频率源的频率瞬态稳定度随时间变化的研究

摘要

卫星导航、仪器仪表、通信等行业对频率源性能的要求越来越高，频率稳定度是频率源性能的一个重要指标。频率稳定度包括瞬态稳定度、短期稳定度和长期稳定度。瞬态稳定度对于相位噪声的远端噪声和短期稳定度的研究具有重要作用。传统的测量方法由于模拟电路的复杂以及测量闸门的限制，不能够进行瞬态稳定度的测量。随着数字化技术的发展，瞬态稳定度的测量得到了解决。在传统的频率源稳定度测量中，通常都会有一个精度更高的频率源作为频率标准，但是随着频率源技术指标的提高，常常会难以发现符合要求的标准源。 根据以及前人的大量研究工作，发现了频率源在没有外部参考标准的情况下，由于噪声在不同的时段保持值和现有值之间必定存在的差异，就能够对于自身的频率稳定度指标进行精密测量，结合频域的延迟线/混频式鉴频器的分析。本文提出利用频率源延时（移相）来进行频率源瞬态稳定度测量的新方法，即通过对频率源本身信号进行延迟（移相）后和自身信号进行比对，进行瞬态稳定度的测量。在本测量方案中，使用延时后的被测信号作为A/D转换器的时钟信号，对未经延时的被测信号进行采集，采集到的数字值即为被测信号延时前后的相位差，从而进行瞬态稳定度的计算。本文详细介绍了测量方案的原理并设计了具体的测量方案，介绍硬件和软件设计，并对商用压控晶体振荡器和被动型铷钟进行了瞬态稳定度测量。实验验证在瞬态百纳秒可以达到E-5量级，可以进行瞬态稳定度的测量。晶体振荡器是使用最广泛的频率标准，对于晶体振荡器性能的提升具有很重要的意义。本文通过对频率源稳定度曲线的变化和所对应噪声情况的分析，利用晶体振荡器的稳定度曲线在秒之前为1?的规律对晶体振荡器提出了利用延时高稳定性的特点对稳定度进行改进的方法。本文介绍了数字边沿效应以及稳定度改善原理，并设计了实验方案，试验验证通过改善之后的晶体振荡器瞬态稳定度和短稳提高了两倍多。 本文设计数字化频率源自标准瞬态稳定度测量的实验方案和对晶体振荡器进行稳定度改善的实验方案，对于频率源的认识以及改进工作具有重要意义。

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