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使用 Moku:Delta 6GHz带宽模式进行频率混合与相位检测

使用 Moku:Delta 6GHz带宽模式进行频率混合与相位检测

 

频率混合技术概述

在量子计算和通信等信息密集型系统中使用微波脉冲传输信息时,要求控制设备兼具响应速度和精度。微波源能够产生GHz范围稳定、低相位噪声的信号,但开关速度通常较慢;任意波形发生器(AWG)可精确控制脉冲包络,却受采样率限制,难以直接生成1 GHz以上的微波信号。频率混合技术结合了两者优势:通过混频器将AWG产生的中频(IF)信号与本振(LO)相乘,生成或检测高频射频(RF)信号。频率混频器有两种类型:三端口混频器和四端口(IQ)混频器,其中,IQ混频器利用I、Q两路输入分别与本振混合,独立控制射频信号的幅度和相位,从可实现精确的单边带调制、脉冲整形和相位控制。

使用Moku 6GHz模式检测高频信号

如果检测设备的模拟带宽无法覆盖高频被测信号频率范围,频率混合系统需要引入额外的下变频步骤。采样是将模拟信息转换为数字信息,采样率取决于模数转换器 (ADC) 的特性以及处理速度。使用Moku:Delta 的6 GHz模式,无需引入额外的下变频电路即可实现高频信号检测。Moku:Delta采用双ADC架构,配置8组14 bit + 20 bit高速模数转换器 (ADC) ,标称带宽为2GHz。Moku:Delta 8个输入通道均具备5 GSa/s采样率,第一奈奎斯特区范围可达2.5 GHz;借助6GHz宽带输入,更高频率的信号可被折叠下变频至Moku可测试频率范围。借助Moku内置频谱分析仪或锁相放大器,用户可直接检测和分析最高6 GHz的射频信号。更进一步,将微波源与Moku:Delta时钟同步后,还可保留被测信号的相位信息,这将更加简化高频信号的检测与解调链路。

有关 Moku:Delta 如何通过6 GHz模式,实现采集和分析奈奎斯特频率以上的信号,请参阅我们官网的应用笔记《使用 Moku:Delta 6 GHz 模式检测奈奎斯特频率以上的射频信号》或后台留言索取。

 

Moku任意波形发生器生成高频信号

Moku:Delta将任意波形发生器与高频相敏检测集成在同一平台,实现从基带生成、射频调制到频谱分析和相位检测的一体化微波测试链路。在本示例中,Moku:Delta结合外部IQ混频器、4 GHz微波源和带通滤波器,可将Moku任意波形发生器产生的25 MHz基带脉冲上变频至4 GHz以上。

 
图 1: Moku:Delta 提供基带波形和解调级,微波源产生本振信号,生成高频脉冲
 

系统通过Moku:Delta 的10 MHz参考时钟保持同步,使信号生成和检测保持相干。更关键的通过Moku多仪器并行模式,可以同时运行AWG、频谱分析仪和锁相放大器功能,仅在一个平台同时完成波形生成、频谱验证和信号解调。

 

 
图 2: Moku:Delta 频率混合的多仪器并行模式配置
 
在Moku:Delta的 6 GHz带宽模式下,4 GHz信号折叠至1 GHz附近。通过频谱分析仪可验证混频器整体工作情况,调整I/Q信号的幅度和相位,可抑制本振泄漏及不需要的边带。校准后,系统保留4.025 GHz目标边带,其在第一奈奎斯特区内显示为975 MHz。Moku实现了高频微波脉冲的生成与精确验证。

图 3: 上变频脉冲的频谱轮廓。主成分位于 975 MHz,4.025 GHz 处位于奈奎斯特区。1 GHz 处的本振泄漏幅度仍然很低,1.025 GHz 处的上边带被最小化(对应于 3.975 GHz)

 

使用 Moku 锁相放大器直接解调微波脉冲

无需传统的外部模拟下变频链路,Moku:Delta利用与微波源同步的内部时钟,直接通过内置锁相放大器对975 MHz的脉冲进行解调,同时恢复幅度R和相位θ信息。测量结果显示,相邻脉冲的相位输出相差约250 mV,对应预期相位差,证明信号经过上、下变频后仍能保留原始信号相位信息。

 
图4:解调后恢复的相位。信号在 975 MHz 混频后,恢复了 R 和 θ 分量。相位被转换为电压,测量结果约为 250 mV,对应于预期的 90 度。
结合Moku多仪器并行模式中的示波器,还可同步观察并保存脉冲的幅度、相位、宽度和边沿特征,用于进一步解调分析。
 

 

图5:使用 Moku示波器解调后恢复的幅度和相位

 

总结

Moku:Delta基于5GSa/s高速采样和6GHz模拟带宽的设计,将特定高频信号折叠至Moku ADC可分析频段,无需额外模拟下变频电路,即可实现高达6GHz射频信号直接检测、频谱分析及相位解调。通过将微波源与 Moku:Delta 的时钟同步,可保留并精确测量信号相位,为量子计算、量子测控和量子信息科学中的量子比特读出,或微波通信及高频信号研究中需要精确测量的应用提供灵活的一体化测控方案。

 

埃光科技:让Moku更快服务科研创新

 

作为Liquid Instruments(Moku)中国授权代理商,埃光科技持续为高校、科研院所及企业研发用户提供Moku系列产品的技术支持、方案咨询和应用服务。

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创建时间:2026-08-17 14:32
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