用里德堡原子量子传感技术精准测量Ku波段微波天线增益

天线增益是指天线将输入功率集中并向特定方向辐射电磁波的能力，是衡量天线性能的关键指标。传统校准方法常受限于精度和频率范围。本文创新性地采用里德堡原子（一种高度激发态的原子）作为量子传感器，利用电磁诱导透明（EIT）和奥特勒-汤斯（AT）能级分裂效应，精确测量微波电场强度。在相同实验条件下，研究人员先用已知增益的标准天线（SGA）建立参考场分布，再测量待测天线（AUT）在同一位置的微波强度分布，通过二者对比，即可推算出AUT在12.007 GHz处的准确增益值。为进一步拓宽适用频段，研究还设计了一种支持多能级跃迁（nD₅/₂ → (n+1)P₃/₂，n=50～55）的里德堡原子微波传感器，成功将校准范围扩展至12.694～17.041 GHz，整体测量不确定度控制在0.38分贝以内。该工作不仅构建了基于量子传感的微波器件系统化校准框架，也为未来通信、雷达等领域的高性能微波组件提供了一套兼具理论严谨性和实验可行性的精密计量新方案。