Transversalelektromagnetische Wellen

TEM-Welle

Die Transversalelektromagnetische Welle oder TEM-Welle ist ein Sonderfall einer elektromagnetischen Welle. Bei dieser Welle stehen der elektrische Feldvektor $\vec E$ und der magnetische Feldvektor $\vec H$ senkrecht aufeinander und beide senkrecht auf dem Poynting-Vektor $\vec S$. Die Größen $\vec S$, $\vec E$ und $\vec H$ stehen für transversalelektromagnetische Felder über die Gleichung

$\vec S = \vec E \times \vec H$

miteinander in Beziehung. Jede der drei Größen $\vec S$, $\vec E$ und $\vec H$ ist senkrecht zu den beiden anderen Größen orientiert. TEM-Wellen bilden sich als geführte Wellen zum Beispiel zwischen Außen- und Innenleiter eines Koaxialkabels, oder zwischen parallelem Hin- und Rückleiter einer beliebigen elektrischen Leitung. Man spricht auch beim Fernfeld von Antennen von TEM-Wellen. Dies gilt, sobald die Geometrie der Antenne aufgrund der Distanz zur Antenne einen untergeordneten Einfluss auf die Orientierung der Vektoren hat und daher vernachlässigbar ist. Die Wellenimpedanz einer TEM-Welle beträgt:

$Z_w = \sqrt{\frac{\mu}{\varepsilon}}$.

Bei reellem μ und $\varepsilon$ spricht man vom Wellenwiderstand. Die Fortpflanzungskonstante in TEM-Wellen beträgt:

$\gamma= \pm jk = \pm j\omega \sqrt{\mu \varepsilon}$.

transversal-elektrische- und transversal-magnetische Wellen

Außer den TEM-Wellen gibt es TE-Wellen (transversal-elektrische Wellen) und TM-Wellen (transversal-magnetische Wellen). Solche Wellen findet man z. B. in Hohlleitern und auf der Eindraht-Wellenleitung. TE-Wellen werden insbesondere in Hohlleitern auch als H-Wellen bezeichnet, da bei TE-Wellen nur das Magnetische Feld Anteile in der Ausbreitungsrichtung besitzt und die elektrischen Felder sich ausschließlich in der Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, also transversal, befinden. TM-Wellen werden analog als E-Wellen bezeichnet.

TEM Wellen lassen sich grundsätzlich immer in einen TE- und einen TM-Anteil zerlegen. Allerdings muss dazu eine Bezugsfläche angeben werden. Mit dem Normalenvektor $\vec n$ der Bezugsfläche gilt:

$\vec E \circ \vec n = 0$

$\vec H \circ \vec n = 0$

In Worten: Die transversalen Anteile stehen senkrecht auf der Flächennormalen der Bezugsfläche! Im transversalen Anteil sind keine Komponenten in Richtung von $\vec n$ enthalten!

Der transversal-elektrische Modus beschreibt die transversale Struktur des elektrischen Feldes einer Welle, auch bei Lasern, Laserstrahlen und Lichtwellenleitern.

Literatur

• Károly Simonyi: Theoretische Elektrotechnik. 10. Auflage. Barth Verlagsgesellschaft, 1993, ISBN 3-335-00375-6.