evaneszent

In der Elektrotechnik ist ein Evanesko-Feld ein zeitlich schwangendes elektrisches oder magnetisches Feld, das sich nicht als freie elektromagnetische Welle ausbreitet. Statt Energie in den Raum abzustrahlen, bleibt die Feldenergie in einer Region sehr dicht an der Quelle konzentriert, typischerweise im Bereich einer Wellenlänge oder darunter. Die Feldamplitude fällt exponentiell mit dem Abstand ab und erreicht vernachlässigbare Werte bereits nach ungefähr einer Wellenlänge vom Rand der Feldregion entfernt.

Evanesko-Felder entstehen, wenn Randbedingungen normale Wellenausbreitung verhindern. Ein häufiges Beispiel ist das elektromagnetische Feld unmittelbar außerhalb eines Wellenleiters, der unterhalb seiner Grenzfrequenz betrieben wird: Das Feld schwingt zeitlich, aber seine räumliche Einhüllende schrumpft exponentiell, statt eine laufende Welle zu bilden. Genauso entsteht bei Reflexion einer elektromagnetischen Welle an einer Grenzfläche unter einem Winkel größer als dem kritischen Winkel ein Evanesko-Feld, das eine kurze Strecke in das optisch dünnere Medium eindringt, bevor es abklingt. In beiden Fällen hat der Wellenzahlvektor in der Richtung des Abfalls eine imaginäre Komponente.

Praktische Folgen und Nachweis

Evanesko-Felder transportieren keine Netto-Energie von ihrer Quelle weg, sind aber nicht einfach bedeutungslos. Sie können Energie an nahegelegene Leiter, Dielektrika oder Resonatoren koppeln, wenn diese Objekte innerhalb der Eindringtiefe platziert sind. Optische Faserkoppler, Nahfeld-Mikroskopie und bestimmte Arten von Mikrowellen-Hohlraumresonatoren nutzen diese Kopplung. Das Feld bleibt physikalisch vorhanden und messbar, auch wenn es nicht abstrahlt; die Energie schwingt lokal statt zu entweichen.

Das Wort "Evanesko" stammt vom lateinischen evanescere, was verblassen oder verschwinden bedeutet. Dies beschreibt den exponentiellen Abfall treffend: Das Feld verschwindet nicht abrupt, sondern nimmt schrittweise ab. Mathematisch werden Evanesko-Felder durch Terme dargestellt, die proportional zu e hoch eine negative Potenz des Abstands sind, im Gegensatz zum 1/r-Verhalten oder zur Schwingung ausbreitender Wellen.

Das Verständnis von Evanesko-Feldern ist für die Wellenleiter-Auslegung, die Analyse elektromagnetischer Schirmung und die Antennen-Technik unerlässlich. In Wellenleitern erzeugen Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz nur Evanesko-Felder und daher keine brauchbare Signalausbreitung, was eine harte untere Frequenzgrenze für das Gerät setzt. Umgekehrt wird die Evanesko-Kopplung gezielt in der Filterentwicklung und bei der Abstimmung von Hohlräumen verwendet. Eine Verwechslung zwischen Evanesko- und ausbreitenden Feldern hat in der Vergangenheit zu Fehlern in Übertragungsleitungsrechnungen und beim Entwurf frequenzselektiver Oberflächen geführt.