Wellenwiderstand

Wellenwiderstand bezeichnet in der Physik das Verhältnis der treibenden Größe zur Reaktion einer Welle in einem Medium oder einer Struktur. Der Begriff ist kontextabhängig und unterscheidet sich je nach Art der Welle (elektrisch, akustisch, mechanisch). Er dient dazu, zu beschreiben, wie stark ein Medium oder eine Bauteilstruktur der Ausbreitung einer Welle entgegenwirkt.

In der Elektromagnetik ist die intrinsische Wellenimpedanz eines homogen isotropen Mediums η definiert als η = sqrt(μ/ε). Im Vakuum beträgt η0 ca. 377 Ohm. Bei elektrischen Übertragungsleitungen ist die charakteristische Impedanz Z0 gegeben durch Z0 = sqrt((R + jωL)/(G + jωC)); bei einer verlustfreien Leitung vereinfacht Z0 = sqrt(L/C). Der Reflexionskoeffizient Γ an einer Last Z_L ergibt sich zu Γ = (Z_L − Z0)/(Z_L + Z0). Eine Impedanzanpassung minimiert Reflexionen und maximiert die Leistungsübertragung.

In der Akustik ist der akustische Wellenwiderstand Z_A = p/u, das Verhältnis von Druck p zur Teilchengeschwindigkeit u. Für plane Wellen in Fluiden gilt Z_A = ρ c, wobei ρ die Dichte und c die Schallgeschwindigkeit ist. In Festkörpern tritt eine analoge mechanische Impedanz auf, die Kraft pro Geschwindigkeit beschreibt.

Anwendungen des Wellenwiderstands sind zentral bei der Auslegung von Übertragungsleitungen, Antennen, Wellenleitern sowie in optischen und akustischen Bauelementen. Er ermöglicht Impedanzanpassung (Matching) und die Bestimmung von Reflektion, Transmission und Leistungsübertragung. Mess- und Analysemethoden arbeiten oft mit S-Parametern, die von Impedanzen abhängen; die Impedanz ist frequenzabhängig und durch Verluste geprägt. Siehe auch: Impedanz, Übertragungsleitung, akustische Impedanz, Reflexion.