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

Abbildung 1. Geometrie der gebräuchlichsten Schlitzwellenleiterantennen.

Die Antenne am vorderen Ende (Y = 0, offene Fläche in der xz-Ebene) wird gespeist. Das hintere Ende ist üblicherweise ein Kurzschluss (metallisches Gehäuse). Der Hohlleiter kann durch einen kurzen Dipol (auf der Rückseite der Hohlraumschlitzantenne abgebildet) oder durch einen weiteren Hohlleiter angeregt werden.

Um die Antenne aus Abbildung 1 zu analysieren, betrachten wir zunächst das Schaltkreismodell. Der Wellenleiter selbst fungiert als Übertragungsleitung, und die Schlitze im Wellenleiter können als parallele Admittanzen betrachtet werden. Der Wellenleiter ist kurzgeschlossen, daher ist das approximative Schaltkreismodell in Abbildung 1 dargestellt:

Abbildung 2. Schaltplan einer Schlitzwellenleiterantenne.

Der letzte Schlitz befindet sich im Abstand „d“ vom Ende (das, wie in Abbildung 2 dargestellt, kurzgeschlossen ist), und die Schlitzelemente sind im Abstand „L“ voneinander angeordnet.

Die Größe der Nut gibt die Wellenlänge vor. Die Wellenlänge im Wellenleiter ist die Wellenlänge innerhalb des Wellenleiters. Die Wellenlänge im Wellenleiter ( ) ist eine Funktion der Breite des Wellenleiters („a“) und der Freiraumwellenlänge. Für den dominanten TE01-Modus ergeben sich folgende Wellenlängen:

Der Abstand zwischen dem letzten Schlitz und dem Ende „d“ wird häufig auf eine Viertelwellenlänge festgelegt. Der theoretische Zustand der Übertragungsleitung, die nach unten übertragene Viertelwellen-Kurzschlussimpedanzleitung, ist ein offener Stromkreis. Daher vereinfacht sich Abbildung 2 zu:

Abbildung 3. Schlitzwellenleiter-Schaltkreismodell unter Verwendung der Viertelwellenlängentransformation.

Wird der Parameter „L“ auf eine halbe Wellenlänge festgelegt, so beträgt die Eingangsimpedanz z Ohm im Abstand einer halben Wellenlänge. Der Wert „L“ ist der Grund dafür, dass die Antenne etwa eine halbe Wellenlänge misst. Bei einer so ausgelegten Hohlleiter-Schlitzantenne können alle Schlitze als parallel betrachtet werden. Daher lassen sich die Eingangsadmittanz und die Eingangsimpedanz einer Schlitzantenne 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 bestimmte Frequenz gelten. Bei höheren Frequenzen verschlechtert sich die Antennenleistung. Um die Frequenzcharakteristik eines Schlitzwellenleiters zu veranschaulichen, werden in Abbildung S11 Messungen an einem Muster in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. Der Wellenleiter ist für den Betrieb bei 10 GHz ausgelegt. Die Koaxialzufuhr erfolgt an der Unterseite (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4. Die Schlitzwellenleiterantenne wird über eine Koaxialleitung gespeist.

Das resultierende S-Parameter-Diagramm ist unten dargestellt.

HINWEIS: Die Antenne weist bei etwa 10 GHz einen sehr starken Abfall des S11-Parameters auf. Dies zeigt, dass der größte Teil der Leistungsaufnahme bei dieser Frequenz abgestrahlt wird. Die Bandbreite der Antenne (definiert als S11 < -6 dB) erstreckt sich von etwa 9,7 GHz bis 10,5 GHz, was einer relativen Bandbreite von 8 % entspricht. Es ist außerdem zu beachten, dass Resonanzen um 6,7 und 9,2 GHz auftreten. Unterhalb von 6,5 GHz, also unterhalb der Grenzfrequenz des Hohlleiters, wird nahezu keine Energie abgestrahlt. Die oben dargestellte S-Parameter-Kurve veranschaulicht die Bandbreite und Frequenzcharakteristik ähnlich derjenigen von Schlitzhohlleitern.

Das dreidimensionale Strahlungsdiagramm eines Schlitzwellenleiters ist unten dargestellt (es wurde mit dem numerischen elektromagnetischen Simulationsprogramm FEKO berechnet). Der Antennengewinn beträgt etwa 17 dB.

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