[发明专利]一种毫米波和亚毫米波频段频率稳定度测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明研制了一种基于差拍法的频率稳定度测量系统和方法，特别适用于毫米波和亚毫米波频率范围内的频率稳定度测量，这种系统和方法的应用可以解决毫米波和亚毫米波频率范围内的频率源以及光频标的频率稳定度测量问题。

背景技术

毫米波在通讯、雷达、制导遥感、频标技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。利用大气窗口的毫米波频率可实现大容量的卫星-地面通信或地面中断通信。利用毫米波天线的窄波束和低旁瓣性能可实现低仰角精密跟踪雷达和成像雷达。在远程导弹或航天器重返大气层时，需采用能顺利穿透等离子体的毫米波实现通信和制导。高分辨率的毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。基于光梳技术而研制成功的光频标，其频率稳定度达到了非常高的水平。在这些应用范畴内，毫米波频率源得到了广泛的应用，其频率稳定度尤其是短期频率稳定度受到了格外的关注，所以需要在毫米波和亚毫米波频段范围内进行频率稳定度测试。

目前市场上的频率稳定度测量系统主要是基于双混频时差法测量原理、频差倍增法测量原理和差拍法测量原理的基础上研制的。

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，但是这种系统的测量频率范围有限，只能测量频率5MHz、10MHz。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。

差拍法测量系统是目前唯一可以在宽频带范围内对分数频率源的短期频率稳定度进行测量的装置，但是受限于其自身的测量频率范围，这种系统仅能测量18GHz以内的频率源。系统组成包括：参考源、差拍器、倍频器、计数器和计算机。

由于目前毫米波和亚毫米波频率源日益得到广泛的应用，所以需要弥补差拍法测量系统在频率范围方面的局限性，使之能够测量毫米波和亚毫米波频段频率稳定度。

发明内容

本发明目的在于研制一种基于差拍法的频率稳定度测量装置，以解决毫米波和亚毫米波频率源的稳定度测量问题：双混频时差测量系统和频差倍增法测量系统在频率范围方面具有局限性，不适用于毫米波和亚毫米波频段稳定度的测量，频率范围仅为18GHz。

根据本发明，提供一种毫米波和亚毫米波频段频率稳定度系统，该系统包括：本振源、基波混频器、谐波混频器、次谐波混频器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、选频开关、差拍器、计数器、中频参考源和计算机；

本振源的微波输出端分别与基波混频器的本振端和谐波混频器的本振端微波电缆连接，本振源的倍频端与毫米波倍频器的输入端微波电缆连接，基波混频器的射频端用作第一输入端，谐波混频器的射频端用作第二输入端，毫米波倍频器的输出端与次谐波混频器的本振端波导连接，次谐波混频器的射频端用作第三输入端，基波混频器的中频端与第一带通滤波器的输入端射频电缆连接，谐波混频器的中频端与第二带通滤波器的输入端射频电缆连接，次谐波混频器的中频端与第三带通滤波器的输入端射频电缆连接，第一带通滤波器的输出端与第一放大器的输入端射频电缆连接，第二带通滤波器的输出端与第二放大器的输入端射频电缆连接，第三带通滤波器的输出端与第三放大器的输入端射频电缆连接，第一放大器的输出端与选频开关的Ku端射频电缆连接，第二放大器的输出端与选频开关的Ka端射频电缆连接，第三放大器的输出端与选频开关的W端射频电缆连接，选频开关的输出端与差拍器的输入端射频电缆连接，差拍器的输出端与计数器的输入端射频电缆连接，中频参考源的输出端与差拍器的本振端射频电缆连接，计数器的输出端与计算机通过串口总线连接，计算机根据计数器采集的频率计算阿仑方差作为频率稳定度的表征。

优选地，所述本振源是一台微波频率源，其频率范围为1GHz～40GHz。

优选地，所述第一输入端用于输入频率范围为18GHz～40GHz的待测信号，所述第二输入端用于输入频率范围为40GHz～110GHz的待测信号，所述第三输入端用于输入频率范围为110GHz～300GHz的待测信号。