天線開關管

　　雷達發射脈衝功率與接收目標回波信號共用一副天線，用來完成收發轉換功能的器件，稱作天線開關。它由高頻饋線與開關管組成。天線開關管按其功能可分為發射機阻塞放電器與接收機保護放電器兩類；由於應用波段的不同，在結構上有內腔式和外腔式之分。

　　常用的天線開關有高品質因數諧振放電器、寬頻帶諧振放電器、無源天線開關、多次電子倍增限幅器等。

　　高品質因數諧振放電電器　圖1為高品質因數諧振放電器的示意圖。在密封圓柱形諧振腔內高頻電場集中的位置，放置一對空心電極，其中一個電極內插入塗有放射性元素的輔助電極。諧振腔的輸入、輸出端用密封窗與饋線耦合。管內充低壓強混合氣體，這種放電器可進行電容性調諧和電感性調諧。工作波長大於3厘米時，通常將放電管與諧振腔分為兩個部分，構成外腔式。工作波長較短時，將放電管與諧振腔合為一體，構成內腔式。

　　當接通輔助電極回路時，在輔助電極頂端形成輝光放電，為高頻電極空間提供初始電子，靠近輔助電極的阻流電阻阻止有害張弛振蕩產生，當諧振腔輸入幾十毫瓦以上高頻功率時，錐形電極間形成高頻放電，導致諧振腔失諧，使輸入端與輸出端之間產生幾十分貝的隔離。高頻脈沖一旦結束，在捕獲性氣體作用下迅速消電離，在微秒級的時間內，諧振腔恢復傳輸特性。

　　去除圖1放電器輸出端，便成為高品質因數阻塞放電器。它與高頻饋線串聯，用來阻止目標回波信號進入發射機。高品質因數諧振放電器工作頻帶窄，隻適用於固定頻率雷達。

　　寬頻帶諧振放電器　一種低品質因數波導濾波器型的諧振放電器，包括寬頻帶接收機保護放電器、寬頻帶前置保護放電器及寬頻帶阻塞放電器三種。

　　寬頻帶接收機保護放電器的結構如圖2。在矩形波導中放置兩對諧振間隙，第二間隙的電極為空心結構，一個電極內插入塗有放射性元素的輔助電極。在間隙的兩外側放置輸入、輸出密封諧振窗，間隙與諧振窗的距離約為四分之一波導波長。管內填充低壓強混合氣體。器件的等效電路和原理圖如圖3a、圖 b。由輔助電極尖端形成的輝光放電向第二諧振間隙提供初始電子。當輸入功率達到著火功率時，間隙產生高頻放電，第二諧振間隙失諧，反射高頻能量，此時第一間隙高頻電壓上升，形成高頻放電。按上述同樣過程，輸入窗附近形成高頻放電。高頻放電在幾十納秒時間內就能達到穩定，此時器件的漏過特性與輸入功率無關，維持一個常數值。輸入脈沖一旦結束，器件將在微秒量級時間內恢復傳輸特性。

　　寬頻帶前置保護放電器早期的結構為一段四分之一波導波長的波導，兩端用諧振窗密封。管內填充低壓強氣體和介質。為瞭提高器件的熱負荷能力，還可以采用強制冷卻方式。

　　折疊式前置保護放電器由腔體與放電管組成。石英放電管結構類似杜瓦瓶，夾層內填充陶瓷小球或石英砂等，並充有低壓強惰性氣體。放電管與腔體緊密配合，防止管外打火。高頻脈沖輸入時，夾層內形成高頻放電，腔體失諧，高頻能量被反射。熱負荷較大時，采取強制冷卻。高頻脈沖一旦結束，器件很快恢復傳輸特性。平均功率已達到幾十千瓦。

　　寬頻帶發射機阻塞放電器腔體由一段四分之一波導波長的波導段組成，一端用半可調的軟金屬片短路，另一端用諧振窗密封。管內填充石英絲等介質並充有混合氣體。高功率脈沖輸入時，沿輸入窗內側形成高頻放電，呈短路特性。低功率電平輸入時，輸入窗處呈開路特性。由上述兩隻腔體組合成復合型阻塞放電器，可改善頻帶寬度等特性，並能提高對發射機的隔離作用。寬頻帶諧振放電器工作頻帶寬度達10％，使雷達可以快速變頻或以掃頻方式工作。這類器件仍得到廣泛應用並不斷完善。

　　無源天線開關　用放射性同位素氚制備的靶源取代常規輔助電極構成無源保護放電器。其壽命可達幾千小時。由前置放電器、無源接收機保護放電器和變容二極管限幅級三者組成的無源接收機保護放電限幅器是一種理想器件。前置保護放電器采用折疊式結構，熱負荷能力較高，恢復時間較短。無源接收機保護放電器使高頻功率降低到末級變容管限幅器能承受的電平。限幅級使漏過功率進一步降低。但無源天線開關的總頻帶寬度尚不理想。

　　多次電子倍增限幅器　管體類似一段雙脊形波導，兩端用輸入窗和輸出窗密封，脊的表面塗有高二次發射系數冷陰極材料。由熱電子源向脊波導間隙處提供初始電子。電子受高頻電場作用而加速，撞擊陰極表面產生二次電子。當高頻能量大於該結構的閾值功率時，產生多次電子倍增效應，隻需幾個高頻周期，便達到平衡狀態。電子從高頻場獲得能量後，打在冷陰極表面上，其能量以熱能形式耗散掉，因此輸出端高頻功率遠小於輸入功率，並維持恒定量值，完成限幅作用。高頻場消失後，僅經5～10納秒，器件便可恢復傳輸特性。多次電子倍增限幅器用於多普勒體制雷達（見脈沖多普勒雷達）。