專利名稱：一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置和方法，特別適用于微波毫米波頻率范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度測(cè)量，這種裝置和方法的應(yīng)用可以解決光頻標(biāo)和超導(dǎo)穩(wěn)頻振蕩器在微波頻段內(nèi)的頻率穩(wěn)定度測(cè)量問題。
背景技術(shù)：
從前沿技術(shù)的研究成果中可以看到，超導(dǎo)穩(wěn)頻振蕩器(SCSO)的短期頻率穩(wěn)定度是最高的，秒級(jí)穩(wěn)定度可達(dá)到IO45 1(T16,目前Stein和Turneaure研制的低溫超導(dǎo)穩(wěn)頻振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達(dá)到3X 10_16/(1S-1000S)，工作頻率為8. 6GHz?；诂F(xiàn)代微波技術(shù)、 高分辨力的溫度測(cè)定方法、無源振動(dòng)隔離以及壓電傾斜校正技術(shù)的發(fā)展，使得SCSO的頻率穩(wěn)定度可達(dá)到10_17 10_18的水平。除此，國(guó)外還開展了藍(lán)寶石介質(zhì)超導(dǎo)諧振器(SLOSC) 的研究，西澳大利亞大學(xué)物理系研制成功了 SL0SC，其頻率穩(wěn)定度達(dá)6 X 10_14/10s，諧振腔的 QL為3. 8X 108。美國(guó)NASA噴氣實(shí)驗(yàn)室(JPL)為Cassini-Huygens計(jì)劃研制低溫微波振蕩器，如IOK溫度補(bǔ)償微波振蕩器、77K溫度補(bǔ)償振蕩器、SUMO等。近年來，國(guó)內(nèi)外在原子頻標(biāo)研制技術(shù)方面進(jìn)步迅速，銫噴泉鐘在微波頻段的穩(wěn)定度優(yōu)于10_15，原子頻標(biāo)穩(wěn)定度在光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿?jù)信還可以得到大幅提高。目前市場(chǎng)上的頻率穩(wěn)定度測(cè)量系統(tǒng)主要是基于差拍法測(cè)量原理、雙混頻時(shí)差法測(cè)量原理和頻差倍增法測(cè)量原理的基礎(chǔ)上研制的。差拍法測(cè)量系統(tǒng)可以測(cè)量寬頻帶范圍內(nèi)的分?jǐn)?shù)頻率源的短期頻率穩(wěn)定度，但是受制于參考源和系統(tǒng)自身頻率穩(wěn)定度的影響，這種系統(tǒng)無法測(cè)量高穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)頻率的高穩(wěn)晶振和原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的短期頻率穩(wěn)定度。系統(tǒng)組成包括參考源、差拍器、倍頻器、計(jì)數(shù)器和計(jì)算機(jī)。頻差倍增法測(cè)量系統(tǒng)僅可以測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)頻率的高穩(wěn)晶振和原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度，但是這種系統(tǒng)卻無法測(cè)量光頻標(biāo)和超導(dǎo)穩(wěn)頻振蕩器。系統(tǒng)組成參考源、頻差倍增器、 計(jì)數(shù)器和計(jì)算機(jī)。雙混頻時(shí)差法測(cè)量系統(tǒng)可以測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)頻率的高穩(wěn)晶振和原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度，其秒級(jí)自身頻率穩(wěn)定度可達(dá)到10_14量級(jí)，但是這種系統(tǒng)僅能測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)頻率5MHz、 IOMHz的頻率穩(wěn)定度，頻率范圍具有局限性。系統(tǒng)組成包括參考源、公共源、雙通道差拍器、隔離放大器、移相器、計(jì)數(shù)器和計(jì)算機(jī)。由于目前超導(dǎo)穩(wěn)頻振蕩器和以銫噴泉鐘為代表的光頻標(biāo)在微波頻段的穩(wěn)定度指標(biāo)獲得了極大的提高，所以需要彌補(bǔ)雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)在頻率范圍方面的局限性，使之能夠測(cè)量微波頻段的頻率穩(wěn)定度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，解決超導(dǎo)穩(wěn)頻振蕩器和光頻標(biāo)在微波頻段的穩(wěn)定度指標(biāo)的測(cè)量問題I、雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)在頻率范圍
4方面具有局限性，不能測(cè)量微波頻段的穩(wěn)定度；2、系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)頻率5MHz、IOMHz時(shí)，秒級(jí)自身頻率穩(wěn)定度在10_14量級(jí)，無法測(cè)量秒級(jí)穩(wěn)定度10_15 10_16之間的待測(cè)源。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，該裝置包括第一混頻器、第二混頻器、隔離放大器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第一放大器、第二放大器、第三低通濾波器和第四低通濾波器；第一混頻器的本振端接收待測(cè)信號(hào)，隔離放大器的輸入端接收公共信號(hào)，第二混頻器的本振端接收參考信號(hào)，隔離放大器的待測(cè)端與第一混頻器的射頻端微波電纜連接， 隔離放大器的參考端與第二混頻器的射頻端微波電纜連接，第一混頻器的中頻端與第一低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第二混頻器的中頻端與第二低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第一低通濾波器的輸出端與第一放大器的輸出端射頻電纜連接，第二低通濾波器的輸出端與第二放大器的輸出端射頻電纜連接，第一放大器的輸出端與第三低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第二放大器的輸出端與第四低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第三低通濾波器輸出經(jīng)過處理的待測(cè)信號(hào)，第四低通濾波器輸出經(jīng)過處理的參考信號(hào)。 優(yōu)選地，所述參考信號(hào)與待測(cè)信號(hào)的頻率相同。優(yōu)選地，所述待測(cè)信號(hào)的頻率上限為18GHz。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)，以及如權(quán)利要求I所述的擴(kuò)展裝置。優(yōu)選地，所述雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括提供待測(cè)信號(hào)的待測(cè)源；提供公共信號(hào)的公共源；提供參考信號(hào)的參考源；以及雙混頻時(shí)差測(cè)量裝置，該雙混頻時(shí)差測(cè)量裝置接收來自所述擴(kuò)展裝置的經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)和經(jīng)處理的參考信號(hào)，對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展方法，該方法包括公共信號(hào)經(jīng)過隔離放大器分配為第一公共信號(hào)和第二公共信號(hào)，第一公共信號(hào)與待測(cè)信號(hào)通過第一混頻器進(jìn)行混頻，并通過第一低通濾波器濾除其中的和頻分量和基頻分量得到第一差拍頻率信號(hào)，該第一差拍頻率信號(hào)通過第一放大器進(jìn)行放大，并通過第三低通濾波器濾除噪聲，得到經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)；第二公共信號(hào)與參考源輸出的參考信號(hào)通過第二混頻器進(jìn)行混頻，并通過第二低通濾波器濾除其中的和頻分量和基頻分量得到第二差拍頻率信號(hào)，該第二差拍頻率信號(hào)通過第二放大器進(jìn)行放大，并通過第四低通濾波器濾除噪聲，得到經(jīng)處理的參考信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的信號(hào)測(cè)量方法，該方法包括將公共信號(hào)分配為第一公共信號(hào)和第二公共信號(hào)，將待測(cè)信號(hào)與第一公共信號(hào)混頻，并通過對(duì)得到的第一混頻信號(hào)濾波得到第一差拍頻率信號(hào)，
將該第一差拍頻率信號(hào)放大和濾除，得到經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)；將參考信號(hào)與第二公共信號(hào)混頻，并通過對(duì)得到的第二混頻信號(hào)濾波得到第二差拍頻率信號(hào)，將該第二差拍頻率信號(hào)放大和濾波，得到經(jīng)處理的參考信號(hào)；通過對(duì)所述經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)和所述經(jīng)處理的參考信號(hào)進(jìn)行雙混頻時(shí)差測(cè)量，對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。參考信號(hào)fK與待測(cè)信號(hào)fx的頻率相同，頻率穩(wěn)定度水平相當(dāng)，兩者通過與公共信號(hào)f。進(jìn)行混頻得到差拍頻率信號(hào)fx_f。，這將參考信號(hào)與待測(cè)信號(hào)之間的相位變化擴(kuò)大了 fj (fx~fc)，公共信號(hào)的頻率范圍能夠覆蓋待測(cè)信號(hào)fx。這種方法可以進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)量系統(tǒng)的底部噪聲水平，擴(kuò)展系統(tǒng)的頻率范圍?；陔p混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，克服了目前雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)的不足，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可以使目前的雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微波頻段的測(cè)量，頻率上限為18GHz ;2、自身秒級(jí)頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到10_16量級(jí)。


圖I示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于雙混頻下變頻技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述。圖I示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于雙混頻下變頻技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)和基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，該雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)包括提供公共信號(hào)的公共源，提供參考信號(hào)的參考源，以及雙混頻時(shí)差測(cè)量裝置；該雙混頻時(shí)差測(cè)量裝置接收來自所述擴(kuò)展裝置的經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)和經(jīng)處理的參考信號(hào)，對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。如圖I所示，基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置包括包括第一混頻器、第二混頻器、隔離放大器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第一放大器、第二放大器、第三低通濾波器和第四低通濾波器。第一混頻器的本振端接收待測(cè)信號(hào)，隔離放大器的輸入端接收公共信號(hào)，第二混頻器的本振端接收參考信號(hào)，隔離放大器的待測(cè)端與第一混頻器的射頻端微波電纜連接， 隔離放大器的參考端與第二混頻器的射頻端微波電纜連接，第一混頻器的中頻端與第一低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第二混頻器的中頻端與第二低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第一低通濾波器的輸出端與第一放大器的輸出端射頻電纜連接，第二低通濾波器的輸出端與第二放大器的輸出端射頻電纜連接，第一放大器的輸出端與第三低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第二放大器的輸出端與第四低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第三低通濾波器輸出經(jīng)過處理的待測(cè)信號(hào)，第四低通濾波器輸出經(jīng)過處理的參考信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述來自待測(cè)源的待測(cè)信號(hào)的頻率上限為18GHz。參考圖1，工作時(shí)，公共信號(hào)經(jīng)過隔離放大器分配為第一公共信號(hào)和第二公共信號(hào)，第一公共信號(hào)與待測(cè)信號(hào)通過第一混頻器進(jìn)行混頻，并通過第一低通濾波器濾除其中的和頻和基頻分量得到第一差拍頻率信號(hào)，該第一差拍頻率信號(hào)通過第一放大器進(jìn)行放大，并通過第三低通濾波器濾除噪聲，得到經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)使用。第二公共信號(hào)與參考源輸出的參考信號(hào)通過第二混頻器進(jìn)行混頻，并通過第二低通濾波器濾除其中的和頻和基頻分量得到第二差拍頻率信號(hào)，該第二差拍頻率信號(hào)通過第二放大器進(jìn)行放大，并通過第四低通濾波器濾除噪聲，得到經(jīng)處理的參考信號(hào)，通過對(duì)所述經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)和經(jīng)處理的參考信號(hào)進(jìn)行雙混頻時(shí)差測(cè)量，對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。參考信號(hào)fK與待測(cè)信號(hào)fx的頻率相同，頻率穩(wěn)定度水平相當(dāng)，兩者通過與公共信號(hào)f。進(jìn)行混頻得到差拍頻率信號(hào)fx_f。，這將參考信號(hào)與待測(cè)信號(hào)之間的相位變化擴(kuò)大了 fx/(fx_f。)，公共信號(hào)的頻率范圍能夠覆蓋待測(cè)信號(hào)fx，將所述兩路差拍頻率信號(hào)送入雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行相位測(cè)量。這種方法可以進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)量系統(tǒng)的底部噪聲水平，擴(kuò)展系統(tǒng)的頻率范圍。所述來自待測(cè)源的待測(cè)信號(hào)的頻率上限為18GHz。應(yīng)當(dāng)理解，以上借助本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上可以對(duì)實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由隨附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，其特征在于，該裝置包括第一混頻器、第二混頻器、隔離放大器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第一放大器、第二放大器、 第三低通濾波器和第四低通濾波器；第一混頻器的本振端接收待測(cè)信號(hào)，隔離放大器的輸入端接收公共信號(hào)，第二混頻器的本振端接收參考信號(hào)，隔離放大器的待測(cè)端與第一混頻器的射頻端微波電纜連接，隔離放大器的參考端與第二混頻器的射頻端微波電纜連接，第一混頻器的中頻端與第一低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第二混頻器的中頻端與第二低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第一低通濾波器的輸出端與第一放大器的輸出端射頻電纜連接，第二低通濾波器的輸出端與第二放大器的輸出端射頻電纜連接，第一放大器的輸出端與第三低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第二放大器的輸出端與第四低通濾波器的輸入端射頻電纜連接，第三低通濾波器輸出經(jīng)過處理的待測(cè)信號(hào)，第四低通濾波器輸出經(jīng)過處理的參考信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，其特征在于，所述參考信號(hào)與待測(cè)信號(hào)的頻率相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，其特征在于，所述待測(cè)信號(hào)的頻率上限為18GHz。
4.一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)，以及如權(quán)利要求I所述的擴(kuò)展裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙混頻下變頻技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括提供待測(cè)信號(hào)的待測(cè)源；提供公共信號(hào)的公共源；提供參考信號(hào)的參考源；以及雙混頻時(shí)差測(cè)量裝置，該雙混頻時(shí)差測(cè)量裝置接收來自所述擴(kuò)展裝置的經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)和經(jīng)處理的參考信號(hào)，對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
6.一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展方法，其特征在于，該方法包括公共信號(hào)經(jīng)過隔離放大器分配為第一公共信號(hào)和第二公共信號(hào)，第一公共信號(hào)與待測(cè)信號(hào)通過第一混頻器進(jìn)行混頻，并通過第一低通濾波器濾除其中的和頻分量和基頻分量得到第一差拍頻率信號(hào)，該第一差拍頻率信號(hào)通過第一放大器進(jìn)行放大，并通過第三低通濾波器濾除噪聲，得到經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)；第二公共信號(hào)與參考源輸出的參考信號(hào)通過第二混頻器進(jìn)行混頻，并通過第二低通濾波器濾除其中的和頻分量和基頻分量得到第二差拍頻率信號(hào)，該第二差拍頻率信號(hào)通過第二放大器進(jìn)行放大，并通過第四低通濾波器濾除噪聲，得到經(jīng)處理的參考信號(hào)。
7.一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的信號(hào)測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括將公共信號(hào)分配為第一公共信號(hào)和第二公共信號(hào)，將待測(cè)信號(hào)與第一公共信號(hào)混頻，并通過對(duì)得到的第一混頻信號(hào)濾波得到第一差拍頻率信號(hào)，將該第一差拍頻率信號(hào)放大和濾除，得到經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)；將參考信號(hào)與第二公共信號(hào)混頻，并通過對(duì)得到的第二混頻信號(hào)濾波得到第二差拍頻率信號(hào)，將該第二差拍頻率信號(hào)放大和濾波，得到經(jīng)處理的參考信號(hào)；通過對(duì)所述經(jīng)處理的待測(cè)信號(hào)和所述經(jīng)處理的參考信號(hào)進(jìn)行雙混頻時(shí)差測(cè)量，對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置和方法。本發(fā)明公開了一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展裝置，該裝置包括第一混頻器、第二混頻器、隔離放大器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第一放大器、第二放大器、第三低通濾波器和第四低通濾波器。本發(fā)明進(jìn)一步公開了一種基于雙混頻下變頻技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，基于雙混頻下變頻技術(shù)的頻率擴(kuò)展方法，以及基于雙混頻下變頻技術(shù)的信號(hào)測(cè)量方法。本發(fā)明克服了目前雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)的不足，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可以使目前的雙混頻時(shí)差測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微波頻段的測(cè)量，頻率上限為18GHz；2、自身秒級(jí)頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到10-16量級(jí)。
文檔編號(hào)G01R23/02GK102608418SQ20121005228
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者閻棟梁 申請(qǐng)人:北京無線電計(jì)量測(cè)試研究所