Wellenleiterelektronik

Wellenleiter, ein Gerät der Klasse, das die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen wie Radiowellen, Infrarotstrahlen und sichtbares Licht begrenzt und lenkt. Wellenleiter nehmen viele Formen an. Typische Beispiele sind hohle Metallrohre, Koaxialkabel und optische Fasern.

Hohlmetallrohre oder -kanäle mit rechteckigem Querschnitt gehören zu den einfachsten und am häufigsten verwendeten Wellenleitern. Sie werden beispielsweise zwischen einem Funksender (oder -empfänger) und seiner Antenne eingesetzt. Kreisförmige Metallröhren eignen sich für Anwendungen wie Radar, bei denen sich zwei Abschnitte des Wellenleiters gegeneinander drehen müssen. In jeder Art von Konfiguration sind Funkwellen auf das Innere der Röhre beschränkt, um den Verlust der durch sie hindurchtretenden Hochfrequenzleistung zu minimieren.

Das Koaxialkabel, das aus einem rohrförmigen Leiter besteht, der einen zentralen Leiter umgibt, der durch einen isolierenden Mantel an Ort und Stelle gehalten wird, wird häufig für sehr hohe und sehr niedrige Frequenzen verwendet. Solche Kabel werden als Übertragungsleitung für die transozeanische Telefonkommunikation und für das Videoüberwachungsfernsehen (z. B. Kabelfernsehen) verwendet. Koaxialkabel sind für eine solche Fernübertragung gut geeignet, da der Mittelleiter durch das äußere leitende Material vor externen elektrischen Störungen (dh Interferenzen) geschützt ist.

Seit den späten 1970er Jahren finden optische Fasern zunehmend Anwendung in Telefonleitungen mit relativ großer Entfernung. Solche Wellenleiter übertragen Informationen in Form von Infrarot- oder Lichtsignalen, die von Halbleiterlasern erzeugt werden. Eine optische Faser besteht typischerweise aus einem Glaskernbereich, der von einer Glasummantelung umgeben ist. Der Kernbereich hat einen größeren Brechungsindex als der Mantel, so dass das Licht auf den Kern beschränkt ist, wenn es sich entlang der Faser ausbreitet.

Optische Fasern haben gegenüber Koaxialkabeln mehrere Vorteile. Sie können Informationen mit einer erheblich höheren Geschwindigkeit übertragen, benötigen weniger Platz (der Durchmesser einer optischen Faser beträgt nur einen kleinen Bruchteil des Durchmessers eines menschlichen Haares) und sind unempfindlich gegen elektrisches Rauschen. Aufgrund dieser Faktoren werden optische Fasern heute häufig zur Übertragung von Daten, Ton und Bildern über Fernsprechleitungen verwendet. Optische Fasern bieten auch eine hervorragende Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindung zwischen Computern, die in Netzwerken miteinander verbunden sind.