随着高功率微波技术的发展以及电子设备的小型化、集成化,以矩形波导为传输线的单口面雷达系统在高功率微波环境下的“前门”耦合问题日渐突出。针对雷达系统的“前门”防护问题,本文基于等离子体对电磁波的反射和吸收特性,研究设计了具有短响应时间、短恢复时间和高隔离度的波导等离子体限幅器。针对波导等离子体限幅器防护能力不足问题,结合能量选择表面设计了波导能选型限幅器,用于接收链路的二级防护。为兼顾发射链路的防护,设计了高隔离的铁氧体环行器,有效解决了雷达系统的“前门”防护问题。本文的具体工作如下:第一部分研究了微波在等离子体中传播特性并分析了惰性气体在低气压和高气压下的临界击穿场强公式,分析认为氩气更适合作为防护高功率微波的气体。将等离子体近似为流体,利用COMSOL软件模拟了氩气等离子体在BJ100波导中的形成过程后,分析认为纯波导结构中氩气等离子体形成时间太长,必须采用谐振结构减小等离子体的形成时间。提出必须将临界击穿场强和响应时间等因素作为设计中的约束条件,对波导等离子体限幅器的结构和填充气体的气压进行优化设计。第二部分以BJ100波导为例,利用CST软件设计了谐振窗和谐振隙结构,在保证插入损耗较小的基础上,分别达到密封气体和增大局部场强的目的。从气体的电离和消电离角度推导了响应时间和恢复时间的计算公式,再基于等离子体对电磁波的反射和吸收特性推导了隔离度的计算公式。基于波导等离子体限幅器的结构,利用COMSOL软件计算了响应时间和隔离度,分析认为,氩气电离的“最佳气压”为8torr,在1k W的入射功率下,响应时间约为10ns,隔离度可达50d B。第三部分结合工程实际,认为氧化铝陶瓷适合做介质窗的材料,可以获得更大的功率容量,填充气体略高于“最佳气压”可以延长波导等离子体限幅器的寿命。利用微波电子管的测试方法对波导等离子体限幅器进行测试,在1k W的入射功率下,其响应约为12ns,隔离度可达40d B,与仿真结果基本吻合。第四部分基于双层带阻型能量选择表面的设计方法,结合波导结构设计了X波段的波导能选型限幅器,在10W的入射功率下就能开始限幅,入射功率为200W时隔离度可达18d B,响应时间在ps量级。在与波导等离子体限幅器级联后,防护能力远大于单级限幅器,使接收链路的不会被高功率微波损伤。针对发射链路的防护,本文设计了隔离度可达45d B的铁氧体环行器,使高功率微波不会对发射链路产生干扰,最终完成雷达系统的“前门”防护,使其可以工作在更为复杂的电磁环境中。