La figure 1 présente un schéma courant de guide d'ondes à fentes, dont la structure est longue et étroite, avec une fente au milieu. Cette fente permet de transmettre des ondes électromagnétiques.

figure 1. Géométrie des antennes à guide d'ondes à fentes 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 au dos de l'antenne à fente de cavité) sur la page, 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 lui-même agit 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 présenté à la figure 1 :

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

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

La taille de la rainure guide la longueur d'onde. La longueur d'onde guide est la longueur d'onde à l'intérieur du guide. Elle est fonction de la largeur du guide (« a ») et de la longueur d'onde en espace libre. 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. L'état théorique de la ligne de transmission, la ligne d'impédance de court-circuit d'un quart de longueur d'onde transmise vers le bas, est un circuit ouvert. Par conséquent, la figure 2 se réduit à :

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

Si le paramètre « L » est une demi-longueur d'onde, l'impédance d'entrée ¼ ohmique est mesurée à une distance d'environ ½ ohms. Le paramètre « L » justifie la conception d'une longueur d'onde d'environ ½ ohms. Si l'antenne à fentes à guide d'ondes est conçue de cette manière, toutes les fentes peuvent être considérées comme parallèles. Par conséquent, l'admittance et l'impédance d'entrée d'un réseau à fentes à « N » éléments peuvent être rapidement calculées 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 valables qu'à une seule fréquence. À mesure que la fréquence augmente, la conception du guide d'ondes se dégrade, ce qui entraîne une dégradation des performances de l'antenne. À titre d'exemple des caractéristiques fréquentielles d'un guide d'ondes à fentes, les mesures d'un échantillon en fonction de la fréquence sont présentées en S11. Le guide d'ondes est conçu pour fonctionner à 10 GHz. Cette fréquence est transmise à l'alimentation coaxiale inférieure, comme illustré à la figure 4.

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

Le tracé du paramètre S résultant est présenté ci-dessous.

REMARQUE : L'antenne S11 présente une chute de fréquence très importante à environ 10 GHz. Cela indique que la majeure partie de la consommation d'énergie est rayonnée à cette fréquence. La bande passante de l'antenne (si S11 est inférieure à -6 dB) s'étend d'environ 9,7 GHz à 10,5 GHz, soit une bande passante fractionnaire de 8 %. Il existe également une résonance autour de 6,7 et 9,2 GHz. En dessous de 6,5 GHz, sous la fréquence de coupure du guide d'ondes, le rayonnement est quasi nul. Le graphique du paramètre S ci-dessus donne une bonne idée de la bande passante à laquelle les caractéristiques de fréquence du guide d'ondes à fentes sont similaires.

Le diagramme de rayonnement tridimensionnel d'un guide d'ondes à fentes est illustré ci-dessous (calculé à l'aide d'un logiciel électromagnétique numérique appelé 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 grande.