Koaxialkabel/Wellenleiter < Elektrik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 22:02 So 22.02.2009 | | Autor: | tobbeu |
Hallo,
ich habe eine grundsätzliche Frage:
es gibt die Wellenleiter, wo man tatsächlich eine elektromagnetische Welle (emw) durch einen Leiter schickt. Zwischen den Außenwänden eines solchen Hohlleiters bildet sich eine stehende Welle senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.
Analog das Führen von einem Laser in Glasfaserkabeln etc.
So. Bei einem Koaxialkabel leitet man aber in erster Linie keine Wellen, die man in einen Hohlleiter eingebunden hat, sondern Wechselstrom.
Trotzdem spricht man davon, dass sich zwischen Innen und Außenleiter eine emw fortpflanzt.
Wenn man sich die Spannung des Generators ansieht, die angelegt wird, zeigt diese mit [mm] U(t)=U_0 e^{i(\omega t-kz)} [/mm] nicht nur eine ganz normale zeitliche Oszillation der Spannung, sondern auch eine Ausbreitung in z-Richtung.
Warum ist das so?
Warum kann sich im Koaxialkabel eine emw ausbreiten?
Was ich mir nur vorstellen kann ist, dass der Wechselstrom im Leiter das rotationssymmetrische B-Feld im Inneren des Leiters zeitlich Oszillieren lässt, genau wie die Wechselspannung das radiale E-Feld zwischen Innen- und Außenleiter.
Aber woher die Ausbreitung der definitiv zeitlich oszillierenden Felder im Inneren??
Vielen Dank für eure Hilfe!
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 00:17 Mo 23.02.2009 | | Autor: | prfk |
Moin
Deine Frage ist nicht ganz einfach zu beantworten und ich bin leider auch kein Spezi auf dem Gebiet...
> es gibt die Wellenleiter, wo man tatsächlich eine
> elektromagnetische Welle (emw) durch einen Leiter schickt.
> Zwischen den Außenwänden eines solchen Hohlleiters bildet
> sich eine stehende Welle senkrecht zur
> Ausbreitungsrichtung.
Ist dir an dieser Stelle denn klar, warum sich eine Welle ausbreiten kann? Ich bin mir hier nicht sicher, ob es immer eine stehende Welle sein muss...
> Warum kann sich im Koaxialkabel eine emw ausbreiten?
Ich stelle mir das so vor:
Nehmen wir mal ein Frequenz von 10 GHz. Dann haben wir eine Wellenlänge von 3cm. Wenn jetzt eine Koaxleitung haben von 1m, dann ergibt sich für die Spannung zwischen Innen- und Außenleiter für einen gegebenen Zeitpunkt je nach Ort unterschiedliche Spannungen.
Zur Veranschaulichung zeichne dir mal zwei Sinuskurven unterschiedlicher Phasenlage und gleicher Frequenz untereinander auf ein Blatt. Sie symbolisieren die Signale von Innen- und Außenleiter.
Zeichne dann exemplarisch ein paar senkrechte Verbindungslinien zwischen die Kurven. Dann siehst du schnell, dass sie unterschiedlich lang sind, die Spannung also unterschiedlich groß sind.
Betrachten wir dies nun kontinuierlich, so kann man sich vorstellen, dass die beiden Signale nicht immer gleich zueinander stehen und sich die Abstände an einem bestimmten Ort verändern. Die Senkrechten Linien werden also wandern. Und genau das ist die Wellenausbreitung in einer Koaxleitung. Die Linien, kann man sich quasi auch als elektrisches Feld vorstellen, welches senkrecht zur Ausbreitungsrichtung steht.
Ich hoffe ich konnte mich einigermaßen Verständlich machen. Sonst frag einfach nochmal nach. Vielleicht kann ich dann noch genauer oder anders auf deine Frage eingehen.
Gruß
prfk
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Hallo!
Für zwei Leiter wie das Koax-Kabel oder eine Lecherleitung kann man ein Ersatzschaltbild angeben: Die beiden Leiter eines kleinen Kabelstücks bilden zusammen sicher eine Kapazität. Aber alleine auf Grund der Tatsache, daß sich da Elektronen bewegen, hat die Leitung auch eine gewisse Induktivität.
Ein längeres Kabelstück kannst du dir etwa so vorstellen:
-+--oooo--+--oooo--+--oooo-
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=== === ===
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-+--------+--------+-------
Wenn du links ne Spannung anlegst, läd sich der erste Kondensator auf. Nur zögerlich fließt der Strom durch die Induktivität und dann läd sich auch der zweite Kondensator auf. So kannst du dir vorstellen, daß sich die Spannung und auch das Feld in den Kondensatoren (Und das ist tatsächlich das Feld im Kabel) ausbreitet, und wenn man eine Wechselspannung anlegt, kannst du dir auch da vorstellen, wie sie sich durch die Schaltung bewegt.
Das ist eigentlich der Trick dahinter.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 14:29 Mo 23.02.2009 | | Autor: | tobbeu |
Vielen Dank! Das Ersatzschaltbild hatte ich so noch nicht gedeutet!
Wenn ich noch eine allgemeine Frage nachschieben dürfte bezüglich der Lösungen der Wellengleichung...
in Hohlleitern diskutiert man da für eine Welle, die sich in z-Richtung ausbreitet die Lösungen einer TE und einer TM Welle. Bei der TE Welle zB muss zwar das E-Feld senkrecht zur Ausbreitungsrichtung sein, nicht aber das B-Feld.
Nun unterscheidet man aber auch bei Brechungsindizes TE oder TM Wellen. Da ist aber doch die Situation ganz anders!? Die Wellen, die auf ein Prisma o.Ä. fallen kommen aus dem Vakuum und sind nicht wie in einem Hohlleiter eingesperrt.
Freie Elektromagnetische Wellen aus dem Vakuum sind aber doch immer TEM Wellen, wo also E senkrecht auf B senkrecht auf Ausbreitungsrichtung steht, oder?
Besten Dank!!
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(Antwort) fertig | | Datum: | 14:42 Mo 23.02.2009 | | Autor: | Kroni |
Hi,
wenn man die Wellengleichung löst, findet man immer raus, dass E, H (bzw B) und k, der Wellenzahlvektor ein rechtshändiges Dreibein bilden.
Wenn du jetzt zB eine Refelxion hast, dann kann es ja sein, dass dein E-Vektor in der Einfallsebene liegt, folgich liegt B senkrecht zu dieser Ebene, oder aber, dass dein B-Vektor in der Einfallsebene liegt, und dann dein E-Vektor senkrecht zu dieser Ebene steht.
TE meint dann, dsas E senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist, TM meint, dass B senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist.
LG
Kroni
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 16:06 Mo 23.02.2009 | | Autor: | tobbeu |
Aha alles klar.
Also heißt das hier nur welcher Vektor (E oder B) senkrecht zur Einfallsebene steht...
Dank dir Kroni!
Wenn du der Kroni bist, der mit mir in Erlangen studiert viele Grüße! 
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