CN116562381A - 一种量子仪器控制套件的射频系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子仪器控制套件的射频系统及实现方法，涉及量子测控技术领域，包括：基于RFSOC芯片平台的第一信号处理电路：用于产生量子信号并提供时钟信号，将信号源中的信号通过频率合成后产生一个稳定的本振频率信号，并经过信号衰减放大处理后分为多路放大量子信号；基于RFSOC芯片平台的第二信号处理电路：用于将RFSOC芯片平台合成的高频信号进行衰减匹配处理，并在进行滤波后将时钟信号与处理信号进行混频，将混频后的信号进行放大处理并通过调整增益的dB值来调整链路的高动态范围增益。本发明可在满足将量子信号频率保持在4GHZ到8GHZ之间的前提下，能够减少量子信号受到的镜频干扰或中频干扰。

Description

一种量子仪器控制套件的射频系统及实现方法

技术领域

本发明涉及量子测控技术领域，具体涉及一种量子仪器控制套件的射频系统及实现方法。

背景技术

量子信息和测控是基于量子力学相干态和纠缠态资源形成的新型信息处理与测量控制科学与技术。在量子计算机行业中，量子芯片发展十分迅速。为了实现对大规模量子比特的精准操控，集成化的大型量子芯片测控系统不可或缺。目前，绝大多数量子计算机研发团队使用商用仪器设备自行搭建量子计算机控制系统，但由于传统的科学仪器仅负责单一的信号输出或者采集任务，这种拼接搭建起来的系统不仅成本昂贵、兼容性差，还存在功能冗余、难以集成且指标不达标等缺点。

量子信号的主要频段为4GHZ到8GHZ之间，传统技术实现此频段的输出和测量只能通过二次变频等方式实现，此类架构中主要采用高速的DAC输出低频信号，通过第一次变频成为中频信号，后通过第二次变频将信号搬移到高频区域。二次变频能够提高镜频信号的抑制能力、像频抗拒比和信号灵敏度，但是仍然会出现镜频干扰或中频干扰，二次变频抑制而不能消除。

发明内容

本发明提供一种量子仪器控制套件的射频系统及实现方法，解决现有技术中在将中频量子信号转换为高频量子信号时，变频过程易出现干扰抑制且难以消除的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种量子仪器控制套件的射频系统，包括RFSOC芯片平台，所述射频系统包括：基于RFSOC芯片平台的第一信号处理电路：用于产生量子信号并提供时钟信号，将信号源中的信号通过频率合成后产生一个稳定的本振频率信号，并经过信号衰减和放大处理后分为多路的放大量子信号，供后续的信号处理和传输使用；基于RFSOC芯片平台的第二信号处理电路：用于将RFSOC芯片平台合成的高频信号进行衰减匹配处理，并在进行滤波后将第一信号处理电路的时钟信号与处理信号进行混频并限定混频频率范围，将混频后的信号经滤波后进行放大增益处理并通过调整增益的dB值来调整链路的高动态范围增益。目前量子信号的主要频段为4GHZ到8GHZ之间，传统实现此频段的输出和测量只能通过二次变频等方式实现，即通常采用高速的DAC输出低频信号，再通过一次变频成为中频信号，再次通过二次变频将信号搬移到高频区域。但在二次变频产生中频信号的过程中所产生的镜频信号，其信噪比通常难以符合量子信号变频输出到特定频段的要求；在常用的二次变频过程中，镜频信号作为接收机的寄生信号会影响其底噪和幅频响应，从而易导致信号接收的灵敏度下降和频率响应不平坦。对此，申请人提供一种量子仪器控制套件的射频系统，通过射频前端集成芯片直接合成所需载波频率的量子信号，经过衰减匹配和与特定本振信号混频处理后来输出所需频率的量子信号，以达到将中频量子信号转换为高频量子信号的目的。

其中，中频干扰是指设备接收端的中频信号被其他信号调制而产生的干扰。这类干扰通常是由于接收设备附近的无线电设备在工作时产生的噪声信号或谐波信号所引起的；而镜频干扰是指在设备信号发射与接收之间出现的无用信号，它们的频率与中频信号相等或接近，因此被称为“镜频”。这类干扰通常是由于信号设备发射端的杂散辐射或接收端的混频失真引起的。镜频干扰或中频干扰均会影响通信系统的稳定性、灵敏度、信噪比和信号传输质量。所述RFSOC芯片平台为射频单片集成式芯片平台，第二信号处理电路用于通过RFSOC芯片平台合成产生达到所需载波频率大小的量子信号，通过对RFSOC芯片进行工作频率、功率等参数的初始化设置，并通过调制放大、信号处理的方式将量子信号输出至所需参数的状态。第一信号处理电路主要用于产生一个本振信号，用于调制高频载波信号；同时给射频系统提供第二信号处理电路所需的时钟信号，该时钟信号除了提供电路所需的工作时钟周期，还用于与第二信号处理电路中处理的量子信号混频以产生一个新的信号，这个新信号的频率是从数值上为量子信号的频率与时钟信号的频率之和。这种混频方式被称为“和频”，因为它涉及两个频率之和。需要说明的是，在实现和频的过程中，如果量子信号的频率高于时钟信号的频率，那么就无法实现和频。因此，在具体实施中，需在量子信号频段为4GHZ到8GHZ之间的前提下设定合适的时钟信号频率，以确保能够实现和频。

进一步地，所述第一信号处理电路包括：信号源，用于提供待处理转换的初始信号；时钟缓冲器，用于通过初始信号的频率生成时钟信号，并消除时钟信号的延迟和失真；锁相环路，用于调制和解调初始信号，将信号通过多路输出并将输出信号保持相位固定；锁相衰减器，用于改变锁相环路输出信号的相位来补偿相位误差；一阶增益放大模块，用于将输出的有效信号进行增益放大；功分器，用于将增益放大后的输出信号进行功率分配并通过多路输出；二阶增益放大模块，用于将功分器进行功率分配之后的支路信号进行增益放大。

进一步地，所述第二信号处理电路包括：巴伦模块，用于将RFSOC芯片平台合成的信号进行衰减和匹配；第一低通滤波器，用于对衰减匹配后的信号进行滤波；固定衰减器，用于再次匹配衰减输入信号的电平要求；混频器，用于将再次衰减处理的信号与本振电路的时钟信号混频；第二低通滤波器，用于对混频处理之后的信号进行滤波；低噪放大器，用于将滤波处理后的量子信号转化为电压信号并将信号放大；可调衰减器，用于对量子信号进行强度与电平的调节；射频开关，用于对信号通道进行控制。

进一步地，所述锁相环路通过两路输出支路来输出信号；所述两条输出支路均分别沿锁相环路的输出端顺次设置锁相衰减器、一阶增益放大模块和功分器；每个所述功分器的输出端均设有两个二阶增益放大模块。

进一步地，所述可调衰减器数量为两个，包括第一可调衰减器和第二可调衰减器；所述低噪放大器数量为两个，包括第一低噪放大器和第二低噪放大器；所述第一可调衰减器、第一低噪放大器、第二可调衰减器、第二低噪放大器沿第二低通滤波器的输出端顺次连通以对输出信号进行双阶段的放大与调节。

进一步地，所述巴伦模块的谐振频率范围限制在10Hz-3GHz，其插损值的大小限定为1.5dB，其相位不平衡度限定为4度。

一种量子仪器控制套件的射频实现方法，该方法主要内容包括：合成目标载波频率的量子信号和本振信号；将载波信号与本振时钟信号混频；将信号在高动态范围内进行多阶增益调节。

进一步地，在合成量子信号与本振信号时，在RFSOC芯片平台上通过第一奈奎斯特区模式直接合成所需的量子信号，并在本振电路上通过锁相环路来产生所需的本振频率的本振信号以及时钟信号。第一奈奎斯特区模式是一种离散信号系统采样定理，如果离散系统的奈奎斯特频率高于被采样信号的最高频率或者带宽，就可以避免混叠现象，从而可以重建被采样信号。对于量子信号的生成和传输，采用第一奈奎斯特区模式可以提高采样率和采样精度，从而提高量子信号的信噪比和传输效率。

进一步地，将载波信号与本振时钟信号混频时，采用高噪声系数的混频器；在高动态范围内调节信号增益时，其信号衰减值在通道中需满足小于-30dBm。

进一步地，该方法包括如下主要步骤：

步骤S1：将信号源中的信号通过频率合成后产生一个稳定的本振频率信号，并经过信号衰减和放大处理后分为多路的放大量子信号，并通过欠采样方式将输出波形的频率达到6Ghz以上，同时通过提供时钟频率产生稳定的时钟信号；

步骤S2：调整好所需的时钟信号与量子信号的频率范围后，通过RFSOC芯片平台合成高达3 GHz的载波频率，并通过巴伦模块对达到高频的量子信号进行衰减匹配；

步骤S3：将经由初步衰减匹配处理后的量子信号进行电平匹配，之后将与本振为8Ghz以上的时钟混频，并将系统频率范围调整为4Ghz≤f≤8Ghz，在带通滤波工作之后对量子信号进行增益放大以降低噪声和提高信号质量；

步骤S4：在放大工作前后设置两个可调衰减器用以防止引起放大自激和控制放大增益，之后在可调衰减器输出端通过放大再增加21dB的增益，以增加链路的高动态范围增益，此时通道增益为-30dBm，最后通过射频开关来控制通道。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、通过将量子信号和本振时钟信号以限定频率的方式进行混频处理，并将混频后新产生的信号进行放大衰减等匹配工作，可在满足将量子信号频率保持在4GHZ到8GHZ之间的前提下，能够明显减少量子信号受到的镜频干扰或中频干扰作用；

2、将本振信号和时钟信号在增益放大后进行功分，能够有效地抑制电路中的共模信号，减小线路阻抗，从而能够提高整个射频系统的动态响应特性；

3、在混频器的输出端连接第二低通滤波器，能够实现对混频后产生的新信号进行混频后产生的高频分量的滤除，从而减少噪声和失真，进而可降低镜频干扰或中频干扰出现的情况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明第一信号处理电路的原理框图：

图2为本发明第二信号处理电路的原理框图

图3为本发明方法的流程框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-图2所示，本实施例包括一种量子仪器控制套件的射频系统，包括RFSOC芯片平台，所述射频系统包括：基于RFSOC芯片平台的第一信号处理电路：用于产生量子信号并提供时钟信号，将信号源中的信号通过频率合成后产生一个稳定的本振频率信号，并经过信号衰减和放大处理后分为多路的放大量子信号，供后续的信号处理和传输使用；基于RFSOC芯片平台的第二信号处理电路：用于将RFSOC芯片平台合成的高频信号进行衰减匹配处理，并在进行滤波后将第一信号处理电路的时钟信号与处理信号进行混频并限定混频频率范围，将混频后的信号经滤波后进行放大增益处理并通过调整增益的dB值来调整链路的高动态范围增益。

通过RFSOC芯片平台，第二信号处理电路直接合成产生能够满足所需载波频率大小的量子信号，并对目标信号进行工作频率、功率等参数的初始化设置，通过调制放大、信号处理的方式将量子信号输出至所需参数的状态。第一信号处理电路主要用于产生一个本振信号，用于调制高频载波信号，同时给射频系统生成第二信号处理电路所需的时钟信号，该时钟信号除了提供电路所需的工作时钟周期，还用于与第二信号处理电路中处理的量子信号混频以产生一个新的信号，这个新信号的频率是从数值上为量子信号的频率与时钟信号的频率之和。这种混频方式被称为“和频”，因为它涉及两个频率之和。

其中，所述第一信号处理电路包括：信号源，用于提供待处理转换的初始信号；时钟缓冲器，用于通过初始信号的频率生成时钟信号，并消除时钟信号的延迟和失真；锁相环路，用于调制和解调初始信号，将信号通过多路输出并将输出信号保持相位固定；锁相衰减器，用于改变锁相环路输出信号的相位来补偿相位误差；一阶增益放大模块，用于将输出的有效信号进行增益放大；功分器，用于将增益放大后的输出信号进行功率分配并通过多路输出；二阶增益放大模块，用于将功分器进行功率分配之后的支路信号进行增益放大；所述锁相环路通过两路输出支路来输出信号；所述两条输出支路均分别沿锁相环路的输出端顺次设置锁相衰减器、一阶增益放大模块和功分器；每个所述功分器的输出端均设有两个二阶增益放大模块。

更多地，所述第二信号处理电路包括：巴伦模块，用于将RFSOC芯片平台合成的信号进行衰减和匹配，其谐振频率范围限制在10Hz-3GHz，其插损值的大小限定为1.5dB，其相位不平衡度限定为4度；第一低通滤波器，用于对衰减匹配后的信号进行滤波；固定衰减器，用于再次匹配衰减输入信号的电平要求；混频器，用于将再次衰减处理的信号与本振电路的时钟信号混频；第二低通滤波器，用于对混频处理之后的信号进行滤波；低噪放大器，用于将滤波处理后的量子信号转化为电压信号并将信号放大；可调衰减器，用于对量子信号进行强度与电平的调节；射频开关，用于对信号通道进行控制；天线模块，用于信号的向外发送传输；其中所述可调衰减器数量为两个，包括第一可调衰减器和第二可调衰减器；所述低噪放大器数量为两个，包括第一低噪放大器和第二低噪放大器；所述第一可调衰减器、第一低噪放大器、第二可调衰减器、第二低噪放大器沿第二低通滤波器的输出端顺次连通以对输出信号进行双阶段的放大与调节。

在实现和频的过程中，如果量子信号的频率高于时钟信号的频率，那么就无法实现和频。因此，在具体实施中，需在量子信号频段为4GHZ到8GHZ之间的前提下设定合适的时钟信号频率，以确保能够实现和频。工作时，在RFSOC芯片平台的具体实施中，先使用第一信号处理电路产生本振信号和时钟信号，并使用锁相环路内置的电压控制振荡器和分频器来分别生成本振信号和时钟信号。在具体运用中，为了避免在欠采样工作过程中丢失信息，可将本振信号和时钟信号的设定频率比目标量子信号的载波频率高出两倍以上。之后锁相环路输出端连接锁相衰减器，除了用于改变锁相环路输出信号的相位来补偿相位误差，还用于将时钟信号和本振信号分开，使它们不会同时受到影响，以此可提高抗干扰作用；同时能够改善非线性失真，将输出的本振信号和时钟信号衰减到其幅值的一半左右，以减小系统的非线性失真，从而能够提高系统稳定性，减少信号的镜频干扰。所述一阶增益放大模块、功分器、二阶增益放大模块沿锁相环路的两条输出支路，分别顺次连通设置在锁相环路的输出端，用于将本振信号和时钟信号在增益放大后进行功分，其用途在于能够有效地抑制共模信号，减小线路阻抗，从而能够提高系统的动态响应特性。之后再次对本振信号和时钟信号进行增益放大，使得其放大倍数进一步增大，从而获得更好的电压跟踪特性。

在第二信号处理电路的工作过程中，先用RFSOC芯片平台在第一奈奎斯特区模式下直接合成3GHz以上载波频率的量子信号，由于使用欠采样方法采集信号，因此本振电路中的本振信号和时钟信号的频率需达到6GHz以上。巴伦模块对合成后的量子信号进行衰减匹配和初级信号处理。巴伦模块先对RFSOC芯片平台上合成的量子信号进行采集，并进行初步的数字滤波和数字增益，以优化信号的质量和信噪比。巴伦模块的信号输出端连接第一低通滤波器，作用是滤除高频噪声信号，从而提高输出信号的质量和信噪比。具体来说，低通滤波器只允许低于截止频率的信号通过，而阻止高于截止频率的信号通过。因此，将低通滤波器连接到巴伦模块输出端可以有效地抑制高频噪声信号，从而降低信号的噪声水平，提高信号的质量和信噪比，明显减少了中频干扰的出现；并借助低通滤波器用于消除镜频信号的影响，从而达到消除镜频干扰或中频干扰的效果。在进行低通滤波处理的同时连接固定衰减器，一方面用于降低信号的幅度，以便更好地控制信号的功率水平和稳定性；另一方面由于巴伦模块输出的信号幅度可能会比较大，如果不进行衰减，可能会导致信号出现过压、失真、谐波等不良情况，而通过在输出端连接固定衰减器，可以将信号的幅度降低一定的比例，从而保证信号的稳定性和可靠性。同时，衰减器还可以保护后续的电子器件设备免受过大的信号冲击和干扰。使用第一奈奎斯特区模式对生成量子信号的作用和效果主要是可以提高量子信号的信噪比和减少混叠现象，第一奈奎斯特区模式是一种离散信号系统采样定理，如果离散系统的奈奎斯特频率高于被采样信号的最高频率或者带宽，就可以避免混叠现象，从而可以重建被采样信号。对于量子信号的生成和传输，采用第一奈奎斯特区模式可以提高采样率和采样精度，从而提高量子信号的信噪比和传输效率。此外，第一奈奎斯特区模式还可以减少量子信号的畸变和失真，从而降低误码率，提高通信系统的可靠性和安全性。因此，在实际应用中，通常采用第一奈奎斯特区模式来生成量子信号，以提高量子通信系统的性能和可靠性，以此对消除镜频干扰或中频干扰提供辅助作用。

使用混频器对量子信号与本振为8GHz以上的时钟信号混频时，将量子信号和时钟信号输入到混频器中。在混频器中，量子信号和时钟信号相互作用，产生一系列的频率分量。其中，频率差为时钟信号频率与量子信号频率之差，称为“混频频率”。混频后的信号包含一系列频率分量，需要通过滤波器来去除不需要的频率分量。同时滤波器的截止频率应该与混频频率相同，因此在混频器的输出端连接有第二低通滤波器用于对混频后产生的新信号进行混频后产生的高频分量的滤除，从而减少噪声和失真，以满足系统要求的频率范围为4GHz≤f≤8GHz。由于混频器产生的高频分量可能会干扰到量子信号的传输和接收。如果不进行滤波处理，这些高频分量可能会对量子通信系统产生不良影响，例如导致信号畸变、降低系统的信噪比等。在具体实施时，在进行滤波处理时，需要选择合适的截止频率和陡峭度的滤波器，以避免对需要保留的信号分量的影响。第一可调衰减器、第一低噪放大器、第二可调衰减器、第二低噪放大器、射频开关以及天线模块顺次连通设置在第二低通滤波器的输出端。所述第一和第二可调衰减器用于提供信号电平的控制和补偿，以获得更好的混频效果和更高的信号信噪比。混频器输出信号的电平可能会受到多种因素的影响，例如混频器本身的非线性、信号源的功率波动、传输路径的损耗等。为了获得更好的混频效果和更高的信号信噪比，需要将混频器输出信号的电平调节到合适的水平。而可调衰减器可以提供信号电平的精确控制，使得输出信号的电平可以在较大的范围内进行调整和补偿。如果混频器输出信号的电平过大，可能会对后续的电子学设备产生过大的冲击和干扰，导致设备损坏或误码。而通过在混频器输出端连接可调衰减器，可以实现对信号电平的精确控制，避免过大的信号电平对后续电子学设备造成影响。在具体实施中，需要选择合适的衰减量和衰减范围，以避免对需要保留的信号分量的影响，如在本方案中，第一和第二可调衰减器的衰减值需满足小于-30dBm，即衰减值可以设置为31.75dBm。将可调衰减器和低噪声放大器间隔设置的作用和效果主要是实现信号电平的精确控制和优化，从而提高系统的稳定性和可靠性，可调衰减器可以提供信号电平的精确控制和补偿，而低噪声放大器可以放大信号电平并提高系统的信噪比。通过将可调衰减器和低噪声放大器间隔设置，可以实现对信号电平的精确控制和优化，从而达到消除镜频干扰或中频干扰的效果。作为可行的实施方式，所述低噪放大器可选用片状放大器，其具有低噪声系数、更高增益、更小尺寸以及更低功耗的有点和有益效果。

其中需说明的是，本振信号的频率通过借助锁相环路中的鉴相器和相应控制电路来设定。具体地，使用鉴相器比较输入信号和输出信号的相位，产生一个电压控制信号，该信号经过低通滤波器后产生一个控制电压，用来控制电压控制振荡器的频率。本振信号的频率在这个过程中被调整，直到它的相位和输入信号的相位同步为止。在具体运用中，鉴相器通常由两个差分放大器组成，分别接收输入信号和输出信号，并将这两个信号进行比较。如果输入信号和输出信号的相位相同，则鉴相器输出一个电压，用来增加压控振荡器的频率；如果输入信号和输出信号的相位不同，则鉴相器输出另一个电压，用来减小压控振荡器的频率。这个过程称为“锁定”，当输入信号和输出信号的相位同步时，鉴相器就处于“锁定”状态。

在具体运用中，作为一种可行的实施方式，可选择噪声系数高的混频器。在量子信号与时钟信号混频的过程中，高噪声系数的混频器能够产生更多的噪声和干扰信号，从而降低混频后的信号信噪比。具体地，混频器的噪声系数表示混频器引入的噪声大小，噪声系数越高，表示混频器引入的噪声越大。当将量子信号与时钟信号混频时，如果混频器的噪声系数较高，就会产生更多的噪声和干扰信号，从而导致混频后的信号信噪比降低。此外，混频器的噪声还会对混频后的信号产生相位和振幅的影响，从而影响混频后的信号质量。因此，在实际应用中，需要选择噪声系数较低的混频器，以获得更好的混频效果和更高的信号信噪比。

实施例2

如图2所示，本实施例包括一种量子仪器控制套件的射频实现方法，该方法主要内容包括：合成目标载波频率的量子信号和本振信号；将载波信号与本振时钟信号混频；将信号在高动态范围内进行多阶增益调节。在合成量子信号与本振信号时，在RFSOC芯片平台上通过第一奈奎斯特区模式直接合成所需的量子信号，并在本振电路上通过锁相环路来产生所需的本振频率的本振信号以及时钟信号。将载波信号与本振时钟信号混频时，采用高噪声系数的混频器；在高动态范围内调节信号增益时，其信号衰减值在通道中需满足小于-30dBm。

该方法包括如下主要步骤：

步骤S1：将信号源中的信号通过频率合成后产生一个稳定的本振频率信号，并经过信号衰减和放大处理后分为多路的放大量子信号，并通过欠采样方式将输出波形的频率达到6Ghz以上，同时通过提供时钟频率产生稳定的时钟信号；

步骤S2：调整好所需的时钟信号与量子信号的频率范围后，通过RFSOC芯片平台合成高达3 GHz的载波频率，并通过巴伦模块对达到高频的量子信号进行衰减匹配；

步骤S3：将经由初步衰减匹配处理后的量子信号进行电平匹配，之后将与本振为8Ghz以上的时钟混频，并将系统频率范围调整为4Ghz≤f≤8Ghz，在带通滤波工作之后对量子信号进行增益放大以降低噪声和提高信号质量；

步骤S4：在放大工作前后设置两个可调衰减器用以防止引起放大自激和控制放大增益，之后在可调衰减器输出端通过放大再增加21dB的增益，以增加链路的高动态范围增益，此时通道增益为-30dBm，最后通过射频开关来控制通道。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种量子仪器控制套件的射频系统，包括RFSOC芯片平台，其特征在于，所述射频系统包括：

基于RFSOC芯片平台的第一信号处理电路：用于产生量子信号并提供时钟信号，将信号源中的信号通过频率合成后产生一个稳定的本振频率信号，并经过信号衰减和放大处理后分为多路的放大量子信号，供后续的信号处理和传输使用；

基于RFSOC芯片平台的第二信号处理电路：用于将RFSOC芯片平台合成的高频信号进行衰减匹配处理，并在进行滤波后将第一信号处理电路的时钟信号与处理信号进行混频并限定混频频率范围，将混频后的信号经滤波后进行放大增益处理并通过调整增益的dB值来调整链路的高动态范围增益。

2.根据权利要求1所述的一种量子仪器控制套件的射频系统，其特征在于，所述第一信号处理电路包括：

信号源，用于提供待处理转换的初始信号；

时钟缓冲器，用于通过初始信号的频率生成时钟信号，并消除时钟信号的延迟和失真；

锁相环路，用于调制和解调初始信号，将信号通过多路输出并将输出信号保持相位固定；

锁相衰减器，用于改变锁相环路输出信号的相位来补偿相位误差；

一阶增益放大模块，用于将输出的有效信号进行增益放大；

功分器，用于将增益放大后的输出信号进行功率分配并通过多路输出；

二阶增益放大模块，用于将功分器进行功率分配之后的支路信号进行增益放大。

3.根据权利要求1所述的一种量子仪器控制套件的射频系统，其特征在于，所述第二信号处理电路包括：

巴伦模块，用于将RFSOC芯片平台合成的信号进行衰减和匹配；

第一低通滤波器，用于对衰减匹配后的信号进行滤波；

固定衰减器，用于再次匹配衰减输入信号的电平要求；

混频器，用于将再次衰减处理的信号与本振电路的时钟信号混频；

第二低通滤波器，用于对混频处理之后的信号进行滤波；

低噪放大器，用于将滤波处理后的量子信号转化为电压信号并将信号放大；

可调衰减器，用于对量子信号进行强度与电平的调节；

射频开关，用于对信号通道进行控制。

4.根据权利要求2所述的一种量子仪器控制套件的射频系统，所述锁相环路通过两路输出支路来输出信号；所述两条输出支路均分别沿锁相环路的输出端顺次设置锁相衰减器、一阶增益放大模块和功分器；每个所述功分器的输出端均设有两个二阶增益放大模块。

5.根据权利要求3所述的一种量子仪器控制套件的射频系统，所述可调衰减器数量为两个，包括第一可调衰减器和第二可调衰减器；所述低噪放大器数量为两个，包括第一低噪放大器和第二低噪放大器；所述第一可调衰减器、第一低噪放大器、第二可调衰减器、第二低噪放大器沿第二低通滤波器的输出端顺次连通以对输出信号进行双阶段的放大与调节。

6.根据权利要求3所述的一种量子仪器控制套件的射频系统，其特征在于，所述巴伦模块的谐振频率范围限制在10Hz-3GHz，其插损值的大小限定为1.5dB，其相位不平衡度限定为4度。

7.一种量子仪器控制套件的射频实现方法，其特征在于，该方法主要内容包括：

合成目标载波频率的量子信号和本振信号；

将载波信号与本振时钟信号混频；

将信号在高动态范围内进行多阶增益调节。

8.根据权利要求7所述的一种量子仪器控制套件的射频实现方法，其特征在于，在合成量子信号与本振信号时，在RFSOC芯片平台上通过第一奈奎斯特区模式直接合成所需的量子信号，并在本振电路上通过锁相环路来产生所需的本振频率的本振信号以及时钟信号。

9.根据权利要求7所述的一种量子仪器控制套件的射频实现方法，其特征在于，将载波信号与本振时钟信号混频时，采用高噪声系数的混频器；在高动态范围内调节信号增益时，其信号衰减值在通道中需满足小于-30dBm。

10.根据权利要求7~9任一项所述的一种量子仪器控制套件的射频实现方法，其特征在于，该方法包括如下主要步骤：

步骤S1：将信号源中的信号通过频率合成后产生一个稳定的本振频率信号，并经过信号衰减和放大处理后分为多路的放大量子信号，并通过欠采样方式将输出波形的频率达到6Ghz以上，同时通过提供时钟频率产生稳定的时钟信号；

步骤S2：调整好所需的时钟信号与量子信号的频率范围后，通过RFSOC芯片平台合成高达3 GHz的载波频率，并通过巴伦模块对达到高频的量子信号进行衰减匹配；

步骤S3：将经由初步衰减匹配处理后的量子信号进行电平匹配，之后将与本振为8Ghz以上的时钟混频，并将系统频率范围调整为4Ghz≤f≤8Ghz，在带通滤波工作之后对量子信号进行增益放大以降低噪声和提高信号质量；

步骤S4：在放大工作前后设置两个可调衰减器用以防止引起放大自激和控制放大增益，之后在可调衰减器输出端通过放大再增加21dB的增益，以增加链路的高动态范围增益，此时通道增益为-30dBm，最后通过射频开关来控制通道。