短期頻率穩(wěn)定度的測量——基于頻差倍增法的測量系統(tǒng)及其優(yōu)化.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對于這些頻率源的頻率穩(wěn)定度要求越來越高,隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,雷達(dá)、導(dǎo)航、宇宙飛行、導(dǎo)彈以及空間探索工作的開展,需要有高精度高穩(wěn)定度的頻率源如頻率合成器、石英晶體振蕩器以及原子頻標(biāo)。 頻率穩(wěn)定度是現(xiàn)代精密振蕩器的重要特性之一,對于頻率穩(wěn)定度的測量,不僅可以確定振蕩器性能的優(yōu)劣,而且還推動了精密振蕩器的研制和發(fā)展。近三十多年來,頻率穩(wěn)定度指標(biāo)提高了7個量級,由10-8提高到10-15,甚至更高。 頻率

2、穩(wěn)定度的測量有許多方法,本課題采用的是頻差倍增法,這是在頻率穩(wěn)定度時域測量領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用的一種測量方法。該法是一種比較測量法,采用計數(shù)器作為測量顯示器,實現(xiàn)取樣方差的測量?？梢允褂猛ㄓ糜嫈?shù)器直接測量頻率源信號頻率,但是不能高精度的測量頻標(biāo)的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度,只能觀測10-6至10-7量級的頻標(biāo)信號。為了提高測量精度,可采用“頻差-倍增”,將被測信號和頻差即不穩(wěn)定值△f經(jīng)倍增器擴(kuò)大,擴(kuò)大后的信號再用計數(shù)器直接測頻,同時利用計數(shù)器的閘門時

3、間T來控制取樣時間。 由于頻率源信號的穩(wěn)定度特性的定義表征,測量技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理等方面不統(tǒng)一,尤其在給出的頻率源信號特性指標(biāo)概念的混亂,使得同一測量對象由于測量方法不一樣,表征不同,數(shù)據(jù)處理也不同,其結(jié)果也不同。我國在1976年2月和1977年12月分別通過了各類頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度的表征,明確規(guī)定采用阿侖方差作為頻穩(wěn)的時域表征量,對原子頻標(biāo)還建議采用相對頻率起伏譜密度作為頻穩(wěn)的頻域表征量本文對頻率穩(wěn)定度的測量系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和實現(xiàn),

4、全文結(jié)構(gòu)安排如下： 1.概述本文的研究背景和課題來源,并簡要介紹課題方案的選擇和系統(tǒng)框圖； 2.介紹測量頻率穩(wěn)定度的理論基礎(chǔ),頻率表征的兩個方面：時域和頻域；介紹常用的幾種頻率穩(wěn)定度的測量方法及其優(yōu)缺點； 3.簡要介紹系統(tǒng)的總體硬件實現(xiàn)方案,根據(jù)需要選擇合適的芯片,對硬件電路設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的說明,并給出相應(yīng)的硬件電路圖,以及本系統(tǒng)中的主要芯片模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述,并給出模塊的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖及后期對系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化；