Übertragung elektromagnetischer Wellen

Die Übertragung bezieht sich auf den Prozess, bei dem eine elektromagnetische Welle durch ein Medium hindurchgeht oder an einer Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Eigenschaften auftritt. Begegnet eine elektromagnetische Welle einer Grenze zwischen zwei Medien, wird ein Teil der Welle reflektiert, und ein Teil wird in das zweite Medium übertragen. Die Übertragung elektromagnetischer Wellen hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie den Eigenschaften der Medien, dem Einfallswinkel und der Polarisation der Welle. Der Übertragungskoeffizient (T) repräsentiert den Anteil der einfallenden Leistung, der an der Grenze übertragen wird. Er kann mithilfe der Beziehung T = 1 – R berechnet werden, wobei R der Reflexionskoeffizient ist, der den Anteil der einfallenden Leistung darstellt, der an der Grenze reflektiert wird.

Übertragungskoeffizient bei normaler Inzidenz

Bei normaler Inzidenz (θ_i = θ_r = 0) kann der Übertragungskoeffizient für das elektrische Feld (auch Amplitudenübertragungskoeffizient genannt) mit folgender Formel berechnet werden: T = 1 – |(n₁ – n₂) / (n₁ + n₂)|^2, wobei n₁ und n₂ die Brechungsindizes der ersten bzw. zweiten Medien sind.

Übertragungskoeffizient bei nicht-normaler Inzidenz

Bei nicht-normaler Inzidenz hängt der Übertragungskoeffizient von der Polarisation der einfallenden Welle ab. Wie bei der Reflexion kann die einfallende Welle in zwei orthogonale Polarisationen zerlegt werden: transversal elektrisch (TE) und transversal magnetisch (TM). Die Fresnel-Gleichungen für TE- und TM-polarisierte Wellen liefern unterschiedliche Übertragungskoeffizienten für jede Polarisation.

Praktische Anwendungen

Die Übertragung elektromagnetischer Wellen hat zahlreiche praktische Anwendungen, darunter:

Antennen: Die Übertragung von Radiowellen durch die Luft ist für drahtlose Kommunikationssysteme wie Radio, Fernsehen und Mobilfunknetze unerlässlich. Antennen sind speziell für die effektive Übertragung und den Empfang dieser elektromagnetischen Wellen konzipiert.
Fenster und Filter: In der Optik können Materialien mit spezifischen Übertragungseigenschaften verwendet werden, um Fenster oder Filter zu erstellen, die selektiv bestimmte Wellenlängen oder Polarisationen von Licht durchlassen. Dies ist nützlich in Anwendungen wie Fotografie, Mikroskopie und Spektroskopie.
Glasfaseroptik: Die Übertragung von Lichtsignalen durch optische Fasern ist für Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme entscheidend.
Treibhauseffekt: Die Übertragung von Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre und deren anschließende Absorption durch Treibhausgase trägt zur Erwärmung des Planeten bei. Das Verständnis der Übertragungseigenschaften verschiedener Gase und deren Auswirkungen auf das Klima ist für die Bewältigung der globalen Erwärmung wesentlich.
Medizinische Bildgebung: Die Übertragung elektromagnetischer Wellen durch den menschlichen Körper wird in verschiedenen medizinischen Bildgebungstechniken wie Röntgen und Magnetresonanztomographie (MRT) genutzt. Diese Methoden helfen bei der Diagnose und Überwachung verschiedener medizinischer Zustände auf nicht-invasive Weise.

Beispiele für Übertragungskoeffizienten

Hier sind fünf Beispiele, die die Übertragungskoeffizienten für verschiedene Schnittstellen veranschaulichen:

Luft zu Glas: Bei normaler Inzidenz beträgt der Übertragungskoeffizient etwa 0.961, was bedeutet, dass etwa 96.1% der einfallenden Lichtleistung durch die Luft-Glas-Schnittstelle übertragen werden.
Glas zu Luft: Auch hier werden etwa 96.1% der einfallenden Lichtleistung übertragen.
Luft zu Wasser: Hier beträgt der Übertragungskoeffizient etwa 0.977, was bedeutet, dass etwa 97.7% der einfallenden Lichtleistung übertragen werden.
Wasser zu Luft: Auch in diesem Fall werden etwa 97.7% der einfallenden Lichtleistung übertragen.
Luft zu Diamant: Hier beträgt der Übertragungskoeffizient etwa 0.833, was bedeutet, dass etwa 83.3% der einfallenden Lichtleistung übertragen werden.

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