CN109449552B - 一种直流信号与微波信号合成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流信号与微波信号合成装置，属于信号处理技术领域，包括基板，所述基板上设有传输线路，所述传输线路包括直流信号传输线路、微波信号传输线路和直流微波信号合成线路，所述直流信号传输线路的输出端和微波信号传输线路的输出端并接后与所述直流微波信号合成线路的输入端连接，本发明通过采用一种全新结构形式的直流信号与微波信号合成装置，以解决现有技术中不得不采用商用Bias‑Tee带来的性能、设计、成本等诸多问题。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，特别是一种直流信号与微波信号合成装置。
背景技术
在对超导量子芯片上的量子比特进行操控时，直流信号与微波信号需要经过同一个通道馈入量子比特中，超导量子比特工作在10mK左右的极低温环境中，在馈入量子比特之前，直流信号和微波信号需要分别经过不同的低温线路优化，现有技术中常用的合成方式是采用商用Bias-Tee器件，Bias-Tee中文为偏置器，是一种在不干扰其他器件前提下设置直流偏置点的三端网络。
采用Bias-Tee器件的问题在于，商用的Bias-Tee器件采用电感、电容甚至电阻等基础元件组合的方式在实现功能，标称的温度使用范围最低也只在-55℃（218.15K）左右，与超导量子比特的工作温度10mK相比，温度相差太大，在极低温条件下，商用Bias-Tee性能可能会发生巨大变化甚至器件失效，同时，由于商用Bias-Tee中所用不同类型元器件的材料特性也是不一样的，不同元器件在不同温度下更是千差万别，因此影响商用Bias-Tee性能的因素也会增多；同时，在产品设计过程中，目前只能采用一定温度范围内设计、极低温条件下测试的方法来进行产品设计，实际极低温环境下的反复测试会带来极大的人力、物力和财力的消耗，成本极大。商用Bias-Tee中所用的元器件本身带有一定的信号损耗，损耗的能量也会转化成热量散发出去，当功耗和热量达到一定的程度，便会改变量子比特所处的环境温度，影响到量子比特的性能，甚至导致整个芯片不能正常的工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种全新结构形式的直流信号与微波信号合成装置，以解决现有技术中不得不采用商用Bias-Tee带来的性能、设计、成本等诸多问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种直流信号与微波信号合成装置，包括基板，所述基板上设有传输线路，所述传输线路包括直流信号传输线路、微波信号传输线路和直流微波信号合成线路，所述直流信号传输线路的输出端和微波信号传输线路的输出端并接后与所述直流微波信号合成线路的输入端连接。
进一步的，所述基板为硅基板。
进一步的，所述传输线路的材料为金属铝。
进一步的，所述直流信号传输线路包括第一共面波导传输线。
进一步的，所述直流信号传输线路还包括第二共面波导传输线，所述第二共面波导传输线的一端与所述第一共面波导传输线的输入端并接，所述第二共面波导传输线的另一端开路。
进一步的，所述微波信号传输线路包括交指电容。
进一步的，所述直流微波信号合成线路包括第三共面波导传输线。
进一步的，所述第一共面波导传输线和第二共面波导传输线的长度为待通过信号波长的四分之一，所述第三共面波导传输线的特性阻抗为50Ω。
进一步的，所述直流微波信号合成线路的输出端与量子芯片连接。
与现有技术相比，本发明通过采用直接在所述基板上直接设置传输线路的方式，所述传输线路包括所述直流信号传输线路、所述微波信号传输线路和所述直流微波信号合成线路，分别用于传输直流信号、微波信号和合成后的直流微波信号，避免了采用商用Bias-Tee带来的诸多问题，采用本发明实施例1的方案，带有的优点有：
（1）直接采用在基板上设置传输线路的方式，避免使用元器件造成的低温不确定性的问题；
（2）在产品设计阶段，由于本发明的合成装置未采用元器件，唯一需要确定的是基板的低温特性，避免了采用多种元器件，也就不需要进行反复测试验证，节省大量劳动成本。
（3）由于未采用元器件，避免了元器件带来的额外损耗和热量问题。
附图说明
图1是本发明实施例中一种直流信号与微波信号合成装置的示意图；
图2是本发明另一实施例中一种直流信号与微波信号合成装置的示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
实施例1
结合附图1，本发明实施例1提供了一种直流信号与微波信号合成装置，包括基板10，所述基板10上设有传输线路，所述传输线路包括直流信号传输线路20、微波信号传输线路30和直流微波信号合成线路40，所述直流信号传输线路20的输出端和微波信号传输线路30的输出端并接后与所述直流微波信号合成线路40的输入端电连接。
其中，所述直流信号传输线路20用于传输直流信号，外界直流信号通过所述直流信号传输线路20的输入端进入所述直流信号传输线路20中；
其中，所述微波信号传输线路30用于传输微波信号，外界微波信号通过所述直微波信号传输线路30的输入端进入所述微波信号传输线路30中；
其中，所述直流微波信号合成线路40用于合成并传输直流微波信号，直流微波信号经过直流微波信号合成线路40的输出端传输到外界设备中，其中外界设备为量子芯片。
通过采用直接在所述基板10上直接设置传输线路的方式，所述传输线路包括所述直流信号传输线路20、所述微波信号传输线路30和所述直流微波信号合成线路40，分别用于传输直流信号、微波信号和合成后的直流微波信号，避免了采用商用Bias-Tee带来的诸多问题，采用本发明实施例1的方案，带有的优点有：
（1）直接采用在基板上设置传输线路的方式，避免使用元器件造成的低温不确定性的问题；
（2）在产品设计阶段，由于本发明的合成装置未采用元器件，唯一需要确定的是基板的低温特性，避免了采用多种元器件，也就不需要进行反复测试验证，节省大量劳动成本。
（3）由于未采用元器件，避免了元器件带来的额外损耗和热量问题。
其中，基板10优选采用硅基板，硅基板在低温下结构性能都比较稳定。
实施例2
进一步的，结合附图1，在实施例1的基础上，所述传输线路的材料为金属铝。
采用金属铝来制作所述传输线路的图形，在极低温10mK左右温度下，铝处于超导状态，没有电阻，因此不会产生额外的信号损耗和热量。
实施例3
在实施例1的基础上，如图2所示，进一步的，所述直流信号传输线路20包括第一共面波导传输线21。
所述第一共面波导传输线21用于传输直流信号，采用共面波导传输，具有低损耗、易于与其他元件相连接的优点，且制作工艺简单、成本低。
更进一步的，所述直流信号传输线路20还包括第二共面波导传输线22，所述第二共面波导传输22线与所述第一共面波导传输线21的输入端并接，所述第二共面波导传输线22的输出端开路。
所述第二共面波导传输线22的终端开路是为了第一共面波导传输线21的输入端与外界直流信号输入的端口连接处的阻抗对于微波信号处于短路状态，短路状态再经过第二波长共面波导传输线22变成了高阻抗的开路状态，此时，所述直流信号传输线路20对于微波信号来说，是高阻抗状态，因此很好的抑制了微波信号进入所述直流信号传输线路21中，从而抑制了微波信号经对周围环境的影响。
实施例4
在实施例3的基础上，如图2所示，进一步的，所述微波信号传输线路30包括交指电容31，由于所述交指电容31具有“通交流、阻直流”特性，微波信号可以低损耗的通过所述交指电容31，同时抑制直流信号进入所述直流信号传输线路20，从而抑制了直流信号外部环境的影响。
实施例5
在实施例4的基础上，如图2所示，进一步的，所述直流微波信号合成线路40中包括第三共面波导传输线41，所述第三共面波导传输线41用于传输直流微波合成信号，采用共面波导传输，有益效果同实施例3，这里不再赘述。
实施例6
在实施例5的基础上，如图2所示，在实际中当需要将直流信号与13Ghz的微波信号进行合成时，具体的，所述第一共面波导传输线21和第二共面波导传输线22的长度设置频率为13GHz微波信号波长的1/4，所述第三共面波导传输线41的特性阻抗设置为50Ω。
所述第一共面波导传输线21和第二共面波导传输线22均为对应频率为13GHz的1/4波长共面波导传输线可以很好的抑制了13GHz的微波信号进入所述直流信号传输线路21中，从而有效抑制了13GHz的微波信号对周围环境的影响，所述第三共面波导传输线41的特性阻抗为50Ω，对于13GHz的微波信号是畅通无阻的。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种直流信号与微波信号合成装置，其特征在于，包括基板，所述基板上设有传输线路，所述传输线路包括直流信号传输线路、微波信号传输线路和直流微波信号合成线路，所述直流信号传输线路的输出端和微波信号传输线路的输出端并接后与所述直流微波信号合成线路的输入端连接；
所述直流信号传输线路包括第一共面波导传输线；
所述直流信号传输线路还包括第二共面波导传输线，所述第二共面波导传输线的一端和所述第一共面波导传输线的输入端并接，所述第二共面波导传输线的另一端开路；
所述传输线路的材料为铝。
2.根据权利要求1所述的直流信号与微波信号合成装置，其特征在于，所述基板为硅基板。
3.根据权利要求1所述的直流信号与微波信号合成装置，其特征在于，所述微波信号传输线路包括交指电容。
4.根据权利要求3所述的直流信号与微波信号合成装置，其特征在于，所述直流微波信号合成线路包括第三共面波导传输线。
5.根据权利要求4所述的直流信号与微波信号合成装置，其特征在于，所述第一共面波导传输线和所述第二共面波导传输线的长度为待通过信号波长的四分之一，所述第三共面波导传输线的特性阻抗为50Ω。
6.根据权利要求1所述的直流信号与微波信号合成装置，其特征在于，所述直流微波信号合成线路的输出端和量子芯片连接。
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