[發明專利]基于里德堡原子的微波天線及雷達

在審

• 申請號: 202011438922.2
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112615155A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 張新定;廖開宇;顏輝
• 申請（專利權）人: 清遠市天之衡傳感科技有限公司
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q19/10;H01Q21/00
• 代理公司: 廣州高炬知識產權代理有限公司 44376
• 代理人: 高雁

本發明涉及一種基于里德堡原子的微波天線及雷達，原子微波天線根據接收到空間掃描電磁波的反射波輸出原始反射信號，信號加工裝置對原始反射信號作信號變換處理，獲得變換反射信號，并將變換反射信號發送至雷達信號處理裝置，以指示雷達信號處理裝置根據變換反射信號顯示雷達信號。基于此，通過里徳堡原子的探測靈敏度高、對微波的響應寬帶較小、頻域寬等特點，為雷達天線賦予提升探測距離、抗干擾能力、頻率切換便捷度和小型化優勢等優點。同時，通過信號加工裝置的信號變換處理，提高基于里徳堡原子探測的信號精度。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，特別是涉及一種基于里德堡原子的微波天線及雷達。

背景技術

微波是波長很短的無線電波，且微波的方向性很好，速度等于光速。利用微波的工作特性，主要用于測距測速的微波雷達應運而生。現有的微波雷達是以電偶極天線的電磁波發射、接收技術為基礎。結構上，微波雷達完成一次探測需要四個流程：發射電磁波，接收待測物體反射的電磁波，降噪濾波過程、后端圖像重構。其中，反射、接收電磁波都是基于電偶極天線陣列。對被測物理的探測距離、探測靈敏度是衡量雷達的核心指標之一。傳統的微波雷達受限于電偶極天線對射頻電磁場的測量靈敏度，探測效率受到很大限制。例如，當飛機的機載雷達在進行對空搜索時，通常可以發現150KM外的對方飛機。然而，如果被搜索的是新型隱形飛機，其雷達反射截面只有通常的百分之一到千分之一，機載雷達只能在10KM左右的距離發現該隱形飛機，該距離甚至小于目視距離。

2012年，美國Oklahoma大學的Shaffer研究組與德國Stuttgart大學的Pfau研究組合作首次利用里德堡熱原子EIT(Electromagnetically Induced Transparency電磁感應透明)和AT(Autler-Townes)劈裂，將微波電場強度的測量轉化為光學頻率測量，測量的微波電場靈敏度達到30μVcm^-1Hz^-1/2。這就給了基于原子探測電場的原理實現微波天線乃至微波雷達的可行性。

發明內容

基于此，有必要針對因里德堡熱原子對電磁波的響應特性，通過添加其它輔助設備，提供一種基于里德堡原子的微波天線及雷達。

一種基于里德堡原子的微波天線，包括：

包括有里德堡原子氣室的原子微波天線，用于接收空間掃描電磁波的反射波，并根據反射波輸出原始反射信號；

信號加工裝置，用于對原始反射信號作信號變換處理，獲得變換反射信號，并將變換反射信號發送至雷達信號處理裝置，以指示雷達信號處理裝置根據變換反射信號顯示雷達信號。

上述的基于里德堡原子的微波天線，原子微波天線根據接收到空間掃描電磁波的反射波輸出原始反射信號，信號加工裝置對原始反射信號作信號變換處理，獲得變換反射信號，并將變換反射信號發送至雷達信號處理裝置，以指示雷達信號處理裝置根據變換反射信號顯示雷達信號。基于此，通過里徳堡原子的探測靈敏度高、對微波的響應寬帶較小、頻域寬等特點，為雷達天線賦予提升探測距離、抗干擾能力、頻率切換便捷度和小型化優勢等優點。同時，通過信號加工裝置的信號變換處理，提高基于里徳堡原子探測的信號精度。

在其中一個實施例中，原子微波天線包括里德堡原子氣室、探測激光器、耦合激光器和光電探測器；

里德堡原子氣室內儲存有里德堡熱原子；

探測激光器用于發射探測光，耦合激光器用于發射耦合光，其中，探測光和耦合光用于將里德堡熱原子從基態激發至里德堡態，探測光還用于產生拉曼吸收的量子干涉效應；

光電探測器用于探測拉曼吸收峰的劈裂寬度，求出待測電場強度，以獲得原始反射信號。

在其中一個實施例中，耦合光為藍失諧耦合光，探測光為紅失諧探測光；

其中，藍耦合光的失諧頻率為70至130MHz；紅探測光的失諧頻率為70至130MHz。