短期频率稳定度时域测量方法及实现 ——频差倍增法及双混频时差法综合应用

论文摘要

随着现代通信技术的发展,在很宽的频率范围内对非标准信号需要具有较高的测量精度。然而在测量精度与仪器的成本,复杂程度和应用条件之间存在着矛盾,具有高精度,低成本,和简单结构的测量仪器备受欢迎。我们的主要目的也就是研究满足这样一种要求的测量系统,具有较高测试精度,较宽测试范围,同时系统结构简单,成本较低,方便应用的短期频率稳定度测试仪。本论文针对目前国内外短期频率稳定度的测量技术的发展,对这个领域进行了探索和初步的研究:首先简要介绍了频率源输出噪声模型,及其在时域频域不同的表示形式;短期频率稳定度的物理意义及其表征,包括在时域和频域的表征,以及这两种表征之间的联系和换算方法;接着阐述了阿伦方差的定义和计算方法;介绍了短期频率稳定度时域频域测量的常用方法,主要介绍了差频周期法,频差倍增法等;以及这些方案在电路中引入相位噪声的情况。然后根据具体给出的指标,我们用一个具体的实例来说明测量短期频率稳定度的方法和过程。选用频差倍增法,分三个部分:频率发生部分,频差倍增部分和混频调制部分,设计完整的硬件电路,整机自校精度达到10 ?1 3/s量级。并对其噪声性能做了比较详细地说明和分析。针对频差倍增方案实现中存在的问题,提出改进方案;选用另一种短期频率稳定度的时域测量方法,双混频时差法再次实现短稳的测量,详细论述了双混频方案的测量原理,并对公共源引入噪声的影响做了说明和推导;实现硬件电路;在软件设计上,设计了相应保障其测量计算可信度的算法。最后总结和比对这两种不同的方案,根据测试结果分析其优缺点,指出各自适用的范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 测量短期频率稳定度的技术概况
• 1.3 本论文所做的工作
• 第二章 短期频率稳定度的表征
• 2.1 基本定义
• 2.1.1 频率源输出噪声模型
• 2.1.1.1 频率源噪声模型
• 2.1.1.2 噪声的性质
• 2.1.1.3 频率源的幂律谱噪声
• 2.1.2 短期频率稳定度的物理定义
• 2.2 短期频率稳定度的时域表征
• 2.2.1 可用于时域表征的几种方差
• 2.2.2 几种方差之间的关系
• 2.3 短期频率稳定度的频域表征
• 2.3.1 相位噪声的概念及分析
• 2.3.2 相位噪声和各种短期频率稳定度的描述
• 2.4 时频域表征之间的关系
• 2.5 短期频率稳定度时域测量方法介绍
• 2.6 短期频率稳定度频域测量方法简介
• 第三章 频差倍增法测量短期频率稳定度
• 3.1 指标及方案说明
• 3.1.1 频率发生部分
• 3.1.2 频差倍增部分
• 3.1.3 混频调制部分
• 3.2 设计中存在的问题及改进
• 第四章 双混频时差法测量短期频率稳定度
• 4.1 双混频时差法原理
• 4.2 方案实施
• 4.3 测量误差及噪声分析
• 4.4 软件部分流程设计
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果