相位噪聲的起源

相位噪聲的起源

微波管的相位噪聲在其誕生之初就為人們所注意，但在很長(cháng)時(shí)間內都沒(méi)有很清晰的闡釋?zhuān)贿^(guò)大多數研究都認為與電子束的脈動(dòng)起伏有關(guān)。離子噪聲的重要特點(diǎn)是頻率很低，一般在幾兆赫茲，有時(shí)可達到低聲頻以至超低聲，這樣低的頻率是無(wú)法由微波諧振電路產(chǎn)生的，也遠低于管子內的任何等離子體振蕩頻率，近似于張馳振蕩。

具體的物理過(guò)程大致如下：電子束由于非平衡的布里淵聚焦而產(chǎn)生了沿軸向的脈動(dòng)，由于空間電荷效應，在軸線(xiàn)產(chǎn)生了靜電勢阱。由電子束碰撞產(chǎn)生的正離子被俘獲在勢阱中，當填充到一定程度，電子束聚焦狀況會(huì )發(fā)生變化，勢阱向陰極移動(dòng)，離子隨之被釋放，打在陰極上，這一過(guò)程周期性地反復進(jìn)行。在離子被俘獲、逃逸、再俘獲的過(guò)程中，沿軸線(xiàn)靜電勢阱要相應發(fā)生變化，使電子束的軸向速度改變，再與高頻場(chǎng)相互作用，形成輸出信號的噪聲。

速調管與行波管作為大功率微波真空器件，廣泛應用于通信、雷達、電子對抗、遙感等領(lǐng)域。但是和所有真空器件一樣，管子不可能處于絕對的真空中，總是帶有少量的殘余氣體。電子束碰撞電離這些背景氣體，會(huì )產(chǎn)生正離子，其空間電荷效應會(huì )改變電子束的狀態(tài)，進(jìn)而影響到電子束與波的互作用，使信號產(chǎn)生振幅與相位(特別是相位)的周期性擾動(dòng)，這種擾動(dòng)被稱(chēng)為離子噪聲，有時(shí)也稱(chēng)為相位噪聲[1]。
隨著(zhù)通信技術(shù)與探測技術(shù)的進(jìn)步，對信號源穩定性的要求也相應提高,微波管的相位噪聲研究已成為高功率微波領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。許多文獻對由離子張馳振蕩引發(fā)的相位噪聲做了詳細的研究[1～4]，但大多數的研究集中于離子噪聲的物理機理，特別是離子的產(chǎn)生、運動(dòng)及其對電子束的影響。而對波本身特別是低頻噪聲調制到高頻信號的過(guò)程的研究還遠不完善。本文基于小信號近似，從波動(dòng)理論與運動(dòng)學(xué)理論出發(fā)，分別研究了離子振蕩對行波管與速調管的輸出信號的影響，并分析了輸出信號的頻譜特性與相位特性。