CN213041386U - 一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，涉及信号探测领域，所述维稳系统包括闭环依次连接的可调衰减器、功率放大器、耦合器、检波器、运算放大器、模数转换器、控制器、数模转换器，所述可调衰减器还包括一个输入端连接于正弦信号发生器，所述耦合器还包括一个输出端连接于正弦门探测器。本申请的门控信号功率维稳系统能够以闭环的形式改善门控信号功率的稳定性，实时性强、系统设计结构简单。
Description
技术领域
本申请涉及信号探测领域，具体涉及一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统。
背景技术
单光子探测器作为量子密钥分发系统中十分关键的设备，其指标参数直接决定了量子通信系统的性能，如通信速率、安全通信距离等。目前实际应用较多的是基于半导体材料的单光子探测器，在近红外波段使用的主要是基于InGaAs/InP的雪崩光电二极管。基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的单光子探测器主要采用自由模式和门控模式，对于自由模式，其优点是单光子源可以在任意时刻到达探测器，但是其由于其死时间较长，使得其重复频率受限，只能工作在低速下，并且暗计数较大；为了克服单光子探测器的暗计数，量子密钥分发系统所需探测器基本都工作在门控模式下。目前，探测器的门控信号主要有两种，一种是正弦波门控，一种是方波门控；对于方波门控单光子探测器，由于尖峰噪声的频谱范围很宽，其噪声抑制技术难度较大，因此实际中采用的较少，现在普遍采用的是正弦波门控单光子探测器。
实际应用中，由于环境因素例如温度变化的影响，输入正弦波门控单光子探测器的正弦波门控信号功率很难保持稳定，在门控信号功率不稳定的情况下，单光子探测器的一些关键技术指标参数例如探测效率、计数率、时间分辨等也会随之出现不稳定的情况，进而会影响量子通信系统的性能，因此，需要一种门控信号功率维稳系统以便改善门控信号功率的稳定性。
实用新型内容
本申请提供一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，以解决输入正弦门探测器的门控信号功率不稳定的问题。
本实用新型实施例的具体技术方案是：
一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，包括可调衰减器、功率放大器、耦合器、检波器、运算放大器、模数转换器、控制器、数模转换器；所述可调衰减器包括两个输入端和一个输出端、所述数模转换器的输出端连接于所述可调衰减器的一个输入端，所述可调衰减器的输出端连接于所述功率放大器的输入端，所述耦合器包括一个输入端和两个输出端、所述功率放大器的输出端连接于所述耦合器的输入端、所述耦合器的一个输出端连接于所述检波器的输入端，所述检波器的输出端连接于所述运算放大器的输入端，所述运算放大器的输出端连接于所述模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接于所述控制器的输入端，所述控制器的输出端连接于所述数模转换器的输入端。
优选地，所述耦合器包括输出信号功率比例固定的两个输出端。
优选地，所述耦合器的另一个输出端连接于正弦门探测器的输入端。
优选地，所述正弦门探测器为正弦波门控单光子探测器。
优选地，正弦信号发生器连接于所述可调衰减器的另一个输入端。
优选地，所述控制器为FPGA、ARM、单片机或CPU中的一种。
优选地，所述功率放大器为两级功率放大器。
优选地，所述功率放大器为三级功率放大器。
由以上方案可知，本申请提供一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其中的维稳系统以闭环的形式改善门控信号功率的稳定性，实时性强、系统设计结构简单。
参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
图1为本申请正弦门探测器的门控信号功率维稳系统示意图。
具体实施方式
结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请提供一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，图1为本申请的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统示意图。参照图1所示，一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，包括可调衰减器、功率放大器、耦合器、检波器、运算放大器、模数转换器ADC、控制器、数模转换器DAC。
可调衰减器包括两个输入端和一个输出端；其中一个输入端连接于数模转换器DAC的输出端，用于接收控制信号；另一个输入端连接于正弦信号发生器，用于接收正弦信号；可调衰减器的输出端连接于功率放大器的输入端，用于输出经过功率调节后的正弦信号；可调衰减器可以根据控制信号调整其输出的正弦信号的大小。功率放大器的输出端连接于耦合器的输入端，功率放大器的功率放大倍数为固定值，用于放大经所述可调衰减器调节后的正弦波门控信号的功率。所述耦合器包括一个输入端和两个输出端，两个输出端为输出信号功率比例固定的两个输出端，耦合器的一个输出端连接于检波器的输入端，耦合器的另一个输出端连接于正弦门探测器的输入端，所述耦合器的两个输出端输出信号的功率比例固定，耦合器是一种将一路信号功率按比例分成几路的器件，此处的耦合器用于将功率放大器放大后的正弦信号功率按固定比例分为两路，一路用作正弦门探测器的正弦波门控信号，另一路用作检波器的反馈信号。功率的变化体现为电压的变化，检波器用于提取耦合器输出的反馈信号中的正弦电压信号并将其转换为直流电压信号，以便生成后续的控制信号。所述检波器的输出端连接于运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接于模数转换器ADC的输入端，所述运算放大器为差分放大器，用于将检波器输出的电压信号放大。模数转换器ADC的输出端连接于控制器的输入端，模数转换器ADC用于将经运算放大器放大过的电压模拟信号转变为电压数字信号。控制器的输出端连接于数模转换器DAC的输入端，控制器可以为FPGA、ARM、单片机或CPU中的任意一种，用于接收反馈的电压信号，生成控制信号，控制器中包含闭环控制算法例如PID控制算法(比例-积分-微分控制算法)，可以根据检波器反馈的电压信号生成控制信号，以便控制可调衰减器进行控制补偿。此外，所述正弦门探测器为正弦波门控单光子探测器，接收正弦波门控信号，并用于量子密钥分发系统中进行单光子探测。
具体地，假如P1是正弦门探测器在理想状态下工作时需要功率放大器输出的信号功率值，功率放大器容易受到环境因素例如环境温度变化的影响，在环境温度为t0时，功率放大器输出的信号功率为P1，环境温度发生变化例如环境温度由t0变为了t1，在环境温度为t1时，功率放大器输出的信号功率变为了P2，上述功率放大器输出的信号功率变化导致经过耦合器输入到正弦门探测器的门控信号功率以及经过耦合器输入到检波器的反馈功率也发生了变化，功率的变化体现为电压的变化，通过上述闭环反馈系统补偿上述变化，通过控制信号进行控制补偿，即通过控制信号可以调节可调衰减器输出的正弦信号的功率值，再经过在温度t1下的功率放大器的放大，使得功率放大器输出的信号功率达到需要的功率值P1，进而维持了正弦门探测器门控信号功率的稳定。
上述功率放大器可以为两级功率放大器或者三级功率放大器，两级功率放大器即两个功率放大器串联，三级功率放大器即三个功率放大器串联。两级功率放大器或者三级功率放大器连接于可调衰减器的输出端。
通过上述实施方式，实现了正弦门探测器门控信号的功率维稳，闭环系统维稳实时性较强，并且系统结构简单。
在另一种可行的实施例中，所述可调衰减器可以设置于两级功率放大器或者三级功率放大器的中间，即上述数模转换器DAC的输出端连接于第一级功率放大器的输入端，第一级功率放大器的输出端连接于可调衰减器的一个输入端，可调衰减器的输出端连接于剩余一级功率放大器或者剩余两级功率放大器。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，包括可调衰减器、功率放大器、耦合器、检波器、运算放大器、模数转换器、控制器、数模转换器；
所述可调衰减器包括两个输入端和一个输出端、所述数模转换器的输出端连接于所述可调衰减器的一个输入端，所述可调衰减器的输出端连接于所述功率放大器的输入端，所述耦合器包括一个输入端和两个输出端、所述功率放大器的输出端连接于所述耦合器的输入端、所述耦合器的一个输出端连接于所述检波器的输入端，所述检波器的输出端连接于所述运算放大器的输入端，所述运算放大器的输出端连接于所述模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接于所述控制器的输入端，所述控制器的输出端连接于所述数模转换器的输入端。
2.根据权利要求1所述的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，所述耦合器包括输出信号功率比例固定的两个输出端。
3.根据权利要求1所述的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，所述耦合器的另一个输出端连接于正弦门探测器的输入端。
4.根据权利要求3所述的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，所述正弦门探测器为正弦波门控单光子探测器。
5.根据权利要求1所述的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，正弦信号发生器连接于所述可调衰减器的另一个输入端。
6.根据权利要求1所述的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，所述控制器为FPGA、ARM、单片机或CPU中的一种。
7.根据权利要求1所述的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，所述功率放大器为两级功率放大器。
8.根据权利要求1所述的正弦门探测器的门控信号功率维稳系统，其特征在于，所述功率放大器为三级功率放大器。
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