运行于微波频率的矢量信号发生器和产生矢量信号的方法技术

一种能够在微波频率上工作的矢量信号发生器，其包括微波谐振器(101)、用于将微波光子耦合出所述微波谐振器(101)的输出(102)、耦合到微波谐振器(101)的第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)，其用于将微波信号发射到微波谐振器中。第一偏置电路(105)，其设置用于向所述第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)施加第一偏置。可调谐衰减器(106)耦合到所述微波谐振器(101)。

【技术实现步骤摘要】
运行于微波频率的矢量信号发生器和产生矢量信号的方法
总体而言，本专利技术涉及这样的
：产生具有所需频率、幅度和相位的时间整形信号，以用作在微波频率上工作的低温冷却电路的可控输入。具体地，本专利技术涉及在低温冷却环境内产生这种信号。
技术介绍
量子纳米电子和量子计算等技术涉及使用非常特殊的电路，该电路在极低的温度下工作，这只能使用先进的低温冷却技术实现。微波频率上的振荡信号(几GHz甚至几十或几百GHz的数量级)用作这些电路的输入。因此需要能够以所需的频率、幅度和相位生成这种信号。可能需要连续波(CW)和脉冲信号两者。在涉及材料科学、自旋共振测量和通信的应用中可能出现类似的需求。产生所述类型信号的传统方法涉及在室温下使用基带信号发生器和微波混频器，并通过同轴电缆、滤波器和级联热化级的布置而将信号由此馈送到低温恒温器。传统方法涉及许多缺点，包括但不限于所需设备的庞大和高成本、传输线上不可避免地发生需要衰减的热噪声、和任何反馈控制循环的相对长的延迟。随着纳米电子电路变得更复杂，这些问题变得更加困难，因为信道的数量可能显著增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种信号源，其用于以所需的频率、幅度和相位产生连续波和脉冲输入信号给低温冷却的纳米电子电路，同时避免或至少减轻上述现有技术的问题。本专利技术的特别目的是该解决方案应该是可扩展的，以便在大量信道上工作，同时将低温恒温器的热负荷维持在低水平。本专利技术的另一个目的是信号源电路的至少重要部分可以集成到公共基板上，以便局部地使用所产生的信号，而无需与芯片连接的外部微波线。利用纳米电子集成电路器件实现本专利技术的这些和另外的有利目的，该器件结合了可调谐频率微波源、具有可控内部和外部质量因子的谐振器、以及可控的2*pi移相器。可以使用外部施加的电压脉冲来控制该器件。根据第一方面，提供了一种能够在微波频率上工作的矢量信号发生器。矢量信号发生器包括微波谐振器、用于将微波光子耦合出所述微波谐振器的输出、以及第一约瑟夫逊结或结阵列。所述第一约瑟夫逊结或结阵列耦合到微波谐振器，用于将微波信号发射到微波谐振器中。矢量信号发生器包括：第一偏置电路，用于向所述第一约瑟夫逊结或结阵列施加第一偏置；以及可调谐衰减器，其耦合到所述微波谐振器。根据一个实施例，所述可调衰减器包括SINIS结构和第二偏置电路，其用于向所述SINIS结构施加第二偏置，以控制电子在隧穿所述SINIS结构中从所述谐振器吸收微波光子的速率。SINIS结构包括超导体-绝缘体-普通导体-绝缘体-超导体链。这涉及的优点是，所述第二偏置电压可用于控制从微波谐振器吸收微波光子的冷却速率。根据一个实施例，所述可调谐衰减器包括耦合到所述微波谐振器的可调谐谐振频率的第二耗散谐振器。这涉及的优点是，结构上相对简单的解决方案可用作可调谐衰减器。根据一个实施例，所述输出包括可控耦合器。这涉及的优点是，微波谐振器的外部质量因子可以独立调谐。根据一个实施例，所述可控耦合器包括具有初级侧和次级侧的转换器，转换器的所述初级侧耦合到所述微波谐振器。所述转换器包括可调谐电感，用于通过所述转换器调谐从所述微波谐振器耦合出微波光子的耦合效率。这涉及的优点是：可控耦合器的操作是众所周知的，并且可以利用相对简单的控制布置灵活地控制；并且可以使输出耦合中的不希望的衰减变小。根据一个实施例，所述可调谐电感包括位于所述转换器的所述初级侧上的第二约瑟夫逊结或结阵列，并且所述矢量信号发生器包括用于将第三偏置施加到所述第二约瑟夫逊结或结阵列的第三偏置电路。这涉及的优点是：可控耦合器的操作是众所周知的并且可以利用相对简单的控制布置控制；并且可以使输出耦合中的不希望的衰减变小。根据一个实施例，所述可控耦合器包括来自所述微波谐振器的至少两个输出和可控组合器电路，所述可控组合器电路配置成选择性地将来自所述至少两个输出的微波信号引导到公共外部耦合电路。这涉及的优点是，可以使用相对简单的结构来实现输出耦合中的至少一些可控性。根据一个实施例，矢量信号发生器包括可控移相器，其耦合到所述微波谐振器的所述输出，用于控制从所述微波谐振器耦合出的微波信号的相位。这涉及的优点是，可以产生所需相位的微波信号。根据一个实施例，所述可控移相器包括至少三个可调谐元件，所述可调谐元件沿着从微波谐振器的所述输出引出的传输线耦合在不同位置，其中所述可调谐元件选自可调谐谐振器、直流超导量子干涉器(DCSQUID)和量子比特。这涉及的优点是，可以以非常低的损耗产生至少π弧度的可控相移。根据一个实施例，所述可控移相器包括至少五个所述可调谐元件，所述可调谐元件沿着所述传输线耦合在不同位置。这涉及以非常低的损耗将可控相移范围增加到可实现相移的整个2π范围的优点。根据一个实施例，每个所述可调谐谐振器包括用于与所述传输线耦合的耦合元件、耦合在所述耦合元件和参考电位之间的DCSQUID、以及所述DCSQUID的磁通偏置线，所述磁通偏置线用于控制穿透所述DCSQUID的SQUID循环的磁通量。这涉及所需相移的精确和无损可控性的优点。根据一个实施例，所述可调谐谐振器沿着所述传输线的相互距离定位为所述微波谐振器的微波工作频率的波长的四分之一。这涉及以非常小的损失实现整个2π可控性的优点。根据一个实施例，所述微波谐振器是可调谐微波谐振器，其允许其谐振频率在调谐范围内调谐；矢量信号发生器包括耦合到所述输出的滤波器；并且所述微波谐振器的谐振频率的调谐范围允许选择性地将所述谐振频率调谐到所述滤波器的停止频率或通过频率。这涉及的优点是，甚至在非常短的时间尺度下，也可以以高效的方式进行所产生的微波信号的通断切换。根据一个实施例，所述滤波器是无反射高通滤波器。这涉及的优点是，开/关切换引起非常小的额外损失。根据一个实施例，矢量信号发生器包括注入锁定输入，用于将种子音输入微波谐振器。这涉及强烈降低输出微波信号的线宽的优点。根据一个实施例，所述注入锁定输入和所述可控耦合器位于所述微波谐振器的相对端。这涉及以下优点：种子锁定和(可控的)输出耦合可以以结构上有利的方式彼此独立地完成。附图说明附图示出了本专利技术的实施例，其被包括以提供对本专利技术的进一步理解并构成本说明书的一部分，并且与说明书一起有助于解释本专利技术的原理。在附图中：图1是矢量信号发生器和一些支持系统的系统级概览，图2示出了微波谐振器的可调谐激励的示例，图3示出了微波谐振器的可调谐激励的示例，图4示出了微波谐振器的可调谐激励的示例，图5示出了分流约瑟夫逊结的等效电路图，图6示出了SINIS链的示例，图7示出了包括SINIS链的可调谐衰减器的示例，图8示出了SINIS链中的能级，图9示出了可控耦合器的示例，图10示出了可控移相器的示例，和图11示出了无反射滤波器的示例。具体实施方式在本文中使用诸如“第一”，“第二”等数字描述符仅仅是为了区分具有相似名称的部分。数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量信号发生器，其能够在微波频率上工作，其特征在于，包括：/n-微波谐振器(101)，/n-输出(102)，其用于将微波光子耦合出所述微波谐振器(101)，/n-第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)，其耦合到微波谐振器(101)，用于将微波信号发射到微波谐振器(101)中，/n-第一偏置电路(105)，其用于向所述第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)施加第一偏置，和/n-可调谐衰减器(106)，其耦合到所述微波谐振器(101)。/n

【技术特征摘要】
20190314 FI 201951891.一种矢量信号发生器，其能够在微波频率上工作，其特征在于，包括：
-微波谐振器(101)，
-输出(102)，其用于将微波光子耦合出所述微波谐振器(101)，
-第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)，其耦合到微波谐振器(101)，用于将微波信号发射到微波谐振器(101)中，
-第一偏置电路(105)，其用于向所述第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)施加第一偏置，和
-可调谐衰减器(106)，其耦合到所述微波谐振器(101)。


2.根据权利要求1所述的矢量信号发生器，其特征在于，所述可调谐衰减器(106)包括SINIS结构(701)和第二偏置电路(107)，所述第二偏置电路(107)用于向所述SINIS结构(701)施加第二偏置，以控制电子在隧穿所述SINIS结构中从所述谐振器(101)吸收微波光子的速率，其中所述SINIS结构包括超导体-绝缘体-普通导体-绝缘体-超导体链。


3.根据权利要求1所述的矢量信号发生器，其特征在于，所述可调谐衰减器包括耦合到所述微波谐振器的可调谐振频率的第二耗散谐振器。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的矢量信号发生器，其特征在于，所述输出(102)包括可控耦合器(103)。


5.根据权利要求4所述的矢量信号发生器，其特征在于，
-所述可控耦合器包括具有初级侧和次级侧的转换器(901)，所述转换器(901)的初级侧与所述微波谐振器(101)耦合，并且
-所述转换器(901)包括可调谐电感，用于通过所述转换器(901)调谐从所述微波谐振器(101)耦合出微波光子的耦合效率。


6.根据权利要求5所述的矢量信号发生器，其特征在于，
-所述可调谐电感包括位于所述转换器(901)的所述初级侧上的第二约瑟夫逊结或结阵列(902)，并且
-所述矢量信号发生器包括第三偏置电路(108)，用于向所述第二约瑟夫逊结或结阵列(902)施加第三偏置。


7.根据权利要求4所述的矢量信号发生器，其特征在于，
-所述可控耦合器包括来自所述微波谐振器的至少两个输出和可控组合器电路，所述可控组合器电路配置为将来自所述至少两个输出的微波信号选择性地引导到公共外部耦合电路(120)。


8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·哥茨，M·莫托宁，J·哈塞尔，T·奥利卡宁，
申请(专利权)人：IQM芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI