一种圆极化天线参数近场测试系统及方法

技术特征：
1.一种圆极化天线参数近场测试系统，其特征在于：该测试系统的组成包括探测光激光器(1)、探测光二分之一波片(2)、探测光pbs分光镜(3)、四个探测光反射镜(4)、碱金属原子气室(5)、两个耦合光反射镜(6)、五个耦合光反射镜(7)、探测光反射镜(8)、两个探测光光电探测器(9)、耦合光激光器(12)、耦合光pbs分光镜(13)、耦合光二分之一波片14；探测光反射镜(8)能够透过耦合光；四个探测光反射镜(4)分别为第一反射镜(4’)、第二反射镜(4”)、第三反射镜(4
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)、第四反射镜(4
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)；两个耦合光反射镜(6)分别是第一反射镜(6’)和第二反射镜(6”)；五个耦合光反射镜(7)分别是第一反射镜(7’)、第二反射镜(7”)、第三反射镜(7
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)、第四反射镜(7
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)和第五反射镜(7
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)；两个探测光光电探测器(9)分别是第一探测器(9’)、第二探测器(9”)；从探测光激光器(1)出来的激光经过探测光二分之一波片(2)进行调整激光的偏振方向，探测光二分之一波片(2)调整激光不同偏振方向上的光强，激光在经过探测光pbs分光镜(3)，探测光pbs分光镜(3)将激光分成两路不同偏振光光路1和偏振光路2，偏振光光路1依次经过第四反射镜(4
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)、第一反射镜(4’)进行反射调整方向后进入碱金属气室(5)，经过碱金属气室(5)的偏振光光路1依次经过第二反射镜(6”)、第二反射镜(4”)、第三反射镜(4
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)调整光路方向后进入第一探测器(9’)得到第一电信号；从探测光pbs分光镜(3)出来的偏振光路2经过探测光反射镜(8)调整光路方向后进入碱金属气室(5)，通过碱金属气室(5)的偏振光路2通过第一反射镜(6’)调整方向后进入第二探测器(9”)得到第二电信号；从耦合光激光器(12)出射的激光经过耦合光二分之一波片14进行调整光路偏振，耦合光二分之一波片14调整激光不同偏振方向上的光强，经过光强调整后的激光经过耦合光pbs分光镜(13)，耦合光pbs分光镜(13)将激光分成两路不同偏振光光路3和偏振光路4，偏振光光路3依次经过第一反射镜(7’)、第二反射镜(7”)、第三反射镜(7
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)、第四反射镜(7
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)和第五反射镜(7
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)后再经过第二反射镜(6”)进入碱金属气室(5)，在碱金属气室(5)中与偏振光路1共线相向传播；偏振光路1和偏振光路3相向传播时标记为传播光路1；从耦合光pbs分光镜(13)出来的偏振光路4经过第一反射镜(6’)进入碱金属气室(5)，在碱金属气室(5)与偏振光路2中共线相向传播，偏振光路2和偏振光路4相向传播时标记为传播光路2。2.根据权利要求1所述的一种圆极化天线参数近场测试系统，其特征在于：所述的探测光激光器(1)的波长为852nm。3.根据权利要求1所述的一种圆极化天线参数近场测试系统，其特征在于：所述的耦合光激光器(12)的波长为509nm。4.一种使用权利要求1-3任一所述的测试系统对圆极化天线参数进行近场测试的方法，其特征在于步骤包括第一步，通过探测光激光器(1)产生频率稳定且所需要频段的探测光；第二步，通过耦合光激光器(12)产生频率稳定且所需要频段的耦合光，搭建圆极化辅助电磁辐射装置，通过微波信号发生器、天线产生所需的待测的具有圆极化特性的电磁波和辅助圆极化天线产生的任意类型的圆极化电磁波；
第三步，将第一步产生的探测光和第二步产生的耦合光经过所述的测试系统，产生第一电信号和第二电信号；第四步，将待测圆极化天线放置在二维扫描架上，并且待测天线与气室垂直位置在近场范围内，同时也将辅助的圆极化天线也放置于待测天线近场区；第五步，将待测圆极化天线和辅助圆极化天线分别连接到对应的信号发生器上，待测圆极化天线和辅助天线的辐射电磁波的频率差为1khz，两天线连接的信号发生器利用同轴线进行同步；第六步，在第三步得到的第一电信号和第二电信号输出到示波器中，同时利用外接的1khz正旋波信号作为示波器中接收通道的触发信号，这样得到稳定存在的第一电信号吸收光谱和第二电信号吸收光谱；第七步，提取第六步得到的第一电信号吸收光谱和第二电信号吸收光谱的电磁波的幅值和相位信息，传播光路1和传播光路2得到的垂直和水平电场幅值和相位分别为：e1、e2、φ1、φ2，即通过传播光路1和传播光路2的幅值和相位信息，得到待测圆极化天线水平和垂直极化分量电场幅值和相位信息，进而分析该电磁波的极化特性；第八步，将放置于二维扫描架的待测天线在近场扫描面内扫描，采样间隔小于待测电磁波波长的λ/2，采样大小为15λ
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15λ，经过平面采样，再利用近远场变换算法得到所需要的圆极化天线远场方向图以及相应的轴比、辐射方向图，增益。5.一种使用权利要求1-3任一所述的测试系统对圆极化天线参数进行近场测试的方法，其特征在于步骤包括：第一步，通过852nm激光器(1)产生频率稳定且所需要频段的探测光；第二步，通过509nm激光器(12)产生频率稳定且所需要频段的耦合光，搭建圆极化辅助电磁辐射装置，通过微波信号发生器、天线产生所需的待测的具有圆极化特性的电磁波和辅助圆极化天线产生的任意类型的圆极化电磁波；第三步，将第一步产生的探测光和第二步产生的耦合光经过所述的测试系统，产生第一电信号和第二电信号；第四步，将待测圆极化天线放置在二维扫描架上，并且待测天线与气室垂直位置在远场范围内，同时也将辅助的圆极化天线也放置于待测天线近场区；第五步，将待测圆极化天线和辅助圆极化天线分别连接到对应的信号发生器上，待测圆极化天线和辅助天线的辐射电磁波的频率差为1khz，两天线连接的信号发生器利用同轴线进行同步；第六步，在第三步得到的第一电信号和第二电信号输出到示波器中，同时利用外接的1khz正旋波信号作为示波器中接收通道的触发信号，这样得到稳定存在的第一电信号吸收光谱和第二电信号吸收光谱；第七步，提取第六步得到的第一电信号吸收光谱和第二电信号吸收光谱的电磁波的幅值和相位信息，传播光路1和传播光路2得到的垂直和水平电场幅值和相位分别为：e1、e2、φ1、φ2，当δφ＝φ
1-φ2>0为左旋；当δφ＝φ
1-φ2<0为右旋，轴比则计算e1、e2的比值，即通过传播光路1和传播光路2的相位信息，得到待测圆极化天线水平和垂直极化分量电场相位信息，进而分析该电磁波的左右旋特性；通过分析传播光路1和传播光路2的幅值信息，得到待测圆极化天线水平和垂直极化幅值信息，进而得到相应的轴比、辐射方向图，增益；
第八步，将放置于二维扫描架的待测天线在远场扫描面内扫描，得到所需要的圆极化天线远场方向图以及相应的轴比、辐射方向图，增益。

技术总结
本发明涉及一种圆极化天线参数近场测试系统及方法。基于现有的圆极化天线测试技术，无法满足使用的需要，因此本发明根据新型的电磁量子探测技术，利用电磁波与里德堡原子之间的耦合关系，以及里德堡态下原子能级波函数对于电磁波响应状态的关系，巧妙地设计激光路径、利用激光与碱金属原子的相互作用关系，利用与里德堡原子测量电磁波相位相关的外差的方法，创新性地解决了实时、原位地测量圆极化电磁波的水平极化和垂直极化特性，有效地并且同步地完成圆极化天线的测试，并且可以测出两个极化方向的相对相位差，进而可以判断天线圆极化的左旋特性和右旋特性，极大地解决了圆极化天线测试在判断左右旋极化特性上的问题。化天线测试在判断左右旋极化特性上的问题。化天线测试在判断左右旋极化特性上的问题。


技术研发人员：薛正辉 史源盛 任武 石猛 李伟明
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/3/10