[发明专利]一种基于双混频下变频技术的频率扩展装置和方法

说明书

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10^-15～10^-16，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3×10^-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SLOSC，其频率稳定度达6×10^-14/10s，谐振腔的QL为3.8×10⁸。美国NASA喷气实验室(JPL)为Cassini-Huygens计划研制低温微波振荡器，如10K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、10MHz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：1、双混频时差测量系统在频率范围方面具有局限性，不能测量微波频段的稳定度；2、系统在标准频率5MHz、10MHz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1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：