CN105929237A - 一种时域信号性能评估装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时域信号性能评估装置，包括基准信号发生模块，还包括用于将基准信号倍频到100.1MHz的第一倍频器、用于将待测信号倍频到100MHz的第二倍频器、计数器和计算单元；所述第一倍频器的信号输出端和所述第二倍频器的信号输出端均连接到所述计数器的信号输入端，所述计数器的数据输出端连接到所述计算单元的数据输入端。本发明中的时域信号性能评估装置所附加的频率不稳定度极小，足以测量目前指标最高的标准频率源的频率稳定度。可实现高指标原子频标、电子仪器设备的内装晶振、频率合成器等频率源的频率准确特性、频率长期稳定特性以及放大器、倍频器等二端口部件的附加频率不稳定性的测量。

Description

一种时域信号性能评估装置

技术领域

本发明涉及时域信号性能评估领域，具体涉及一种时域信号性能评估装置。

背景技术

现在，国内外的原子频标产品都朝着高技术指标发展，随着研究的更加深入，技术指标也将逐步提高。目前国产氢钟的1s级频率稳定度达到4E－13，日频率稳定度达到4E－15；进口氢原子频标1s级频率稳定度达到3E－13，日频率稳定度达到3E－15；铯原子喷泉钟的合成不确定度则优于3E－15。

随着高指标的原子频标发展，对测试设备的要求提出了更高的要求，现有的评估装置已经不能适应。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种可用于测量目前指标最高的标准频率源的频率稳定度的高分辨力原子频标比对/性能评估装置。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种时域信号性能评估装置，包括基准信号发生模块，还包括用于将基准信号倍频到100.1MHz的第一倍频器、用于将待测信号倍频到100MHz的第二倍频器、计数器和计算单元；

所述第一倍频器的信号输出端和所述第二倍频器的信号输出端均连接到所述计数器的信号输入端，所述计数器的数据输出端连接到所述计算单元的数据输入端。

进一步的，所述第一倍频器是由依次连接肖特基二极管倍频模块、谐振回路模块、第一滤波器模块、直接数字频率合成器模块、第二滤波器模块和功率放大模块构成；

所述第二倍频器是由依次连接肖特基二极管倍频模块、谐振回路模块、第三滤波器模块、三级管倍频模块、第四滤波器模块和功率放大模块构成。

本发明的有益效果是：

本发明中的时域信号性能评估装置所附加的频率不稳定度极小，足以测量目前指标最高的标准频率源的频率稳定度。可实现高指标原子频标、电子仪器设备的内装晶振、频率合成器等频率源的频率准确特性、频率长期稳定特性以及放大器、倍频器等二端口部件的附加频率不稳定性的测量。

附图说明

下面结合附图对本发明的时域信号性能评估装置作进一步说明。

图1是本发明中时域信号性能评估装置的结构框图；

图2是第一倍频器的电路结构框图；

图3是第二倍频器的电路结构框图。

具体实施方式

实施例

根据图1、图2和图3所示，本发明中的时域信号性能评估装置，包括基准信号发生模块，还包括用于将基准信号倍频到100.1MHz的第一倍频器、用于将待测信号倍频到100MHz的第二倍频器、计数器和计算单元。

在本实施例中，计算单元为个人计算机（PC），当然PC也可以是被其它具有同等计算能力的单片机代替。

第一倍频器的信号输出端和第二倍频器的信号输出端均连接到计数器的信号输入端，计数器的数据输出端连接到计算单元的数据输入端。

可以作为优选的是：第一倍频器是由依次连接肖特基二极管倍频模块、谐振回路模块、第一滤波器模块、直接数字频率合成器模块(DDS)、第二滤波器模块和功率放大模块构成。

第二倍频器是由依次连接肖特基二极管倍频模块、谐振回路模块、第三滤波器模块、三级管倍频模块、第四滤波器模块和功率放大模块构成。

在频率稳定度的测量数据处理中采用阿仑方差来计算。但铷原子频标存在着频率漂移，在铷原子频标的检定规程中规定：当铷原子频标的日频率漂移率和日频率稳定度在一个数量级的时候，在计算日频率稳定度时，应考虑日频率漂移率对日频率稳定度的影响，即应扣除日频率漂移率再计算。而所扣除的日频率漂移率是一个按最小二乘法计算出来拟合值，和实际的日频率漂移率有偏差，故此法计算出的日频率稳定度中仍有日频率漂移率的影响。

在取样时间内测量得到的各点差频数据值需要减去相应的漂移值，然后代入如下式阿仑方差计算公式：

计算漂移值：

最小二乘法中因变量Y与自变量X之间的关系可以用如下的数学模型表示：

（1）

其中a，b是未知常数，是随机误差，它表示许多没有考虑的因素的综合影响，可以认为。

对每一个观察点（xi，yi），根据（1）式应满足

（2）

我们可以随手做出很多条直线来表示两个变量之间的线性关系，从而来确定a，b。但是这样做的准确性较差，而且也没有一个统一的标准。a，b的估计一般采用高斯等人在19世纪初引进的最小二乘法（最小平方法）。

设是我们所需求的估计，则我们总希望每个观察点（xi，yi）与线Y=a+bX之间的偏差尽可能的小。在x=xi处，（xi，yi）与直线Y=a+bX之间的偏差是：

（3）

这里有n个观察点的偏差值，应该综合考虑，显然我们不能用代数和来表示，因为偏差有正有负，它们的代数和会出现正负相抵消而不能代表真正的总偏差。若取绝对值后再求和，显然可以避免这一缺点，但却不便于作数学运算，所以采用偏差平方和来表示总偏差： （4）

使达到极小值，作为a，b的估计，就是著名的最小二乘法。由于是a，b的非负二次函数，这种极小值一定存在。由微积分知道，使达到极小的a，b应满足下列议程组：

（5）

整理后，得：

（6）

上述方程组称为正规方程，若记：

则由正规方程，得：

（7）

（8）

这里求得的，就是我们所需要的漂移。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种时域信号性能评估装置，包括基准信号发生模块，其特征在于：还包括用于将基准信号倍频到100.1MHz的第一倍频器、用于将待测信号倍频到100MHz的第二倍频器、计数器和计算单元；

所述第一倍频器的信号输出端和所述第二倍频器的信号输出端均连接到所述计数器的信号输入端，所述计数器的数据输出端连接到所述计算单元的数据输入端。

2.根据权利要求1所述时域信号性能评估装置，其特征在于：所述第一倍频器是由依次连接肖特基二极管倍频模块、谐振回路模块、第一滤波器模块、直接数字频率合成器模块、第二滤波器模块和功率放大模块构成；

所述第二倍频器是由依次连接肖特基二极管倍频模块、谐振回路模块、第三滤波器模块、三级管倍频模块、第四滤波器模块和功率放大模块构成。