本发明专利技术公开了等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置、方法及系统，涉及等离子体透射测试技术领域。包括一号微波暗室、被测装置、二号微波暗室、矢量网络分析模块和工控机，被测装置内设置有等离子体；一号微波暗室内设置有一号扩频模块、发射喇叭天线和一号透镜，二号微波暗室内设置有二号扩频模块、二号透镜和接收喇叭天线，发射喇叭天线与一号扩频模块相连接，接收喇叭天线和二号扩频模块相连接，矢量网络分析模块与一号扩频模块、二号扩频模块和工控机相连接。本发明专利技术通过获得穿过等离子体的太赫兹波透射信号，反演等离子体电子密度、碰撞频率关键参数，提高了模型的准确度，无需侵入等离子体，适用于不同工艺和多种应用场景。适用于不同工艺和多种应用场景。适用于不同工艺和多种应用场景。
【技术实现步骤摘要】
等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置、方法及系统
[0001]本专利技术属于等离子体透射测试
，特别是等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置、方法及系统。
技术介绍
[0002]等离子体工艺在大规模制造业中起着不可替代的作用。例如，在微电子工业中所使用的超大规模集成电路生产中的多晶硅刻蚀和薄膜沉积等过程均需要在等离子体环境中进行。此外，等离子体在环境、军事、宇宙等领域中的应用研究也逐步开展。空间飞行器，如航天飞船、卫星和导弹等，在高速通过地球大气层时，与大气摩擦会产生一层包覆于飞行器表面的等离子体鞘套，等离子体鞘套会造成通信黑障，干扰飞行器的实时通信。
[0003]等离子体参数的测定是发展等离子体工艺和解决通信黑障问题首要解决的问题，也是发展新材料加工、大规模集成电路、光伏及平板显示等制造工业和空天国防领域关键技术首要解决的问题。开发一种测试手段测量等离子体电子密度、碰撞频率等参数，对开发相关工艺、解决通信黑障问题意义重大。
[0004]常用的等离子体参数测试方法有朗缪尔探针法、光谱法、微波反射法和微波透射法。其中，透射法通过测试电磁波穿过等离子体前后的相位和幅度变化，来计算等离子体的复介电常数，进而计算电子密度和碰撞频率。与反射法相比，透射法的测试装置比反射法的测试装置简单，对接收信号的处理工序更加简洁，具有适应性强、测得的数据精确、测量速度快、对波源要求不高以及对于低温和高温等离子体都适用等优点，对于等离子体参数测试技术的研究具有重要的价值。
[0005]专利技术人发现，目前的微波透射法所选取的电磁波频率处于Ka波段，无法适用于宽等离子体参数范围内的测试，需要将电磁波频率进一步提高至太赫兹波频段。此外，现有微波透射技术的测试精度和动态测试能力不高。因此，针对宽参数范围、动态等离子体环境，如何采用太赫兹波透射法实现等离子体参数测试就成为了研究重点。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置、方法及系统，将测试频率提高至太赫兹波段，通过获得穿过等离子体的太赫兹波透射信号，反演等离子体电子密度、碰撞频率等关键参数，提高了模型的准确度和算法的精度；同时，对等离子体进行瞬态测量的测量结果更加准确，对于装置对侧具备测试窗口的装置，无需侵入等离子体，可以适用于不同工艺和多种应用场景，解决现有技术中的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置。
[0009]等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置，包括依次设置的一号微波暗室、被测装置和二号微波暗室，所述被测装置内设置有等离子体；所述一号微波暗室内设置有一号扩频模块、发射喇叭天线和一号透镜，所述二号微波暗室内设置有二号扩频模块、二号透镜
和接收喇叭天线，所述发射喇叭天线与一号扩频模块相连接，所述接收喇叭天线和二号扩频模块相连接；还包括矢量网络分析模块和工控机，所述一号扩频模块、二号扩频模块分别和矢量网络分析模块相连接，所述矢量网络分析模块与工控机相连接，所述一号微波暗室、发射喇叭天线、等离子体、接收喇叭天线和二号微波暗室之间均存在空气。
[0010]优选的，所述发射喇叭天线设置于一号透镜的焦点处，所述接收喇叭天线设置于接二号透镜的焦点处，且一号透镜和二号透镜生成平面波范围的高度均大于等于被测等离子体区域的高度。
[0011]本专利技术第二方面提供了一种等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置的测试方法。
[0012]一种基于上述等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0013]获取被测空间内不存在待测等离子体时测试装置的初始透射传输系数；
[0014]获取离散接收数据；
[0015]基于初始透射传输系数和离散接收数据，只考虑太赫兹波电场，获取测试装置随采样次数变化的透射传输系数；
[0016]设定等离子体中太赫兹波衰减常数和相位常数分别为时间的线性函数，基于电磁波传播模型获取测试装置的本征透射传输系数；
[0017]基于本征透射传输系数和随采样次数变化的透射传输系数，构建目标函数；
[0018]获取目标函数的最小值，基于该最小值，获取太赫兹波衰减常数和相位常数最优值；
[0019]基于太赫兹波衰减常数和相位常数最优值，获取等离子体电子密度和碰撞频率参数值。
[0020]优选的，获取被测空间内不存在待测等离子体时测试装置的初始透射传输系数，具体为：
[0021]当被测空间内不存在待测等离子体时，矢量网络分析模块输出的射频信号通过一号扩频模块倍频为太赫兹波信号，由发射喇叭天线输出，经一号透镜形成平面波，分别穿过空气和待测区域，被接收喇叭天线接收并经由二号扩频模块传输至矢量网络分析模块，工控机对接收到的信号进行存储，得到初始透射传输系数S
21，0
。
[0022]优选的，获取离散接收数据，具体为：
[0023]利用接收喇叭天线接收信号，得到离散接收信号Data：
[0024]Data＝[Data(1),Data(2),Data(3),
…
Data(n)],(n＝1,2
…
m)
[0025]其中，n表示第n次采样，m为测试时间内的总采样点数，Data中包含太赫兹波传播透射传输系数、采样时间信息。
[0026]优选的，将m个离散接收数据分成p个单次处理时间段，每个单次处理时间段内包括q个采样点，即
[0027][0028]其中，m＝p
×
q。
[0029]优选的，测试装置随采样次数变化的透射传输系数表示为：
[0030]S
21
(n)＝Data(n)/Data(1)
·
S
21,0
[0031]其中，Data(n)为第n次采样得到的离散接收数据，Data(1)为第1次采样得到的离散接收数据，S
21,0
为初始透射传输系数。
[0032]优选的，所述本征透射传输系数表示为：
[0033][0034]优选的，目标函数F表示为：
[0035][0036]其中，为本征透射传输系数，S
21
(n)为随采样次数变化的透射传输系数。
[0037]本专利技术第三方面提供了一种等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试系统。
[0038]等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试系统，包括：
[0039]初始透射传输系数获取模块，被配置为：获取被测空间内不存在待测等离子体时测试装置的初始透射传输系数；
[0040]离散接收数据获取模块，被配置为：获取离散接收数据；
[0041]本征透射传输系数获取模块，被配置为：设定等离子体电子密度和碰撞频率分别为时间的线性函数，基于离散接收数据获取测试装置的本征透射传输系数；
[0042]随采样次数变化的透射传输系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置，其特征在于，包括依次设置的一号微波暗室、被测装置和二号微波暗室，所述被测装置内设置有等离子体；所述一号微波暗室内设置有一号扩频模块、发射喇叭天线和一号透镜，所述二号微波暗室内设置有二号扩频模块、二号透镜和接收喇叭天线，所述发射喇叭天线与一号扩频模块相连接，所述接收喇叭天线和二号扩频模块相连接；还包括矢量网络分析模块和工控机，所述一号扩频模块、二号扩频模块分别和矢量网络分析模块相连接，所述矢量网络分析模块与工控机相连接，所述一号微波暗室、发射喇叭天线、等离子体、接收喇叭天线和二号微波暗室之间均存在空气。2.根据权利要求1所述的等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置，其特征在于，所述发射喇叭天线设置于一号透镜的焦点处，所述接收喇叭天线设置于二号透镜的焦点处，且一号透镜和二号透镜生成平面波范围的高度均大于等于被测等离子体的高度。3.一种基于权利要求1
‑
2任一项所述的等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：获取被测空间内不存在待测等离子体时测试装置的初始透射传输系数；获取离散接收数据；基于初始透射传输系数和离散接收数据，只考虑太赫兹波电场，获取测试装置随采样次数变化的透射传输系数；设定等离子体中太赫兹波衰减常数和相位常数分别为时间的线性函数，基于电磁波传播模型获取测试装置的本征透射传输系数；基于本征透射传输系数和随采样次数变化的透射传输系数，构建目标函数；获取目标函数的最小值，基于该最小值，获取太赫兹波衰减常数和相位常数最优值；基于太赫兹波衰减常数和相位常数最优值，获取等离子体电子密度和碰撞频率参数值。4.根据权利要求3所述的等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置的测试方法，其特征在于，获取被测空间内不存在待测等离子体时测试装置的初始透射传输系数，具体为：当被测空间内不存在待测等离子体时，矢量网络分析模块输出的射频信号通过一号扩频模块倍频为太赫兹波信号，由发射喇叭天线输出，经一号透镜形成平面波，分别穿过空气和待测区域，被接收喇叭天线接收并经由二号扩频模块传输至矢量网络分析模块，工控机对接收到的信号进行存储，得到初始透射传输系数S
21，0
。5.根据权利要求4所述的等离子体参数瞬态太赫兹波透射测试装置的测试方法，其特征在于，获取离散接收数据，具体为：利用接收喇叭天线接收信号，得到离散接收信号Data：Data＝[Data(1),Data(2),Data(3),
…
Data(n)],(n＝1,2
…
m)其...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝泽宇，韩顺利，张文征，赵润泽，于怡然，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：
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