一種弱損耗介質復介電常數(shù)的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種弱損耗介質復介電常數(shù)的測量方法。土壤復介電常數(shù)是聯(lián)系土壤屬性與微波輻射能力的關鍵參數(shù)，建立土壤屬性與復介電常數(shù)之間的關系需要準確地測量土壤介質的復介電常數(shù)。本發(fā)明的方法結合了傳輸反射法和自由空間波法，通過網(wǎng)絡分析儀和微波窄帶天線構成測量系統(tǒng)，利用吸波材料模擬自由空間法所需要的半無限大空間，在金屬板標定的基礎上，測量被測介質表面的反射系數(shù)，根據(jù)雙層平面介質傳輸反射法原理計算土壤介質復介電常數(shù)。利用本發(fā)明的方法測量模擬月壤、聚四氟乙烯和淡水三種標準介質的復介電常數(shù)，測量結果與理論模型值非常吻合。與已有方法相比，本發(fā)明的方法具有操作容易，計算簡單的優(yōu)點，是測量土壤介電常數(shù)的有效方法。
【專利說明】一種弱損耗介質復介電常數(shù)的測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種弱損耗介質復介電常數(shù)的測量方法。
【背景技術】
[0002]微波遙感從遙感器接收到的散射/輻射能量來解譯、判讀或者反演地表目標的性質和狀態(tài)。在定量化遙感研究中，無論對遙感目標建立何種數(shù)學物理模型，采用何種理論、采取何種計算方法，都要求知道遙感目標準確的介電特性，否則一切都無法進行。因此對目標復介電常數(shù)的深入研究是微波遙感定量反演的基礎性工作，是能從微波遙感數(shù)據(jù)中獲得多少信息的關鍵。土壤介電常數(shù)是微波輻射傳輸模型以及土壤濕度、積雪深度遙感參數(shù)反演的關鍵參數(shù)之一，獲取高精度的土壤復介電常數(shù)有利于地表參數(shù)微波遙感反演和輻射傳輸建模。
介質復介電常數(shù)的測量方法可分兩大類:時域測量法和頻域測量法。時域測量法為電容測量法；頻域測量方法比較常用，主要包括諧振腔法、傳輸線法、傳輸/反射法和自由空間波法。諧振腔法通過測量目標介質放入諧振腔前后的諧振頻率和品質因數(shù)來計算出目標介質的相對復介電參數(shù)。該測量方法測量精度較高，尤其是對低損耗介質，但該方法只能在一個頻率下進行測量，不能進行寬頻段測量，具有局限性。同軸探針法/傳輸線法通過測量同軸探頭端口處被測介質的反射系數(shù)進而計算出被測介質的復介電常數(shù)。該方法可對介質樣品進行無損和寬頻測量，特別適合測量高損耗介質(如液體介質)的復介電常數(shù)，但要求介質樣品均勻，對校準介質樣品和測試介質樣品的要求都較高，對低損耗材料的靈敏度低，虛部的測量誤差較大。自由空間法可以在不破壞測量對象的前提下進行寬頻帶測量，測量方法簡單易實現(xiàn)，但因自由空間中的干擾因素較多，復介電常數(shù)的測量精度不高。基于單端口和雙端口的傳輸線法(又稱為NRW傳輸/反射法)在過去50年中得到了廣泛應用，該方法將被測介質樣品放入矩形波導或同軸線中，通過矢量網(wǎng)絡分析儀測量介質樣品端面的散射參數(shù)，然后反演計算出被測介質樣品的相對復介電常數(shù)；NRW傳輸/反射法簡單且精度較高，對同軸和波導系統(tǒng)均適用。然而，NRW傳輸/反射方法也存在著以下一些問題:具有厚度諧振和多值性，需要極薄介質樣品，不能測量不規(guī)則介質樣品，低損耗介質測量的不確定性大等問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明提出一種弱損耗介質復介電常數(shù)的測量方法。該方法結合了自由空間波法和傳輸/反射法的優(yōu)點，利用吸波材料模擬自由空間波法所需要的半無限大空間測量條件，采用自由空間波法的測量方式，利用傳輸/反射法原理對介質復介電常數(shù)進行求解。測量裝置由網(wǎng)絡分析儀、微波窄帶天線、微波吸波材料和高度調節(jié)裝置構成，網(wǎng)絡分析儀記錄土壤介質表面的反射信號，透過信號被介質樣品下面的微波吸波材料吸收，根據(jù)測量的兩層介質反射系數(shù)求解土壤介質樣品的復介電常數(shù)。
本發(fā)明提出一種弱損耗介質復介電常數(shù)的測量方法，步驟和條件如下:(1)使用的測量裝置由網(wǎng)絡分析儀、微波窄帶天線、塑料泡沫板介質樣品盒、吸波材料、精密升降儀、液壓升降儀組成；網(wǎng)絡分析儀與微波窄帶天線連接；吸波材料置于精密升降儀上面；精密升降儀置于液壓升降儀的上面，兩者組成高度調節(jié)裝置；
(2)介質樣品處理:介質樣品表面要平整光滑；土壤類介質樣品要風干，之后進行碾磨，并用2_孔徑土壤篩進行篩選，平整土壤類介質樣品表面；要保證土壤內部的均勻性，使土壤內部不存在體散射現(xiàn)象；
(3)將介質樣品置于塑料泡沫板介質樣品盒中，厚度為2-3cm；
(4)吸波材料為SA型角錐泡沫塑料，為保證吸波材料的吸收效率，厚度為IOcm；
(5)在放置介質樣品之前，將微波窄帶天線對準吸波材料，讀取網(wǎng)絡分析儀的反射系數(shù)的測量值；由于吸波材料為全吸收材料，反射系數(shù)為0，那么網(wǎng)絡分析儀測量的反射系數(shù)為
天線口面不匹配引起的天線口面反射系數(shù)A1Ai ;
(6)測量兩層介質的有效反射系數(shù)，兩層介質的有效反射系數(shù)R為:
【權利要求】
1.一種弱損耗介質復介電常數(shù)的測量方法，步驟和條件如下: (1)使用的測量裝置由網(wǎng)絡分析儀、微波窄帶天線、塑料泡沫板介質樣品盒、吸波材料、精密升降儀、液壓升降儀組成；網(wǎng)絡分析儀與微波窄帶天線連接；吸波材料置于精密升降儀上面；精密升降儀置于液壓升降儀的上面，兩者組成高度調節(jié)裝置； (2)介質樣品處理:介質樣品表面要平整光滑； (3)將介質樣品置于塑料泡沫板介質樣品盒中，厚度為2-3cm； (4)吸波材料為SA型角錐泡沫塑料，厚度為IOcm； (5)在放置介質樣品之前，將微波窄帶天線對準吸波材料，讀取網(wǎng)絡分析儀的反射系數(shù)的測量值‘; (6)測量兩層介質的有效反射系數(shù)，兩層介質的有效反射系數(shù)R為:
【文檔編號】G01R27/26GK103698613SQ201310097846
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年3月26日 優(yōu)先權日:2013年3月26日
【發(fā)明者】鄭興明, 趙凱, 姜濤, 張世軼, 孫建 申請人:中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所