CN103472330A - 一种超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置 - Google Patents

一种超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置，该测量装置包括第一功分器(2)、分频器(3)、第一低通滤波器(4)、相位噪声测试仪(5)、参考源(6)、混频器(7)、第二低通滤波器(8)、第二功分器(9)、第一放大器(10)、第二放大器(11)、频率计数器(12)和计算机(13)。本发明的测量装置能够用于测量超导稳频振荡器的频率稳定度。与现有技术的频率稳定度的测量装置相比，本发明的测量装置的测量分辨率明显提高，其能够测量的频率稳定度提高2个数量级。

Description

一种超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置
技术领域
本发明涉及频率稳定度的测量装置技术领域，特别涉及一种超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置。
背景技术
超导稳频振荡器具有极高的短期频率稳定度，其频率稳定度可以达到10-15至10-16量级，远远超过了氢、铷、铯等传统原子钟。超导稳频振荡器广泛应用于空间航行、全球定位导航、重力及相对论物理学等各个领域。
按照观测域的不同，频率稳定度分为时域频率稳定度（简称为频率稳定度）和频域频率稳定度（简称为相位噪声）。频率稳定度是指由于频率源内部噪声引起的频率取样值的随机起伏，是描述平均频率随机变化的量，只能用统计的方法，即用各种方差来表示频率稳定度；相位噪声是指由于频率源内部噪声引起的频率源输出频率或输出相位的随机起伏，通常用各种谱密度来表征相位噪声。随着雷达、通信等高科技的发展，频率稳定度和相位噪声逐渐成为系统性能的限制性因素。
现有技术中，常用的测量频率稳定度方法为频差倍增测频法、双混频时差法、差拍法、直接频谱法和相位检波器法，这些方法操作简单，使用方便。但是，上述方法的短期测量分辨率最高只达到1*10-13/τ，其中τ为采样时间，且τ小于1s。然而，超导稳频振荡器等高稳定频率源的短期频率稳定度可达到10-15量级。现有技术的频率稳定度的计量测试装置无法满足超导稳频振荡器的需求，即无法实现超导稳频振荡器的频率稳定度的测量。因此，非常需要一种用于测量超导稳频振荡器的频率稳定度的装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置。
本发明提供的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置包括：
第一功分器，用于按照能量均分的方式将来自所述超导稳频振荡器的源待测信号分为两路分待测信号并将该两路分待测信号分别发送至分频器和混频器；
分频器，用于将来自所述第一功分器的一路待测分信号的频率降低为小于或等于400MHz并将频率降低后的待测分信号发送至第一低通滤波器；
第一低通滤波器，用于对来自所述分频器的待测分信号进行滤波处理以去除其中频率大于400MHz的信号并将滤波处理后的信号发送至相位噪声测试仪；
参考源，用于向混频器发送参考信号；
混频器，用于将来自所述第一功分器的分待测信号和来自所述参考源的参考信号进行混频并将混频后的信号发送至第二低通滤波器；
第二低通滤波器，用于对混频后的信号进行滤波处理以去除其中频率大于400MHz的信号并将滤波处理后的信号发送至第二功分器；
第二功分器，用于按照能量均分的方式将来自第二低通滤波器的滤波处理后的信号分为两路信号并将该两路信号分别发送至第一放大器和第二放大器；
第一放大器，用于将来自所述第二功分器的信号放大并将放大后的信号发送至相位噪声测试仪；
相位噪声测试仪，用于测量超导稳频振荡器的相位噪声；
第二放大器，用于将来自第二功分器的信号放大并将放大后的信号发送至频率计数器；
频率计数器，用于分别在多个时间段内获得来自所述第二放大器的信号的每一个时间段内的频率平均值并将获得的所有的频率平均值发送至计算机；以及
计算机，用于根据来自所述频率计数器的所有的频率平均值获得超导稳频振荡器1输出的源待测信号的频率稳定度；
所述第一功分器和所述第二功分器各有两个输出端，所述混频器和所述相位噪声测试仪各有两个输入端；
所述第一功分器的输入端与超导稳频振荡器电连接；所述第一功分器的一个输出端依次与所述分频器和所述第一低通滤波器电连接，所述第一低通滤波器与所述相位噪声测试仪的一个输入端电连接，所述第一功分器的另一个输出端与所述混频器的一个输入端电连接；所述参考源与所述混频器的另一个输入端电连接；所述混频器的输出端与所述第二低通滤波器电连接，所述第二低通滤波器与所述第二功分器的输入端电连接；所述第二功分器的一个输出端与所述第一放大器电连接，所述第一放大器与所述相位噪声测试仪的另一个输入端电连接；所述第二功分器的另一个输出端依次与所述第二放大器、所述频率计数器和所述计算机电连接。
优选地，所述第一功分器输出的每一路分待测信号的能量为所述源待测信号的能量的二分之一，且每一路分待测信号的除能量外的参数与所述源待测信号相同。
优选地，所述参考信号的频率比所述源待测信号的频率低1-200MHz。
优选地，所述第二功分器输出的每一路信号的能量为来自所述第二低通滤波器的滤波处理后的信号的能量的二分之一，且每一路信号的除能量外的参数与来自所述第二低通滤波器的滤波处理后的信号相同。
优选地，所述相位噪声测试仪的每一路输入信号的频率为1MHz-400MHz。
优选地，所述相位噪声测试仪的每一路输入信号的输入功率为3-17dBm。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的测量装置能够用于测量超导稳频振荡器的频率稳定度。
(2)与现有技术的频率稳定度的测量装置相比，本发明的测量装置的测量分辨率明显提高，其能够测量的频率稳定度提高2个数量级。
附图说明
图1为本发明实施例提供的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。
如图1所示，本实施例提供的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置包括第一功分器2、分频器3、第一低通滤波器4、相位噪声测试仪5、参考源6、混频器7、第二低通滤波器8、第二功分器9、第一放大器10、第二放大器11、频率计数器12和计算机13。其中，第一功分器2和第二功分器9各有两个输出端，混频器7和相位噪声测试仪5各有两个输入端。
第一功分器2的输入端与超导稳频振荡器1电连接；第一功分器2的一个输出端依次与分频器3和第一低通滤波器4电连接，第一低通滤波器4与相位噪声测试仪5的一个输入端电连接，第一功分器2的另一个输出端与混频器7的一个输入端电连接；参考源6与混频器7的另一个输入端电连接；混频器7的输出端与第二低通滤波器8电连接，第二低通滤波器8与第二功分器9的输入端电连接；第二功分器9的一个输出端与第一放大器10电连接，第一放大器10与相位噪声测试仪5的另一个输入端电连接；第二功分器9的另一个输出端依次与第二放大器11、频率计数器12和计算机13电连接。
超导稳频振荡器1向第一功分器2输出频率为4.5GHz的源待测信号，且该源待测信号的频率稳定度为10-14至10-16量级。在本实施例中，超导稳频振荡器1的输出功率大于9dBm。第一功分器2用于按照能量均分的方式将来自超导稳频振荡器1的源待测信号分为两路分待测信号并将该两路分待测信号分别发送至分频器3和混频器7。换言之，第一功分器2输出的每一路分待测信号的能量为源待测信号的能量的二分之一，且每一路分待测信号的除能量外的参数与源待测信号相同。分频器3用于将来自第一功分器2的一路待测分信号的频率降低为小于或等于400MHz并将频率降低后的待测分信号发送至第一低通滤波器4。第一低通滤波器4用于对来自分频器3的待测分信号进行滤波处理以去除其中频率大于400MHz的信号并将滤波处理后的信号发送至相位噪声测试仪5。相位噪声测试仪5用于测量超导稳频振荡器1的相位噪声。相位噪声测试仪5的每一路输入信号的频率为1MHz-400MHz，相位噪声测试仪5的每一路输入信号的输入功率为3-17dBm。
参考源6用于向混频器7发送参考信号，且参考信号的频率比源待测信号的频率低1-200MHz。混频器7用于将来自第一功分器2的分待测信号和来自参考源6的参考信号进行混频并将混频后的信号发送至第二低通滤波器8。第二低通滤波器8用于对混频后的信号进行滤波处理以去除其中频率大于400MHz的信号并将滤波处理后的信号发送至第二功分器9。第二功分器9用于按照能量均分的方式将来自第二低通滤波器8的滤波处理后的信号分为两路信号并将该两路信号分别发送至第一放大器10和第二放大器11。换言之，第二功分器9输出的每一路信号的能量为来自第二低通滤波器8的滤波处理后的信号的能量的二分之一，且每一路信号的除能量外的参数与来自第二低通滤波器8的滤波处理后的信号相同。第一放大器10用于将来自第二功分器9的信号放大并将放大后的信号发送至相位噪声测试仪5。第二放大器11用于将来自第二功分器9的信号放大并将放大后的信号发送至频率计数器12。频率计数器12用于分别在多个时间段内获得来自第二放大器11的信号的每一个时间段内的频率平均值并将获得的所有的频率平均值发送至计算机13。计算机13用于根据来自频率计数器12的所有的频率平均值获得超导稳频振荡器1输出的源待测信号的频率稳定度。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置，其特征在于，该测量装置包括：
第一功分器(2)，用于按照能量均分的方式将来自所述超导稳频振荡器(1)的源待测信号分为两路分待测信号并将该两路分待测信号分别发送至分频器(3)和混频器(7)；
分频器(3)，用于将来自所述第一功分器(2)的一路待测分信号的频率降低为小于或等于400MHz并将频率降低后的待测分信号发送至第一低通滤波器(4)；
第一低通滤波器(4)，用于对来自所述分频器(3)的待测分信号进行滤波处理以去除其中频率大于400MHz的信号并将滤波处理后的信号发送至相位噪声测试仪(5)；
参考源(6)，用于向混频器(7)发送参考信号；
混频器(7)，用于将来自所述第一功分器(2)的分待测信号和来自所述参考源(6)的参考信号进行混频并将混频后的信号发送至第二低通滤波器(8)；
第二低通滤波器(8)，用于对混频后的信号进行滤波处理以去除其中频率大于400MHz的信号并将滤波处理后的信号发送至第二功分器(9)；
第二功分器(9)，用于按照能量均分的方式将来自第二低通滤波器(8)的滤波处理后的信号分为两路信号并将该两路信号分别发送至第一放大器(10)和第二放大器(11)；
第一放大器(10)，用于将来自所述第二功分器(9)的信号放大并将放大后的信号发送至相位噪声测试仪(5)；
相位噪声测试仪(5)，用于测量超导稳频振荡器(1)的相位噪声；
第二放大器(11)，用于将来自第二功分器(9)的信号放大并将放大后的信号发送至频率计数器(12)；
频率计数器(12)，用于分别在多个时间段内获得来自所述第二放大器(11)的信号的每一个时间段内的频率平均值并将获得的所有的频率平均值发送至计算机(13)；以及
计算机(13)，用于根据来自所述频率计数器(12)的所有的频率平均值获得超导稳频振荡器(1)输出的源待测信号的频率稳定度；
所述第一功分器(2)和所述第二功分器(9)各有两个输出端，所述混频器(7)和所述相位噪声测试仪(5)各有两个输入端；
所述第一功分器(2)的输入端与超导稳频振荡器(1)电连接；所述第一功分器(2)的一个输出端依次与所述分频器(3)和所述第一低通滤波器(4)电连接，所述第一低通滤波器(4)与所述相位噪声测试仪(5)的一个输入端电连接，所述第一功分器(2)的另一个输出端与所述混频器(7)的一个输入端电连接；所述参考源(6)与所述混频器(7)的另一个输入端电连接；所述混频器(7)的输出端与所述第二低通滤波器(8)电连接，所述第二低通滤波器(8)与所述第二功分器(9)的输入端电连接；所述第二功分器(9)的一个输出端与所述第一放大器(10)电连接，所述第一放大器(10)与所述相位噪声测试仪(5)的另一个输入端电连接；所述第二功分器(9)的另一个输出端依次与所述第二放大器(11)、所述频率计数器(12)和所述计算机(13)电连接。
2.根据权利要求1所述的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置，其特征在于，所述第一功分器(2)输出的每一路分待测信号的能量为所述源待测信号的能量的二分之一，且每一路分待测信号的除能量外的参数与所述源待测信号相同。
3.根据权利要求1所述的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置，其特征在于，所述参考信号的频率比所述源待测信号的频率低1-200MHz。
4.根据权利要求1所述的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置，其特征在于，所述第二功分器(9)输出的每一路信号的能量为来自所述第二低通滤波器(8)的滤波处理后的信号的能量的二分之一，且每一路信号的除能量外的参数与来自所述第二低通滤波器(8)的滤波处理后的信号相同。
5.根据权利要求1所述的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置，其特征在于，所述相位噪声测试仪(5)的每一路输入信号的频率为1MHz-400MHz。
6.根据权利要求1所述的超导稳频振荡器的频率稳定度的测量装置，其特征在于，所述相位噪声测试仪(5)的每一路输入信号的输入功率为3-17dBm。
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