Mikrowellen sind ein Frequenzbereich elektromagnetischer Wellen. Eine Antenne koppelt ein Leitungssystem an ein räumliches Strahlungsfeld. Eine Mikrowellenantenne sendet oder empfängt Mikrowellen; ein Hohlleiter kann sie mit dem Funkgerät verbinden. Die drei Begriffe bezeichnen unterschiedliche Rollen.
Welle, Antenne und Leitung
| Begriff | Bedeutung | Beispiel |
|---|---|---|
| Mikrowelle | Elektromagnetische Welle in einem bezeichneten Bereich. | Signal für Funk, Radar oder Erwärmung. |
| Antenne | Kopplung zwischen Leitung und räumlichem Feld. | Horn, Reflektor, Patch oder Schlitzarray. |
| Hohlleiter | Geführter Übertragungsweg. | Rechteckiges oder rundes Metallrohr. |
Ein Horn kann zugleich einen aufgeweiteten Hohlleiterabschnitt enthalten. Deshalb sind die Begriffe keine vollständig getrennten Materialklassen. Entscheidend ist die Funktion des betrachteten Teils.
Frequenz und Wellenlänge
Die Untergrenze des Wortes Mikrowellen hängt von der Konvention ab. Häufig sind ungefähr 300 MHz–300 GHz gemeint, in anderen Zusammenhängen beginnt der Bereich bei 1 GHz. Mikrowellen sind dabei Teil des weiteren Funkwellenspektrums.
Im freien Raum gilt λ = c/f mit c ≈ 299 792 458 m/s. Bei 2,45 GHz erhält man ungefähr 122 mm, bei 10 GHz etwa 30,0 mm. In einem Hohlleiter oder auf einem Substrat gelten andere geführte Wellenlängen.
Mit kürzerer Wellenlänge kann dieselbe physische Apertur stärkere Richtwirkung ermöglichen. Datenrate und Reichweite hängen zusätzlich von Bandbreite, Modulation, Leistung, Rauschen und Weg ab.
Aufgabe der Mikrowellenantenne
Beim Senden strahlt sie zugeführte Energie mit einem bestimmten Diagramm und einer bestimmten Polarisation ab. Beim Empfang koppelt sie ein eintreffendes Feld an die Empfangsschaltung.
Ein passiver Strahler erzeugt keine neue Leistung und entschlüsselt keine Daten. Antennengewinn beschreibt die Richtwirkung mit Effizienz; er ist nicht dasselbe wie die elektronische Verstärkung eines LNA.
Hörner nutzen eine aufgeweitete Apertur, Reflektorantennen ein Spiegel-Feed-System. Patch- und Schlitzarrays bilden das Feld anders. Form und Größe werden mit Band, Polarisation und gewünschtem Diagramm gewählt.
Warum Hohlleiter eingesetzt werden
Bei geeigneter Frequenz und Geometrie können metallische Hohlleiter für geringe Verluste und hohe Leistung vorteilhaft sein. Luftfüllung vermeidet einen durchgehenden festen Isolierstoff, aber Leiterverluste und Reflexionen bleiben.
Für TE10 im luftgefüllten Rechteck gilt fc = c/(2a). WR-90 mit 22,86 × 10,16 mm hat ungefähr 6,56 GHz Grenzfrequenz und einen üblichen Nutzbereich von 8,2–12,4 GHz.
Ein WR-90 eignet sich daher nicht zur üblichen propagierenden TE10-Übertragung bei 2,45 GHz. Die Angabe eines Mikrowellenofens mit 2,45 GHz und ein X-Band-Hohlleiter sind nicht ohne weitere Prüfung miteinander kombinierbar.
Kein allgemeiner Wechselpunkt bei 2 GHz
Koaxiale Hochfrequenzsysteme können auch deutlich oberhalb einiger GHz arbeiten. Bandbreite, Flexibilität, Stecker und kurze Wege können für Koax sprechen. Ein Hohlleiter ist nicht bei jeder Frequenz über 2 GHz automatisch verlustärmer im vollständigen Aufbau.
Vergleichen Sie gleiche Frequenz, Länge, Materialzustand und Bezugsebenen einschließlich Übergängen. Ein einzelner dB/m-Wert beschreibt weder sämtliche Kabeltypen noch jede Hohlleitermontage.
Wegverluste nicht verwechseln
Leitungsdämpfung kann unter festgelegten Bedingungen in dB/m angegeben werden. Der freie Raum besitzt dagegen keinen universellen konstanten Verlust von 0,1 dB/km: Der geometrische Verlustterm hängt logarithmisch von Entfernung und Frequenz ab.
Zusätzliche Gas- oder Regendämpfung wird separat modelliert. Der Hohlleiter reduziert den Verlust zwischen Gerät und Antenne unter seinen Bedingungen, beseitigt aber nicht das Wetter auf dem Funkweg.
Angaben für die Systemwahl
- Arbeitsfrequenzen und verfügbare Signalbandbreite.
- Leistung, Verluste und passende Übergänge.
- Antennendiagramm, Polarisation und Ausrichtung.
- Weg, Umgebung und geforderte Reserve.
- Mechanische Schnittstellen und Abnahme.
Nutzen Sie die Hohlleitergleichungen und die Standard-Hohlleiterbauteile von Dolph Microwave zur Prüfung des geführten Abschnitts. Den Funkweg und den Datendienst bewerten Sie anschließend als weitere Teile des Systems.
