CN113777411B - 太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置，包括：将被测样品制备成样品件，根据样品件制备校准件，校准件的厚度大于或等于样品件的厚度；将校准件安装在第二抛物面镜和第三抛物面镜之间，第一太赫兹收发模块向第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹波收发模块向第四抛物面镜发射太赫兹波，通过校准后使得校准件的左右两个侧面为校准面，然后取下校准件；将样品件安装在第二抛物面镜和第三抛物面镜之间，并使得样品件右侧面与右侧校准面对准，第一太赫兹收发模块向第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息并记录为相应的S参数，通过本文相应的计算方法即可计算出复介电常数。

Description

太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及复介电常数测量技术领域，尤其涉及一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置。

背景技术

获取材料在太赫兹波段的复介电常数是各种应用***和器件设计实现的基本要求。如雷达、遥感、光谱、成像、射电天文和无线通信***等均需要获取材料在太赫兹波段的复介电常数。

现有的太赫兹波段的复介电常数的获取方法主要包括太赫兹时域光谱技术、基于矢量网络分析仪的波导法以及谐振腔法等。但是通过太赫兹时域光谱技术获取太赫兹波段的材料复介电常数存在频率分辨率有限的问题；通过基于矢量网络分析仪的波导法获取太赫兹波段的材料复介电常数存在对样品要求高，且高频段的波导制备困难，不宜于推广使用等问题；通过谐振腔法获取太赫兹波段的材料复介电常数存在只能用于单频点，因此在频带方面有较大限制，而且其最终结果的准确性受样品的大小和形状影响等问题。

发明内容

本发明提供一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置，用以解决现有技术中的太赫兹波段的复介电常数的获取方法存在对样品要求高，难以实现对低损耗介质的测量的缺陷，可以得到能量更大、波束更加汇聚的太赫兹波，实现了对低损耗介质的有效测量，降低了样品的制备要求，且测量更加精准，操作简单，使用方便。

本发明提供一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，包括：

S101：将被测样品制备成样品件，根据所述样品件制备校准件，所述校准件的厚度大于或等于所述样品件的厚度；

S102：将所述校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，所述第二太赫兹波收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，然后进行适应性调整校准，校准后使得所述校准件的左右两个侧面为校准面，然后取下所述校准件；

S103：将所述样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得所述样品件与左侧校准面对准，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪；

或：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件与右侧校准面对准，所述第二太赫兹收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，第一太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪；

S104：所述矢量网络分析仪对太赫兹波进行处理后得到S参数并储存，根据S参数提取得到复介电常数。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，步骤S103还可以是：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件位于左侧校准面和右侧校准面之间，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪，并同时测量样品件与左侧校准面之间的距离；

或：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件位于左侧校准面和右侧校准面之间，所述第二太赫兹收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，第一太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪，并同时测量样品件与右侧校准面之间的距离。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，所述太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，还包括：抛物面镜的选用，根据照射在抛物面镜上的太赫兹波波束宽度，选取镜面尺寸大于太赫兹波波束宽度的抛物面镜。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，所述根据所述样品件制备校准件步骤，具体包括：根据样品件的形状厚度，利用金属制备得到表面光滑的平行板金属校准件。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，所述样品件和所述校准件的尺寸大于所述第二抛物面镜与第三抛物面镜之间的太赫兹波焦平面的束腰宽度。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，所述将所述校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间步骤，具体包括：将所述校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，并使得第二抛物面镜与所述第三抛物面镜的连线与校准件垂直。

本发明还提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，包括有矢量网络分析仪、第一太赫兹收发模块、第二太赫兹收发模块、第一抛物面镜、第二抛物面镜、第三抛物面镜和第四抛物面镜；

所述第一太赫兹收发模块和所述第二太赫兹收发模块分别与所述矢量网络分析仪连接，所述第一抛物面镜与所述第二抛物面镜位于同一直线上，所述第三抛物面镜与所述第四抛物面镜位于同一直线上，所述第一抛物面镜和所述第四抛物面镜相互对称，所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜相互对称。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，所述第一太赫兹收发模块和所述第二太赫兹收发模块均包括有太赫兹扩频模块，所述太赫兹扩频模块的端口连接有天线，所述天线的四周设置有吸波材料。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，所述第一太赫兹收发模块的所述天线的相位中心与所述第一抛物面镜的焦平面重合，所述第二太赫兹收发模块的所述天线的相位中心与所述第四抛物面镜的焦平面重合。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，所述第一抛物面镜、所述第二抛物面镜、所述第三抛物面镜和所述第四抛物面镜的焦距相同，所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间的距离为两倍的抛物面镜焦距。

根据本发明提供的一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置，通过设置有四个抛物面镜，将太赫兹波进行汇集后再用于测量样品的复介电常数，通过校准件进行校准，保证了样品件位于焦平面上，此时可以获得最佳透反信号，形成对称传输光路，确保了测量的正确性和测量精度。抛物面镜将太赫兹波汇集后穿过样品，并将携带样品信息的太赫兹波传输给矢量网络分析仪，然后得到S参数后，根据S参数即可计算出样品的复介电常数，可以得到能量更大、波束更加汇聚的太赫兹波，且电兹波到达待测样品表面时是较理想的平面波，能够实现对不同损耗介质样品，薄厚样品的准确测量，降低了样品的制备要求，特别是低损耗介质，测量更加精准，操作简单，使用方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的太赫兹波段材料复介电常数的测量装置的结构示意图；

图2是本发明提供的太赫兹波段材料复介电常数的测量方法的流程图；

图3是本发明提供的应用太赫兹波段材料复介电常数的测量方法的测量得到的4mm空气层的S参数；

图4是应用太赫兹波段材料复介电常数的测量方法的测量得到的4mm空气层的复介电常数；

图5是应用太赫兹波段材料复介电常数的测量方法的测量得到的10mm多孔陶瓷的S参数；

图6是应用太赫兹波段材料复介电常数的测量方法的测量得到的10mm多孔陶瓷的复介电常数；

附图标记：

1：矢量网络分析仪； 2：第一太赫兹收发模块； 3：第二太赫兹收发模块；

4：第一抛物面镜； 5：第二抛物面镜； 6：第三抛物面镜；

7：第四抛物面镜； 8：太赫兹扩频模块； 9：天线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图6描述本发明的太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置。

如附图1所示，太赫兹波段材料复介电常数的测量装置包括有矢量网络分析仪1、第一太赫兹收发模块2、第二太赫兹收发模块3、第一抛物面镜4、第二抛物面镜5、第三抛物面镜6和第四抛物面镜7。

具体的，所述第一太赫兹收发模块2和所述第二太赫兹收发模块3分别与所述矢量网络分析仪1连接，所述第一抛物面镜4与所述第二抛物面镜5位于同一直线上，所述第三抛物面镜6与所述第四抛物面镜7位于同一直线上，所述第一抛物面镜4和所述第四抛物面镜7相互对称，所述第二抛物面镜5和所述第三抛物面镜6相互对称。

在使用时，先对测量装置进行校准，校准件为比样品件更厚的金属件，在校准前根据实际需要测量的样品件制作相应的校准件，然后将校准件固定在第二抛物面镜5和第三抛物面镜6之间。然后所述第一太赫兹收发模块2向所述第一抛物面镜4发射太赫兹波，所述第一抛物面镜4将太赫兹波反射到所述第二抛物面镜5，所述第二抛物面镜5对太赫兹波汇集后传输到所述校准件上，所述校准件将太赫兹波反射回所述第二抛物面镜5，然后经所述第一抛物面镜4传输回到所述第一太赫兹波收发模块，调整所述第一太赫兹波收发模块与所述第一抛物面镜4之间的距离。与此同时，所述第二太赫兹波收发模块向所述第四抛物面镜7发射太赫兹波，然后经所述第三抛物面镜6传输到所述校准件，校准件将太赫兹波反射传输回到所述第二太赫兹波收发模块，进而调整所述第二太赫兹波收发模块与所述第四抛物面镜7之间的距离。实现了对测量装置的校准，形成了对称的传输光路，进而确保了后续的测量准确性和测量精度。

待校准结束后开始进行样品件测量，将校准件所在位置记为校准区域，校准件的左右两个侧面则为校准面，然后将校准件取下，将样品件安装在校准区域处，并使得样品件的左侧面与左校准面重合。然后所述第一太赫兹收发模块2向所述第一抛物面镜4发射太赫兹波，所述第一抛物面镜4将太赫兹波反射到所述第二抛物面镜5上，第二抛物面镜5对太赫兹波进行汇集并穿过样品件后传输到所述第三抛物面镜6，所述第三抛物面镜6将携带有样品信息的太赫兹波反射到所述第四抛物面镜7，然后第四抛物面镜7将太赫兹波传输给所述第二太赫兹收发模块3。第二太赫兹收发模块3接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪1并记录为S11和S21，所述矢量网络分析仪1对携带样品信息的太赫兹波进行分析得到S参数，然后即可根据S参数计算得到样品的复介电常数。

当然，在实际使用时，还可以在安装样品件时，使得样品件的右侧面与右校准面重合，然后通过所述第二太赫兹收发模块3向所述第四抛物面镜7发出太赫兹波，所述第四抛物面镜7将太赫兹波反射到所述第三抛物面镜6，所述第三抛物面镜6对太赫兹波进行汇集并穿过所述样品件后传输给所述第二抛物面镜5，所述抛物面镜将携带样品信息的太赫兹波反射到所述第一抛物面镜4。所述第一抛物面镜4将太赫兹波传输给所述第一太赫兹收发模块2，所述第一太赫兹收发模块2将携带样品信息的太赫兹波传输给矢量网络分析仪1并记录为S22和S12，进而也可以得到样品的复介电常数。通过上述第一组S参数S11和S21与第二组S参数S22和S12计算所得复介电常数完全一致，进一步验证了测试装置的左右对称性。

先对太赫兹波进行汇集后得到能量更大、波束更加汇集的太赫兹波，然后再将太赫兹波入射到样品件上，进而降低了对样品的要求，可以测量厚度达10mm的样品。实现了对低损耗介质的有效测量，对损耗角正切处于10^-3量级的低损耗材料仍然非常有效，甚至可以标定不同条件下的空气的损耗角正切，损耗正切有效提取达到10^-4量级。且由于入射到样品件上的太赫兹波波束更加集中，进而使得太赫兹波波束入射到样品件上的面积也随着变小，只需要保证样品件与太赫兹波波束接触的部件的厚度均匀即可保证测量的准确性，使得样品件的制作更加简单。且整个测量装置的结构简单，使用起来更加方便，操作更加简单，保证了测量的准确性。

在本发明的可选实施例中，还可以使用凸透镜等任何合适的镜面代替所述第一抛物面镜4、所述第二抛物面镜5、所述第三抛物面镜6和所述第四抛物面镜7。

在本发明的可选实施例中，所述第一抛物面镜4、所述第二抛物面镜5、所述第三抛物面镜6和所述第四抛物面镜7均为4英寸的离轴抛物面镜，焦距f＝101.6mm。但是应当了解，其他任何适合尺寸的抛物面镜也可以作为所述第一抛物面镜4、所述第二抛物面镜5、所述第三抛物面镜6和所述第四抛物面镜7。

进一步的，如附图1所示，所述第一太赫兹收发模块2和所述第二太赫兹收发模块3均包括有太赫兹扩频模块8，所述太赫兹扩频模块8的端口连接有天线9，所述天线9的四周设置有吸波材料。在使用时，所述太赫兹扩频模块8通过所述天线9发射或接收太赫兹波，在太赫兹波通过天线9时，所述吸波材料则可以对杂散波进行吸收，进而降低杂散波对测量的影响，进一步保证了测量的准确性。

进一步的，如附图1所示，所述第一太赫兹收发模块2的所述天线9的相位中心与所述第一抛物面镜4的焦平面重合，所述第二太赫兹收发模块3的所述天线9的相位中心与所述第四抛物面镜7的焦平面重合。在使用时，所述第一太赫兹波收发模块通过所述天线9发射太赫兹波时，天线9发射的太赫兹波经过上述第一抛物面镜4反射后成为平面太赫兹波，平面太赫兹波入射到所述第二抛物面镜5上，所述第二抛物面镜5将太赫兹波汇聚到焦平面处成为束腰波束。同理，太赫兹波经过所述第四抛物面镜7反射后成为平面太赫兹波，平面太赫兹波入射到所述第三抛物面镜6上，所述第三抛物面镜6将太赫兹波汇聚到焦平面处成为束腰波束，第二抛物面镜5和所述第三抛物面镜6汇聚的束腰波束在焦平面处重合，使得所述太赫兹波段材料复介电常数的测量装置左右完全对称，便于对太赫兹波段材料复介电常数的测量装置进行校准，且保证了太赫兹波到达校准件或样品件表面时是较理想的平面波，确保了校准和测量的准确性，能够实现对低损耗介质样品，薄厚样品的准确测量，降低了样品的制备要求。

其中，所述第一太赫兹收发模块2的所述天线9的增益、发散角参数与所述第二太赫兹收发模块3的所述天线9的增益、发散角参数相同。

其中，天线的相位中心就是天线的共相位面。在实际情况中，由于不存在理想的天线，天线的相位中心是一个平面，但是并不影响本发明技术方案的实现。

进一步的，如附图1所示，所述第一抛物面镜4、所述第二抛物面镜5、所述第三抛物面镜6和所述第四抛物面镜7的焦距相同，所述第二抛物面镜5和所述第三抛物面镜6之间的距离为两倍的抛物面镜焦距。在使用时，将样品件安装在所述第二抛物面镜5和所述第三抛物面镜6之间，即样品件位于所述第二抛物面镜5和所述第三抛物面镜6的焦点处，当所述第二抛物面镜5对太赫兹波进行汇集传输给所述第三抛物面镜6，或是所述第三抛物面镜6对太赫兹波进行汇集传输给所述第二抛物面镜5时，所述样品件都刚好在焦点处，汇集后的太赫兹波入射在所述样品件上，入射在样品件上的太赫兹波是能量最大，波束最小最汇聚的，此时太赫兹波与样品件的接触面积的最小的，进而实现了对低损耗介质的有效测量，降低了样品的制备要求，可以测量厚度达10mm的样品。

本发明还提供一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，如附图2所示，所述方法包括：

S101：将被测样品制备成样品件，根据样品件制备校准件，校准件的厚度大于或等于样品件的厚度；

在使用时，通过校准件进行校准后，校准件所在的区域即为校准区域，所述样品件的厚度小于所述校准件，即样品件的厚度也是小于校准区域的厚度的，样品件可以全部放置在校准区域内，避免样品件的部分结构位于校准区域外，保证了测量的准确性。

S102：将校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，所述第二太赫兹波收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，然后进行适应性调整校准，校准后使得校准件的左右两个侧面为校准面，然后取下校准件；

在使用时，将校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间焦平面处，并以焦平面为中心左右对称，所述第一抛物面镜会将太赫兹波反射到所述第二抛物面镜，所述第二抛物面镜将太赫兹波汇集后入射到所述校准件表面上，所述校准件将太赫兹波反射回到所述第二抛物面镜，所述第二抛物面镜则将太赫兹波反射到所述第一抛物面镜，所述第一抛物面镜则将太赫兹波反射到所述第一太赫兹波收发模块，根据所述第一太赫兹波收发模块接收到的太赫兹波进行适应性调整校准。同理可以根据所述第二太赫兹波接收模块接收到的太赫兹波进行适应性调整校准，使得所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜的焦平面重合，进而使得当样品件放置在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间时，即样品件位于焦平面上，此时可以获得最佳透反信号，形成对称传输光路，确保了测量的正确性和测量精度。

S103：将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件与左侧校准面对准，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪；

或：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件与右侧校准面对准，所述第二太赫兹收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，第一太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪；

在使用时，当样品件与左侧校准面对准时，此时，所述第一太赫兹波收发模块用于发射太赫兹波，所述第二太赫兹波收发模块用于接受太赫兹波，所述第一抛物面镜用于将太赫兹波反射到所述第二抛物面镜，所述第二抛物面镜对太赫兹波进行汇集并穿过所述样品件后入射到所述第三抛物面镜上，所述第三抛物面镜则将携带样品信息的太赫兹波传输给所述第四抛物面镜，然后所述第四抛物面镜将太赫兹波反射到所述第二太赫兹波收发模块，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪并记录为S11和S21。

当样品件与右侧校准面对准时，此时，所述第二太赫兹波收发模块用于发射太赫兹波，所述第一太赫兹波收发模块用于接受太赫兹波，太赫兹波通过所述第四抛物面镜传输到第三抛物面镜，所述第三抛物面镜对太赫兹波进行汇集并穿过所述样品件后入射到所述第二抛物面镜，然后通过所述第一抛物面镜传输到所述第一太赫兹波收发模块，第一太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪并记录为S22和S12。通过上述第一组S参数S11和S21与第二组S参数S22和S12计算所得复介电常数完全一致。

S104：矢量网络分析仪对太赫兹波进行处理后得到S参数，根据S参数提取得到复介电常数。

在使用时，通过矢量网络分析仪得到S参数后，根据S参数即可计算出样品的复介电常数，通过得到能量更大、波束更加汇聚的太赫兹波，且电兹波到达待测样品表面时是较理想的平面波条件，能够实现了对低损耗介质样品，薄厚样品的准确测量，降低了样品的制备要求，且测量更加精准，操作简单，使用方便。

进一步的，步骤S103还可以是：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件位于左侧校准面和右侧校准面之间，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪，并同时测量样品件与左侧校准面之间的距离；

或：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件位于左侧校准面和右侧校准面之间，所述第二太赫兹收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，第一太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪，并同时测量样品件与右侧校准面之间的距离。

在使用时，将样品件安装在两个校准面之间即可，通过测量样品件与校准面之间的距离，通过计算可以得到样品表面的S参数，进而也可以得到样品件的复介电常数。

进一步的，太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，还包括：抛物面镜的选用，根据照射在抛物面镜上的太赫兹波波束宽度，选取镜面尺寸大于太赫兹波波束宽度的抛物面镜。在使用时，选取镜面尺寸大于波束宽度的抛物面镜，保证了抛物面可以将太赫兹波波束全部进行反射、汇集，防止抛物面镜不能接收全部太赫兹波波束，导致部分太赫兹波波束外泄，保证了可以将全部太赫兹波进行汇集，可以得到能量最大化的太赫兹波波束，进而实现对低损耗介质的有效测量。

进一步的，所述将被测样品制备成样品件步骤，包括将被测样品制备成表面光滑的平行板样品件，样品件的表面粗糙度小于0.1λ。在使用时，将被测样品制作成样品件时，应控制样品件的表面粗糙度，使得样品件的表面尽量光滑，进而降低样品件表面粗糙度对测量带来的误差影响，进一步保证了测量的准确性，以及保证样品件的平行度，使得太赫兹波波束入射到样品件的表面时，太赫兹波波束与样品件接触的部分都是平行的，进而避免样品件的表面凸凹不平而造成检测结果不准确。

进一步的，所述根据样品件制备校准件步骤，具体包括：根据样品件的形状厚度，利用金属制备表面光滑的平行板金属校准件。在使用时，金属的校准件可以对太赫兹波进行全反射，使得太赫兹波可以沿原路径返回，进而实现校准。

进一步的，所述样品件和所述校准件的尺寸大于所述第二抛物面镜与第三抛物面镜之间的太赫兹波焦平面的束腰宽度。在使用时，确保了经过汇集后的太赫兹波可以全部入射到样品件或校准件上，保证了校准的精准性，确保了可以将全部的太赫兹波能量入射到样品件上，进而实现对低损耗介质的测量。

进一步的，所述样品件和所述校准件的厚度均小于抛物面镜的焦点深度。在使用时，样品件或校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，即样品件或校准件就是位于第二抛物面镜和第三抛物面镜的焦点处，进而保证了入射穿过所述样品件的太赫兹波波束的能量都是最大化的，保证了入射到校准件表面的太赫兹波波束的能量也是最大化的，进而确保了可以实现对低损耗介质的测量。

进一步的，将校准件安装在第二抛物面镜和第三抛物面镜之间步骤，具体包括：将校准件竖直安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，并使得第二抛物面镜与所述第三抛物面镜的连线与校准件垂直。在使用时，校准件的左右两个侧面均与太赫兹波的传输路径垂直，实现了太赫兹波可以垂直入射到校准件的表面，确保了校准的准确性，且当测量样品时，将样品件的一侧面与其中一个校准面对准，也就保证了样品件也会与太赫兹波的传输路径垂直，保证了太赫兹波可以垂直入射到样品件表面，保证了检测的准确性。

进一步的，步骤S104具体包括：

首先通过矢量网络分析仪获得待测材料准确的S参数，然后可以通过两种方式来计算样品的复介电常数：

方法一：利用数值解的方法，由下面公式即可计算出复介电常数。

其中，Γ为反射系数、T为透射系数、γ为样品中传播常数、d为样品厚度，c为光速，f为频率。

方法二：利用迭代法，也可计算出复介电常数。

首先设置复介电常数ε′_r的实部范围，并且设置步长，比如设为0.001。然后利用设置的实部和测量出的S参数计算对应的损耗角正切：

进而计算出完整的复介电常数：

ε_r＝(1-jtanδ) (8)

利用生成的复介电常数计算样品的理论S参数，并与实际测到的S参数做对比，差值最小时选取的结果即为样品对应的介电常数：

其中，ε′_r为复介电常数的实部，Γ为反射系数、T为透射系数、L为样品厚度，c为光速，f为频率。

如附图3和附图4所示，可得知应用太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置后计算得到的4mm空气层的S参数和复介电常数。

如附图5和附图6所示，可得知应用太赫兹波段材料复介电常数的测量方法及装置后计算得到的10mm多孔陶瓷的S参数和复介电常数，实现了对低损耗介质的测量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，用于太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，其特征在于，所述太赫兹波段材料复介电常数的测量装置包括有矢量网络分析仪、第一太赫兹收发模块、第二太赫兹收发模块、第一抛物面镜、第二抛物面镜、第三抛物面镜和第四抛物面镜；所述第一太赫兹收发模块和所述第二太赫兹收发模块分别与所述矢量网络分析仪连接，所述第一抛物面镜与所述第二抛物面镜位于同一直线上，所述第三抛物面镜与所述第四抛物面镜位于同一直线上，所述第一抛物面镜和所述第四抛物面镜相互对称，所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜相互对称，所述太赫兹波段材料复介电常数的测量方法包括：

S101：将被测样品制备成样品件，根据所述样品件制备校准件，所述校准件的厚度大于或等于所述样品件的厚度；

S102：将所述校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，所述第二太赫兹波收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，然后进行适应性调整校准，校准后使得所述校准件的左右两个侧面为校准面，然后取下所述校准件；

S103：将所述样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得所述样品件与左侧校准面对准，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪；

或：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件与右侧校准面对准，所述第二太赫兹收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，第一太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪；

S104：所述矢量网络分析仪对太赫兹波进行处理后得到S参数并储存，根据S参数提取得到复介电常数。

2.根据权利要求1所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，其特征在于，步骤S103还可以是：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件位于左侧校准面和右侧校准面之间，所述第一太赫兹收发模块向所述第一抛物面镜发射太赫兹波，第二太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪，并同时测量样品件与左侧校准面之间的距离；

或：

将样品件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，使得样品件位于左侧校准面和右侧校准面之间，所述第二太赫兹收发模块向所述第四抛物面镜发射太赫兹波，第一太赫兹收发模块接收到携带样品信息的太赫兹波后传输给矢量网络分析仪，并同时测量样品件与右侧校准面之间的距离。

3.根据权利要求1所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，其特征在于，所述太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，还包括：抛物面镜的选用，根据照射在抛物面镜上的太赫兹波波束宽度，选取镜面尺寸大于太赫兹波波束宽度的抛物面镜。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，其特征在于，所述根据所述样品件制备校准件步骤，具体包括：根据样品件的形状厚度，利用金属制备得到表面光滑的平行板金属校准件。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，其特征在于，所述样品件和所述校准件的尺寸大于所述第二抛物面镜与第三抛物面镜之间的太赫兹波焦平面的束腰宽度。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量方法，其特征在于，所述将所述校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间步骤，具体包括：将所述校准件安装在所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间，并使得第二抛物面镜与所述第三抛物面镜的连线与校准件垂直。

7.一种太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，其特征在于，包括有矢量网络分析仪、第一太赫兹收发模块、第二太赫兹收发模块、第一抛物面镜、第二抛物面镜、第三抛物面镜和第四抛物面镜；

所述第一太赫兹收发模块和所述第二太赫兹收发模块分别与所述矢量网络分析仪连接，所述第一抛物面镜与所述第二抛物面镜位于同一直线上，所述第三抛物面镜与所述第四抛物面镜位于同一直线上，所述第一抛物面镜和所述第四抛物面镜相互对称，所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜相互对称。

8.根据权利要求7所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，其特征在于，所述第一太赫兹收发模块和所述第二太赫兹收发模块均包括有太赫兹扩频模块，所述太赫兹扩频模块的端口连接有天线，所述天线的四周设置有吸波材料。

9.根据权利要求8所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，其特征在于，所述第一太赫兹收发模块的所述天线的相位中心与所述第一抛物面镜的焦平面重合，所述第二太赫兹收发模块的所述天线的相位中心与所述第四抛物面镜的焦平面重合。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的太赫兹波段材料复介电常数的测量装置，其特征在于，所述第一抛物面镜、所述第二抛物面镜、所述第三抛物面镜和所述第四抛物面镜的焦距相同，所述第二抛物面镜和所述第三抛物面镜之间的距离为两倍的抛物面镜焦距。