[发明专利]基于里德堡原子的微波天线及雷达

说明书

本发明涉及一种基于里德堡原子的微波天线及雷达，原子微波天线根据接收到空间扫描电磁波的反射波输出原始反射信号，信号加工装置对原始反射信号作信号变换处理，获得变换反射信号，并将变换反射信号发送至雷达信号处理装置，以指示雷达信号处理装置根据变换反射信号显示雷达信号。基于此，通过里徳堡原子的探测灵敏度高、对微波的响应宽带较小、频域宽等特点，为雷达天线赋予提升探测距离、抗干扰能力、频率切换便捷度和小型化优势等优点。同时，通过信号加工装置的信号变换处理，提高基于里徳堡原子探测的信号精度。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种基于里德堡原子的微波天线及雷达。

背景技术

微波是波长很短的无线电波，且微波的方向性很好，速度等于光速。利用微波的工作特性，主要用于测距测速的微波雷达应运而生。现有的微波雷达是以电偶极天线的电磁波发射、接收技术为基础。结构上，微波雷达完成一次探测需要四个流程：发射电磁波，接收待测物体反射的电磁波，降噪滤波过程、后端图像重构。其中，反射、接收电磁波都是基于电偶极天线阵列。对被测物理的探测距离、探测灵敏度是衡量雷达的核心指标之一。传统的微波雷达受限于电偶极天线对射频电磁场的测量灵敏度，探测效率受到很大限制。例如，当飞机的机载雷达在进行对空搜索时，通常可以发现150KM外的对方飞机。然而，如果被搜索的是新型隐形飞机，其雷达反射截面只有通常的百分之一到千分之一，机载雷达只能在10KM左右的距离发现该隐形飞机，该距离甚至小于目视距离。

2012年，美国Oklahoma大学的Shaffer研究组与德国Stuttgart大学的Pfau研究组合作首次利用里德堡热原子EIT(Electromagnetically Induced Transparency电磁感应透明)和AT(Autler-Townes)劈裂，将微波电场强度的测量转化为光学频率测量，测量的微波电场灵敏度达到30μVcm^-1Hz^-1/2。这就给了基于原子探测电场的原理实现微波天线乃至微波雷达的可行性。

发明内容

基于此，有必要针对因里德堡热原子对电磁波的响应特性，通过添加其它辅助设备，提供一种基于里德堡原子的微波天线及雷达。

一种基于里德堡原子的微波天线，包括：

包括有里德堡原子气室的原子微波天线，用于接收空间扫描电磁波的反射波，并根据反射波输出原始反射信号；

信号加工装置，用于对原始反射信号作信号变换处理，获得变换反射信号，并将变换反射信号发送至雷达信号处理装置，以指示雷达信号处理装置根据变换反射信号显示雷达信号。

上述的基于里德堡原子的微波天线，原子微波天线根据接收到空间扫描电磁波的反射波输出原始反射信号，信号加工装置对原始反射信号作信号变换处理，获得变换反射信号，并将变换反射信号发送至雷达信号处理装置，以指示雷达信号处理装置根据变换反射信号显示雷达信号。基于此，通过里徳堡原子的探测灵敏度高、对微波的响应宽带较小、频域宽等特点，为雷达天线赋予提升探测距离、抗干扰能力、频率切换便捷度和小型化优势等优点。同时，通过信号加工装置的信号变换处理，提高基于里徳堡原子探测的信号精度。

在其中一个实施例中，原子微波天线包括里德堡原子气室、探测激光器、耦合激光器和光电探测器；

里德堡原子气室内储存有里德堡热原子；

探测激光器用于发射探测光，耦合激光器用于发射耦合光，其中，探测光和耦合光用于将里德堡热原子从基态激发至里德堡态，探测光还用于产生拉曼吸收的量子干涉效应；

光电探测器用于探测拉曼吸收峰的劈裂宽度，求出待测电场强度，以获得原始反射信号。

在其中一个实施例中，耦合光为蓝失谐耦合光，探测光为红失谐探测光；

其中，蓝耦合光的失谐频率为70至130MHz；红探测光的失谐频率为70至130MHz。