科技和军工的发展对计量领域的电压基准提出了更高的要求。传统交流电压标准采用热电转换器实现电压的溯源和精密测量,作为一种实物基准,其性能易受到外界影响而出现漂移。而近年,以约瑟夫森效应为基础的量子电压基准因其稳定性优、可复现性强等优点迅速成为各国计量机构研究的热点。我国已于上世纪90年代成功建立了1 V和10 V直流量子电压基准,其不确定度达到当时国际先进水平,但在交流量子电压的合成方面仍处于探索阶段。本文依托中国计量科学研究院实验平台开展了对交流量子电压合成技术的研究,主要研究内容如下:1、简要介绍了约瑟夫森效应及量子电压的产生和发展,阐述了量子电压基准对于传统实物电压基准的优势及发展前景。详述了传统约瑟夫森电压基准、可编程约瑟夫森电压基准和脉冲驱动的交流约瑟夫森电压基准的原理,并对这三种电压基准的优缺点进行了比较和分析,为后续交流量子电压的合成提供了理论基础。2、评估基于小型制冷机的可编程量子电压合成系统的温度稳定性,测试临界电流值随温度的变化趋势以及工作裕度与微波功率、温度之间的关系,找到系统工作的最佳运行参数:温度为9.9K,微波功率为6dBm。研究了约瑟夫森结阵在基于液氦制冷技术的脉冲驱动量子电压合成系统中的工作条件,测试了交直流I-V特性、微波频率和微波功率与最大运行裕度之间的关系。对两个系统的测试结果进行综合比较,最终决定选用脉冲驱动系统进行交流量子电压信号的合成。3、研究了交流量子电压信号合成中的关键技术。设计了基于DDS原理的补偿电流源电路,编写MATLAB程序产生波形数据,并通过FPGA控制AD768数模转换芯片输出频率、幅值可调的正弦波;研究了Δ-Σ调制生成脉冲码型的工作原理及各项参数对调制器性能的影响,包括调制过程量化噪声的产生、噪声整型技术、过采样等;详细的展示了调制的实现过程,分析了电平数、阶数对性能的影响。创新性成果:目前,国内在脉冲驱动交流量子电压系统的研究方面处于起步阶段,合成信号的有效值不超过10mV,本文利用脉冲驱动的方式成功合成有效值高达90mv的交流量子电压信号。分析了合成信号过程中,脉冲码型、补偿电流源以及交流量子电压波形的频谱,谐波失真均低于基频信号100dBc,满足约瑟夫森量子化的要求,对进一步开展交流量子电压的研究具有重要的现实意义。