A Figura 1 mostra um diagrama comum de guia de ondas ranhurado, que possui uma estrutura longa e estreita com uma ranhura no meio. Essa ranhura pode ser usada para transmitir ondas eletromagnéticas.

figura 1. Geometria das antenas de guia de onda ranhuradas mais comuns.

A antena frontal (face aberta Y = 0 no plano xz) é alimentada. A extremidade oposta geralmente é um curto-circuito (invólucro metálico). O guia de ondas pode ser excitado por um dipolo curto (visto na parte traseira da antena de cavidade) na página ou por outro guia de ondas.

Para começar a analisar a antena da Figura 1, vejamos o modelo do circuito. O próprio guia de ondas atua como uma linha de transmissão, e as ranhuras no guia de ondas podem ser vistas como admitâncias paralelas. O guia de ondas está em curto-circuito, portanto, o modelo aproximado do circuito é mostrado na Figura 1:

figura 2. Modelo de circuito de antena guia de onda ranhurada.

O último slot está a uma distância "d" da extremidade (que está em curto-circuito, conforme mostrado na Figura 2), e os elementos do slot estão espaçados a uma distância "L" um do outro.

O tamanho da ranhura fornecerá um guia para o comprimento de onda. O comprimento de onda guia é o comprimento de onda dentro do guia de ondas. O comprimento de onda guia ( ) é uma função da largura do guia de ondas ("a") e do comprimento de onda do espaço livre. Para o modo TE01 dominante, os comprimentos de onda de guia são:

A distância entre o último slot e a extremidade "d" é frequentemente escolhida como sendo um quarto de comprimento de onda. O estado teórico da linha de transmissão, a linha de impedância de curto-circuito de um quarto de comprimento de onda transmitida para baixo, é um circuito aberto. Portanto, a Figura 2 se reduz a:

imagem 3. Modelo de circuito de guia de onda ranhurado usando transformação de um quarto de comprimento de onda.

Se o parâmetro "L" for selecionado como meio comprimento de onda, a impedância ôhmica de entrada ž será visualizada a uma distância de meio comprimento de onda z ohms. O "L" justifica o projeto ter cerca de meio comprimento de onda. Se a antena com ranhuras de guia de ondas for projetada dessa forma, todas as ranhuras podem ser consideradas paralelas. Portanto, a admitância e a impedância de entrada de um conjunto de ranhuras de elementos "N" podem ser calculadas rapidamente como:

A impedância de entrada do guia de onda é uma função da impedância do slot.

Observe que os parâmetros de projeto acima são válidos apenas para uma única frequência. À medida que a frequência aumenta a partir daí, o projeto do guia de ondas funciona, e haverá degradação no desempenho da antena. Como exemplo de como pensar nas características de frequência de um guia de ondas ranhurado, as medições de uma amostra em função da frequência serão mostradas na Figura 11. O guia de ondas foi projetado para operar a 10 GHz. Esta frequência é alimentada à alimentação coaxial na parte inferior, conforme mostrado na Figura 4.

Figura 4. A antena guia de onda ranhurada é alimentada por uma alimentação coaxial.

O gráfico do parâmetro S resultante é mostrado abaixo.

NOTA: A antena apresenta uma queda muito grande em S11, em cerca de 10 GHz. Isso mostra que a maior parte do consumo de energia é irradiada nessa frequência. A largura de banda da antena (se definida como S11 inferior a -6 dB) varia de aproximadamente 9,7 GHz a 10,5 GHz, resultando em uma largura de banda fracionária de 8%. Observe que também há ressonância em torno de 6,7 e 9,2 GHz. Abaixo de 6,5 GHz, abaixo da frequência de corte do guia de onda, quase nenhuma energia é irradiada. O gráfico do parâmetro S mostrado acima dá uma boa ideia de como as características da frequência do guia de onda com fenda de largura de banda são semelhantes.

O padrão de radiação tridimensional de um guia de ondas ranhurado é mostrado abaixo (calculado usando um pacote eletromagnético numérico chamado FEKO). O ganho desta antena é de aproximadamente 17 dB.