Ein Hohlleiter kann sich erwärmen, wenn RF-Verluste in Wärme übergehen. Eingangsleistung und Verlust allein bestimmen die Temperatur aber nicht. Wärmeabfuhr, Umgebung, Betriebsdauer und lokale Kontakte gehören dazu. 100 W ist keine allgemeine Überhitzungsgrenze.
Wo die Wärme entsteht
Eine Ursache sind Leiterverluste durch die endliche Leitfähigkeit der Wände. Im geraden luftgefüllten Rohr fehlen gewöhnlich Volumenverluste eines festen Dielektrikums. Fenster, Stützen oder dielektrische Füllungen erfordern jedoch ihre eigene Verlustbewertung.
Schlechte Flanschkontakte, Verschmutzung, Verformung und hohe Stromdichte können örtliche Erwärmung verursachen. Auch bei geringer Gesamtverlustleistung kann ein heißer Punkt entstehen.
Von dB zur Wärmeleistung
Wenn Reflexion und äußere Leckage vernachlässigbar sind und der Verlust der betrachteten inneren Dissipation entspricht, gilt näherungsweise PWärme = Pin[1−10−L/10]. L ist der Verlust des Abschnitts in dB, Leistung wird in W eingesetzt.
Bei hypothetischen 1 kW Eingang und 0,1 dB werden etwa 22,8 W zu Wärme, bei 0,5 dB etwa 108,7 W. Das sind Rechenbeispiele, keine garantierten Werte einer WR-Größe.
S21 allein kann reflektierte Leistung fälschlich als Wärme zählen. Für einen geeigneten Einmoden-Zweitoraufbau mit angepasstem Ausgang lässt sich die fehlende Leistungsfraktion aus 1−|S11|²−|S21|² bestimmen. Geht Leistung in Strahlung oder ungemessene Moden, ist sie nicht vollständig Metallwärme.
Verlustdaten für WR-90 lesen
Microwaves101 berechnet als Beispiel etwa 0,108 dB/m für idealen Kupfer-WR-90 bei 10 GHz. Reale Oberflächen, Materialien und Verbindungen verändern das Ergebnis. 0,5 dB/m ist kein universeller Standardwert für jeden Kupfer-WR-90.
Bei dB/m berücksichtigen Sie die Länge. Vermischen Sie kurze Flansch- oder Übergangsverluste nicht mit der Meterdämpfung des geraden Rohres.
Elektrische und thermische Leitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit σ in S/m beschreibt Stromtransport. Für gute Leiter ist der Oberflächenwiderstand näherungsweise Rs ≈ √(πfμ/σ). Frequenz, Permeabilität und Oberfläche sind relevant.
Wärmeleitfähigkeit k in W/(m·K) beschreibt Wärmetransport. Beide Größen sind wichtig, aber nicht identisch. Thermischer Kontaktwiderstand, Wanddicke und Halterung beeinflussen die Kühlung.
Temperatur mit einem Wärmemodell
Im einfachen stationären konzentrierten Modell gilt ΔT ≈ PWärmeRθ. Bei angenommenen 22,8 W und 0,5 K/W zur Umgebung ergeben sich etwa 11,4 K Anstieg. Rθ hängt von Form, Einbau, Konvektion und Strahlung ab.
Beim Einschalten zählen Wärmekapazität und Zeitverlauf. Ein Punkt auf der Außenwand verrät nicht unbedingt die höchste Temperatur eines Fensters oder Kontakts. Eine feste Erwärmung von 10–20°C je Meter gibt es nicht.
Mittlere und Spitzenleistung
Bei idealen Rechteckpulsen ist die mittlere Leistung Spitzenleistung × Pulsdauer × Wiederholfrequenz. Durchschlag bei hohem Spitzenfeld wird getrennt von mittlerer Erwärmung bewertet.
Bei reflektierender Last verändern stehende Wellen die lokalen Felder. Eine niedrige Temperatur bestätigt keine ausreichende Spitzenleistungsreserve. Ein VNA bei kleiner Leistung ersetzt keinen Nennleistungstest.
Wenn die Erwärmung zunimmt
- Frequenz, Eingang, Lastreflexion und Betriebsanteil erfassen.
- Verlust und Temperatur bei gleichen Bedingungen vergleichen.
- Nach vorgeschriebenem Abschalten und gegebenenfalls Druckentlastung Kontakte prüfen.
- Änderungen an Halterung, Lüftung und Kühlung untersuchen.
- Grenzen von Fenstern, Dichtungen und benachbarten Teilen berücksichtigen.
Unter 100°C ist nicht jedes Produkt geeignet. Prüfen Sie die Hohlleiterverluste gemeinsam mit den thermischen und RF-Daten des Geräts.
