La figura 1 muestra un diagrama común de guía de ondas ranurada, que presenta una estructura de guía de ondas larga y estrecha con una ranura en el centro. Esta ranura se puede utilizar para transmitir ondas electromagnéticas.

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

La antena frontal (Y = 0, cara abierta en el plano xz) recibe alimentación. El extremo posterior suele ser un cortocircuito (caja metálica). La guía de ondas puede ser excitada por un dipolo corto (visible en la parte posterior de la antena de ranura de cavidad) en la página, o por otra guía de ondas.

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

Figura 2. Modelo de circuito de una antena de guía de onda ranurada.

La última ranura está a una distancia "d" del final (que está en cortocircuito, 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 de guía para la longitud de onda. La longitud de onda de guía es la longitud de onda dentro de la guía de ondas. La longitud de onda de guía ( ) es una función del ancho de la guía de ondas ("a") y de la longitud de onda en el espacio libre. Para el modo dominante TE01, las longitudes de onda de 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 un circuito abierto. Por lo tanto, la Figura 2 se reduce a:

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

Si el parámetro "L" se selecciona como media longitud de onda, entonces la impedancia óhmica de entrada se observa a una distancia de media longitud de onda z ohmios. La "L" es la razón por la que el diseño es aproximadamente media longitud de onda. Si la antena de ranura de guía de onda se diseña de esta manera, entonces todas las ranuras pueden considerarse paralelas. Por lo tanto, la admitancia de entrada y la impedancia de entrada de una matriz ranurada de "N" elementos se pueden calcular rápidamente como:

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

Tenga en cuenta que los parámetros de diseño anteriores solo son válidos para una única frecuencia. A medida que la frecuencia aumenta, el diseño de la guía de ondas funciona correctamente, pero el rendimiento de la antena se degrada. Como ejemplo para comprender las características de frecuencia de una guía de ondas ranurada, en la Figura 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 mediante un cable coaxial en la parte inferior, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. La antena de guía de ondas ranurada se alimenta mediante una línea coaxial.

A continuación se muestra el gráfico de parámetros S resultante.

NOTA: La antena presenta una caída muy pronunciada en el S11 alrededor de los 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 menor que -6 dB) abarca desde aproximadamente 9,7 GHz hasta 10,5 GHz, lo que da un ancho de banda fraccional del 8 %. Cabe destacar que también existe una resonancia alrededor de 6,7 y 9,2 GHz. Por debajo de 6,5 GHz, por debajo de la frecuencia de corte de la guía de ondas, prácticamente no se irradia energía. El gráfico de parámetros S mostrado anteriormente ofrece una buena idea de a qué se asemejan las características de frecuencia de la guía de ondas ranurada en función del ancho de banda.

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

Cabe destacar que en el plano XZ (o 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.