Hochfrequenz- (RF) und Mikrowellenleistungsmessungen werden häufig zur Unterstützung von Anwendungen in den Bereichen Raumfahrt, Verteidigung und Kommunikation eingesetzt. Diese präzisen Messungen ermöglichen es Ingenieuren, Wellenformen, Komponenten, Schaltkreise und Systeme genau zu charakterisieren.
Um noch einen Schritt weiter zu gehen, arbeiteten das NPL und Keysight Technologies an einem Forschungsprojekt zusammen, bei dem es um die Erforschung der HF-Leistung bei kryogenen Temperaturen ging. Dies führte zur weltweit ersten erfolgreichen Demonstration eines kommerziellen HF-Leistungssensors, der bei Temperaturen von nur 3 Kelvin arbeitet.
„SI-rückführbare HF- und Mikrowellenleistungsmessungen bei kryogenen Temperaturen„ wurde auf der 2024 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM) in Denver, CO, USA, vorgestellt und anschließend veröffentlicht.
Dies stellt nicht nur einen bedeutenden technologischen Meilenstein dar, sondern ist auch ein entscheidender Schritt vorwärts bei der Unterstützung der Quantenentwicklung und anderer Anwendungen, die kryogene Bedingungen erfordern. Die Quantentechnologie hat das Potenzial, große Durchbrüche zu erzielen und die Datenverarbeitung, Kommunikation und Sensorik zu beschleunigen.
Eine Herausforderung besteht jedoch darin, dass Quantengeräte wie Qubits bei kryogenen Temperaturen betrieben werden müssen. Obwohl diese Bedingungen notwendig sind, erschweren sie die Aufrechterhaltung der Signalintegrität und die Erstellung präziser Messungen.
Die Forschung konzentrierte sich auf die Verwendung des N8481S HF-Leistungssensors von Keysight, der ursprünglich für den Betrieb bei Raumtemperatur entwickelt wurde, um präzise Messungen bei kryogenen Temperaturen durchzuführen.
Die Thermosäulenreaktion des Sensors wurde über einen Bereich von HF-Leistungspegeln von -35 dBm bis 0 dBm in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 10 GHz sorgfältig charakterisiert, um die SI-Rückverfolgbarkeit durch bekannte Gleichstromsubstitution sicherzustellen. Dieser Durchbruch eröffnet neue Möglichkeiten für Quantentechnologien, bei denen genaue HF-Leistungsmessungen bei kryogenen Temperaturen von entscheidender Bedeutung sind.
Dr. Murat Celep, leitender Wissenschaftler und wissenschaftlicher Bereichsleiter des NPL, sagte: „NPL verfügt über mehr als 60 Jahre Erfahrung in der Forschung zur rückverfolgbaren HF- und Mikrowellen-Leistungsmesstechnik. Diese Erfahrung wird mit modernsten kryogenen Testeinrichtungen am NPL und kombiniert Die Zusammenarbeit mit Keysight hat es uns ermöglicht, SI-rückführbare kryogene Leistungsmessungen zu demonstrieren. Dies ist ein aufregender Moment und wir freuen uns auf die Fortsetzung der Quanteninnovation.“
„Unsere gemeinsamen Bemühungen haben den Weg für Fortschritte im Quantencomputing und anderen Anwendungen geebnet, die präzise HF-Leistungsmessungen bei kryogenen Temperaturen erfordern“, sagte Greg Patschke, General Manager der Aerospace, Defense and Government Solutions Group von Keysight. „Dies stellt einen wichtigen Meilenstein dar und wir freuen uns, mit dem NPL bei dieser bahnbrechenden Forschung zusammengearbeitet zu haben.“
Weitere Informationen:
Murat Celep et al, SI Traceable RF and Microwave Power Measurements at Cryogenic Temperatures, 2024-Konferenz über präzise elektromagnetische Messungen (CPEM) (2024). DOI: 10.1109/CPEM61406.2024.10646150