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，但在很長時間內(nèi)都沒有很清晰的闡釋，不過大多數(shù)研究都認(rèn)為與電子束的脈動起伏有關(guān)。離子噪聲的重要特點是頻率很低，一般在幾兆赫茲，有時可達(dá)到低聲頻以至超低聲，這樣低的頻率是無法由微波諧振電路產(chǎn)生的，也遠(yuǎn)低于管子內(nèi)的任何等離子體振蕩頻率，近似于張馳振蕩。

具體的物理過程大致如下：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，由于空間電荷效應(yīng)，在軸線產(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(dāng)填充到一定程度，電子束聚焦?fàn)顩r會發(fā)生變化，勢阱向陰極移動，離子隨之被釋放，打在陰極上，這一過程周期性地反復(fù)進(jìn)行。在離子被俘獲、逃逸、再俘獲的過程中，沿軸線靜電勢阱要相應(yīng)發(fā)生變化，使電子束的軸向速度改變，再與高頻場相互作用，形成輸出信號的噪聲。

速調(diào)管與行波管作為大功率微波真空器件，廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、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，會產(chǎn)生正離子，其空間電荷效應(yīng)會改變電子束的狀態(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，這種擾動被稱為離子噪聲，有時也稱為相位噪聲[1]。
隨著通信技術(shù)與探測技術(shù)的進(jìn)步，對信號源穩(wěn)定性的要求也相應(yīng)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。許多文獻(xiàn)對由離子張馳振蕩引發(fā)的相位噪聲做了詳細(xì)的研究[1～4]，但大多數(shù)的研究集中于離子噪聲的物理機理，特別是離子的產(chǎn)生、運動及其對電子束的影響。而對波本身特別是低頻噪聲調(diào)制到高頻信號的過程的研究還遠(yuǎn)不完善。本文基于小信號近似，從波動理論與運動學(xué)理論出發(fā)，分別研究了離子振蕩對行波管與速調(diào)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。