Rechteckige und kreisförmige Hohlleiter unterscheiden sich vor allem durch Moden, Grenzfrequenzen, Polarisation und verfügbare Einmodenbereiche. Bei a > b ist TE10 die Grundmode des Rechtecks, beim Kreis TE11. Eine Form allein garantiert weder weniger Verlust noch höhere Belastbarkeit.
1. Querschnitt und Symmetrie
Ein Rechteck wird durch Innenbreite a und Innenhöhe b beschrieben, ein Kreis durch Radius r oder Durchmesser D = 2r. Eine Öffnung von 23 × 10 mm ist rechteckig, aber nicht quadratisch.
Im Quadrat haben TE10 und TE01 dieselbe Grenzfrequenz. Im nicht quadratischen Rechteck unterscheiden sich die Grenzfrequenzen. Im idealen Kreis besitzt die TE11-Familie zwei orthogonale Polarisationszustände mit gleicher Grenzfrequenz.
Diese Symmetrie beeinflusst Entwurf und Anregung. Die äußere Form des Flansches muss nicht der inneren RF-Öffnung entsprechen.
2. Grenzfrequenz berechnen
Für idealisierte Luftfüllung gilt im Rechteck fc,TE10 = c/(2a). Im Kreis gilt fc,TE11 ≈ 1,841c/(2πr) = 1,841c/(πD). Setzen Sie die Maße in Metern ein.
Bei a = 30 mm liegt die rechteckige TE10-Grenze bei rund 5,00 GHz, bei einem Kreisdurchmesser D = 30 mm die TE11-Grenze bei rund 5,86 GHz. Dies sind verschiedene Geometrien, kein Vergleich gleicher Flächen.
Der Faktor 1,841 stammt aus einer Nullstelle der Ableitung einer Besselfunktion. Wer Radius und Durchmesser verwechselt, erhält einen Faktor-zwei-Fehler.
3. Höhere Moden und Polarisation
Die nächste Grenzfrequenz im gewöhnlichen Kreisquerschnitt gehört TM01 mit dem Faktor ungefähr 2,405. Das Verhältnis der oberen zur unteren Grenze des Bereichs mit nur der propagierenden TE11-Familie ist daher ungefähr 1,306.
Beim Rechteck bestimmen unter anderem TE20 und TE01 die nächste Grenze. Mit a/b = 2 ergibt sich idealisiert ein Verhältnis von 2; die tatsächlich spezifizierte Nutzbandbreite liegt innerhalb geeigneter Grenzen. Ein pauschales Plus von 30% gilt nicht für alle Bauformen.
Eine Kreisöffnung erzeugt nicht automatisch zirkulare Polarisation. Dafür werden passende orthogonale Feldanteile mit gleichen Amplituden und ungefähr ±90° Phasendifferenz benötigt. OMT, Polarisator und Anregung sind entsprechend auszulegen.
4. Dämpfung und Leistung
Leitfähigkeit, Oberfläche, Abmessungen, Mode und Frequenz bestimmen die Dämpfung. Pauschale Werte von 0,1 dB/m für alle Rechtecke und 0,3 dB/m für alle Kreisquerschnitte sind keine Grundlage für eine Auswahl.
Die kreisförmige TE01-Mode ist für besondere verlustarme Übertragungswege interessant, aber nicht mit der Grundmode TE11 gleichzusetzen. Anregung, Übergänge und Modenkonversion müssen kontrolliert werden.
Leistungsgrenzen hängen von Feldspitzen, Erwärmung, Druck, Impulsen, Kühlung und Übergängen ab. Höhere Durchschlagsfestigkeit folgt nicht allein aus einer runden Form. Mittlere und Spitzenleistung sind getrennt anzugeben.
5. Montage und Gesamtkosten
Rechteckige Strecken lassen sich mit passenden Standardbögen und Verdrehungen zusammenstellen. Runde Querschnitte sind unter anderem in rotationssymmetrischen Speisestrukturen nützlich.
Eine drehbare Verbindung zweier Rohre ersetzt jedoch keinen ausgelegten RF-Drehübergang. Mechanische Lagerung, Feldkopplung und Dichtung müssen für die Bewegung vorgesehen sein.
Fertigungstoleranzen richten sich nach Frequenz, Oberfläche und Bauteil. Ein universelles Verhältnis von ±0,0005 Zoll zu ±0,001 Zoll für rund gegenüber rechteckig gibt es nicht. Vergleichen Sie Strecke, Übergänge, Montage und Prüfung im vollständigen Angebot.
Angaben für einen belastbaren Vergleich
| Bereich | Benötigte Daten |
|---|---|
| Propagation | Frequenzen, Mode und Medium. |
| RF | Verlust, Reflexion und Polarisationsreinheit. |
| Leistung | Mittelwert, Spitze und Bedingungen. |
| Mechanik | Innenmaße, Flansche und gesamte Route. |
Die Hohlleitergleichungen und der Kreisquerschnittsrechner helfen bei der Kontrolle. Vergleichen Sie Dolph-Microwave-Hohlleiter anhand der konkret benötigten Schnittstellen und Betriebsbedingungen.
