一种频率稳定度测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种频率稳定度测量装置，第一100MHz倍频器、第二100MHz倍频器、第三100MHz倍频器、第一整形电路、第一1000分频器、环形滤波器、鉴相器、第一混频器、公共源、第二整形电路、第二1000分频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器和计数器。本实用新型可实现原子频标、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。该装置的测量分辨力可达1E-14。基于本实用新型所述的装置进一步还可以扩展为N通道（N≥2），实现（N+1）个待测源同步测试。
【专利说明】一种频率稳定度测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量装置，特别是一种频率稳定度测量装置。
【背景技术】
[0002]随着研究的更加深入，国内外的原子频标产品正逐渐朝着更高的性能发展，技术指标要求也在逐步提高。目前国产氢钟的Is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Is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。与高指标的原子频标发展相适应的是低附加噪声频率稳定度的测试设备。
[0003]在国内，频率稳定度测量系统主要是基于时差法和差拍法这两种方法或者这两种方法的变形。时差法的特点是在频差或时间相位差测试时没有倍增系数，测试能力完全取决于时间间隔分析仪的位数高低，但是这种方法无法测量稳定度很高的原子频标或高稳晶振。差拍法是一种用普通计数器就可以获取高分辨率的频率比对技术，但是使用这种实现技术需要一个稳定的偏置频率源。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种频率稳定度测量装置，以解决对稳定度要求很高的频率源多路同时测量的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发实用新型采用下述技术方案:
[0006]一种频率稳定度测量装置，该测量装置包括:
[0007]N+1个待测信号输入端，N大于等于2 ；
[0008]分别对所述N+1个待测信号倍频的N+1个倍频器，各倍频器的倍频率相同；
[0009]公共源；
[0010]将经第一倍频器倍频的第一待测信号进行分频的第一分频器；
[0011 ] 将经第一倍频器倍频的第一待测信号与来自公共源的信号混频的第一混频器；
[0012]将所述第一分频器和第一混频器的输出锁相的锁相器，该锁相器的输出端与所述公共源的输入端连接；
[0013]用于将来自公共源的信号分频的第二分频器；
[0014]计数器，和
[0015]N个混频单元，每一混频单元分别包括将经倍频的第N待测信号与来自公共源的信号混频的一次混频器，和将所述一次混频器的输出信号与第二分频器的输出信号混频的二次混频器，所述二次混频器的输出经二次混频的第N待测信号至计数器；
[0016]所述计数器输出N个经二次混频待测信号与经第一倍频器倍频的第一待测信号的时差，以便得到N+1路待测信号的频率稳定度。
[0017]优选的，该装置还包括连接在第一倍频器和第一分频器之间的第一整形电路、连接在鉴相器和公共源之间的环路滤波器和连接在第一混频器和第二分频器之间的第二整形电路。
[0018]优选的，该装置采用倍频器为IOOMHz倍频器。
[0019]优选的，该装置采用分频器为1000分频器。
[0020]优选的，该装置采用99.9MHz的公共源。
[0021]优选的，所述计数器将所述倍频后的第一待测信号作为计数时钟。
[0022]优选的，该装置采用BNC型接头。
[0023]优选的，该装置输入信号为5MHz或IOMHz的正弦波。
[0024]优选的，该装置还包括至少6个屏蔽盒，本装置所述所有倍频器分别置于单独的屏蔽盒中，所述第一整形电路，第一分频器、鉴相器、环路滤波器、第一混频器和公共源置于同一个屏蔽盒中，所述第二整形电路、第二分频器和N个混频器置于同一个屏蔽盒中，所述计数器单独置于一个屏蔽盒中。
[0025]本实用新型可实现原子频标、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。该装置的测量分辨力可达1E-14。基于本实用新型所述的装置进一步还可以扩展为N通道(N≥2 )，实现(N+1)个待测源同步测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1示为三个待测源的一种频率稳定度测量装置的示意图；
[0027]图2示为三个以上待测源的一种频率稳定度测量装置的示意图；
[0028]1、第一 IOOMHz倍频器，2、第二 IOOMHz倍频器，3、第三IOOMHz倍频器，4、第一整形电路，5、第一 1000分频器，6、环形滤波器，7、鉴相器，8、第一混频器，9、公共源，10、第二整形电路，11、第二 1000分频器，12、第二混频器，13、第三混频器，14、第四混频器，15、第五混频器，16、计数器。
【具体实施方式】
[0029]实施例1
[0030]下面根据附图1及实施例1对本实用新型做进一步描述。
[0031]一种频率稳定度测量装置，包括第一 IOOMHz倍频器1、第二 IOOMHz倍频器2、第三IOOMHz倍频器3、第一整形电路4、第一 1000分频器5、环形滤波器6、鉴相器7、第一混频器
8、公共源9、第二整形电路10、第二 1000分频器11、第二混频器12、第三混频器13、第四混频器14、第五混频器15和计数器16。
[0032]所述第一 IOOMHz倍频器I接收第一待测源发出的信号，并产生三路频率为IOOMHz的信号，所述第二 IOOMHz倍频器2和第三IOOMHz倍频器3分别将第二待测源和第三待测源输入的信号倍频为第二 IOOMHz信号和第三IOOMHz信号。
[0033]所述第一 1000分频器5接收第一 IOOMHz倍频器I产生的第二路IOOMHz信号，同时产生IOOkHz的基准信号，所述鉴相器7的第一输入端接收由第一 1000分频器产生的IOOkHz基准信号，并将此信号输送到所述公共源，所述公共源9将信号分为三路输出，所述第一混频器8的第一输入端和第二输入端分别接收第一 IOOMHz倍频器I产生的第三路IOOMHz信号和所述公共源9产生的第三路输出信号，同时将两路输入信号混频后得到IOOkHz信号，将混合后的IOOkHz信号输送到所述鉴相器7的第二输入端，所述第四屏蔽盒内还包括连接在第一 IOOMHz倍频器I和第一 1000分频器5之间的第一整形电路4和连接在鉴相器7和公共源9之间的环路滤波器6。
[0034]所述第二混频器12的第一输入端和第二输入端分别接收所述第二 IOOMHz倍频器2产生的IOOMHz信号和所述公共源9输出的第一路输出信号，同时将两路输入信号混频后得到IOOkHz信号，所述第二 1000分频器11接收所述公共源9输出的第三路信号，同时产生两路99.9kHz信号，所述第四混频器14的第一输入端和第二输入端分别第二混频器12输出的IOOkHz和第二 1000分频器11输出的99.9kHz，同时将两路输入信号混频输出IOOHz信号，所述第三混频器13的第一输入端和第二输入端分别接受所述第三IOOMHz倍频器3产生的IOOMHz信号和所述公共源9产生的第二路输出信号，同时将两路输入信号混合输出IOOkHz信号，所述第五混频器15的第一输入端和第二输入端分别接收第三混频器13产生的IOOkHz信号和第二 1000分频器13输出的99.9kHz信号，同时将量入输入信号混合输出IOOkHz信号，还包括连接在第一混频器8和第二 1000分频器11之间的第二整形电路10。
[0035]所述计数器16的第一输入端接收第一 IOOMHz信号倍频器I产生的第一路IOOMHz信号，所述计数器的第二输入端接收第四混频器14输出的IOOHz信号，所述计数器的第三输入端接收第五混频器15输出的IOOHz信号。
[0036]上述装置分别通过6个屏蔽盒分装，上述所有倍频器分别置于单独的屏蔽盒中，所述第一整形电路4，第一 1000分频器5、环路滤波器6、鉴相器7、第一混频器8和公共源9置于同一个屏蔽盒中，所述第二整形电路10、第二 1000分频器11、第二混频器12、第三混频器13、第四混频器14和第五混频器15置于同一个屏蔽盒中，所述计数器16单独置于一个屏蔽盒中。
[0037]本实用新型所述装置工作时，第一待测源、第二待测源和第三待测源分别通过倍频器将频率倍频到100MHz，这样可以提供更高的载频以便后续处理。这时，三个待测源的频率波动同时倍增了 20倍或10倍。第二待测源和第三待测源倍频后的两个IOOMHz信号分别与公共源6 (99.9MHz)混频，并分别差频出的IOOkHz信号。另外，第一待测源通过第一IOOMHz倍频器I倍频出的第二路IOOMHz信号通过第一 1000分频器5进行1000次分频产生IOOkHz的基准，该基准信号与公共源6 (99.9MHz)和第一待测源经第一 IOOMHz倍频器I产生的第三路IOOMHz信号混频输出的IOOkHz信号进行锁相。这样的目的是将公共源6(99.9MHz )锁定在第一待测源上。第二待测源和第三待测源分别通过第一混频器和第三混频器差频出的两路IOOkHz信号当中的频率波动主要是第二待测源和第一待测源、第三待测源和第一待测源的频率波动。
[0038]第二混频器12、第三混频器13输出的IOOkHz信号与公共源9的99.9MHz信号经1000分频后的99.9kHz信号混频产生两路IOOHz信号，这两个IOOHz信号当中的频率波动主要是第二待测源和第一待测源、第三待测源和第一待测源的频率波动，此时待测源信号的频差倍增系数为1E6。
[0039]两路IOOHz信号输入给计数器，其中计数器16将第一待测源通过第一 IOOMHz倍频I后的第一路IOOMHz信号作为计数时钟。计数器测量两个IOOHz和IOOMHz (计数时钟)信号的时差，测量值通过USB接口传给计算机进行数据处理和运算，得出3路待测源的频率稳定度指标。[0040]本发明所述测量装置的主要电性能指标:
[0041]I)输入信号频率:5MHz、IOMHz，正弦波；
[0042]2)输入信号幅度:0.6V ~1.2V (RMS)；
[0043]3)输入信号的频率的最大相对偏差:±1Ε-8 (倍增系数1E6)；
[0044]4)附加频率不稳定度(测试带宽为3Hz，倍增次数为1E6):
[0045]t=ls:2E-14,
[0046]t=10s:5E_15,
[0047]t=100s:1.5E-15,
[0048]t ≥ 1000s:E-16 ；
[0049]5)接头形式:BNC型接头；
[0050]6)与外控计算机接口:USB接口；
[0051]7)供电电源:交流 220 (1±10%)V，50 (I±5%) Hz ；
[0052]8)工作温度:25 °C。
[0053]实施例2
[0054]一种频率稳定度测量装置，该测量装置包括:N+1个待测信号输入端，N大于等于2，待测源的输入信号为5MHz或IOMHz的正弦波；分别对所述N+1个待测信号倍频的N+1个倍频器，各倍频器的倍频率均为IOOMHz ;频率为99.9MHz的公共源；将经第一倍频器倍频的第一待测信号进行分频的第一 1000分频器；将经第一倍频器倍频的第一待测信号与来自公共源的信号混频的第一混频器；将所述第一分频器和第一混频器的输出锁相的锁相器，该锁相器的输出端与所述公共源的输入端连接；用于将来自公共源的信号分频的第二1000分频器；计数器，所述计数器将所述倍频后的第一待测信号作为计数时钟4PN个混频单元，每一混频单元分别包括将经倍频的第N待测信号与来自公共源的信号混频的一次混频器，和将所述一次混频器的输出信号与第二分频器的输出信号混频的二次混频器，所述二次混频器的输出经二次混频的第N待测信号至计数器；所述计数器输出N个经二次混频待测信号与经第一倍频器倍频的第一待测信号的时差，以便得到N+1路待测信号的频率稳定度。
[0055]本发明所述测量装置还包括连接在第一倍频器和第一分频器之间的第一整形电路、连接在鉴相器和公共源之间的环路滤波器和连接在第一混频器和第二分频器之间的第二整形电路。
[0056]本装置采用BNC型接头与设配连接。
[0057]本发明所述测量装置还包括至少6个屏蔽盒，本装置所述所有倍频器分别置于单独的屏蔽盒中，所述第一整形电路4，第一 1000分频器5、环路滤波器6、鉴相器7、第一混频器8和公共源9置于同一个屏蔽盒中，所述第二整形电路10、第二 1000分频器11和N个混频器置于同一个屏蔽盒中，所述计数器16单独置于一个屏蔽盒中。
[0058]本发明所述测量装置的主要电性能指标:
[0059]1)输入信号频率:5MHz、IOMHz，正弦波；
[0060]2)输入信号幅度:0.6V ~1.2V (RMS)；
[0061]3)输入信号的频率的最大相对偏差:土 1E-8 (倍增系数1E6)；
[0062]4)附加频率不稳定度(测试带宽为3Hz，倍增次数为1E6):[0063]t=ls:2E-14,
[0064]t=10s:5E_15,
[0065]t=100s:1.5E-15,
[0066]t ≥ 1000s:E-16 ；
[0067]5)接头形式:BNC型接头；
[0068]6)与外控计算机接口:USB接口；
[0069]7)供电电源:交流 220 (1±10%)V，50 (I±5%) Hz ；
[0070]8)工作温度:25O。
[0071]基于上述本实用新型的技术方案，可实现原子频标、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。该装置的测量分辨力可达1E-14。基于本实用新型所述的装置进一步还可以扩展为N通道(N≥2)，实现(N+1)个待测源同步测试。
[0072]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细描述说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所述【技术领域】的普通技术人员来说在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演活替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种频率稳定度测量装置，其特征在于，该测量装置包括: N+1个待测信号输入端，N大于等于2 ； 分别对所述N+1个待测信号倍频的N+1个倍频器，各倍频器的倍频率相同； 公共源； 将经第一倍频器倍频的第一待测信号进行分频的第一分频器； 将经第一倍频器倍频的第一待测信号与来自公共源的信号混频的第一混频器； 将所述第一分频器和第一混频器的输出锁相的锁相器，该锁相器的输出端与所述公共源的输入端连接； 用于将来自公共源的信号分频的第二分频器； 计数器，和 N个混频单元，每一混频单元分别包括将经倍频的第N待测信号与来自公共源的信号混频的一次混频器，和将所述一次混频器的输出信号与第二分频器的输出信号混频的二次混频器，所述二次混频器的输出经二次混频的第N待测信号至计数器； 所述计数器输出N个经二次混频待测信号与经第一倍频器倍频的第一待测信号的时差，以便得到N+1路待测信号的频率稳定度。
2.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:所述N=2。
3.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:该装置还包括连接在第一倍频器和第一分频器之间的第一整形电路、连接在鉴相器和公共源之间的环路滤波器和连接在第一混频器和第二分频器之间的第二整形电路。
4.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:该装置采用倍频器为IOOMHz倍频器。
5.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:该装置采用分频器为1000分频器。
6.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:该装置采用99.9MHz的公共源。
7.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:所述计数器将所述倍频后的第一待测信号作为计数时钟。
8.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:该装置采用BNC型接头。
9.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:该装置输入信号为5MHz或IOMHz的正弦波。
10.根据权利要求1所述的一种频率稳定度测量装置，其特征在于:该装置还包括至少6个屏蔽盒，本装置所述所有倍频器分别置于单独的屏蔽盒中，所述第一整形电路，第一分频器、鉴相器、环路滤波器、第一混频器和公共源置于同一个屏蔽盒中，所述第二整形电路、第二分频器和N个混频器置于同一个屏蔽盒中，所述计数器单独置于一个屏蔽盒中。
【文档编号】G01R23/02GK203519725SQ201320672339
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】王晓露, 黄凯, 杨同敏 申请人:北京无线电计量测试研究所