Eine ideale Parallelplattenleitung kann eine TEM-Mode führen. Die Behauptung, zwischen parallelen leitenden Platten könne TEM grundsätzlich nicht existieren, ist falsch. Unterscheiden Sie zwei Leiter in einem homogenen Medium vom gewöhnlichen geschlossenen Hohlleiter mit nur einer zusammenhängenden Leiterwand.
1. TEM bezeichnet die Feldkomponenten
Bei Ausbreitung in z-Richtung bedeutet TEM: Ez = 0 und Hz = 0. Elektrisches und magnetisches Feld sind vorhanden, aber beide transversal zur Ausbreitung. Die Welle läuft dadurch nicht ausschließlich quer zur Leitungsachse.
TE setzt Ez = 0, TM setzt Hz = 0, während die jeweils andere longitudinale Komponente vorhanden ist. Ein transversales Feld verbietet keine von null verschiedene Ausbreitungskonstante.
2. Zwei Platten können verschiedene Potentiale haben
Setzen Sie die Platten bei y = 0 und y = d und nehmen Sie zunächst unbegrenzte Breite an. Das TEM-Feld kann E in y-Richtung und H in x-Richtung besitzen. Mit passender Orientierung fließt Energie entlang z.
Das elektrische Feld steht senkrecht auf den leitenden Flächen und erfüllt damit verschwindendes tangentiales E. Die Leiter führen zugehörige Ströme. Das Fehlen eines koaxialen Innenleiters allein widerlegt TEM nicht.
3. Keine von null verschiedene untere Grenzfrequenz
Im homogenen verlustlosen Modell gelten β = ω√(με) und v = 1/√(με). Mit Luft liegt die Geschwindigkeit näherungsweise bei c. Die TEM-Mode hat keine geometrisch bedingte positive untere Grenzfrequenz.
Das widerspricht nicht den Grenzfrequenzen höherer TE/TM-Moden. Gleichstrom und sehr tiefe Frequenzen hängen zusätzlich von Speisung, Abschluss und tatsächlichem Gerät ab.
4. Höhere Moden gesondert betrachten
Für die idealen Parallelplatten gilt für höhere Moden mit Variation zwischen den Platten fc,m = m/(2d√(με)), m = 1,2,… . Bei Luft und d = 10 mm liegt die erste Grenze bei etwa 15,0 GHz.
Ein Plattenabstand von 10 mm verbietet TEM daher nicht bereits oberhalb 1 GHz. Auch wenn höhere Moden propagieren können, bestimmen Speisung und Diskontinuitäten ihre tatsächliche Anregung.
5. Feldimpedanz und Leitungsimpedanz
Das Verhältnis der transversalen TEM-Felder ist η = √(μ/ε). Für breite Platten endlicher Breite w mit w deutlich größer als d gilt ohne Randeffekte näherungsweise Z0 ≈ ηd/w.
Bei Luft, d = 1 mm und w = 20 mm ergibt das ungefähr 18,8 Ω. Der Feldquotient von etwa 377 Ω ist nicht die Klemmenimpedanz jeder Parallelplattenleitung.
6. Endliche Breite und inhomogene Medien
In der Praxis sind Randfelder, Leiterverluste, Einspeisung, Biegungen und Abstrahlung zu bewerten. Eine endliche Breite allein macht nicht jede Zweileiterstruktur automatisch zu einer Quasi-TEM-Leitung.
Bei Mikrostreifen mit Luft und Substrat wird gewöhnlich Quasi-TEM verwendet. Homogen gefülltes Koaxialkabel ist dagegen ein TEM-Beispiel. Die Aussage über fehlendes gewöhnliches TEM im einfach zusammenhängenden hohlen Rechteckquerschnitt darf nicht auf zwei Platten übertragen werden.
Simulation prüfen
Kontrollieren Sie Leiterverbindungen, Medium, Port, Grenzen und Querschnitt. Untersuchen Sie E- und H-Richtung, Ausbreitungskonstante und höhere Moden. Eine Software-Modennummer ist nicht automatisch eine physikalische Klassifikation.
Die Parallelplattenbeschreibung nennt TEM ausdrücklich. Vergleichen Sie die Bedingungen mit der Mathematik geschlossener Hohlleiter und dokumentieren Sie das verwendete Modell.
