Wellenleitern

Wellenleiter sind Bauteile oder Medien, die elektromagnetische Wellen gezielt leiten und die Ausbreitung in eine bestimmte Richtung beschränken. Durch Grenzflächen, Materialeigenschaften und Geometrie lassen sie Signale mit vergleichsweise geringem Verlust über längere Strecken transportieren. Wellenleiter kommen in Mikrowellen- und Hochfrequenztechnik sowie in der optischen Kommunikation zum Einsatz und bilden die Verbindung zwischen Sende- und Empfangsgeräten, Zwischenstufen oder Messaufbauten.

Zu den verbreiteten Typen gehören metallische Hohlleiter, die Querschnitte in Rechteck- oder Rundformen haben und Mikrowellen typischerweise im GHz-Bereich führen. Optische Wellenleiter verwenden das Prinzip der Totalreflexion, um Licht zu leiten: Die bekannteste Bauform ist die Glasfaser, daneben gibt es planare und integrierte Dielektrikwellenleiter auf Halbleiter- oder Kunststoffsubstraten.

Die Ausbreitung in Wellenleitern lässt sich durch Moden beschreiben. Hohlleiter unterstützen TE- und TM-Moden mit einer durch den Querschnitt bestimmten Cutoff-Frequenz; der Verlust steigt mit Frequenz und Materialleitfähigkeit. Optische Wellenleiter unterscheiden zwischen Single-Mode- und Multi-Mode-Systemen; Eigenschaften wie Modenleitung, Dispersion und Numerical Aperture bestimmen Bandbreite und Reichweite.

Anwendungen finden sich in der Mikrowellenavigation, Radar- und Satellitenkommunikation sowie in der Glasfaserkommunikation, Sensorik und Messtechnik. Wellenleiter bieten geringere Leitungsverluste und bessere Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Störungen im Vergleich zu offenen Strecken, müssen jedoch bei freier Exposition gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.