一种基于微波光子转换和平衡零拍探测的高灵敏度微波接收机

安徽问天量子科技股份有限公司 安雪碧

现有的雷达或微波接收机基本采用电子学方法对信号进行处理。雷达噪声主要分为两大部分，第一种是接收机内部器件产生的噪声，包括放大器、混频器产生的噪声，第二种是由天线进入接收机的各种干扰和天线热噪声。这里重点讨论热噪声，雷达接收机的灵敏度主要受热噪声限制。其主要来源于天线电阻中的热噪声，由导体中自由电子的无规则热运动形成，又被称为Johnson-Nyquist噪声。雷达的灵敏度可以用接收机输入端最小可检测功率Simin。对于基于电子学方法的雷达接收机来说，灵敏度可由下式计算得出：

其中k为玻尔兹曼常数，T为电阻温度，Bn为滤波带宽，F为接收机噪声系数。

在室温下T取290K，此时上式可简化为：

对于典型的雷达接收机，F=6dB，Bn=1.8MHz时，则其灵敏度约为-105.4dBm。采用低噪声放大器的雷达接收机F可以到2dB左右，此时灵敏度-109.4dBm。一般的超外差接收机灵敏度在-90——--110dBm。

量子光学在光波段的探测技术日趋成熟，目前已经有雪崩二极管单光子探测器（APD），平衡零拍探测器等。其中平衡零拍探测器利用本振光对信号光进行放大，可探测到信号的量子抖动，一般应用于连续变量量子信息光学实验中，典型如连续变量量子密钥分配等。其灵敏度可到百光子量级，并且由于对两路输出信号进行差分，热噪声等随机噪声会被抑制，从而大幅提高信噪比。

针对上述基于电子学技术的雷达接收机灵敏度无法突破热噪声限制的问题，我们利用量子光学中微波光子相干转换技术，结合平衡零拍探测技术进行探测的方法，使得接收机灵敏度和信噪比大幅提高。……