkers
- im Plasmagenerator als Verbindung zwischen den Magnetrons und der Plasmakammer
- in RADAR-Geräten zur Übertragung der hohen Sendeimpulsleistung zur Antenne und des empfangenen Echos zurück in den Empfänger
- in Teilchenbeschleunigern zur Speisung der Beschleunigungskammern.
"Hohlleiter"