天线开关管

用作雷达设备中的天线转换开关的高速气体放电器件

天线开关管，亦称“收发管”，是一种用作雷达设备中的天线转换开关的高速气体放电器件。管内有两个相隔很近的锥形电极，当雷达发射机的大功率脉冲通过时，电极间立即产生气体放电而导电。当发射脉冲终止后，迅即恢复不导电状态。使用时装入谐振腔体中；也有把谐振腔和管子结合在一起的连腔式天线开关管。

简介

雷达发射脉冲功率与接收目标回波信号共用一副天线，用来完成收发转换功能的器件，称作天线开关。它由高频馈线与开关管组成。天线开关管按其功能可分为发射机阻塞放电器与接收机保护放电器两类；由于应用波段的不同，在结构上有内腔式和外腔式之分。

常用的天线开关有高品质因数谐振放电器、宽频带谐振放电器、无源天线开关、多次电子倍增限幅器等。

因数谐振放电器

在密封圆柱形谐振腔内高频电场集中的位置，放置一对空心电极，其中一个电极内插入涂有放射性元素的辅助电极。谐振腔的输入、输出端用密封窗与馈线耦合。管内充低压强混合气体，这种放电器可进行电容性调谐和电感性调谐。工作波长大于3厘米时,通常将放电管与谐振腔分为两个部分，构成外腔式。工作波长较短时，将放电管与谐振腔合为一体，构成内腔式。

当接通辅助电极回路时，在辅助电极顶端形成辉光放电，为高频电极空间提供初始电子，靠近辅助电极的阻流电阻阻止有害张弛振荡产生，当谐振腔输入几十毫瓦以上高频功率时，锥形电极间形成高频放电，导致谐振腔失谐，使输入端与输出端之间产生几十分贝的隔离。高频脉冲一旦结束，在捕获性气体作用下迅速消电离，在微秒级的时间内，谐振腔恢复传输特性。

去除图1放电器输出端,便成为高品质因数阻塞放电器。它与高频馈线串联，用来阻止目标回波信号进入发射机。高品质因数谐振放电器工作频带窄，只适用于固定频率雷达。

宽频带放电器

一种低品质因数波导滤波器型的谐振放电器，包括宽频带接收机保护放电器、宽频带前置保护放电器及宽频带阻塞放电器三种。

宽频带接收机保护放电器的结构如图2。在矩形波导中放置两对谐振间隙，第二间隙的电极为空心结构，一个电极内插入涂有放射性元素的辅助电极。在间隙的两外侧放置输入、输出密封谐振窗，间隙与谐振窗的距离约为四分之一波导波长。管内填充低压强混合气体。器件的等效电路和原理图如图3a、图 b。由辅助电极尖端形成的辉光放电向第二谐振间隙提供初始电子。当输入功率达到着火功率时，间隙产生高频放电,第二谐振间隙失谐，反射高频能量,此时第一间隙高频电压上升，形成高频放电。按上述同样过程，输入窗附近形成高频放电。高频放电在几十纳秒时间内就能达到稳定，此时器件的漏过特性与输入功率无关，维持一个常数值。输入脉冲一旦结束，器件将在微秒量级时间内恢复传输特性。

宽频带前置保护放电器早期的结构为一段四分之一波导波长的波导，两端用谐振窗密封。管内填充低压强气体和介质。为了提高器件的热负荷能力，还可以采用强制冷却方式。

折叠式前置保护放电器由腔体与放电管组成。石英放电管结构类似杜瓦瓶，夹层内填充陶瓷小球或石英砂等,并充有低压强惰性气体。放电管与腔体紧密配合,防止管外打火。高频脉冲输入时,夹层内形成高频放电,腔体失谐，高频能量被反射。热负荷较大时，采取强制冷却。高频脉冲一旦结束，器件很快恢复传输特性。平均功率已达到几十千瓦。

宽频带发射机阻塞放电器腔体由一段四分之一波导波长的波导段组成，一端用半可调的软金属片短路，另一端用谐振窗密封。管内填充石英丝等介质并充有混合气体。高功率脉冲输入时，沿输入窗内侧形成高频放电，呈短路特性。低功率电平输入时，输入窗处呈开路特性。由上述两只腔体组合成复合型阻塞放电器，可改善频带宽度等特性，并能提高对发射机的隔离作用。宽频带谐振放电器工作频带宽度达10%，使雷达可以快速变频或以扫频方式工作。这类器件仍得到广泛应用并不断完善。

无源天线开关

用放射性同位素氚制备的靶源取代常规辅助电极构成无源保护放电器。其寿命可达几千小时。由前置放电器、无源接收机保护放电器和变容二极管限幅级三者组成的无源接收机保护放电限幅器是一种理想器件。前置保护放电器采用折叠式结构，热负荷能力较高，恢复时间较短。无源接收机保护放电器使高频功率降低到末级变容管限幅器能承受的电平。限幅级使漏过功率进一步降低。但无源天线开关的总频带宽度尚不理想。

限幅器简介

管体类似一段双脊形波导，两端用输入窗和输出窗密封，脊的表面涂有高二次发射系数冷阴极材料。由热电子源向脊波导间隙处提供初始电子。电子受高频电场作用而加速，撞击阴极表面产生二次电子。当高频能量大于该结构的阈值功率时，产生多次电子倍增效应，只需几个高频周期，便达到平衡状态。电子从高频场获得能量后，打在冷阴极表面上，其能量以热能形式耗散掉，因此输出端高频功率远小于输入功率，并维持恒定量值，完成限幅作用。高频场消失后，仅经5～10纳秒,器件便可恢复传输特性。多次电子倍增限幅器用于多普勒体制雷达（见脉冲多普勒雷达）。

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