[发明专利]一种多载波微放电效应频谱特征解析方法

说明书

本发明公开了一种多载波微放电噪声效应的频谱特征解析方法，首先通过施加多载波激励电场信号到两平行导体面形成的缝隙两侧，模拟多载波微放电效应；其次，将微放电效应稳态过程所形成的谐振电子云视为电子密度很高的电子薄层，利用其来表征谐振电子云所有的物理特性，确定其运动速度和形成的电流大小；然后对运动速度进行傅里叶级数展开，确定多载波微放电效应的频谱特征解析式，进而得到多载波微放电产生的电子噪声频率成分。这样得到了激励源频率、谐振腔(缝隙)宽度、激励电压等关键影响因子对微放电效应的作用情况，实现二者数值关系的定量描述，同时推导出多载波微放电效应所产生的电子噪声具体频谱成分，使得从本质上抑制其电子噪声干扰成为可能。

技术领域

本发明属于电子噪声测量技术领域，特别是多载波微放电效应产生的电子噪声抑制技术方面，更为具体地讲，涉及一种多载波微放电噪声效应的频谱特征解析方法。

背景技术

微放电效应指的是由于二次电子倍增效应所发生的一种电子雪崩现象，研究已证实它是射频噪声、微波器件失谐、无源互调干扰产生的关键原因。特别是新形势下高功率、多载波、多制式微波通信系统的广泛应用，多载波微放电效应由于对微波器件及通信系统潜在的巨大威胁，一直是国内外同行关注的热点和研究的重点，例如：西班牙瓦伦西亚理工大学的S.Anza(2014)在他的博士论文中系统给出了多载波微放电效应的理论框架和预测模型，对多载波微放电效应的SEY方程、多载波阈值特征进行了深入研究；浙江大学宋庆庆博士在他的博士论文《多载波微放电过程的概率分析》中，采用随机漫步和BranchingLevy漫步模型,对多载波微放电过程中二次电子横向扩散所需遵循的概率模型进行了推导。

如上所述，现有技术绝大多数都集中于多载波微放电效应的瞬态发生过程，即如何有效地通过各种手段抑制多载波微放电效应的产生。而实际情况是：多载波微放电效应很难得到完全彻底的抑制，那么，如果对多载波微放电的稳态过程进行充分研究，明确其产生的电子噪声频率成分，在通信系统的频带选择时进行有效规避，也能很好地抑制由于多载波微放电效应所导致的射频干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种多载波微放电噪声效应的频谱特征解析方法，以明确激励源频率、谐振腔(狭窄缝隙)宽度、激励电压等关键影响因子对微放电效应的作用情况，实现二者数值关系的定量描述，同时推导出多载波微放电效应所产生的电子噪声具体频谱成分，使得从本质上抑制其电子噪声干扰成为可能。

为实现上述发明目的，本发明多载波微放电噪声效应的频谱特征解析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、利用射频信号发生器产生多载波激励电场信号并通过耦合器施加到两平行导体面形成的缝隙中(实际中也可为微波器件形成的狭小缝隙)，其中，两平行导体面的间距为d、表面积为S、多载波激励电场信号幅值均为E₀、载波频率为f_l、n为载波数量、l为载波序号、l＝1,2,…n，缝隙内会发生微放电效应，达到稳定时，将充满谐振的电子云；

(2)、视谐振电子云全部集中到缝隙正中间，形成一电子薄层(电子密度很高)，然后利用电子薄层表征谐振电子云所有的物理特性；

根据电子薄层所受到的电场力、磁场力以及所满足的牛顿-洛伦兹关系，确定其运动速度v(t)为：

其中，m，e为单个电子的质量和电量，M为多载波微放电的阶数，取正奇数(即：M＝1，3，5…)，t₀、V₀分别为电子薄层的发射时间和初始运动速度，T为电子薄层的运动周期；

(3)、周期性谐振运动的电子薄层所形成的电流(电子薄层电流)可以表示为：