Abbildung 1 zeigt ein typisches Schlitzwellenleiterdiagramm. Es besteht aus einer langen und schmalen Wellenleiterstruktur mit einem Schlitz in der Mitte. Dieser Schlitz kann zur Übertragung elektromagnetischer Wellen verwendet werden.

Abbildung 1. Geometrie der gängigsten Schlitzwellenleiterantennen.

Die Frontantenne (Y = 0, offene Fläche in der xz-Ebene) wird gespeist. Das entfernte Ende ist üblicherweise ein Kurzschluss (Metallgehäuse). Der Wellenleiter kann durch einen kurzen Dipol (auf der Rückseite der Hohlraumschlitzantenne sichtbar) auf der Seite oder durch einen weiteren Wellenleiter angeregt werden.

Um mit der Analyse der Antenne in Abbildung 1 zu beginnen, betrachten wir zunächst das Schaltungsmodell. Der Wellenleiter selbst fungiert als Übertragungsleitung, und die Schlitze im Wellenleiter können als parallele Admittanzen betrachtet werden. Der Wellenleiter ist kurzgeschlossen, daher ist das ungefähre Schaltungsmodell in Abbildung 1 dargestellt:

Abbildung 2. Schaltungsmodell einer Schlitzwellenleiterantenne.

Der letzte Schlitz weist einen Abstand „d“ zum Ende auf (das kurzgeschlossen ist, wie in Abbildung 2 gezeigt), und die Schlitzelemente weisen einen Abstand „L“ voneinander auf.

Die Größe der Rille gibt einen Anhaltspunkt für die Wellenlänge. Die Wellenlänge des Wellenleiters ist die Wellenlänge innerhalb des Wellenleiters. Die Wellenlänge des Wellenleiters ( ) ist eine Funktion der Breite des Wellenleiters („a“) und der Wellenlänge im freien Raum. Für den dominanten TE01-Modus betragen die Wellenlängen des Wellenleiters:

Der Abstand zwischen dem letzten Schlitz und dem Ende „d“ wird oft als Viertelwellenlänge gewählt. Der theoretische Zustand der Übertragungsleitung, die Viertelwellenlängen-Kurzschlussimpedanzleitung, die nach unten übertragen wird, ist ein offener Stromkreis. Daher reduziert sich Abbildung 2 auf:

Bild 3. Schlitzwellenleiter-Schaltungsmodell mit Viertelwellenlängentransformation.

Wenn der Parameter „L“ als halbe Wellenlänge gewählt wird, wird die Eingangsimpedanz ¾ Ohm bei einem Abstand von einer halben Wellenlänge von z Ohm betrachtet. Das „L“ ist ein Grund dafür, dass die Auslegung etwa eine halbe Wellenlänge beträgt. Bei dieser Auslegung der Hohlleiter-Schlitzantenne können alle Schlitze als parallel betrachtet werden. Daher lassen sich Eingangsadmittanz und Eingangsimpedanz eines Schlitzarrays mit N-Elementen schnell wie folgt berechnen:

Die Eingangsimpedanz des Wellenleiters ist eine Funktion der Schlitzimpedanz.

Bitte beachten Sie, dass die oben genannten Designparameter nur für eine einzige Frequenz gültig sind. Bei Frequenzerhöhungen, die das Wellenleiterdesign beeinträchtigen, verschlechtert sich die Leistung der Antenne. Als Beispiel für die Frequenzcharakteristik eines Schlitzwellenleiters werden in S11 Messungen einer Probe in Abhängigkeit von der Frequenz gezeigt. Der Wellenleiter ist für einen Betrieb bei 10 GHz ausgelegt. Die Einspeisung erfolgt in die Koaxialleitung unten, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Die Schlitzwellenleiterantenne wird über eine Koaxialleitung gespeist.

Das resultierende S-Parameter-Diagramm wird unten angezeigt.

HINWEIS: Die Antenne weist bei S11 einen sehr starken Abfall bei etwa 10 GHz auf. Dies zeigt, dass der Großteil der Leistungsaufnahme bei dieser Frequenz abgestrahlt wird. Die Antennenbandbreite (bei einer Definition von S11 kleiner als -6 dB) reicht von etwa 9,7 GHz bis 10,5 GHz, was einer Teilbandbreite von 8 % entspricht. Beachten Sie, dass es auch bei etwa 6,7 und 9,2 GHz eine Resonanz gibt. Unterhalb von 6,5 GHz, also unterhalb der Grenzfrequenz des Hohlleiters, wird nahezu keine Energie abgestrahlt. Das oben gezeigte S-Parameter-Diagramm gibt einen guten Eindruck davon, welcher Bandbreite die Frequenzcharakteristik des Schlitzhohlleiters ähnelt.

Das dreidimensionale Strahlungsdiagramm eines Schlitzhohlleiters ist unten dargestellt (berechnet mit dem numerischen elektromagnetischen Paket FEKO). Der Gewinn dieser Antenne beträgt ca. 17 dB.

Beachten Sie, dass die Strahlbreite in der XZ-Ebene (H-Ebene) sehr schmal ist (2–5 Grad). In der YZ-Ebene (oder E-Ebene) ist die Strahlbreite viel größer.