ภาพที่ 1 แสดงไดอะแกรมของท่อนำคลื่นแบบมีช่องทั่วไป ซึ่งมีโครงสร้างท่อนำคลื่นที่ยาวและแคบ โดยมีช่องอยู่ตรงกลาง ช่องนี้สามารถใช้ในการส่งผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้

รูปที่ 1. รูปทรงเรขาคณิตของเสาอากาศแบบท่อนำคลื่นแบบมีช่องที่พบได้บ่อยที่สุด

เสาอากาศด้านหน้า (Y = 0 หน้าเปิดในระนาบ xz) จะถูกป้อนสัญญาณ ส่วนปลายอีกด้านมักจะเป็นวงจรลัด (กล่องโลหะ) ท่อนำคลื่นอาจถูกกระตุ้นด้วยไดโพลสั้น (ที่เห็นอยู่ด้านหลังของเสาอากาศแบบช่องในโพรง) บนหน้ากระดาษ หรือด้วยท่อนำคลื่นอีกอันหนึ่ง

เพื่อเริ่มต้นการวิเคราะห์เสาอากาศในรูปที่ 1 เรามาดูแบบจำลองวงจรกันก่อน ตัวนำคลื่นทำหน้าที่เป็นสายส่ง และช่องว่างในตัวนำคลื่นสามารถมองได้ว่าเป็นค่าการนำไฟฟ้าแบบขนาน (parallel) ตัวนำคลื่นถูกลัดวงจร ดังนั้นแบบจำลองวงจรโดยประมาณจึงแสดงดังรูปที่ 1:

รูปที่ 2 แบบจำลองวงจรของเสาอากาศแบบท่อนำคลื่นแบบมีช่อง

ช่องสุดท้ายอยู่ห่างจากปลายสุดเป็นระยะ "d" (ซึ่งลัดวงจร ดังแสดงในรูปที่ 2) และองค์ประกอบของช่องแต่ละช่องเว้นระยะห่างกันเป็นระยะ "L"

ขนาดของร่องจะเป็นตัวกำหนดความยาวคลื่น ความยาวคลื่นนำทางคือความยาวคลื่นภายในท่อนำคลื่น ความยาวคลื่นนำทาง ( ) เป็นฟังก์ชันของความกว้างของท่อนำคลื่น ("a") และความยาวคลื่นในพื้นที่ว่าง สำหรับโหมด TE01 ที่เด่น ความยาวคลื่นนำทางมีดังนี้:

ระยะห่างระหว่างช่องสุดท้ายกับปลาย "d" มักถูกเลือกให้เป็นหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น ในสภาวะทางทฤษฎีของสายส่ง ความต้านทานลัดวงจรหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นที่ส่งลงมาจะเป็นวงจรเปิด ดังนั้น รูปที่ 2 จึงลดรูปเหลือดังนี้:

ภาพที่ 3 แบบจำลองวงจรท่อนำคลื่นแบบมีช่องโดยใช้การแปลงความยาวคลื่นหนึ่งในสี่

ถ้าเลือกค่าพารามิเตอร์ "L" ให้เป็นครึ่งความยาวคลื่น ความต้านทานโอห์มขาเข้า ž จะถูกพิจารณาที่ระยะครึ่งความยาวคลื่น z โอห์ม ค่า "L" เป็นเหตุผลที่ทำให้การออกแบบมีความยาวประมาณครึ่งความยาวคลื่น หากเสาอากาศแบบช่องนำคลื่นถูกออกแบบในลักษณะนี้ ช่องทั้งหมดสามารถถือว่าขนานกันได้ ดังนั้น ค่าแอดมิตแตนซ์ขาเข้าและความต้านทานขาเข้าของอาร์เรย์แบบช่องที่มีองค์ประกอบ "N" สามารถคำนวณได้อย่างรวดเร็วดังนี้:

อิมพีแดนซ์ขาเข้าของท่อนำคลื่นเป็นฟังก์ชันของอิมพีแดนซ์ของช่อง

โปรดทราบว่าพารามิเตอร์การออกแบบข้างต้นใช้ได้เฉพาะที่ความถี่เดียวเท่านั้น เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นจากจุดนั้น การออกแบบท่อนำคลื่นจะทำงานได้ แต่ประสิทธิภาพของเสาอากาศจะลดลง ตัวอย่างเช่น การวัดค่าตัวอย่างตามความถี่จะแสดงใน S11 ท่อนำคลื่นได้รับการออกแบบให้ทำงานที่ 10 GHz โดยป้อนสัญญาณไปยังตัวป้อนโคแอกเซียลที่ด้านล่าง ดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4. เสาอากาศแบบท่อนำคลื่นแบบมีช่องรับสัญญาณโดยใช้สายป้อนสัญญาณแบบโคแอกเซียล

กราฟแสดงค่าพารามิเตอร์ S ที่ได้แสดงอยู่ด้านล่าง

หมายเหตุ: เสาอากาศมีค่า S11 ลดลงอย่างมากที่ประมาณ 10 GHz ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพลังงานส่วนใหญ่ถูกแผ่รังสีที่ความถี่นี้ แบนด์วิดท์ของเสาอากาศ (ถ้ากำหนดให้ S11 น้อยกว่า -6 dB) อยู่ในช่วงประมาณ 9.7 GHz ถึง 10.5 GHz ทำให้ได้แบนด์วิดท์แบบเศษส่วน 8% โปรดทราบว่ายังมีเรโซแนนซ์อยู่รอบๆ 6.7 และ 9.2 GHz ด้วย ที่ความถี่ต่ำกว่า 6.5 GHz ซึ่งต่ำกว่าความถี่ตัดของท่อนำคลื่น แทบจะไม่มีพลังงานถูกแผ่รังสีเลย กราฟพารามิเตอร์ S ที่แสดงด้านบนจะช่วยให้เข้าใจได้ดีว่าลักษณะความถี่ของท่อนำคลื่นแบบมีช่องนั้นมีแบนด์วิดท์ใกล้เคียงกับความถี่ใดบ้าง

ภาพด้านล่างแสดงรูปแบบการแผ่รังสีสามมิติของท่อนำคลื่นแบบมีช่อง (คำนวณโดยใช้โปรแกรมจำลองทางแม่เหล็กไฟฟ้าชื่อ FEKO) อัตราขยายของเสาอากาศนี้อยู่ที่ประมาณ 17 dB