Kopplungskoeffizient

Der Kopplungskoeffizient beschreibt die Stärke der Wechselwirkung oder des Energieaustauschs zwischen zwei Teilsystemen innerhalb eines größeren Systems. Er ist typischerweise eine dimensionslose Größe und reicht meist von 0 bis 1, wobei 0 eine vollständige Trennung und 1 eine maximal mögliche Kopplung kennzeichnet. Unterschiedliche Fachgebiete verwenden verschiedene Definitionen, aber das Grundkonzept bleibt konstant: Je stärker die Interaktion, desto besser erfolgt Energie- oder Informationsübertragung zwischen den Systemen.

In der Elektrotechnik wird der Kopplungskoeffizient oft im Zusammenhang mit gekoppelten Induktorsystemen verwendet. Für zwei Spulen mit Selbstinduktivitäten L1 und L2 und der gegenseitigen Induktivität M gilt k = M / sqrt(L1 L2). Werte nahe 1 bedeuten eine starke magnetische Kopplung; Werte nahe 0 eine schwache Kopplung. Dieser Koeffizient beeinflusst beispielsweise die Austauschfrequenzen in resonanten Schaltungen und die Effizienz von Transformatoren.

Im Bereich der Mechanik, Optik oder Akustik beschreibt der Kopplungskoeffizient ebenfalls die Stärke der Kopplung zweier Moden oder Wellen. Typische Folgen stärkerer Kopplung sind Modenauflösung (Frequenzaufspaltung), erhöhte Energieübertragung und veränderte Schwingungscharakteristika.

Bestimmung erfolgt entweder durch theoretische Modellierung aus Geometrie und Materialparametern oder experimentell über Messgrößen wie Übertragungsfunktionen, Resonanzfrequenzen oder Kopplungsfaktoren aus Streuungs- oder Messsignalen. Schäden, Verluste und Fehlanpassungen verringern den effektiven Kopplungskoeffizienten.

Kopplungskoeffiziente spielen eine zentrale Rolle in der Gestaltung von Transformatoren, Filtern, Sensoren und drahtlosen Energie- und Informationsübertragungssystemen.