CN113363688A - 用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法 - Google Patents

用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113363688A
CN113363688A CN202110707642.5A CN202110707642A CN113363688A CN 113363688 A CN113363688 A CN 113363688A CN 202110707642 A CN202110707642 A CN 202110707642A CN 113363688 A CN113363688 A CN 113363688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ions
near field
unit
microwave
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110707642.5A
Other languages
English (en)
Inventor
陈柳平
万相奎
刘练
张剑峰
韩琢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Original Assignee
Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd filed Critical Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Priority to CN202110707642.5A priority Critical patent/CN113363688A/zh
Publication of CN113363688A publication Critical patent/CN113363688A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters

Abstract

本发明公开了一种用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法。包括微带馈线、第一辐射单元、第一滤波单元、第二辐射单元、第二滤波单元和第三辐射单元。微带馈线、第一辐射单元、第一滤波单元、第二辐射单元、第二滤波单元、第三辐射单元按照馈电方向逐级依次相连。本发明提供的装置及方法可适配多种不同离子的微波驱动系统，有效减小微波转换装置的数量、体积和重量，大大提高微波驱动离子系统的利用率。

Description

用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法
技术领域
本发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法。
背景技术
在量子计算领域，单量子和双量子逻辑门可由近场微波驱动或者激光来驱动。在微波驱动离子的系统中，通常包含谐振器、功率放大器、电磁波导、耦合元件、天线等，其中天线是将传输线上的导行波转换为驱动离子的近场微波的关键装置。一般来说，微波驱动系统会因为离子的差异而采用不同频率的转换装置，如25Mg+、43Ca+和171Yb+离子的微波驱动频率分别为1.789GHz、3.2GHz和12.6GHz，因而需要采用对应频率的转换装置。通常的解决办法是针对每一种微波驱动系统设计一种转换装置，转换装置的形式一般为喇叭口面的天线。喇叭口面的天线是一个三维结构，因此其占用的体积空间大。另外天线尺寸跟波长成反比，对于低频段工作的天线，其尺寸也比较大，例如1.789GHZ频率工作的标准喇叭口面天线（增益为10dB)其尺寸为210mm×209mm×154mm。所以现有以喇叭天线为基础的近场微波转换装置体积大，重量重，严重限制了量子计算技术的发展和商用推广。
发明内容
为了弥补上述技术缺陷，本发明提供一种用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法。所述装置及方法可适配多种不同离子的微波驱动系统，能够有效减小微波转换装置的数量、体积和重量，大大提高微波驱动离子系统的利用率。
根据本发明的一方面，提供了一种用于微波驱动离子的近场微波转换装置，包括微带馈线、第一辐射单元、第一滤波单元、第二辐射单元、第二滤波单元和第三辐射单元。所述微带馈线、所述第一辐射单元、所述第一滤波单元、所述第二辐射单元、所述第二滤波单元、所述第三辐射单元均由介质基板和相应金属贴片构成。所述微带馈线、所述第一辐射单元、所述第一滤波单元、所述第二辐射单元、所述第二滤波单元、所述第三辐射单元按照馈电方向逐级依次相连，馈电方向由微带馈线往第三辐射单元方向。
优选地，第一辐射单元向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁，其谐振工作频率为f1；第二辐射单元向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁，其谐振工作频率为f2；第三辐射单元向外辐射工作频率为f3的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁，其谐振工作频率为f3；工作频率f1，f2，f3为驱动离子阱中的对应离子的所需频率，并且f1<f2<f3。
优选地，第一滤波单元导通工作频率f2和f3的电流信号，阻断工作频率f1的电流信号；第二滤波单元导通工作频率f3的电流信号，阻断工作频率f1和f2的电流信号。
优选地，所述第一辐射单元，所述第二辐射单元，所述第三辐射单元的内部结构可以是领结形状、矩形形状等半波偶极子微带谐振器。
优选地，所述第一滤波单元，所述第二滤波单元可以是微带结构的高通滤波器。
优选地，所述用于微波驱动离子的近场微波转换装置尺寸维度为1.5λ×2λ×h,λ为最低频率的有效波长，h为介质基板的厚度，h一般不超过2mm。
优选地，可以将多个单一转换装置并列连接起来，提高转换增益。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于微波驱动离子的近场微波转换方法，包括以下步骤：
S1，第一辐射单元根据微带馈线传输的电流信号，发生工作频率为f1的谐振，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；
S2，第一滤波单元根据传输的电流信号，导通工作频率f2和f3的电流信号，阻断工作频率f1的电流信号；
S3，第二辐射单元根据传输的电流信号，发生工作频率为f2的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；
S4，第二滤波单元根据传输的电流信号，导通工作频率f3的电流信号，阻断工作频率f1和f2的电流信号；
S5，第三辐射单元根据传输的电流信号，发生工作频率为f3的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明可在多个单一频率点实现谐振，各工作频率之间互不干扰，保障较高的增益，使近场微波得到有效转换；
本发明通用性强，可满足不同离子驱动的近场微波转换需求；
本发明可以减少微波转换装置的数量，单个微波转换装置的数量体积更小，只有普通天线的百分之一，占用空间小，质量轻。
附图说明
图1为实施例一提供的近场微波转换装置示意图。
图2为第一滤波单元的幅频特性示意图。
图3为第二滤波单元的幅频特性示意图。
图4为实施例二到四提供的近场微波转换装置示意图。
图5为近场微波转换方法流程示意图。
图6为三个近场微波转换装置阵列组合方式示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的用于微波驱动离子的近场微波转换装置可包括微带馈线、第一辐射单元、第一滤波单元、第二辐射单元、第二滤波单元和第三辐射单元；所述微带馈线、所述第一辐射单元、所述第一滤波单元、所述第二辐射单元、所述第二滤波单元、所述第三辐射单元均由介质基板和相应金属贴片构成。所述微带馈线、所述第一辐射单元、所述第一滤波单元、第二辐射单元、第二滤波单元和第三辐射单元按照馈电方向依次相连。
实施例一
具体地，如图1所示，微带馈线传输的电流信号，经过第一辐射单元时，发生工作频率为f1的谐振，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；经过第一滤波单元时，幅频特性如图2所示，工作频率f2和f3的电流信号导通，工作频率f1的电流信号阻断；经过第二辐射单元时，发生工作频率为f2的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；经过第二滤波单元时，幅频特性如图3所示，工作频率f3的电流信号导通，工作频率f1和f2的电流信号阻断；经过第三辐射单元时，发生工作频率为f3的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁。工作频率f1<f2<f3。
本实施例实现各个单一频率点实现谐振，各工作频率之间互不干扰，可满足不同离子驱动的近场微波转换需求，并且微波转换装置采用半波长偶极子的准八木微带结构，其辐射长边只有喇叭天线最长边的1/5，尺寸大大缩小，占用空间小，质量轻。
实施例二
如图4所示，微带馈线传输的电流信号，经过第一辐射单元时，发生工作频率为f1的谐振，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；经过第一滤波单元时，幅频特性如图2所示，工作频率f2的电流信号导通，工作频率f1的电流信号阻断；经过第二辐射单元时，发生工作频率为f2的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁。
实施例三
微带馈线传输的电流信号，经过第一辐射单元时，发生工作频率为f1的谐振，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；经过第一滤波单元时，幅频特性如图3所示，工作频率f3的电流信号导通，工作频率f1的电流信号阻断；经过第二辐射单元时，发生工作频率为f3的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁。
实施例四
微带馈线传输的电流信号，经过第一辐射单元时，发生工作频率为f2的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；经过第一滤波单元时，幅频特性如图3所示，工作频率f3的电流信号导通，工作频率f2的电流信号阻断；经过第二辐射单元时，发生工作频率为f3的谐振，向外辐射工作频率为f3的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁。
实施例五
如图5所示，根据本发明的另一方面，提供了一种用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法，所述方法包括以下步骤：
S1，第一辐射单元根据微带馈线传输的电流信号，发生工作频率为f1的谐振，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；
S2，第一滤波单元根据传输的电流信号，导通工作频率f2和f3的电流信号，阻断工作频率f1的电流信号；
S3，第二辐射单元根据传输的电流信号，发生工作频率为f2的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁；
S4，第二滤波单元根据传输的电流信号，导通工作频率f3的电流信号，阻断工作频率f1和f2的电流信号；
S5，第三辐射单元根据传输的电流信号，发生工作频率为f3的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子，使其发生能级跃迁。
实施六
如图6所示，为了提升转换增益，可以将三个单一微波转换装置组合起来，组阵成三个单元的微波转换装置。组阵后的三个单元微波转换装置最长边大于喇叭天线的长边，但是其它两个维度的尺寸则显著小于喇叭天线。组阵后的三个单元微波转换装置尺寸5λ1×2.5λ1×h，如采用FR-4板材，其在1.789GHz时有效波长约为80mm，尺寸为400mm×160mm×2mm，相比标准喇叭天线尺寸210mm×209mm×154mm，体积约为其1/50，注意这里标准喇叭天线只能实现一个频率点(1.789GHz)的谐振。而3.2GHz标准喇叭天线尺寸约为(191mm*112mm*91mm)，12.6GHz标准喇叭天线尺寸约为(48mm*38mm*38mm)。如果在近场驱动微波装置里面都采用喇叭天线，则三个喇叭天线组合起来的尺寸更大，加上天线之间防止干扰的保护距离，其体积尺寸(210mm*520mm*91mm)将远过本发明的装置。同时组阵后的微波转换装置增益不小于喇叭天线的增益，相比单一转换装置增加了至少4dB。
本发明设计合理，通用性强，体积小，能够满足不同离子驱动的近场微波转换需求。
以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (11)

1.一种用于微波驱动离子的近场微波转换装置，其特征在于，包括：微带馈线、第一辐射单元、第一滤波单元、第二辐射单元、第二滤波单元和第三辐射单元，
所述微带馈线、所述第一辐射单元、所述第一滤波单元、所述第二辐射单元、所述第二滤波单元、所述第三辐射单元按照馈电方向逐级依次相连，所述馈电方向由微带馈线往第三辐射单元方向。
2.根据权利要求1所述的近场微波转换装置，其特征在于，所述第一辐射单元发生工作频率f1的谐振，f1为离子阱中的离子的驱动频率，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子。
3.根据权利要求1所述的近场微波转换装置，其特征在于，所述第二辐射单元发生工作频率f2的谐振，f2为离子阱中的离子的驱动频率，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子。
4.根据权利要求1所述的近场微波转换装置，其特征在于，所述第三辐射单元发生工作频率f3的谐振，f3为离子阱中的离子的驱动频率，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子。
5.根据权利要求1所述的近场微波转换装置，其特征在于，所述第一滤波单元导通工作频率f2和f3的电流信号，阻断工作频率f1的电流信号。
6.根据权利要求1所述的近场微波转换装置，其特征在于，第二滤波单元导通工作频率f3的电流信号，阻断工作频率f1和f2的电流信号。
7.根据权利要求1所述的近场微波转换装置，其特征在于，所述微带馈线、所述第一辐射单元、所述第一滤波单元、所述第二辐射单元、所述第二滤波单元均由介质基板和相应金属贴片构成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的近场微波转换装置，其特征在于，所述第一辐射单元、所述第二辐射单元、所述第三辐射单元的内部结构是领结形状半波偶极子微带谐振器。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的近场微波转换装置，其特征在于，所述第一滤波单元，所述第二滤波单元是微带结构的高通滤波器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的近场微波转换装置，其特征在于，可将N个近场微波转换装置并列同向组阵，N为大于1的整数，N个馈带总线连接于一点。
11.一种用于微波驱动离子的近场微波转换方法，其特征在于，包括：
S1，第一辐射单元根据微带馈线传输的电流信号，发生工作频率为f1的谐振，向外辐射工作频率为f1的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子；
S2，第一滤波单元根据所述电流信号，导通工作频率f2和f3的电流信号，阻断工作频率f1的电流信号；
S3，第二辐射单元根据所述电流信号，发生工作频率为f2的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子；
S4，第二滤波单元根据所述电流信号，导通工作频率f3的电流信号，阻断工作频率f1和f2的电流信号；
S5，第三辐射单元根据所述电流信号，发生工作频率为f3的谐振，向外辐射工作频率为f2的电磁波以近场驱动离子阱里面的离子。
CN202110707642.5A 2021-06-25 2021-06-25 用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法 Pending CN113363688A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110707642.5A CN113363688A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110707642.5A CN113363688A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113363688A true CN113363688A (zh) 2021-09-07

Family

ID=77536328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110707642.5A Pending CN113363688A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113363688A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113708801A (zh) * 2021-10-22 2021-11-26 国开启科量子技术(北京)有限公司 通用近场微波驱动装置调整方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323820B1 (en) * 1999-03-19 2001-11-27 Kathrein-Werke Kg Multiband antenna
CN101267220A (zh) * 2007-03-12 2008-09-17 京信通信系统（中国）有限公司 双频合路器
JP2012253436A (ja) * 2011-05-31 2012-12-20 Tdk Corp トリプルバンドアンテナ装置及びこれを用いた無線通信機器
CN104377429A (zh) * 2013-08-12 2015-02-25 联想(北京)有限公司 信号处理装置、天线装置和信号处理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323820B1 (en) * 1999-03-19 2001-11-27 Kathrein-Werke Kg Multiband antenna
CN101267220A (zh) * 2007-03-12 2008-09-17 京信通信系统（中国）有限公司 双频合路器
JP2012253436A (ja) * 2011-05-31 2012-12-20 Tdk Corp トリプルバンドアンテナ装置及びこれを用いた無線通信機器
CN104377429A (zh) * 2013-08-12 2015-02-25 联想(北京)有限公司 信号处理装置、天线装置和信号处理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113708801A (zh) * 2021-10-22 2021-11-26 国开启科量子技术(北京)有限公司 通用近场微波驱动装置调整方法及装置
CN113708801B (zh) * 2021-10-22 2022-01-04 国开启科量子技术(北京)有限公司 通用近场微波驱动装置调整方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110401026B (zh) 一种具有近似椭圆滤波响应的磁电偶极子滤波天线
CN107317116B (zh) 一种高阻表面超材料波导缝隙天线
CN103367881A (zh) 一种加载双频amc反射板的高增益g形双频单极子天线
CN210224293U (zh) 一种固定扇形波束cts阵列天线
CN211530188U (zh) 一种基于开口谐振环的新型端射天线
CN113363688A (zh) 用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法
CN114256614A (zh) 一种应用于毫米波通信系统的超宽带平面天线阵列
CN113612028A (zh) 一种基于基片集成波导的背腔鼓形缝隙宽带天线
Li et al. Analysis and design of waveguide slot antenna array integrated with electromagnetic band-gap structures
CN110459861B (zh) 一种基于基片集成波导设计的双频椭圆缝隙天线
Agharasuli et al. UWB stripline coupler with low loss and ripple
Tang et al. Differentially SIW TE 20-mode Fed substrate integrated filtering dielectric resonator antenna for 5G millimeter wave application
CN214848987U (zh) 用于微波驱动离子的近场微波转换装置
CN110854526A (zh) 一种基片集成波导馈电的介质端射天线
Farahani et al. A Novel Planar Coupled-resonator Cavity-backed Slot Array Filtenna
CN108539385B (zh) 基于滤波振子的高异频隔离的低剖面小型化车载天线
Niu et al. Isolation enhancement using a novel array-antenna decoupling surface for microstrip antennas
CN113161728A (zh) 一种低剖面宽带阵列天线
Kumar et al. On the design of ultra wide band antenna based on fractal geometry
Mu'ath et al. Millimeter-wave compact EBG structure for mutual-coupling reduction in dielectric resonator antenna arrays
Kakhki et al. Magneto-electric dipole antenna loaded with meta-lens for beamforming and dual-beam radiation applications
Banu et al. An advanced low profile microstrip antenna using hybrid structure for bandwidth enhancement
CN112701455B (zh) 一种大倍频程超宽角扫描相控阵天线
Chouikhi et al. Gain Enhancement of Monopole Antenna Using Partially Reflective Surface for 5G Application
CN219959433U (zh) 微带天线和无线通信设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210907