[发明专利]基于太赫兹自由空间法的样品介电特性测试装置和方法

权利要求书

1.一种基于太赫兹自由空间法的样品介电特性测试装置，其特征在于，可适用于待测样品为粉末或液体的介电特性的测试，包括：

样品盒，所述样品盒用于盛放待测样品；所述样品盒两侧分别设置有第一天线和第二天线，所述样品盒与第一天线之间设置有第一透镜，所述样品盒与第二天线之间设置有第二透镜，所述第一天线与第一太赫兹源相连，所述第二天线与第二太赫兹源相连，所述第一太赫兹源和第二太赫兹源用于产生相同频率的太赫兹信号并分别经第一天线和第二天线相对发射，所述第一天线和第二天线还用于接收相应传输及反射太赫兹信号并传送至计算机；所述第一透镜和第二透镜均由两个间隔预设距离的平凸透镜构成，控制透镜与天线、透镜与样品的距离，适用于不同的测试频段；所述计算机用于获取空气、空样品盒和设置有待测样品的样品盒三种状态下的S参数矩阵，计算出待测样品本身的S参数，进而再利用NRW算法，反演计算得到待测样品的介电特性；

其中，样品盒与样品的测试、计算；设粉末厚度为ds，样品盒外壳厚度dp，样品盒总厚度：2*dp+ds，没有样品盒时S参数矩阵为：

S_11(air)，S_12(air)，S_21(air)，S_22(air)表示没有样品盒时的S参数；

Z₀是自由空间的波阻抗376.730欧姆，同样带有空盒子的矩阵可以表示为：

S_11(box)，S_12(box)，S_21(box)，S_22(box)表示带有空盒子时的S参数；

带有样品的矩阵可以表示为：

[A^s]＝[A^p]^-1[A^h][A^p]^-1

样品的S参数为

同样步骤得到粉末样品的S₂₂和S₁₂参数；利用NRW算法确定粉末的介电常数，其中S_11(avg)为测试S₁₁和S₂₂的平均值，S_21(avg)为测试S₁₂和S₂₁的平均值，其计算公式为：

和

令：

则反射系数：且|Γ|＜1和传输系数为：

磁导率为：

λ₀是自由空间的波长，λ_c是截止频率波长，并且：

粉末介电常数计算公式为：

μ_r表示相对介电常数；Λ为中间变量。

2.如权利要求1所述的一种基于太赫兹自由空间法的样品介电特性测试装置，其特征在于，所述样品盒设置在样品台上，所述样品台可在垂直和水平方向调节。

3.如权利要求2所述的一种基于太赫兹自由空间法的样品介电特性测试装置，其特征在于，所述样品盒通过样品夹具固定在样品台上。

4.如权利要求1所述的一种基于太赫兹自由空间法的样品介电特性测试装置，其特征在于，所述第一太赫兹源包括第一太赫兹倍频器，第一太赫兹倍频器与矢量网络分析仪相连；所述第二太赫兹源包括第二太赫兹倍频器，第二太赫兹倍频器也与矢量网络分析仪相连。

5.如权利要求4所述的一种基于太赫兹自由空间法的样品介电特性测试装置，其特征在于，所述第一太赫兹倍频器和第二太赫兹倍频器分别设置在相应位移台上，所述位移台可在水平方向移动。

6.如权利要求1所述的一种基于太赫兹自由空间法的样品介电特性测试装置，其特征在于，第一天线、第一透镜、样品盒、第二天线和第二透镜设置在同一条直线上。