Wellenleiter

Ein Wellenleiter ist eine Struktur, die elektromagnetische Wellen entlang eines festen Weges leitet und dabei Energieverluste möglichst gering hält. Durch Grenzflächen oder unterschiedliche Brechungsindizes werden die Feldanteile konfinert und Streuung oder Strahlung aus dem Leitungsweg minimiert. Wellenleiter finden sich in Mikrowellentechnik, in der Optik sowie in der integrierten Photonik und unterstützen charakteristische, gut definierte Modi.

Metallische Hohlleiter, auch Hohlleiter genannt, bestehen aus leitendem Material mit einem Innenraum. Typische Querschnitte sind rechteckig oder rund. Der Betrieb erfolgt in TE- und TM-Moden; das Grundmodell in einem Rechteckhohlleiter ist TE10. Hohlleiter ermöglichen geringe Verluste bei hohen Frequenzen, werden in Radar, Satellitenkommunikation und Mikrowellenverbindungen eingesetzt und dienen auch als Resonatoren oder Filter.

Dielektrische Wellenleiter umfassen optische Fasern und planare Wellenleiter aus Glas, Silizium oder Polymer. Lichtwellenleiter nutzen Totalreflexion am Mantel, um Signale über lange Strecken zu führen. Man unterscheidet Single-Mode- und Multimode-Fasern; im Nahen-Infrarot-Bereich herrschen geringe Dämpfungen. Planare Wellenleiter werden in der integrierten Photonik verwendet.

Wesentliche Größen sind Grenzfrequenz, Moden, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit sowie Verlust- und Dispersionseigenschaften. Die Wahl des Wellentyps hängt von Frequenz, Bandbreite, Länge und Kopplungsmöglichkeiten ab.

Wellenleiter sind Kernkomponenten in Funk-, Radar- und Glasfasernetzen sowie in der integrierten Optik. Durch sie lassen sich Signale konzentriert und kontrolliert übertragen, während Material- und Fertigungseigenschaften berücksichtigt werden.