Hertzsches Gitter

Hertzsches Gitter

Ein Drahtgitterpolarisator (oder Hertzsches Gitter) besteht aus einer Anordnung paralleler Drähte. Er ist nur für Elektromagnetische Wellen durchlässig, deren Polarisation senkrecht zu den Drähten steht.

Umgekehrt reichen parallele Drähte oder Stäbe als Reflektor, wenn die Polarisationsrichtung parallel dazu orientiert ist. Das wird z. B. bei Antennen-Reflektoren ausgenutzt, um den Bauaufwand und die Windlast zu verringern.

Anordnung von mehreren Polarisatoren

Zwei senkrecht zu einander angeordnete Polarisatoren (1 und 3) reflektieren sowohl die vertikale als auch die horizontale Komponente einer elektromagnetischen Welle.

Bringt man jedoch einen dritten Polarisator (2) in einem Winkel von 45° zwischen die beiden, so wird die durch das erste Gitter tretende vertikal polarisierte Welle am zweiten Polarisator in eine horizontale und eine vertikale Komponente aufgespalten, die zueinander um 90° phasenverschoben sind – es entsteht eine zirkular polarisierte Welle. Die waagerechte Komponente dieser Welle wird vom letzten Polarisator (3) hindurchgelassen und hat die Feldstärke E_{\rm ende} = E_0 \cdot \cos^2 (45^{\circ}).

Bild:Polarisatoren.jpg

\vec{E}: Elektrisches Feld

\vec{k}: Wellenvektor

Das gleiche lässt sich mit beliebig vielen Polarisatoren machen. Dann ergibt sich E_{\rm ende} = E_0 \cdot \cos^{n+1}\left(\frac{90^{\circ}}{n+1}\right), mit n Polarisatoren in einem jeweiligen Winkel von \frac{90^{\circ}}{n+1}.

Anmerkung: wenn n\rightarrow \infty, dann E_{\rm ende}\rightarrow E_0

Funktionsweise

Wenn das E-Feld parallel zu den Drähten – oder anderen elektrischen Leitern – steht, wird ein elektrischer Strom in diesen erzeugt. Dieser Strom erzeugt eine Welle, die der einfallenden entgegengerichtet ist, hinter dem Gitter heben sich die Felder auf, die Welle wird reflektiert. Ein senkrecht zu den Drähten ausgerichtetes elektrisches Feld kann dagegen ungehindert passieren – die Umladung der Drähte wirkt lediglich wie eine geringfügig erhöhte Dielektrizitätszahl.

Schräge Drähte erzeugen eine zusätzliche Feldkomponente – sie können Energie aus den Feld aufnehmen und mit senkrecht dazu stehender Polarisationsrichtung wieder abstrahlen.

Anwendung

Neben Demonstrations-Anwendungen in der Lehre finden Gitterpolarisatoren Anwendung zur Vermessung der Polarisationsrichtung elektromagnetischer Wellen, z. B. von Antennen. Zirkular polarisierte Wellen können hinsichtlich ihrer Polarisationsverteilung untersucht werden.

Als Stäbe oder Draht-Gitter ausgebildete Reflektoren von linear polarisierten Antennen verringern deren Windlast – es ist keine geschlossene Platte als Reflektor nötig.


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