รูปที่ 1 แสดงแผนภาพท่อนำคลื่นแบบมีร่องทั่วไป ซึ่งมีโครงสร้างท่อนำคลื่นยาวและแคบ มีช่องตรงกลาง ช่องนี้ใช้สำหรับส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

รูปที่ 1 รูปทรงเรขาคณิตของเสาอากาศท่อนำคลื่นแบบมีร่องที่พบมากที่สุด

เสาอากาศส่วนหน้า (Y = 0 ที่มีหน้าเปิดในระนาบ xz) จะถูกป้อนสัญญาณ ปลายด้านไกลมักจะเป็นไฟฟ้าลัดวงจร (กล่องหุ้มโลหะ) ท่อนำคลื่นอาจถูกกระตุ้นโดยไดโพลสั้น (ดูได้ที่ด้านหลังของเสาอากาศช่องโพรง) บนหน้า หรือโดยท่อนำคลื่นอื่น

เพื่อเริ่มต้นการวิเคราะห์เสาอากาศในรูปที่ 1 มาดูแบบจำลองวงจรกัน ตัวท่อนำคลื่นเองทำหน้าที่เป็นสายส่ง และช่องในท่อนำคลื่นสามารถมองได้ว่าเป็นช่องรับคลื่นแบบขนาน (parallel) ท่อนำคลื่นถูกลัดวงจร ดังนั้นแบบจำลองวงจรโดยประมาณจึงแสดงในรูปที่ 1:

รูปที่ 2 แบบจำลองวงจรของเสาอากาศท่อนำคลื่นแบบมีร่อง

ช่องสุดท้ายมีระยะห่าง "d" จนถึงปลาย (ซึ่งเกิดไฟฟ้าลัดวงจรตามที่แสดงในรูปที่ 2) และองค์ประกอบช่องจะมีระยะห่างจากกันเป็น "L"

ขนาดของร่องจะเป็นตัวนำความยาวคลื่น ความยาวคลื่นตัวนำคือความยาวคลื่นภายในท่อนำคลื่น ความยาวคลื่นตัวนำ ( ) เป็นฟังก์ชันของความกว้างของท่อนำคลื่น ("a") และความยาวคลื่นในปริภูมิว่าง สำหรับโหมด TE01 หลัก ความยาวคลื่นตัวนำคือ:

ระยะห่างระหว่างช่องสุดท้ายและปลาย "d" มักถูกเลือกให้มีความยาวคลื่นหนึ่งในสี่ ในทางทฤษฎีของสายส่ง สายส่งอิมพีแดนซ์ลัดวงจรความยาวหนึ่งในสี่ที่ส่งลงมาเป็นวงจรเปิด ดังนั้น รูปที่ 2 จึงลดลงเหลือ:

ภาพที่ 3 แบบจำลองวงจรท่อนำคลื่นแบบมีช่องโดยใช้การแปลงความยาวคลื่นหนึ่งในสี่

หากเลือกพารามิเตอร์ "L" เป็นครึ่งความยาวคลื่น ค่าอิมพีแดนซ์โอห์มมิกอินพุต ž จะถูกพิจารณาที่ระยะห่างครึ่งความยาวคลื่น z โอห์ม ค่า "L" เป็นเหตุผลที่การออกแบบให้มีความยาวคลื่นประมาณครึ่งหนึ่ง หากเสาอากาศช่องนำคลื่นได้รับการออกแบบในลักษณะนี้ ช่องทั้งหมดจะถือว่าขนานกัน ดังนั้น ค่าแอดมิทแทนซ์อินพุตและอิมพีแดนซ์อินพุตของอาร์เรย์แบบช่องนำคลื่น "N" จึงสามารถคำนวณได้อย่างรวดเร็วดังนี้:

อิมพีแดนซ์อินพุตของท่อนำคลื่นเป็นฟังก์ชันของอิมพีแดนซ์ช่อง

โปรดทราบว่าพารามิเตอร์การออกแบบข้างต้นใช้ได้เฉพาะที่ความถี่เดียวเท่านั้น เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นจากจุดนั้น การออกแบบท่อนำคลื่นจะทำงาน ประสิทธิภาพของเสาอากาศจะลดลง ตัวอย่างของการคิดเกี่ยวกับลักษณะความถี่ของท่อนำคลื่นแบบมีร่อง จะแสดงการวัดตัวอย่างเป็นฟังก์ชันของความถี่ใน S11 ท่อนำคลื่นได้รับการออกแบบให้ทำงานที่ความถี่ 10 GHz โดยป้อนสัญญาณนี้ไปยังสายโคแอกเซียลที่ด้านล่าง ดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 เสาอากาศท่อนำคลื่นแบบมีร่องได้รับการป้อนสัญญาณโดยสายโคแอกเซียล

กราฟพารามิเตอร์ S ที่ได้จะแสดงด้านล่างนี้

หมายเหตุ: เสาอากาศ S11 มีค่าลดลงอย่างมากที่ความถี่ประมาณ 10 GHz ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการใช้พลังงานส่วนใหญ่แผ่ออกมาที่ความถี่นี้ แบนด์วิดท์ของเสาอากาศ (หากกำหนดเป็น S11 น้อยกว่า -6 dB) จะอยู่ระหว่างประมาณ 9.7 GHz ถึง 10.5 GHz ทำให้มีแบนด์วิดท์แบบเศษส่วนที่ 8% โปรดทราบว่ายังมีการสั่นพ้องที่ความถี่ประมาณ 6.7 และ 9.2 GHz ต่ำกว่า 6.5 GHz ต่ำกว่าความถี่ท่อนำคลื่นตัด และแทบจะไม่มีการแผ่พลังงานออกมา กราฟพารามิเตอร์ S ที่แสดงด้านบนแสดงให้เห็นภาพที่ดีว่าลักษณะความถี่ท่อนำคลื่นแบบมีช่องว่างแบนด์วิดท์มีความคล้ายคลึงกับอะไร

รูปแบบการแผ่รังสีสามมิติของท่อนำคลื่นแบบมีร่องแสดงไว้ด้านล่าง (คำนวณโดยใช้แพ็คเกจแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงตัวเลขที่เรียกว่า FEKO) อัตราขยายของเสาอากาศนี้คือประมาณ 17 เดซิเบล