[发明专利]基于微波定向耦合器的低噪声衰减器

说明书

本发明提出一种基于微波定向耦合器的低噪声衰减器，采用四端口微波定向耦合器作为低噪声衰减器；四端口微波定向耦合器采用低温超导金属材料制成；四端口微波定向耦合器具有微波信号输入端口、微波信号直通端口、微波信号耦合端口和微波信号隔离端口；微波信号直通端口连接微波匹配负载；微波信号隔离端口短路，使从微波信号输入端口耦合到微波信号隔离端口的信号大部分短路到微波信号耦合端口，其余返回微波信号输入端口和微波信号直通端口；微波信号输入端口耦合到微波信号耦合端口的幅度满足设定的微波信号衰减要求；低噪声衰减器处于置于K级别低温环境中。本发明无需极低温条件，只需要低温环境，就可以仅产生相当于衰减器在极低温条件下所产生的热噪声。

技术领域

本发明属于微波量子精密测量技术领域，具体为一种基于微波定向耦合器的低噪声衰减器。

背景技术

量子精密测量领域需要极低噪声的微波衰减技术，目前已有的噪声衰减主要采用衰减器实现信号的衰减。根据需要选择合适的衰减器，如采用10dB、15dB、20dB等衰减器，可以将信号衰减到所需的大小。

根据微波理论，衰减器在衰减信号的同时，本身会产生热噪声，产生热噪声量值大小和衰减器所处环境温度有关，也和衰减器的衰减大小有关。如要产生30dB衰减，在常温290K环境温度下，产生的热噪声几乎有290K，严重影响系统信噪比。

为了减小衰减对信噪比的影响，降低衰减器热噪声的产生，目前主要采用手段是将衰减器置于极低温环境中，例如当要求衰减器产生的热噪声不高于12mK时，就需要将衰减器置于12mK环境温度下。但产生mK级别极低温环境的设备价格昂贵，而且设备内部极低温环境空间尺寸有限，同时衰减器本身产生的热量也会大幅度影响极低温设备的工作温度，因此非常有必要重新寻找解决思路来降低衰减器热噪声影响。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种新的微波信号衰减思路，采用微波定向耦合器实现极低噪声微波信号衰减，无需12mK极低温条件，只需要2K的低温环境，就可以仅产生相当于衰减器在12mK极低温条件下所产生的热噪声。

本发明的技术方案为：

所述一种基于微波定向耦合器的低噪声衰减器，其特征在于：采用四端口微波定向耦合器作为低噪声衰减器；所述四端口微波定向耦合器采用低温超导金属材料制成；所述四端口微波定向耦合器具有微波信号输入端口、微波信号直通端口、微波信号耦合端口和微波信号隔离端口；

所述微波信号直通端口连接微波匹配负载；所述微波信号隔离端口短路，使从微波信号输入端口耦合到微波信号隔离端口的信号大部分短路到微波信号耦合端口，其余返回微波信号输入端口和微波信号直通端口；

所述微波信号输入端口耦合到微波信号耦合端口的幅度满足设定的微波信号衰减要求；

所述低噪声衰减器处于置于nK低温环境中，n不大于5。

进一步的优选方案，所述一种基于微波定向耦合器的低噪声衰减器，其特征在于：微波信号直通端口连接微波匹配负载产生nK噪声，所述nK噪声耦合到微波信号耦合端口的噪声为nK的千分之一：nmK噪声。

进一步的优选方案，所述一种基于微波定向耦合器的低噪声衰减器，其特征在于：所述微波信号耦合端口连接处于mK级别极低温环境下的超导约瑟夫森结微波单量子探测器；所述探测器产生mK级别噪声从微波信号耦合端口输入，也从微波信号耦合端口输出，等效于微波信号耦合端口增加了mK级别噪声。

进一步的优选方案，所述一种基于微波定向耦合器的低噪声衰减器，其特征在于：所述微波定向耦合器采用带状线定向耦合器。

进一步的优选方案，所述一种基于微波定向耦合器的低噪声衰减器，其特征在于：所述微波定向耦合器采用小孔耦合定向耦合器。

有益效果