CN113311247B - 一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法，包括主控装置、空心腔体结构、射频收发装置、电气控制装置以及真空控制装置，主控装置分别与真空控制装置以及电气控制装置连接，真空控制装置、射频收发装置、电气控制装置分别与空心腔体结构连接；真空控制装置与电气控制装置接收主控装置的控制信号，改变空心腔体内部状态，通过射频收发装置检测不同离子密度状态下等离子体信号功率，计算出相对介电常数，分析不同离子密度对入射信号相位的影响；本发明精确控制等离子体密度，在等离子体诊断中，将离子密度对等离子体介电常数纳入考虑，解决了无法测量离子密度对等离子体介电常数的影响的问题。
Description
技术领域
本发明涉及物质对介电常数影响因素检测技术领域，具体涉及一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法。
背景技术
等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。在低频电磁场中，等离子体表现为导体；当外加电磁场的频率足够高时，等离子体的行为更像电介质。
介电常数是表征电介质的最基本的参量。是衡量电介质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。相对介电常数是表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数，其值等于以预测材料为介质与以真空为介质制成的同尺寸电容器电容量之比，该值也是材料贮电能力的表征。
对于大部分等离子源，是通过外加电场的方式使电子和中性气体发生碰撞来产生等离子体，这个过程中，离子密度无法得到精确控制。因此在等离子体诊断过程中，无法忽视离子密度对等离子体介电常数的影响，更加无法测量离子密度对等离子体介电常数的影响。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置，包括主控装置、空心腔体结构、射频收发装置、电气控制装置以及真空控制装置；
所述主控装置分别与所述真空控制装置以及电气控制装置连接，用于控制所述真空控制装置以及所述电气控制装置的工作状态；
所述真空控制装置与所述空心腔体结构连接，用于接收所述主控装置的控制信号将所述空心腔体结构内部环境改变为真空状态；
所述电气控制装置与所述空心腔体结构连接，用于接收所述主控装置的控制信号将所述空心腔体结构内部环境改变为等离子体状态；
所述射频收发装置与所述空心腔体结构连接，用于向所述空心腔体结构内部输入不同频率信号，接收所述空心腔体结构的输出信号，并通过输出信号的功率计算相对介电常数。
该方案的有益效果为：
提供了一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置，通过真空控制信号与电气控制装置接收主控装置控制信号，改变空心腔体内部环境状态，为射频收发装置检测不同离子密度状态下等离子体信号功率提供环境支持，可通过该测量装置不同离子密度状态下等离子体频率和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频，计算出相对介电常数，且通过电子源和离子源产生的电子和离子来模拟出等离子体状态，可精确控制等离子体密度。
进一步地，所述空心腔体结构包括空心腔体、电子源接口、离子源接口、电子源注气孔、离子源注气孔、真空控制装置接口、发射天线入射口以及接收天线接收口；
所述电子源接口、所述离子源子接口均设置于所述空心腔体的一侧壁；所述电子源注气孔、所述离子源注气孔分别设置于所述电子源接口、所述离子源接口中；所述真空控制装置接口设置于所述空心腔体的另一侧壁；所述发射天线入射口设置于所述空心腔体顶部；所述接收天线接收口设置于所述空心腔体底部。
该进一步方案的有益效果为：
通过发射天线发射出射频信号，射频信号穿过空心腔体中的等离子体后被接受天线接收。
进一步地，所述发射天线入射口包含第一硼硅玻璃、第一支撑板以及第二支撑板；所述接收天线接收口包含第二硼硅玻璃、第三支撑板以及第四支撑板；所述第一硼硅玻璃采用螺栓螺母通过第一支撑板与第二支撑板固定；所述第二硼硅玻璃采用螺栓螺母通过第三支撑板与第四支撑板固定。
该进一步方案的有益效果为：
在发射天线入射口与接收天线入射口分别设置一处硅硼玻璃，以便电磁波信号的射入。
进一步地，所述电气控制装置包括注气控制单元、电子源、离子源、装有稀有气体的第一气瓶、装有稀有气体的第二气瓶以及第一流量计、第二流量计；
所述注气控制单元分别与所述第一流量计、所述第二流量计以及所述主控装置连接，用于接收所述主控装置的控制信号控制所述注气控制单元改变所述空心腔体内部环境的等离子体密度；
所述第一流量计还分别与所述空心腔体中电子源注气孔、第一气瓶连接；所述第二流量计还分别与所述空心腔体中离子源注气孔、第二气瓶连接；所述第一流量计、所述第二流量计分别接收所述注气控制单元的控制信号以控制所述第一气瓶、第二气瓶的稀有气体流量；
所述电子源与所述空心腔体中电子源接口连接；所述离子源与所述空心腔体中离子源接口连接，用于向所述空心腔体内部注入电子和离子，使所述空心腔体内部环境改变为等离子体状态。
该进一步方案的有益效果为：
通过电子源和离子源控制空心腔体内部等离子体的离子密度，并且可以在较短的时间内改变离子密度。
进一步地，所述真空控制装置包括真空控制单元、机械泵、分子泵、真空分子泵控制器以及真空控制器；
所述真空控制单元分别与所述真空分子泵控制器、所述机械泵以及所述真空控制器连接，用于向所述机械泵、所述真空分子泵控制器以及所述真空控制器传输控制信号，控制所述机械泵将所述空心腔体抽为真空，及控制真空控制器检测所述空心腔体内部环境的真空环境下的真空度，进而根据检测信息控制所述真空分子泵控制器工作状态，以改变所述空心腔体内部环境状态；
所述机械泵与所述空心腔体上的真空控制装置接口连接，用于将所述空心腔体内部环境改变为真空状态；
所述真空控制器与所述空心腔体上的真空装置接口连接，用于检测所述空心腔体内部环境的真空度，并将该检测信息反馈给所述真空控制单元；
所述真空分子泵控制器与所述分子泵连接，用于接收所述真空控制单元控制信号控制所述分子泵工作状态；
所述分子泵与所述空心腔体上的真空装置接口连接，用于将所述空心腔体内部环境改变为高真空状态。
该进一步方案的有益效果为：
通过机械泵工作将空心腔体内部环境改变为真空状态，加入分子泵进一步将空心腔体内部变为高真空状态，保证后续过程的可靠性。
进一步地，所述射频收发系统包括发射天线、接受天线、定向耦合器、波导、负载、收发系统和示波器；
所述发射天线依次通过所述定向耦合器、所述波导与所述收发系统连接，用于接收经过所述波导、所述定向耦合器传输所述收发系统的输出信号，并将该输出信号转化为电磁波能量后进行发射；
所述波导分别与所述收发系统、所述定向耦合器连接，用于将所述收发系统输出信号传输到所述定向耦合器；
所述定向耦合器分别与所述波导、所述发射天线连接，用于将所述波导传输的信号耦合到所述发射天线中；
所述接受天线与所述射频输入端连接；
所述示波器与所述收发系统连接，用于检测该传输信号的幅值，并计算信号功率；
所述负载与所述定向耦合器另一端连接，用于吸收泄露到所述定向耦合器隔离端的功率。
该进一步方案的有益效果为：
负载吸收耦合器隔离端的功率后，可以保证每次相同频率的射频信号在经过波导、耦合器直至被发射天线发射前的状态是相同的，减小误差。
进一步地，所述收发系统包括所述收发系统包括中放检测端口、输入检测端口、输出检测端口、射频输出端口以及射频输入端口；
所述射频输入端口与所述接收天线连接，用于接收发射信号经过等离子体透射的透射信号；
所述射频输出端口与所述波导与连接，用于发出发射信号，并接收发射信号的反射信号；
所述中放检测端口与所述示波器连接，用于将所述射频输入端口的信号进行滤波放大以及自动增益控制，得到处理后的信号特性；
所述输入检测端口，所述输出检测端口分别与所述示波器连接，用于分别检测所述射频输入端口以及所述射频输出端口的信号特性。
该进一步方案的有益效果为：
获取穿过等离子体的射频信号的幅值，可以进一步求得频率。
第二方面，本发明提供了一种应用于一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置的测量方法，包括以下步骤：
S1、利用真空控制装置接收主控装置的控制信号，将空心腔体内部环境改变为高真空状态；
S2、将发射天线置于发射天线入射口，将接收天线置于接收天线接收口；
S3、打开射频收发装置，使频率为ω1的信号垂直透射整个处于高真空状态的空心腔体，利用接收天线接收透射信号，并通过示波器检测当前信号幅值，计算接收天线接收透射信号的入射功率Pi1；
S4、打开电气控制装置，使处于高真空状态下的空心腔体充满电子、离子以及稀有气体，形成等离子体状态；
S5、打开射频收发装置，以步骤S3中相同频率的信号透射整个处于等离子体状态的空心腔体，利用发射天线、接收天线分别接收反射信号以及透射信号，并通过示波器检测当前信号幅值，计算发射天线接收反射信号的反射功率Pr1以及接收天线接收透射信号的透射功率Pt1；
S6、利用射频收发装置改变发射信号频率为ω2和ω3，重复步骤S3、步骤S4以及步骤S5，得到不同频率下的入射功率Pi2、Pi3，反射功率Pr2、Pr3以及透射功率Pt2、Pt3；
S7、利用步骤S5以及步骤S6得到的各功率计算等离子体的相对介电常数εr；
S8、利用电气控制装置中离子源改变空心腔体中离子密度，重复步骤S3至步骤S7，得到不同离子密度下等离子体的相对介电常数εr；
S9、在相同信号频率、不同离子密度的情况下，分析不同离子密度对入射信号相位的影响。
该方案的有益效果为：
结合检测装置，计算不同等离子体密度状态下的相对介电常数，分析不同离子密度对入射信号相位的影响，在等离子体诊断中，将离子密度对等离子体介电常数纳入考虑，解决了无法测量离子密度对等离子体介电常数的影响的问题。
进一步地，所述步骤S1具体为：
打开真空控制装置中机械泵，将空心腔体抽为真空状态，直至真空控制器检测到当前环境的真空度小于预设值，则反馈信号给真空控制单元，利用真空控制单元控制真空分子泵控制器向分子泵传输控制信号，驱动分子泵将空心腔体抽为高真空状态，从而得到处于高真空状态的空心腔体。
该进一步方案的有益效果为：
为入射信号构建高真空环境状态，以便信号传输。
进一步地，所述步骤S7具体包括以下分步骤：
S71、根据步骤S5以及步骤S6得到的三个不同频率的信号功率计算能量衰减值S1，S2，S3，表示为：
其中，Gt＝10lg(Pt/Pi)，Gr＝10lg(Pr/Pi)；
S72、根据步骤S71得到的能量衰减值S1，S2，S3，构建能量衰减值方程组，表示为：
其中，α1、α2、α3分别为频率为ω1、ω2和ω3的衰减常数；
S73、利用步骤S72得到的能量衰减值方程组结合衰减常数α计算等离子体频率ωp和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频v，衰减常数α表达式为：
S74：利用步骤S73得到的等离子体频率ωp和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频v计算等离子体的相对介电常数εr，表示为：
其中，ω为信号频率，j为复数单位标识。
该进一步方案的有益效果为：
通过得到的不同频率信号计算能量衰减值，并结合衰减常数，计算不同离子密度状态下等离子体频率和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频，计算出不同离子的相对介电常数，以便于分析不同离子密度对入射信号相位的影响，解决了无法测量离子密度对等离子体介电常数的影响的问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置原理图；
图2为本发明提供的一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置结构主视图；
图3为本发明提供的一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置结构侧视图；
图4为本发明中电气控制装置结构示意图；
图5为本发明中真空控制装置结构示意图；
图6为本发明中射频收发装置连接结构示意图；
图7为应用于一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置测量方法的步骤示意图；
图8为本发明中步骤S7的具体分步骤示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本发明提供了一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置，包括主控装置、空心腔体结构、射频收发装置、电气控制装置以及真空控制装置；
主控装置分别与真空控制装置以及电气控制装置连接，用于控制真空控制装置以及电气控制装置的工作状态；
真空控制装置与空心腔体结构连接，用于接收主控装置的控制信号将空心腔体结构内部环境改变为真空状态；
电气控制装置与空心腔体结构连接，用于接收主控装置的控制信号将空心腔体结构内部环境改变为等离子体状态；
射频收发装置与空心腔体结构连接，用于向空心腔体结构内部输入不同频率信号，接收空心腔体结构的输出信号，并通过输出信号的功率计算相对介电常数。
如图2、图3所示，本实施例中，空心腔体结构包括空心腔体、电子源接口、离子源接口、电子源注气孔、离子源注气孔、真空控制装置接口、发射天线入射口以及接收天线接收口；
电子源接口、离子源子接口均设置于空心腔体的一侧壁；电子源注气孔、离子源注气孔分别设置于电子源接口、离子源接口中；真空控制装置接口设置于空心腔体的另一侧壁；发射天线入射口设置于空心腔体顶部；接收天线接收口设置于空心腔体底部。
实际中，电子源注气孔和离子源注气孔分别位于电子源接口和离子源接口中，电子源接口和离子源接口的内部设计较大，为注气孔留有空间；电子源和离子源接口表面有外延出的半径为0.5cm，高为1cm的空心柱(该空心柱与腔体内部相通)，空心柱表面有螺纹；注气管接头处也有螺纹，与空心柱连接，达到完全密闭。
本实施例中，发射天线入射口包含第一硼硅玻璃、第一支撑板以及第二支撑板；接收天线接收口包含第二硼硅玻璃、第三支撑板以及第四支撑板；第一硼硅玻璃采用螺栓螺母通过第一支撑板与第二支撑板固定；第二硼硅玻璃采用螺栓螺母通过第三支撑板与第四支撑板固定。
如图4所示，本实施例中，电气控制装置包括注气控制单元、电子源、离子源、装有稀有气体的第一气瓶、装有稀有气体的第二气瓶以及第一流量计、第二流量计；
注气控制单元分别与第一流量计、第二流量计以及主控装置连接，用于接收主控装置的控制信号控制注气控制单元改变空心腔体内部环境的等离子体密度；
第一流量计还分别与空心腔体中电子源注气孔、第一气瓶连接；第二流量计还分别与空心腔体中离子源注气孔、第二气瓶连接；第一流量计、第二流量计分别接收注气控制单元的控制信号以控制第一气瓶、第二气瓶的稀有气体流量；
电子源与空心腔体中电子源接口连接；离子源与空心腔体中离子源接口连接，用于向空心腔体内部注入电子和离子，使空心腔体内部环境改变为等离子体状态。
如图5所示，本实施例中，真空控制装置包括真空控制单元、机械泵、分子泵、真空分子泵控制器以及真空控制器；
真空控制单元分别与真空分子泵控制器、机械泵以及真空控制器连接，用于向机械泵、真空分子泵控制器以及真空控制器传输控制信号，控制机械泵将空心腔体抽为真空，及控制真空控制器检测空心腔体内部环境的真空环境下的真空度，进而根据检测信息控制真空分子泵控制器工作状态，以改变空心腔体内部环境状态；
机械泵与空心腔体上的真空控制装置接口连接，用于将空心腔体内部环境改变为真空状态；
真空控制器与空心腔体上的真空装置接口连接，用于检测空心腔体内部环境的真空度，并将该检测信息反馈给真空控制单元；
真空分子泵控制器与分子泵连接，用于接收真空控制单元控制信号控制分子泵工作状态；
分子泵与空心腔体上的真空装置接口连接，用于将空心腔体内部环境改变为高真空状态。
如图6所示，本实施例中，射频收发系统包括发射天线、接受天线、定向耦合器、波导、负载、收发系统和示波器；
发射天线依次通过定向耦合器、波导与收发系统连接，用于接收经过波导、定向耦合器传输收发系统的输出信号，并将该输出信号转化为电磁波能量后进行发射；
波导分别与收发系统、定向耦合器连接，用于将收发系统输出信号传输到定向耦合器；
定向耦合器分别与波导、发射天线连接，用于将波导传输的信号耦合到发射天线中；
实际中，定向耦合器可以将波导传输的信号耦合到发射天线中，避免最终由发射天线发射的信号功率过小的问题出现。
接受天线与射频输入端连接；
示波器与收发系统连接，用于检测该传输信号的幅值，并计算信号功率；
负载与定向耦合器另一端连接，用于吸收泄露到定向耦合器隔离端的功率。
本实施例中，收发系统包括中放检测、输入检测、输出检测、射频输出以及射频输入；
射频输入端口与接收天线连接，用于接收发射信号经过等离子体透射的透射信号；
射频输出端口与波导与连接，用于发出发射信号，并接收发射信号的反射信号；
中放检测端口与示波器连接，用于将射频输入端口的信号进行滤波放大以及自动增益控制，得到处理后的信号特性；
输入检测端口，输出检测端口分别与示波器连接，用于分别检测射频输入端口以及射频输出端口的信号特性。
如图7所示，一种应用于一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置的测量方法，包括以下步骤：
S1、利用真空控制装置接收主控装置的控制信号，将空心腔体内部环境改变为高真空状态；
本实施例中，步骤S1具体为：
打开真空控制装置中机械泵，将空心腔体抽为真空状态，直至真空控制器检测到当前环境的真空度小于预设值，则反馈信号给真空控制单元，利用真空控制单元控制真空分子泵控制器向分子泵传输控制信号，驱动分子泵将空心腔体抽为高真空状态，从而得到处于高真空状态的空心腔体。
S2、将发射天线置于发射天线入射口，将接收天线置于接收天线接收口；
本实施例中，发射天线置于发射天线端口正上方，接收天线置于接收天线端口正下方。
S3、打开射频收发装置，使频率为ω1的信号垂直透射整个处于高真空状态的空心腔体，利用接收天线接收透射信号，并通过示波器检测当前信号幅值，
计算接收天线接收透射信号的入射功率Pi1；
S4、打开电气控制装置，使处于高真空状态下的空心腔体充满电子、离子以及稀有气体，形成等离子体状态；
S5、打开射频收发装置，以步骤S3中相同频率的信号透射整个处于等离子体状态的空心腔体，利用发射天线、接收天线分别接收反射信号以及透射信号，并通过示波器检测当前信号幅值，计算发射天线接收反射信号的反射功率Pr1以及接收天线接收透射信号的透射功率Pt1；
S6、利用射频收发装置改变发射信号频率为ω2和ω3，重复步骤S3、步骤S4以及步骤S5，得到不同频率下的入射功率Pi2、Pi3，反射功率Pr2、Pr3以及透射功率Pt2、Pt3；
S7、利用步骤S5以及步骤S6得到的各功率计算等离子体的相对介电常数εr；
如图8所示，步骤S7具体包括以下分步骤：
S71、根据步骤S5以及步骤S6得到的三个不同频率的信号功率计算能量衰减值S1，S2，S3，表示为：
其中，Gt＝10lg(Pt/Pi)，Gr＝10lg(Pr/Pi)，Pt、Pr、Pi分别为输出信号的透射信号、反射信号以及入射信号；
S72、根据步骤S71得到的能量衰减值S1，S2，S3，构建能量衰减值方程组，表示为：
其中，α1、α2、α3分别为频率为ω1、ω2和ω3的衰减常数；
实际中，当电磁波在等离子体中传播距离r后造成的能量衰减S(单位为dB)为：
α为衰减常数，c为真空中的光速，ω为电磁波角频率，k0为真空中的波数，结合步骤S71得到的能量衰减值S1，S2，S3，整理得到能量衰减值方程组；
S73、利用步骤S72得到的能量衰减值方程组结合衰减常数α计算等离子体频率ωp和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频v，非磁化等离子体重，衰减常数α，相移常数β，分别表达式为：
其中，ω为频率信号，相移常数β，用于描述电磁波在等离子体中的传播特性；α为衰减常数，用于描述等离子体对电磁波的碰撞吸收衰减特性；
实际中，n＝β+jα，其中，n为等离子体的复折射率，j为，根据阿普顿方程，等离子体的复折射率n可以表示
可知衰减常数α，相移常数β均为频率信号ω，等离子体频率ωp和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频v的函数，进而可以通过各信号在等离子体中的信号功率的能量衰减S，求解出等离子体的相对介电常数εr。
S74：利用步骤S73得到的等离子体频率ωp和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频v计算等离子体的相对介电常数εr，表示为：
其中，ω为信号频率，j为复数单位标识。
S8、利用电气控制装置中离子源改变空心腔体中离子密度，重复步骤S3、步骤S4至步骤S7，得到不同离子密度下等离子体的相对介电常数εr；
S9、在相同信号频率、不同离子密度的情况下，分析不同离子密度对入射信号相位的影响。
本实施例中，在相同信号频率、不同离子密度的情况下，可以通过示波器分析得到不同离子密度对信号相位的影响。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种应用于测量离子密度对相对介电常数影响的装置的测量方法，
测量离子密度对相对介电常数影响的装置包括主控装置、空心腔体结构、射频收发装置、电气控制装置以及真空控制装置；
所述主控装置分别与所述真空控制装置以及电气控制装置连接，用于控制所述真空控制装置以及所述电气控制装置的工作状态；
所述真空控制装置与所述空心腔体结构连接，用于接收所述主控装置的控制信号将所述空心腔体结构内部环境改变为真空状态；
所述电气控制装置与所述空心腔体结构连接，用于接收所述主控装置的控制信号将所述空心腔体结构内部环境改变为等离子体状态；
所述射频收发装置与所述空心腔体结构连接，用于向所述空心腔体结构内部输入不同频率信号，接收所述空心腔体结构的输出信号，并通过输出信号的功率计算相对介电常数；
所述射频收发系统包括发射天线、接受天线、定向耦合器、波导、负载、收发系统和示波器；
所述发射天线依次通过所述定向耦合器、所述波导与所述收发系统连接，用于接收经过所述波导、所述定向耦合器传输所述收发系统的输出信号，并将该输出信号转化为电磁波能量后进行发射；
所述波导分别与所述收发系统、所述定向耦合器连接，用于将所述收发系统输出信号传输到所述定向耦合器；
所述定向耦合器分别与所述波导、所述发射天线连接，用于将所述波导传输的信号耦合到所述发射天线中；
所述接受天线与所述射频输入端连接；
所述示波器与所述收发系统连接，用于检测该传输信号的幅值，并计算信号功率；
所述负载与所述定向耦合器另一端连接，用于吸收泄露到所述定向耦合器隔离端的功率；
其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用真空控制装置接收主控装置的控制信号，将空心腔体内部环境改变为高真空状态；
S2、将发射天线置于发射天线入射口，将接收天线置于接收天线接收口；
S3、打开射频收发装置，使频率为ω1的信号垂直透射整个处于高真空状态的空心腔体，利用接收天线接收透射信号，并通过示波器检测当前信号幅值，计算接收天线接收透射信号的入射功率Pi1；
S4、打开电气控制装置，使处于高真空状态下的空心腔体充满电子、离子以及稀有气体，形成等离子体状态；
S5、打开射频收发装置，以步骤S3中相同频率的信号透射整个处于等离子体状态的空心腔体，利用发射天线、接收天线分别接收反射信号以及透射信号，并通过示波器检测当前信号幅值，计算发射天线接收反射信号的反射功率Pr1以及接收天线接收透射信号的透射功率Pt1；
S6、利用射频收发装置改变发射信号频率为ω2和ω3，重复步骤S3、步骤S4以及步骤S5，得到不同频率下的入射功率Pi2、Pi3，反射功率Pr2、Pr3以及透射功率Pt2、Pt3；
S7、利用步骤S5以及步骤S6得到的各功率计算等离子体的相对介电常数εr；
S8、利用电气控制装置中离子源改变空心腔体中离子密度，重复步骤S3至步骤S7，得到不同离子密度下等离子体的相对介电常数εr；
S9、在相同信号频率、不同离子密度的情况下，分析不同离子密度对入射信号相位的影响。
2.根据权利要求1所述的一种测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
打开真空控制装置中机械泵，将空心腔体抽为真空状态，直至真空控制器检测到当前环境的真空度小于预设值，则反馈信号给真空控制单元，利用真空控制单元控制真空分子泵控制器向分子泵传输控制信号，驱动分子泵将空心腔体抽为高真空状态，从而得到处于高真空状态的空心腔体。
3.根据权利要求1所述的一种测量方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括以下分步骤：
S71、根据步骤S5以及步骤S6得到的三个不同频率的信号功率计算能量衰减值S1，S2，S3，表示为：
其中，Gt＝10lg(Pt/Pi)，Gr＝10lg(Pr/Pi)；
S72、根据步骤S71得到的能量衰减值S1，S2，S3，构建能量衰减值方程组，表示为：
其中，α1、α2、α3分别为频率为ω1、ω2和ω3的衰减常数；
S73、利用步骤S72得到的能量衰减值方程组结合衰减常数α计算等离子体频率ωp和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频v，衰减常数α表达式为：
S74：利用步骤S73得到的等离子体频率ωp和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频v计算等离子体的相对介电常数εr，表示为：
其中，ω为信号频率，j为复数单位标识。
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