近年来,原子微波测量由于其具有将微波量与国际标准单位联系起来的潜力,而成为国际研究热点之一。由此相继诞生了基于不同量子测量原理的原子微波电场计、原子微波磁场计和原子微波功率标准等。原子微波探测技术把电磁波的场强通过基本物理常量与拉比频率Ω直接联系起来,为电磁量的国际单位制溯源提供了基础。这种新型微波测量技术的最大优势在于不需要校准,且其理论测量精度远高于传统技术。本学位论文基于原子拉比共振理论开发了一种频率连续可调的宽带微波磁场探测技术,重点研究了该技术的工作原理,并将其用于微波器件的宽带特性评估。研究内容主要包括如下四个部分:首先,根据原子拉比共振理论给出了未知微波磁场的场强测量模型。原子微波场探测器是量子物理和经典物理相结合的产物,其研制开发牵涉到静场、微波场、光场与原子互作用等多个物理过程。基于此,本文介绍了磁场对原子的影响,建立了原子拉比频率Ω与待测微波磁场强度B的关系,并重点阐述了本论文所用的原子拉比共振理论和基于该理论导出的微波场测量模型。这一模型的基本工作原理在于,二能级原子与相位调制微波场之间的相互作用可引起基态原子发生拉比共振,共振信号振幅的幅度是调制频率ω的函数,这一函数在满足ω=Ω?2时出现峰值。当馈入腔的功率固定后,通过扫描ω得到拉比共振线形,Ω∝B便可由场强测量模型对实测数据的拟合得到。其次,基于前述提出的原子微波磁场探测理论,搭建了原理性实验装置,并利用该探测器实验上测量了输入功率为-21 dBm至20 dBm时X波段微波腔内的微波场强,实验测量和有限元电磁模拟相符,验证了基于原子拉比共振的微波磁场探测技术的有效性。此外论文还对自由空间频率传递做了研究,为实现电磁量的量值传递打下基础。演示报道的非磁敏态钟跃迁上的拉比共振微波场测量方法为评估气室型原子钟微波腔内的磁场强度分布提供了一种新途径。然后,论文设计了一个自由空间中的低Q腔体,该腔体为不同原子气室提供了近似相同的电磁环境,便于开展比较测量。利用这一特殊测量结构,论文调研了系统关键参数,如气室温度、激光光强和缓冲气体气压等对场测量线形的影响,讨论了原子微波磁场探测技术的优化方向。最后,论文进一步利用磁敏态跃迁(包括π跃迁和σ跃迁)上的拉比共振发展出一种频率连续可调的宽带微波磁场探测技术。过去几年,基于原子的微波场探测技术都仅针对离散点频,而实际微波测量应用中对宽带探测能力的需求更为普遍。本论文将铯原子磁敏态跃迁上的拉比共振信号用于未知微波磁场探测,相当于构建了同时可探测多个不同频率微波磁场的探测器。这些磁敏态原子跃迁频率互不相同,且可通过静磁场实现连续调谐,意味着该探测器具有频率连续可调的优势。为演示这一宽带微波磁场探测技术在评估宽带微波特性上的潜力,论文分别利用π跃迁、σ|3,3→|4,4跃迁和σ|3,3→|4,4跃迁上的拉比共振测量了腔频分别为9.2 GHz、8.3 GHz和9.7 GHz微波腔的谐振特性曲线,测量结果与矢量网络分析仪给出的结果相一致。综上,本论文建议了一种频率连续可调的宽带原子微波磁场探测技术,设计并搭建了原理性验证实验装置,利用该装置实际测量了微波腔内的磁场强度。进一步,作为一个宽带探测器的创新应用,首次对几个不同谐振频率微波腔的谐振特性进行了基于原子的测量评估,部分地实现了网络分析仪的功能。本论文工作实现了微波腔谐振特性与频率量之间的转化测量,为开发自校准、可溯源的微波宽带特性测量方法提供了有益参考。