На рисунке 1 показана общая схема щелевого волновода, которая имеет длинную и узкую волноводную структуру со щелью посередине. Эта щель может использоваться для передачи электромагнитных волн.

Рисунок 1. Геометрия наиболее распространенных щелевых волноводных антенн.

Антенна переднего конца (Y = 0 открытая грань в плоскости xz) питается. Дальний конец обычно представляет собой короткое замыкание (металлический корпус). Волновод может возбуждаться коротким диполем (виден на задней стороне щелевой антенны полости) на странице или другим волноводом.

Для начала анализа антенны на рисунке 1 давайте рассмотрим модель схемы. Сам волновод действует как линия передачи, а щели в волноводе можно рассматривать как параллельные (параллельные) проводимости. Волновод закорочен, поэтому примерная модель схемы показана на рисунке 1:

Рисунок 2. Схематическая модель щелевой волноводной антенны.

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

Размер канавки даст направление длины волны. Длина направляющей волны — это длина волны внутри волновода. Длина направляющей волны ( ) является функцией ширины волновода («a») и длины волны свободного пространства. Для доминирующей моды TE01 направления длин волн следующие:

Расстояние между последней щелью и концом "d" часто выбирается равным четверти длины волны. Теоретическое состояние линии передачи, четвертьволновой линии короткого замыкания, передаваемой вниз, является разомкнутой цепью. Поэтому рисунок 2 сводится к:

изображение 3. Модель схемы щелевого волновода с использованием четвертьволнового преобразования.

Если параметр "L" выбран равным половине длины волны, то входной ž омический импеданс рассматривается на расстоянии половины длины волны z Ом. "L" является причиной того, что конструкция должна быть около половины длины волны. Если волноводная щелевая антенна спроектирована таким образом, то все щели можно считать параллельными. Следовательно, входная проводимость и входной импеданс щелевой решетки с "N" элементами можно быстро рассчитать как:

Входное сопротивление волновода является функцией сопротивления щели.

Обратите внимание, что приведенные выше параметры конструкции действительны только на одной частоте. По мере того, как частота идет оттуда, конструкция волновода работает, будет происходить ухудшение производительности антенны. В качестве примера размышлений о частотных характеристиках щелевого волновода, измерения образца как функции частоты будут показаны в S11. Волновод предназначен для работы на частоте 10 ГГц. Он подается на 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 большой спад на S11 примерно на 10 ГГц. Это показывает, что большая часть потребляемой мощности излучается на этой частоте. Полоса пропускания антенны (если определена как S11 менее -6 дБ) простирается примерно от 9,7 ГГц до 10,5 ГГц, что дает дробную полосу пропускания 8%. Обратите внимание, что также есть резонанс около 6,7 и 9,2 ГГц. Ниже 6,5 ГГц, ниже частоты среза волновода, и энергия почти не излучается. График S-параметров, показанный выше, дает хорошее представление о том, с какой полосой пропускания щелевого волновода частотные характеристики похожи.

Ниже показана трехмерная диаграмма направленности щелевого волновода (она была рассчитана с использованием численного электромагнитного пакета FEKO). Коэффициент усиления этой антенны составляет приблизительно 17 дБ.

Обратите внимание, что в плоскости XZ (плоскость H) ширина луча очень узкая (2-5 градусов). В плоскости YZ (или плоскости E) ширина луча намного больше.