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在以矩形波导为传输介质的通信雷达信息系统中,特别是接收机系统,极易受到与其工作频率相同的高功率微波的干扰或者损坏。首当其冲的是,接收机内部最前端的敏感电子设备。而高功率微波具有上升时间快,峰值场强高的特性,传统的防护设备因存在致命缺点而无法起到作用。因此,本文基于等离子体的特性,结合矩形波导的传输介质,研究设计具有响应时间快、功率容限高的波导等离子体限幅器,为工程实现提供可行性的参考。 1、高功率微波通过“前门”进入雷达接收机系统的传输链路,分析中认为前端低噪放或者混频器属于高功率微波的敏感电路,而其敏感的根源是构成低噪放或者混频器的非线性半导体器件。从电子器件和电子系统两个角度分析了高功率微波对目标对象的攻击效应和机理。 2、深入分析了微波放电等离子体对电磁波的反射、衰减特性,分析认为等离子体频率和电子碰撞频率共同决定了透射波能量的大小。在考虑电子碰撞的条件下,当入射波频率与碰撞频率相同的状态下衰减量达到最好,且碰撞频率趋于极限情况下其衰减值逐渐趋于零。在不考虑电子碰撞的条件下,当入射波频率小于等离子体频率时,透射与入射功率之比接近于零,入射波功率被完全反射,此特性对于防护高功率微波至关重要。 3、在波导等离子体限幅器的设计中,推导了惰性气体分别在低气压和高气压状态下击穿场强和等离子体形成时间的公式。以X波段波导为例,通过matlab仿真分析了各参数对击穿场强和等离子体形成时间的影响,分析结果认为填充低气压惰性气体Xe的限幅器的击穿场强最低和等离子体形成时间最短。另外,根据仿真结果表明等离子体形成时间为μs量级,降低响应时间到高功率微波上升时间ns量级是该设计的关键,因此提出了通过放电电极增强局部场强和引燃极或涂敷放射性元素等方法来增加初始电子密度以降低响应时间。仿真结果表明:填充气压为1torr的Xe气限幅器在一定的条件下其响应时间可降至数十纳秒,甚至更低,达到防护高功率微波的要求。 4、在波导等离子体限幅器的实现中,提出了采用两个密封低气压惰性气体的谐振窗和两个增强局部场强的谐振隙结构。在低功率电平的情况下限幅器具有带通滤波器的特点。基于X波段矩形波导,仿真实现中心频率为10GHz的限幅器模型,并仿真得到限幅器在9.4~10.3GHz频段内S21≈0dB, S11≤-25dB,VSWR≤1.4VSWR。此外,放电电极间隙处的电场强度最大且达到百千伏每米量级,通带内高功率微波频率信号输入的情况下利于气体击穿电离形成等离子体,发挥在带内限幅而起到防护接收机敏感电路的作用。 本文提出了限幅器的密封结构和降低其响应时间的办法,为工程实现提供可行性建议。