La figure 1 illustre le schéma classique d'un guide d'ondes à fente, constitué d'une structure longue et étroite comportant une fente centrale. Cette fente permet la transmission d'ondes électromagnétiques.

figure 1. Géométrie des antennes à guide d'ondes à fente les plus courantes.

L'antenne frontale (face ouverte Y = 0 dans le plan xz) est alimentée. L'extrémité distante est généralement un court-circuit (boîtier métallique). Le guide d'ondes peut être excité par un dipôle court (visible à l'arrière de l'antenne à fente de cavité) ou par un autre guide d'ondes.

Pour commencer l'analyse de l'antenne de la figure 1, examinons le modèle de circuit. Le guide d'ondes se comporte comme une ligne de transmission, et ses fentes peuvent être considérées comme des admittances parallèles. Le guide d'ondes étant court-circuité, le modèle de circuit approximatif est représenté sur la figure 1 :

figure 2. Modèle de circuit d'une antenne à guide d'ondes à fente.

La dernière fente est à une distance « d » de l'extrémité (qui est court-circuitée, comme indiqué sur la figure 2), et les éléments de la fente sont espacés d'une distance « L » les uns des autres.

La taille de la rainure détermine la longueur d'onde. La longueur d'onde de guidage est la longueur d'onde à l'intérieur du guide d'ondes. Cette longueur d'onde (λ) est fonction de la largeur du guide d'ondes (« a ») et de la longueur d'onde dans le vide. Pour le mode TE01 dominant, les longueurs d'onde de guidage sont :

La distance entre la dernière fente et l'extrémité « d » est souvent choisie égale à un quart de longueur d'onde. Dans l'état théorique de la ligne de transmission, l'impédance de court-circuit d'un quart de longueur d'onde est considérée comme un circuit ouvert lorsqu'elle est transmise vers le bas. Par conséquent, la figure 2 se réduit à :

image 3. Modèle de circuit de guide d'ondes à fentes utilisant une transformation d'un quart de longueur d'onde.

Si le paramètre « L » est fixé à une demi-longueur d'onde, l'impédance ohmique d'entrée est alors considérée à une distance d'une demi-longueur d'onde, soit z ohms. La valeur de « L » justifie la conception à une distance d'environ une demi-longueur d'onde. Dans ce cas, toutes les fentes de l'antenne à guide d'ondes sont considérées comme parallèles. Par conséquent, l'admittance et l'impédance d'entrée d'un réseau à fentes de « N » éléments peuvent être calculées rapidement comme suit :

L'impédance d'entrée du guide d'ondes est fonction de l'impédance de la fente.

Veuillez noter que les paramètres de conception ci-dessus ne sont valides que pour une seule fréquence. Au-delà de cette fréquence, les performances de l'antenne se dégradent. À titre d'exemple, les mesures d'un échantillon en fonction de la fréquence d'un guide d'ondes à fente sont présentées dans la figure S11. Ce guide d'ondes est conçu pour fonctionner à 10 GHz. Il est alimenté par le câble coaxial situé en bas, comme illustré sur la figure 4.

Figure 4. L'antenne à guide d'ondes fendu est alimentée par une alimentation coaxiale.

Le graphique des paramètres S résultant est présenté ci-dessous.

REMARQUE : L’antenne présente une forte atténuation du paramètre S11 aux alentours de 10 GHz. Ceci indique que la majeure partie de la puissance consommée est rayonnée à cette fréquence. La bande passante de l’antenne (définie par un S11 inférieur à -6 dB) s’étend d’environ 9,7 GHz à 10,5 GHz, soit une bande passante relative de 8 %. On observe également une résonance autour de 6,7 et 9,2 GHz. En dessous de 6,5 GHz, en dessous de la fréquence de coupure du guide d’ondes, le rayonnement est quasi nul. Le graphique des paramètres S présenté ci-dessus donne une bonne indication des caractéristiques de bande passante typiques d’un guide d’ondes à fentes.

Le diagramme de rayonnement tridimensionnel d'un guide d'ondes à fente est présenté ci-dessous (calculé à l'aide du logiciel de simulation électromagnétique FEKO). Le gain de cette antenne est d'environ 17 dB.

Notez que dans le plan XZ (plan H), la largeur du faisceau est très étroite (2 à 5 degrés). Dans le plan YZ (ou plan E), la largeur du faisceau est beaucoup plus importante.