На рисунке 1 показана типичная схема щелевого волновода, представляющая собой длинную и узкую структуру волновода с прорезью посередине. Эта прорезь может использоваться для передачи электромагнитных волн.

Рисунок 1. Геометрия наиболее распространенных щелевых волноводных антенн.

Антенна на переднем конце (открытая грань Y = 0 в плоскости xz) питается. Дальний конец обычно представляет собой короткое замыкание (металлический корпус). Волновод может возбуждаться коротким диполем (видимым на задней стороне щелевой антенны) на плоскости страницы или другим волноводом.

Для начала анализа антенны, изображенной на рисунке 1, рассмотрим схему. Сам волновод действует как линия передачи, а щели в волноводе можно рассматривать как параллельные (параллельные) проводимости. Волновод закорочен, поэтому приблизительная схема показана на рисунке 1:

Рисунок 2. Схема щелевой волноводной антенны.

Последний паз находится на расстоянии «d» от конца (который закорочен, как показано на рисунке 2), а элементы паза расположены на расстоянии «L» друг от друга.

Размер канавки будет служить ориентиром для длины волны. Длина волны в волноводе — это длина волны внутри волновода. Длина волны в волноводе ( ) является функцией ширины волновода ("a") и длины волны в свободном пространстве. Для доминирующей моды TE01 длины волн в волноводе следующие:

Расстояние между последним щелевым участком и концом "d" часто выбирают равным четверти длины волны. Теоретическое состояние линии передачи, короткозамкнутой линии длиной в четверть волны, передающей сигнал вниз, представляет собой разомкнутую цепь. Поэтому рисунок 2 сводится к:

Изображение 3. Модель схемы щелевого волновода с использованием преобразования четверти длины волны.

Если параметр "L" выбран равным половине длины волны, то входное омическое сопротивление ž рассматривается на расстоянии половины длины волны z Ом. "L" является причиной того, что конструкция рассчитана примерно на половину длины волны. Если волноводная щелевая антенна спроектирована таким образом, то все щели можно считать параллельными. Следовательно, входную проводимость и входное сопротивление щелевой антенной решетки из "N" элементов можно быстро рассчитать следующим образом:

Входное сопротивление волновода является функцией сопротивления щели.

Обратите внимание, что указанные выше параметры конструкции действительны только на одной частоте. По мере увеличения частоты конструкция волновода будет ухудшаться, а характеристики антенны будут ухудшаться. В качестве примера частотных характеристик щелевого волновода в S11 будут показаны измерения образца в зависимости от частоты. Волновод рассчитан на работу на частоте 10 ГГц. Питание осуществляется через коаксиальный фидер внизу, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Щелевая волноводная антенна питается от коаксиального кабеля.

Полученный график S-параметров показан ниже.

ПРИМЕЧАНИЕ: Антенна имеет очень большое падение S11 примерно на 10 ГГц. Это показывает, что большая часть потребляемой мощности излучается на этой частоте. Полоса пропускания антенны (если она определяется как S11 менее -6 дБ) простирается примерно от 9,7 ГГц до 10,5 ГГц, что дает относительную полосу пропускания 8%. Обратите внимание, что также существует резонанс в районе 6,7 и 9,2 ГГц. Ниже 6,5 ГГц, ниже частоты среза волновода, излучается практически нулевая энергия. Приведенный выше график S-параметров дает хорошее представление о том, на какие частоты похожи характеристики щелевого волновода с полосой пропускания.

Ниже показана трехмерная диаграмма направленности щелевого волновода (расчеты производились с помощью программного пакета для численного электромагнитного анализа FEKO). Коэффициент усиления этой антенны составляет приблизительно 17 дБ.

Следует отметить, что в плоскости XZ (плоскости H) ширина луча очень мала (2-5 градусов). В плоскости YZ (или плоскости E) ширина луча значительно больше.