利用里德伯原子量子传感技术实现Ku波段微波天线增益的高精度测量

《Scientific Reports》：High-accuracy measurement of Ku-band microwave antenna gain with Rydberg atom quantum sensing

　　

摘要

天线增益反映了将输入功率集中并朝特定方向辐射电磁波的能力，是评估天线性能的关键指标。本文提出了一种高精度的里德伯原子辅助增益转移测量方法，用于Ku波段微波天线的增益校准。通过电磁诱导透明效应和Autler-Townes分裂效应，可精确测量微波电场强度。在相同的实验条件下，系统地比较了标准增益天线与待测天线的微波强度分布，从而利用所提出的方法实现了12.007 GHz处待测天线的增益校准。此外，还采用了具有多级跃迁特性的里德伯原子微波传感器（\(nD_{5/2}\) - \(\sim\) 55），使得校准范围能够扩展到12.694 \(\sim\) 17.041 GHz频段，且测量不确定度可低于0.38 dB。这项工作为微波器件的校准建立了系统化的框架，为高性能微波组件的精密计量提供了理论支持和实验验证。