专利名称：一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置和方法，特别适用于微波毫米波频率范围内的频率稳定度测量，这种装置和方法的应用可以解决光频标和超导稳频振荡器在微波频段内的频率稳定度测量问题。
背景技术：
从前沿技术的研究成果中可以看到，超导稳频振荡器(SCSO)的短期频率稳定度是最高的，秒级稳定度可达到IO45 1(T16,目前Stein和Turneaure研制的低温超导稳频振荡器的频率稳定度可达到3X 10_16/(1S-1000S)，工作频率为8. 6GHz。基于现代微波技术、 高分辨力的温度测定方法、无源振动隔离以及压电倾斜校正技术的发展，使得SCSO的频率稳定度可达到10_17 10_18的水平。除此，国外还开展了蓝宝石介质超导谐振器(SLOSC) 的研究，西澳大利亚大学物理系研制成功了 SL0SC，其频率稳定度达6 X 10_14/10s，谐振腔的 QL为3. 8X 108。美国NASA喷气实验室(JPL)为Cassini-Huygens计划研制低温微波振荡器，如IOK温度补偿微波振荡器、77K温度补偿振荡器、SUMO等。近年来，国内外在原子频标研制技术方面进步迅速，铯喷泉钟在微波频段的稳定度优于10_15，原子频标稳定度在光学领域的发展潜力据信还可以得到大幅提高。目前市场上的频率稳定度测量系统主要是基于差拍法测量原理、双混频时差法测量原理和频差倍增法测量原理的基础上研制的。差拍法测量系统可以测量宽频带范围内的分数频率源的短期频率稳定度，但是受制于参考源和系统自身频率稳定度的影响，这种系统无法测量高稳定度标准频率的高稳晶振和原子频率标准的短期频率稳定度。系统组成包括参考源、差拍器、倍频器、计数器和计算机。频差倍增法测量系统仅可以测量标准频率的高稳晶振和原子频率标准的频率稳定度，但是这种系统却无法测量光频标和超导稳频振荡器。系统组成参考源、频差倍增器、 计数器和计算机。双混频时差法测量系统可以测量标准频率的高稳晶振和原子频率标准的频率稳定度，其秒级自身频率稳定度可达到10_14量级，但是这种系统仅能测量标准频率5MHz、 IOMHz的频率稳定度，频率范围具有局限性。系统组成包括参考源、公共源、双通道差拍器、隔离放大器、移相器、计数器和计算机。由于目前超导稳频振荡器和以铯喷泉钟为代表的光频标在微波频段的稳定度指标获得了极大的提高，所以需要弥补双混频时差测量系统在频率范围方面的局限性，使之能够测量微波频段的频率稳定度。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置，解决超导稳频振荡器和光频标在微波频段的稳定度指标的测量问题I、双混频时差测量系统在频率范围
4方面具有局限性，不能测量微波频段的稳定度；2、系统在标准频率5MHz、IOMHz时，秒级自身频率稳定度在10_14量级，无法测量秒级稳定度10_15 10_16之间的待测源。根据本发明的一个方面，提供一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置，该装置包括第一混频器、第二混频器、隔离放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一放大器、第二放大器、第三低通滤波器和第四低通滤波器；第一混频器的本振端接收待测信号，隔离放大器的输入端接收公共信号，第二混频器的本振端接收参考信号，隔离放大器的待测端与第一混频器的射频端微波电缆连接， 隔离放大器的参考端与第二混频器的射频端微波电缆连接，第一混频器的中频端与第一低通滤波器的输入端射频电缆连接，第二混频器的中频端与第二低通滤波器的输入端射频电缆连接，第一低通滤波器的输出端与第一放大器的输出端射频电缆连接，第二低通滤波器的输出端与第二放大器的输出端射频电缆连接，第一放大器的输出端与第三低通滤波器的输入端射频电缆连接，第二放大器的输出端与第四低通滤波器的输入端射频电缆连接，第三低通滤波器输出经过处理的待测信号，第四低通滤波器输出经过处理的参考信号。 优选地，所述参考信号与待测信号的频率相同。优选地，所述待测信号的频率上限为18GHz。根据本发明的另一个方面，提供一种基于双混频下变频技术的测量系统，该系统包括双混频时差测量系统，以及如权利要求I所述的扩展装置。优选地，所述双混频时差测量系统进一步包括提供待测信号的待测源；提供公共信号的公共源；提供参考信号的参考源；以及双混频时差测量装置，该双混频时差测量装置接收来自所述扩展装置的经处理的待测信号和经处理的参考信号，对所述待测信号进行测量。根据本发明的再一个方面，提供一种基于双混频下变频技术的频率扩展方法，该方法包括公共信号经过隔离放大器分配为第一公共信号和第二公共信号，第一公共信号与待测信号通过第一混频器进行混频，并通过第一低通滤波器滤除其中的和频分量和基频分量得到第一差拍频率信号，该第一差拍频率信号通过第一放大器进行放大，并通过第三低通滤波器滤除噪声，得到经处理的待测信号；第二公共信号与参考源输出的参考信号通过第二混频器进行混频，并通过第二低通滤波器滤除其中的和频分量和基频分量得到第二差拍频率信号，该第二差拍频率信号通过第二放大器进行放大，并通过第四低通滤波器滤除噪声，得到经处理的参考信号。根据本发明的又一个方面，提供一种基于双混频下变频技术的信号测量方法，该方法包括将公共信号分配为第一公共信号和第二公共信号，将待测信号与第一公共信号混频，并通过对得到的第一混频信号滤波得到第一差拍频率信号，
将该第一差拍频率信号放大和滤除，得到经处理的待测信号；将参考信号与第二公共信号混频，并通过对得到的第二混频信号滤波得到第二差拍频率信号，将该第二差拍频率信号放大和滤波，得到经处理的参考信号；通过对所述经处理的待测信号和所述经处理的参考信号进行双混频时差测量，对所述待测信号进行测量。参考信号fK与待测信号fx的频率相同，频率稳定度水平相当，两者通过与公共信号f。进行混频得到差拍频率信号fx_f。，这将参考信号与待测信号之间的相位变化扩大了 fj (fx~fc)，公共信号的频率范围能够覆盖待测信号fx。这种方法可以进一步优化测量系统的底部噪声水平，扩展系统的频率范围。基于双混频下变频技术的频率扩展装置，克服了目前双混频时差测量系统的不足，其具有以下优点1、可以使目前的双混频时差测量系统实现微波频段的测量，频率上限为18GHz ;2、自身秒级频率稳定度可以达到10_16量级。
图I示出根据本发明实施例的基于双混频下变频技术的测量系统。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进一步阐述。图I示出根据本发明实施例的基于双混频下变频技术的测量系统，该系统包括双混频时差测量系统和基于双混频下变频技术的频率扩展装置，该双混频时差测量系统包括提供公共信号的公共源，提供参考信号的参考源，以及双混频时差测量装置；该双混频时差测量装置接收来自所述扩展装置的经处理的待测信号和经处理的参考信号，对所述待测信号进行测量。如图I所示，基于双混频下变频技术的频率扩展装置包括包括第一混频器、第二混频器、隔离放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一放大器、第二放大器、第三低通滤波器和第四低通滤波器。第一混频器的本振端接收待测信号，隔离放大器的输入端接收公共信号，第二混频器的本振端接收参考信号，隔离放大器的待测端与第一混频器的射频端微波电缆连接， 隔离放大器的参考端与第二混频器的射频端微波电缆连接，第一混频器的中频端与第一低通滤波器的输入端射频电缆连接，第二混频器的中频端与第二低通滤波器的输入端射频电缆连接，第一低通滤波器的输出端与第一放大器的输出端射频电缆连接，第二低通滤波器的输出端与第二放大器的输出端射频电缆连接，第一放大器的输出端与第三低通滤波器的输入端射频电缆连接，第二放大器的输出端与第四低通滤波器的输入端射频电缆连接，第三低通滤波器输出经过处理的待测信号，第四低通滤波器输出经过处理的参考信号。根据本发明实施例，所述来自待测源的待测信号的频率上限为18GHz。参考图1，工作时，公共信号经过隔离放大器分配为第一公共信号和第二公共信号，第一公共信号与待测信号通过第一混频器进行混频，并通过第一低通滤波器滤除其中的和频和基频分量得到第一差拍频率信号，该第一差拍频率信号通过第一放大器进行放大，并通过第三低通滤波器滤除噪声，得到经处理的待测信号使用。第二公共信号与参考源输出的参考信号通过第二混频器进行混频，并通过第二低通滤波器滤除其中的和频和基频分量得到第二差拍频率信号，该第二差拍频率信号通过第二放大器进行放大，并通过第四低通滤波器滤除噪声，得到经处理的参考信号，通过对所述经处理的待测信号和经处理的参考信号进行双混频时差测量，对所述待测信号进行测量。参考信号fK与待测信号fx的频率相同，频率稳定度水平相当，两者通过与公共信号f。进行混频得到差拍频率信号fx_f。，这将参考信号与待测信号之间的相位变化扩大了 fx/(fx_f。)，公共信号的频率范围能够覆盖待测信号fx，将所述两路差拍频率信号送入双混频时差测量系统进行相位测量。这种方法可以进一步优化测量系统的底部噪声水平，扩展系统的频率范围。所述来自待测源的待测信号的频率上限为18GHz。应当理解，以上借助本发明的优选实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。 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。本发明的保护范围仅由随附权利要求书限定。
权利要求
1.一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置，其特征在于，该装置包括第一混频器、第二混频器、隔离放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一放大器、第二放大器、 第三低通滤波器和第四低通滤波器；第一混频器的本振端接收待测信号，隔离放大器的输入端接收公共信号，第二混频器的本振端接收参考信号，隔离放大器的待测端与第一混频器的射频端微波电缆连接，隔离放大器的参考端与第二混频器的射频端微波电缆连接，第一混频器的中频端与第一低通滤波器的输入端射频电缆连接，第二混频器的中频端与第二低通滤波器的输入端射频电缆连接，第一低通滤波器的输出端与第一放大器的输出端射频电缆连接，第二低通滤波器的输出端与第二放大器的输出端射频电缆连接，第一放大器的输出端与第三低通滤波器的输入端射频电缆连接，第二放大器的输出端与第四低通滤波器的输入端射频电缆连接，第三低通滤波器输出经过处理的待测信号，第四低通滤波器输出经过处理的参考信号。
2.根据权利要求I所述的基于双混频下变频技术的频率扩展装置，其特征在于，所述参考信号与待测信号的频率相同。
3.根据权利要求I所述的基于双混频下变频技术的频率扩展装置，其特征在于，所述待测信号的频率上限为18GHz。
4.一种基于双混频下变频技术的测量系统，其特征在于，该系统包括双混频时差测量系统，以及如权利要求I所述的扩展装置。
5.根据权利要求4所述的基于双混频下变频技术的测量系统，其特征在于，所述双混频时差测量系统进一步包括提供待测信号的待测源；提供公共信号的公共源；提供参考信号的参考源；以及双混频时差测量装置，该双混频时差测量装置接收来自所述扩展装置的经处理的待测信号和经处理的参考信号，对所述待测信号进行测量。
6.一种基于双混频下变频技术的频率扩展方法，其特征在于，该方法包括公共信号经过隔离放大器分配为第一公共信号和第二公共信号，第一公共信号与待测信号通过第一混频器进行混频，并通过第一低通滤波器滤除其中的和频分量和基频分量得到第一差拍频率信号，该第一差拍频率信号通过第一放大器进行放大，并通过第三低通滤波器滤除噪声，得到经处理的待测信号；第二公共信号与参考源输出的参考信号通过第二混频器进行混频，并通过第二低通滤波器滤除其中的和频分量和基频分量得到第二差拍频率信号，该第二差拍频率信号通过第二放大器进行放大，并通过第四低通滤波器滤除噪声，得到经处理的参考信号。
7.一种基于双混频下变频技术的信号测量方法，其特征在于，该方法包括将公共信号分配为第一公共信号和第二公共信号，将待测信号与第一公共信号混频，并通过对得到的第一混频信号滤波得到第一差拍频率信号，将该第一差拍频率信号放大和滤除，得到经处理的待测信号；将参考信号与第二公共信号混频，并通过对得到的第二混频信号滤波得到第二差拍频率信号，将该第二差拍频率信号放大和滤波，得到经处理的参考信号；通过对所述经处理的待测信号和所述经处理的参考信号进行双混频时差测量，对所述待测信号进行测量。
全文摘要
本发明涉及一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置和方法。本发明公开了一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置，该装置包括第一混频器、第二混频器、隔离放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一放大器、第二放大器、第三低通滤波器和第四低通滤波器。本发明进一步公开了一种基于双混频下变频技术的测量系统，基于双混频下变频技术的频率扩展方法，以及基于双混频下变频技术的信号测量方法。本发明克服了目前双混频时差测量系统的不足，其具有以下优点1、可以使目前的双混频时差测量系统实现微波频段的测量，频率上限为18GHz；2、自身秒级频率稳定度可以达到10-16量级。
文档编号G01R23/02GK102608418SQ20121005228
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者阎栋梁 申请人:北京无线电计量测试研究所