[发明专利]一种获取微波腔内微波磁场分布的测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种用于微波腔内微波场分布测试的装置，它由微波源、探测环、频谱仪和三维平移台组成。其中探测环是用半刚性同轴电缆SFT‑50‑1的一端制作的，将半刚性同轴电缆的芯线剥出，并焊接在电缆外部铜皮上，构成一个圆形探测环，半刚性同轴电缆另一端做成SMA头，通过SMA转接头与软同轴电缆相连后与频谱仪连接。半刚性同轴电缆固定在三维平移台上，本发明通过三维平移台对探测环的移动，然后用频谱仪读取探测环内探测到的微波腔内各个方向(X、Y、Z)微波场的强度，从而得到微波腔内微波场的分布。这种装置具有结构简单，使用方便的特点，可以很容易得出微波场各个方向的场强度的分布。

技术领域

本发明涉及微波腔内微波磁场测试领域，更具体涉及一种获取微波腔内微波磁场分布的测量方法，同时还涉及一种获取微波腔内微波磁场分布的测量的装置，它适用于测出微波腔内各个方向的微波磁场分布。

背景技术

铷原子钟以其体积小、重量轻、功耗低、频率稳定度高等特点广泛应用于导航、通信、电力和交通等领域。铷原子钟的核心是物、理系统，它是一个原子鉴频器，其鉴频信号的信噪比直接决定了铷原子钟最重要的技术指标—频率稳定度。

根据铷原子钟物理系统工作原理和铷原子跃迁的选择定则可知，只有与原子系统量子化轴方向平行的微波场分量才能激励铷原子跃迁。发明人通过在微波腔外壁绕制C场线圈，在线圈上通入稳定的小电流后产生与微波腔轴线方向(定义为Z方向)一致的均匀磁场，用来提供铷原子跃迁的量子化轴(Z方向)。因此微波腔作为为铷原子跃迁提供微波磁场的载体，不仅提供微波频率应与铷原子钟跃迁频率相同，而且微波场的分布必须合适。在微波与原子作用区域，与原子系统量子化轴方向平行的微波的磁分量(H_Z)分布越均匀越密集，铷原子跃迁信号就越强，物理系统的信噪比就越大，那么铷原子钟的频率稳定度指标就越好。因此，铷原子钟的跃迁信号与微波腔的微波磁场分布特性相关。微波腔的微波磁场分布直接影响物理系统的信噪比，从而影响铷原子钟的稳定度指标。

目前一般通过仿真计算才能得到微波腔内微波磁场的分布，但是对于非标准腔，很难通过计算得到微波磁场的分布，因此申请人需要设计一种用于微波腔内微波磁场分布测试的装置，并通过设计改善微波场。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种获取微波腔内微波磁场分布的测量方法，用于直观的测出微波腔内微波场的分布，

本发明的另一个目的在于提供一种获取微波腔内微波磁场分布的测量装置，结构简单，使用方便，利用这种装置，可以很方便的测出微波腔场内的微波磁场分布。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种获取微波腔内微波磁场分布的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：微波源恒定功率通过耦合环馈入到待测微波腔内，形成微波磁场；

步骤2：移动同轴电缆，使同轴电缆一端连接的探测环在待测微波腔内分别在X、Y、Z各方向的移动步长覆盖整个待测微波腔，用于在待测微波场内测量X、Y、Z各方向的感生电动势分量分布，所述探测环垂直于微波磁场方向；

步骤3：频谱仪经半刚性同轴电缆读取探测环测量到的感生电动势分量，频谱仪再输出微波信号功率分量；

步骤4：将步骤3获得的X、Y、Z各方向的微波信号功率分量与步骤2中探测环在X、Y、Z各方向的移动步长对应，获得待测微波腔内X、Y、Z各方向的微波信号功率分量分布。

进一步地，所述耦合环为待测微波腔外壁绕制的C场线圈，所述步骤1中微波源将恒定功率的电流通入线圈后产生与待测微波腔X或Y或Z方向一致的微波磁场。

进一步地，所述微波磁场为交变微波磁场。

进一步地，所述微波源的输出频率为待测微波腔的共振频率，输出功率为20dBm。