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Ausbreitungsmoden im Hohlleiter

Innerhalb eines Hohlleiters sind mehrere Ausbreitungsmoden möglich. Dabei ist eine unterschiedliche Grenzfrequenz für jeden Mode durch die geometrischen Abmessungen bestimmt. Ist die Frequenz des in den Hohlleiter eingespeisten Signals oberhalb der Grenzfrequenz, kann die elektromagnetische Energie durch den Hohlleiter mit minimaler Dämpfung transportiert werden. Unterhalb dieser Grenzfrequenz wird die Energie schon nach kurzer Entfernung auf einen unbedeutenden Wert abgeschwächt.

Bild 1: Hohlleiterquerschnitte mit E-Feld bei verschiedenen Ausbreitungsmodi

Bild 1: Hohlleiterquerschnitte mit E-Feld bei verschiedenen Ausbreitungsmodi

Bild 1: Hohlleiterquerschnitte mit E-Feld bei verschiedenen Ausbreitungsmodi

Der überwiegend auftretende Mode in einem bestimmten Hohlleiter ist derjenige Mode, der die niedrigste Grenzfrequenz hat. Für einen rechteckigen Hohlleiter ist das der H10-Mode. Der H10-Mode bedeutet, dass alle elektrischen Feldlinien quer zur Ausbreitungsrichtung befinden und kein elektrisches Feld in longitudinaler Richtung existiert. Als Folge des elektrischen Feldes entsteht ein magnetisches Feld H01 in longitudinaler Richtung.

Die Grafik zeigt die E-Feldverteilung im Hohlleiterquerschnitt bei verschiedenen Ausbreitungsmodi. Der Index „m” gibt die Anzahl der Feldstärke-Maxima auf der breiten Seite und „n” auf der schmalen Seite an - „n” ist in den hier gezeigten Fällen Null.

„double ridge” Hohlleiter

Bild 2: „double ridge” Hohlleiter

Es ist ratsam, die Maße des Hohlleiters so zu wählen, dass sich die Energie nur in dem gewünschten Mode ausbreiten kann. Ist der Hohlleiter z.B. so breit und die Frequenz so hoch, so dass sich die Energie schon im H20- Mode ausbreiten kann, treten eine Vielzahl von Problemen auf, da sich z. B. Ein- und Auskopplungen nun nicht mehr im Maximum, sondern im Minimum des Feldes befinden.

Eine andere Art weit verbreiteter Hohlleitergeometrie ist der rechteckige „double ridge” Hohlleiter. Die sich im Inneren des Hohlleiters befindlichen Verdickungen („Rücken”) steigern die Bandbreite des Hohlleiters allerdings auf Kosten der Dämpfung und der Durchschlagsfestigkeit.