微波频标由于其稳定性好、可靠性高等优点,广泛应用于时间频率计量、守时、导航等领域。通过将离子囚禁在Lamb-Dicke区,可以消除一阶Doppler频移的影响,同时有利于原子钟的小型化设计。因此离子微波频标受到了越来越多的关注。由于¹¹³Cd⁺2P3/2态的能级分裂只有800MHz,可以利用一台激光器实现冷却、泵浦和探测过程,因此¹¹³Cd⁺微波钟在小型化方面具有独特优势。自2010年起,清华大学精密测量联合实验室开展了¹¹³Cd⁺微波钟研究工作。先后完成了系统搭建、离子信号捕获、钟跃迁频率测量以及初步闭环锁定等工作。在本实验室前期工作基础之上,本文通过对系统磁屏蔽、光路以及锁定参数的优化,改善了离子钟的短期稳定度指标,从1.0¹.7×10-12/（?）提高到6.1×10-13/（?）,该指标优于商用的铯钟和铷钟水平。利用离子钟系统闭环锁定,实现了钟信号与参考信号的长期连续比对,完成了对¹¹³Cd⁺基态超精细分裂频率的高精度测量。在对各种影响测量准确度的系统频移及其不确定度进行细致评估后,得到最终的测量结果为15199862855.0192（10）Hz,相对频率不确定度达到6.6×10^-14。该测量结果与之前结果符合很好,测量准确度比本实验室2013年的测量结果提高了将近一个数量级,比美国JPL实验室的测量结果高将近200倍,目前处于国际领先水平。本文对实验中发现的探测过程荧光衰落现象以及系统Dick效应进行了理论与实验研究。借助速率方程方法,对探测瞬态过程进行建模,并通过实验与理论的比对,发现二者吻合较好,确定了磁场不均匀性以及离子的Doppler增宽是造成该现象的主要原因。通过对本振相位噪声谱的测量,估算了Dick效应对系统短期稳定度指标的影响,并对消除Dick效应的各种方法进行了分析。基于以上工作提出了基于协同冷却双离子阱新型离子钟的设计方案,并在文章最后介绍了新系统的最新工作进展。