Hohlleiter
Ein Hohlleiter ist ein System, auf dem sich physikalische Wellen auf eine bestimmte Weise ausbreiten können. Z.B. lassen sich Elektromagnetische Wellen in Metallrohren, Lichtwellen in Glasfasern oder Schallwellen durch Rohrleitungen leiten.
Physikalische Veranschaulichung
Wird eine Welle an einer Begrenzung reflektiert, dann entsteht eine stehende Welle. Stellt man eine weitere parallele Begrenzungsfläche auf, wird die Welle solange hin und hergeworfen, bis sie durch Dämpfung verklungen ist. Da die Reflexion stets im Knoten der stehenden Welle erfolgen muss, funktioniert dieser Effekt nur, wenn der Abstand zwischen den Begrenzungen ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist.
Betrachten wir nun ein langes Rohr mit quadratischem Querschnitt, in welchem eine Welle auf dem kurzen Stück zwischen rechter und linker Wand 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 "Zick-Zack" in Rohr-Richtung anordnet. Genau auf diese Weise können sich die Wellen ausbreiten.
Ausbreitungs-Moden
Die beschriebene Art der Ausbreitung kann so erfolgen, dass genau ein Wellenbauch (1/2 Wellenlänge) zwischen zwei Reflexionsstellen passt oder 2, 3, usw. Diese verschiedenen Ausbreitungs-Moden bezeichnet man mit den Zahlen 1, 2, 3, etc. entsprechend den Vielfachen der Wellenlänge.
Bei Rohrleitungen gesellen sich aber zu den horizontalen Reflexionen 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.
Vergleichbare Moden gibt es auch in runden Hohlleitern bzw. im zweidimensionalen Fall breiten sich elektromagnetische Wellen auf einer Leiterplatte zwischen 2 Kupferbahnen aus.
Ein kurzer vorne und hinten geschlossener Hohlleiter ist ein Hohlraumresonator.
Hohlleiter in der Praxis
Im alltäglichen Leben begegnen wir folgenden Hohlleitern:
- Blasinstrumente, wie Flöten, Orgelpfeifen, Trompeten, etc.
- Leitungen in der Elektronik von Satelliten-Schüsseln, Sende-Anlagen, etc.
Weblink: Hohlleitertechnik