Ein Wellenleiter ist ein Objekt, das den Fluss jeder Art von Welle lenkt. Zu den einfachsten Typen gehören Drähte oder hohle Rohre, die Schallwellen leiten können. Häufig werden Wellenleiter verwendet, um elektromagnetische Wellen zwischen Orten zu übertragen, typischerweise unter Verwendung eines hohlen Rohrs aus elektrisch leitfähigem Metall. Wellenleiter werden üblicherweise verwendet, um Strom- oder Kommunikationssignale zu übertragen. Jede Wellenart erfordert eine andere Art von Führung.
Die Art der geführten Welle bestimmt die Geometrie des Wellenleiters. Die Breite des Leiters muss in den meisten Fällen in der gleichen Größenordnung liegen wie die Länge der zu leitenden Wellen. Dies bedeutet, dass eine optische Faser, die hochfrequente Lichtwellen leitet, beim Führen niederfrequenter Schallwellen nicht effektiv ist. Andere Faktoren, wie der akzeptable Signal- oder Leistungsverlust, helfen ebenfalls bei der Bestimmung des besten Wellenleiters für eine bestimmte Aufgabe.
Elektromagnetische Wellen im Weltraum strahlen normalerweise von ihrem Entstehungsort in alle Richtungen aus. Dies führt dazu, dass die Strahlung proportional zum Quadrat ihrer Entfernung von diesem Ursprungspunkt an Leistung verliert. Ein Wellenleiter ermöglicht es der Strahlung, sich unter idealen Umständen nur in einer Dimension auszubreiten, und verhindert, dass sie bei der Ausbreitung an Leistung verliert.
Wellenleiter funktionieren, indem sie die Welle von den Wänden des Leiters reflektieren. Idealerweise breiten sich die Wellen in einem Zickzackmuster innerhalb des Wellenleiters aus. Das bedeutet, dass ein Hohlleiter oft am besten funktioniert, wenn er einen runden oder quadratischen Querschnitt hat.
Es gibt viele verschiedene Arten von Wellenleitern, von Glasfasern, die die Übertragung von Daten über Lichtwellen ermöglichen, bis zum Sound Frequency and Ranging (SOFAR)-Kanal, einer Wasserschicht im Ozean, die als natürlicher Wellenleiter für Walgesang fungiert. Radarsysteme verwenden Wellenleiter, um Funkwellen zu einer Antenne zu leiten, damit sie mit der richtigen Impedanz übertragen werden können. Wissenschaftliche Instrumente verwenden auch Wellenleiter, um die akustischen und optischen Eigenschaften verschiedener Objekte zu messen.
Wellenleiter werden seit Jahrhunderten verwendet, lange bevor irgendjemand verstand, wie sie funktionieren. Der erste für Schallwellen entwickelte Wellenleiter wurde 1893 von JJ Thomson, einem britischen Physiker, vorgeschlagen und im nächsten Jahr von einem anderen Physiker, OJ Lodge, getestet. Die Arbeit wurde im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert fortgesetzt, wobei Wissenschaftler in den 1920er Jahren die Verwendung von Glasfasern als Wellenleiter für sichtbares Licht untersuchten.