Rysunek 1 przedstawia typowy schemat falowodu szczelinowego, który charakteryzuje się długą i wąską strukturą falowodu ze szczeliną pośrodku. Szczelina ta może być wykorzystana do transmisji fal elektromagnetycznych.

Rysunek 1. Geometria najczęściej stosowanych anten szczelinowych.

Antena front-end (Y = 0 otwarta powierzchnia w płaszczyźnie xz) jest zasilana. Dalszy koniec to zazwyczaj zwarcie (metalowa obudowa). Falowód może być wzbudzony przez krótki dipol (widoczny z tyłu anteny szczelinowej) na stronie lub przez inny falowód.

Aby rozpocząć analizę anteny z rysunku 1, przyjrzyjmy się modelowi obwodu. Sam falowód działa jak linia transmisyjna, a szczeliny w falowodzie można postrzegać jako równoległe admitancje. Falowód jest zwarty, więc przybliżony model obwodu pokazano na rysunku 1:

Rysunek 2. Model obwodu anteny szczelinowej.

Ostatni rowek znajduje się w odległości „d” od końca (który jest zwarty, jak pokazano na rysunku 2), a elementy rowka są rozmieszczone w odległości „L” od siebie.

Rozmiar rowka będzie wyznaczał długość fali. Długość fali prowadzącej to długość fali wewnątrz falowodu. Długość fali prowadzącej ( ) jest funkcją szerokości falowodu („a”) i długości fali w wolnej przestrzeni. Dla dominującego modu TE01 długości fali prowadzącej wynoszą:

Odległość między ostatnią szczeliną a końcem „d” jest często wybierana jako ćwierć długości fali. Teoretyczny stan linii transmisyjnej, linia o impedancji zwarciowej ćwierć długości fali transmitowana w dół, jest w obwodzie otwartym. Dlatego rysunek 2 sprowadza się do:

Rysunek 3. Model obwodu falowodu szczelinowego wykorzystujący transformację ćwierćfalową.

Jeśli parametr „L” zostanie ustawiony na połowę długości fali, wówczas wejściowa impedancja omowa ¾ jest obserwowana w odległości połowy długości fali, z omów. „L” jest powodem, dla którego projekt ma około połowy długości fali. Jeśli antena szczelinowa falowodu jest zaprojektowana w ten sposób, wszystkie szczeliny można uznać za równoległe. Zatem admitancję wejściową i impedancję wejściową macierzy szczelinowej z elementami „N” można szybko obliczyć jako:

Impedancja wejściowa falowodu jest funkcją impedancji szczeliny.

Należy pamiętać, że powyższe parametry projektowe obowiązują tylko dla jednej częstotliwości. Wraz ze wzrostem częstotliwości, w której działa konstrukcja falowodu, nastąpi degradacja wydajności anteny. Jako przykład charakterystyki częstotliwościowej falowodu szczelinowego, w S11 przedstawiono pomiary próbki w funkcji częstotliwości. Falowód jest zaprojektowany do pracy z częstotliwością 10 GHz. Sygnał jest doprowadzany do przewodu koncentrycznego na dole, jak pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Antena szczelinowa falowodowa zasilana jest poprzez przewód koncentryczny.

Wynikowy wykres parametrów S pokazano poniżej.

UWAGA: Antena ma bardzo duży spadek mocy na S11 przy około 10 GHz. Świadczy to o tym, że większość poboru mocy jest emitowana na tej częstotliwości. Szerokość pasma anteny (przy założeniu, że S11 jest mniejsza niż -6 dB) waha się od około 9,7 GHz do 10,5 GHz, co daje ułamek szerokości pasma wynoszący 8%. Należy zauważyć, że występuje również rezonans w okolicach 6,7 i 9,2 GHz. Poniżej 6,5 GHz, poniżej częstotliwości odcięcia falowodu, energia jest emitowana praktycznie w ogóle. Powyższy wykres parametrów S dobrze obrazuje, do jakiej szerokości pasma częstotliwości falowodu szczelinowego są zbliżone.

Poniżej przedstawiono trójwymiarową charakterystykę promieniowania falowodu szczelinowego (obliczoną za pomocą numerycznego pakietu elektromagnetycznego o nazwie FEKO). Zysk tej anteny wynosi około 17 dB.

Należy pamiętać, że w płaszczyźnie XZ (płaszczyźnie H) szerokość wiązki jest bardzo wąska (2-5 stopni). W płaszczyźnie YZ (lub płaszczyźnie E) szerokość wiązki jest znacznie większa.