Hohlleiter

Was ist Hohlleiter?

Ein Hohlleiter ist ein Rohr, durch das elektromagnetische Wellen im Bereich von Mikrowellen oder Millimeterwellen laufen.

Im weitesten Sinne kann der Begriff sowohl für Schallwellen als auch für sichtbares Licht verwendet werden, so dass er auch optische Fasern usw. einschließt, aber im Allgemeinen wird er als Bezeichnung für ein Rohr verwendet, das elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Bereich von Mikrowellen und Millimeterwellen durchlässt. Die Form ist eine hohle Röhrenstruktur mit quadratischem oder rundem Querschnitt.

Mikrowellen werden in Mikrowellenherden verwendet und sind sehr effektiv bei der Erwärmung von Gegenständen. Aufgrund ihrer großen Wellenlänge können jedoch keine Glasfasern verwendet werden, sondern es müssen spezielle Hohlleiter für Mikrowellen eingesetzt werden, um die Wellen von der Mikrowellenquelle zum Verarbeitungssystem zu übertragen.

Verwendungszwecke von Hohlleitern

Hohlleiter werden häufig in Hochleistungs-Mikrowellengeneratoren, für Radarantennen und zur Übertragung von Signalen im Millimeterwellenbereich eingesetzt. Bei Mikrowellenherden beispielsweise ist das Magnetron des Mikrowellengenerators im Inneren des Gehäuses installiert und kann die Mikrowellen direkt abstrahlen, wenn die Leistung gering ist, wie bei Haushaltsmikrowellenherden.

Bei höheren Leistungen werden jedoch die Magnetrons selbst durch die Mikrowellen zerstört, so dass der Bestrahlungsprozess an anderer Stelle erfolgen muss. Hochleistungsmikrowellen können durch den Anschluss eines Hohlleiters an die Bearbeitungskammer, in der die Erhitzung oder sonstige Bearbeitung stattfindet, bereitgestellt werden.

Hohlleiter werden auch in der Radartechnik eingesetzt, wo sie als Schlitzantennen, zur Abstrahlung von Radiowellen und zur Auswertung von HF- und anderen Kommunikationsübertragungen dienen. Mikrowellen können mit Koaxialkabeln übertragen werden, aber Hohlleiter werden häufig für Sub-THz-Anwendungen im Millimeterwellenbereich verwendet.

Prinzip von Hohlleitern

Das Prinzip eines Hohlleiters besteht darin, dass er die physikalischen Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen der Zielfrequenz nutzt, um sich durch das Rohr auszubreiten, wobei sich je nach Form des Rohrs Ausbreitungsmoden bilden. In den häufig in Hohlleitern verwendeten Strukturen gibt es keine eingebauten Leiter, so dass die internen Verluste gering sind und sich elektromagnetische Wellen mit relativ hoher Leistung ausbreiten können.

Ein Beispiel: Die elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz, die häufig in Mikrowellenherden verwendet werden, sind ebenfalls Mikrowellen, und die Wellenlänge dieser Mikrowellen beträgt 12,2 cm. Sollen Mikrowellen einen Mikrowellenherd durchdringen, muss der Durchmesser des Hohlleiters etwa der Wellenlänge von 12,2 cm entsprechen, und je größer die Wellenlänge der Mikrowellen ist, desto größer muss der Durchmesser des Hohlleiters sein.

Die Gestaltung des Hohlleiters richtet sich also nach der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen. Die gebräuchlichste Form eines Hohlleiters ist ein Rohr mit rechteckigem Querschnitt, aber es gibt auch kreisförmige Hohlleiter und rippenförmige Hohlleiter, die für spezielle Zwecke verwendet werden.

Weitere Informationen über Hohlleiter

1. Vergleich mit Koaxialkabeln

In der Vergangenheit wurden Hohlleiter häufig in Funkkommunikationssystemen wie Radar- und Hornantennen in Flugsicherungstürmen eingesetzt, doch in letzter Zeit werden sie zunehmend für die Entwicklung von Anwendungen im Millimeterwellenband in Funkkommunikationssystemen der nächsten Generation wie Millimeterwellenradar in Autos und 5G/beyond5G verwendet Die Verwendung von Koaxialkabeln im Mikrowellenbereich hat zugenommen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Koaxialkabeln im Mikrowellenband können folgende Punkte als Vorteile genannt werden.

• Die Übertragung ist mit geringen Verlusten möglich und weist eine hervorragende Leistungsbeständigkeit auf.
• Aufgrund der Metallstruktur und der stabilen Form ist es leichter anpassbar und reflektiert weniger.

Neben den Vorteilen gibt es jedoch auch folgende Nachteile

• Schmale Frequenzbandbreite.
• Schwer und teuer im Gewicht.

Im Mikrowellenbereich werden häufiger Koaxialkabel verwendet, zum einen wegen der einfacheren Handhabung der Kabel, zum anderen weil die Frequenzbandbreite geringer ist als im Millimeterwellenbereich. Im Millimeterwellenbereich, vor allem im höheren Frequenzbereich einschließlich des D-Bandes ab 110 GHz, werden jedoch in vielen Fällen Hohlleiter verwendet, da die Frequenzen – mit Ausnahme einiger Produkte – von den Eigenschaften her nicht ausreichend sind.

2. Größe der Hohlleiter-Spezifikationen

Bei Hohlleitern ist es notwendig, eine Hohlleitergröße zu wählen, die mit den verschiedenen Anwendungsfrequenzen kompatibel ist, insbesondere bei Millimeterwellenanwendungen, bei denen unterschiedliche Flanschnormen nicht verwendet werden dürfen. Die Hohlleitergröße “WR-xxx” bedeutet übrigens “quadratischer Hohlleiter”, wobei die Zahl xxx die innere Breite des Hohlleiters in Hundertstel Zoll angibt.