Hohlleiter

Die Übertragung hochfrequenter Signale über metallische Leitungen wird durch den Skineffekt begrenzt. Bis zu Frequenzen im Mikrowellenbereich werden Koaxialkabel und Microstrips verwendet, die allerdings mit erheblichen Dämpfungswerten behaftet sind. Koaxialkabel haben bei Frequenzen von 1 GHz und darüber rapide ansteigende Dämpfungswerte und können daher nur für kurze Entfernungen eingesetzt werden.


Solange leistungsschwache HF-Signale über solche Koaxialkabel übertragen werden, kann man die entstehenden Verluste kompensieren. Anders ist es bei leistungsstarken Signalen, wie sie in der Sende- und Radartechnik vorkommen. Bei diesen Hochleistungssignalen spielt neben den Dämpfungsverlusten auch die Überschlagfestigkeit der Koaxialkabel eine entscheidende Rolle.

HF-Mischer 
   mit Hohlleiteranschluss, Foto: Tektrotom

HF-Mischer mit Hohlleiteranschluss, Foto: Tektrotom

Die genannten Nachteile können mit Hohlleitern behoben werden. Es handelt sich dabei um metallische Rohre mit rundem oder eckigem Querschnitt, die so aufgebaut sind, dass sich in ihnen Wellen bestimmter Wellenlänge mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. In Hohlleitern können sich nur solche Frequenzen ausbreiten, die in einer bestimmten Relation zu den Abmessungen des Hohlleiters stehen. Bedingung ist, dass die Wellenlängen kleiner sind als die Grenzwellenlänge, die sich bei rechteckigen Hohlleitern der doppelten Länge der breiteren Hohlleiterseite ergibt.

Wellenbewegung im Hohlleiter

Elektrische Wellen breiten sich in einem Hohlleiter zwischen den a-Wänden aus

Elektrische Wellen breiten sich in einem Hohlleiter zwischen den a-Wänden aus

Physikalisch handelt es sich um transversale Wellen (TEM), deren elektrisches und magnetisches Feld senkrecht zueinander stehen. Das elektrische Feld (E-Feld) baut sich zwischen den beiden breiteren Hohlleiterwänden auf, das magnetische Feld (H-Feld) zwischen den zwei schmaleren. Das elektrische Feld ist in der Mitte des Hohlleiters am stärksten und nimmt zu den Wänden hin ab. Es ändert sich mit der Frequenz und hat in Längsrichtung des Hohlleiters Maxima und Minima im Abstand der halben Wellenlänge. Die Dämpfung ist stark abhängig von den Abmessungen der Hohlleiter, die nach DIN 47302 in ihren Abmessungen spezifiziert sind. Dabei hat die breitere Hohlleiterseite (a) immer den doppelten Wert der schmaleren (b). Ist der a-Wert beispielsweise 19,05 mm, dann ist der b-Wert 9,53 mm. Das entsprechende Frequenzband liegt für diesen Hohlleiter zwischen 9,84 GHz und 15,0 GHz.

Bestimmung 
   der Grenzwellenlänge eines Hohlleiters

Bestimmung der Grenzwellenlänge eines Hohlleiters

Die DIN-Spezifikationen und Bezeichnungen entsprechen denen von IEC 153.

Die HF-Signale werden dabei über Schlitze, Trichter oder Löcher in den Hohlleiter ein- und ausgespeist.

Hohlleiter haben einige Vorteile gegenüber Koaxialkabeln oder Microstrips. Sie sind komplett geschirmt gegen Strahlung, können extreme Spitzenleistungen übertragen und haben bei der Übertragung von Mikrowellen einen vernachlässigbaren Verlust. Eingesetzt werden Hohlleiter in Sende- und Radaranlagen, in Mikrowellenherden und auch in Low Noise Blockconvertern (LNB), die in Parabolantennen eingesetzt und für den Satellitenempfang benutzt werden.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Hohlleiter
Englisch: hollow waveguide
Veröffentlicht: 08.02.2014
Wörter: 427
Tags: #NT-Übertragungskomponenten
Links: Dämpfung, DIN (Deutsches Institut für Normung e.V.), Frequenz, Frequenzband, Gigahertz