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，但在很長時間內都沒有很清晰的闡釋，不過大多數研究都認為與電子束的脈動起伏有關。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。

具體的物理過程大致如下：電子束由于非平衡的布里淵聚焦而產生了沿軸向的脈動，由于空間電荷效應，在軸線產生了靜電勢阱。由電子束碰撞產生的正離子被俘獲在勢阱中，當填充到一定程度，電子束聚焦狀況會發生變化，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進行。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發生變化，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，會產生正離子，其空間電荷效應會改變電子束的狀態，進而影響到電子束與波的互作用，使信號產生振幅與相位(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]。
隨著通信技術與探測技術的進步，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域的研究熱點。許多文獻對由離子張馳振蕩引發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制到高頻信號的過程的研究還遠不完善。本文基于小信號近似，從波動理論與運動學理論出發，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。