La Figura 1 muestra un diagrama común de guía de ondas ranurada, con una estructura de guía de ondas larga y estrecha con una ranura en el centro. Esta ranura permite la transmisión de ondas electromagnéticas.

Figura 1. Geometría de las antenas de guía de ondas ranuradas más comunes.

Se alimenta la antena frontal (cara abierta Y = 0 en el plano xz). El extremo opuesto suele ser un cortocircuito (carcasa metálica). La guía de ondas puede excitarse mediante un dipolo corto (visible en la parte posterior de la antena de ranura de cavidad) en la página, o mediante otra guía de ondas.

Para comenzar a analizar la antena de la Figura 1, veamos el modelo del circuito. La guía de ondas actúa como una línea de transmisión, y sus ranuras pueden considerarse admitancias paralelas. La guía de ondas está en cortocircuito, por lo que el modelo aproximado del circuito se muestra en la Figura 1:

Figura 2. Modelo de circuito de antena de guía de ondas ranurada.

La última ranura está a una distancia "d" hasta el extremo (que está cortocircuitado, como se muestra en la Figura 2), y los elementos de la ranura están espaciados a una distancia "L" entre sí.

El tamaño de la ranura servirá como guía para la longitud de onda. La longitud de onda de la guía es la longitud de onda dentro de la guía de ondas. La longitud de onda de la guía ( ) es una función del ancho de la guía de ondas ("a") y la longitud de onda en el espacio libre. Para el modo TE01 dominante, las longitudes de onda de la guía son:

La distancia entre la última ranura y el extremo "d" suele elegirse como un cuarto de longitud de onda. El estado teórico de la línea de transmisión, la línea de impedancia de cortocircuito de un cuarto de longitud de onda transmitida hacia abajo, es circuito abierto. Por lo tanto, la Figura 2 se reduce a:

Imagen 3. Modelo de circuito de guía de ondas ranurada utilizando transformación de un cuarto de longitud de onda.

Si el parámetro "L" se selecciona como media longitud de onda, la impedancia óhmica de entrada ž se considera a una distancia de media longitud de onda de z ohmios. La "L" justifica que el diseño sea aproximadamente de media longitud de onda. Si la antena de ranura de guía de ondas se diseña de esta manera, todas las ranuras pueden considerarse paralelas. Por lo tanto, la admitancia y la impedancia de entrada de un arreglo de ranuras de "N" elementos se pueden calcular rápidamente como:

La impedancia de entrada de la guía de ondas es una función de la impedancia de la ranura.

Tenga en cuenta que los parámetros de diseño anteriores solo son válidos a una frecuencia. A medida que la frecuencia aumenta a partir de ahí, el diseño de la guía de ondas funciona, se producirá una degradación en el rendimiento de la antena. Como ejemplo de las características de frecuencia de una guía de ondas ranurada, en S11 se muestran las mediciones de una muestra en función de la frecuencia. La guía de ondas está diseñada para operar a 10 GHz. Esta señal se alimenta a la alimentación coaxial en la parte inferior, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. La antena de guía de ondas ranurada se alimenta mediante un cable coaxial.

El gráfico del parámetro S resultante se muestra a continuación.

NOTA: La antena presenta una caída de potencia muy pronunciada en la frecuencia S11, aproximadamente a 10 GHz. Esto indica que la mayor parte del consumo de energía se irradia a esta frecuencia. El ancho de banda de la antena (si se define como S11, es inferior a -6 dB) varía de aproximadamente 9,7 GHz a 10,5 GHz, lo que resulta en un ancho de banda fraccional del 8 %. Cabe destacar que también existe resonancia alrededor de 6,7 y 9,2 GHz. Por debajo de 6,5 GHz, es decir, por debajo de la frecuencia de corte de la guía de ondas, prácticamente no se irradia energía. El gráfico del parámetro S mostrado arriba ofrece una buena idea de a qué se parecen las características de ancho de banda de la guía de ondas ranurada.

A continuación se muestra el diagrama de radiación tridimensional de una guía de ondas ranurada (calculado mediante un paquete electromagnético numérico llamado FEKO). La ganancia de esta antena es de aproximadamente 17 dB.

Tenga en cuenta que en el plano XZ (plano H), el ancho del haz es muy estrecho (2-5 grados). En el plano YZ (o plano E), el ancho del haz es mucho mayor.