[发明专利]基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头及方法

说明书

本发明公开了基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头及方法。使用本发明能够完成天线电磁场的近场测试。本发明采用发生了里德堡态原子量子相干效应的原子气室作为天线近场测试探头，该探头具有不需要误差修正、灵敏度高、对待测天线电磁场的扰动小的特点，可一次性的测量1‑500GHz范围内的电磁场；此外，采用本发明公开的探头阵列进行测试，有望不再需要精密的探头空间扫描机械系统，能够有效降低测试成本、提高测试效率；另外，采用本发明公开的增加了相位探针的复合探头对天线电磁场进行测试，能够简化测试过程、提高测试效率。

技术领域

本发明涉及天线近场测试领域，具体涉及基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头及方法。

背景技术

天线近场测试中，探头(Probe)的作用是在各个预定近场场点上，作为传感器接收(或者辐射)待测天线辐射(或者接收)的电磁能量，也就是充当电磁近场传感器(Sensor)。

最理想的探头当然是无频率响应特性、无方向性的理想点源，但在实际应用中这种探头是不可能存在的，可用作探头的基本上是系列电小天线。由于用作探头的天线在频域内各个频率点上、空域内各个角度辐射或者接收电磁波的能力是不相同的(一般用探头频率响应和探头方向图描述)，相当于对辐射或者接收的电磁能量加上了一种意外的调制，从而就不能真实反映待测天线的电磁场。虽然有一系列的探头误差修正理论与技术，但是必须看到，无论采用现行的哪种探头，都存在一系列未完备解决的问题。总结来说有以下几个方面：

需要进行探头修正。第二，探头对待测场会产生扰动，无论采用哪种探头天线，由于存在金属结构，必定会对待测天线形成的电磁场产生扰动，并会存在待测天线与探头天线之间的多重反射信号。第三，探头的灵敏度较低。由于采用了电小尺寸探头，其方向性弱，增益低，而且测试中探头需离开待测天线口面三至五倍波长，导致探头接收(或辐射)的信号微弱，信噪比不高，对测试结果精度存在较大影响，尤其是对测试低副瓣、超低副瓣天线更是如此。第四，需要复杂精密的探头扫描机械系统。为了能够使探头在待测天线形成的电磁场近场中精确定位并遍历近场范围，一般需要至少能四维精密定位及运动的采样架系统以及对应的控制和反馈系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头及方法，能够完成天线电磁场的近场测试，探头具有不需要误差修正、灵敏度高、对待测天线电磁场的扰动小的特点，测试方法有效提高了测量的精度。

本发明提供的基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头，所述探头包括至少一个探头单元，所述探头单元包括碱金属原子气室，碱金属原子气室具有透光通道；经由透光通道注入探测光和耦合光将碱金属原子激发到里德堡态。

进一步地，所述探头单元进一步包括光纤和光纤耦合器，由光纤耦合器将碱金属原子气室的透光通道与光纤耦合连接。

进一步地，所述探头中碱金属原子气室是由超高真空石英原子气室工艺制作；所述碱金属原子为铷原子或铯原子。

进一步地，所述探头单元进一步包括相位探针。

进一步地，所述探头单元的数量为大于或等于2个，构成天线近场测试探头阵列。

本发明还提供了基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试方法，使用本发明提供的基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头对天线电磁场进行测量，天线电磁场场强测量包括如下步骤：

步骤一、两个调谐激光器分别产生探测光和耦合光，经由所述探头的透光通道进入碱金属原子气室，将碱金属原子激发到里德堡态；其中探测光的波长大于耦合光的波长；

步骤二、将处于里德堡态的所述探头置于待测天线电磁场中，探测光的透射峰由原来的一条分裂为两条，测得两条透射峰之间的距离，即可计算得出天线电磁场电场强度。