[发明专利]一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用

权利要求书

1.一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法，其特征在于，所述混合固体颗粒物质介电常数测量方法包括：

对试验平台进行设计与搭建满足平面波条件；

待测固体颗粒物质进行混合使其满足样品表面无限大、样品表面无限厚以及样品表面光滑条件；

对测试场使用金属板双极化定标消除不同极化相位中心误差；

对准备的材料进行垂直极化波和水平极化波下网络参数测量；

对得到的测量数据进行反演最终得出介质的复介电常数。

2.如权利要求1所述的混合固体颗粒物质介电常数测量方法，其特征在于，所述混合固体颗粒物质介电常数测量方法搭建试验场地，将发射天线和接收天线分别与矢量网络分析仪的两个端口相连，测量介质材料的散射参数的振幅和相位再反演得出其复介电常数；测试场地布置和待测材料需要满足四个测量条件：平面波条件、样品表面无限大、样品表面无限厚和样品表面光滑；

满足平面波条件：菲涅尔反射定律要求入射到介质表面的电磁波为平面波或近似平面波，根据天线的远近场判别公式，当待测材料处于天线发射场的远场区域时，照射到材料表面的电磁波便可以视为平面波，天线与目标的距离L、天线最大口径D以及电磁波波长λ有如下判别式：

为远场区

为近场区

对于喇叭天线，天线最大口径D即为其长轴大小；根据天线参数，得出其不同频率下的平面波条件，根据工作频率范围两者距离只要大于22GHz时的1.617m；

实验室布置应该如下：在测试区域底部放置吸波泡沫板，泡沫板上放置测试样品，两个天线支架置于待测样品的两侧，收发天线分别安装在可调节高度和入射角度的两个天线支架上，通过调节天线支架的高度和角度，使得两个天线关于待测样品成镜像，且满足入射角等于反射角，再将收发天线分别与矢量网络分析仪的两个端口相连。

3.如权利要求1所述的混合固体颗粒物质介电常数测量方法，其特征在于，准备待测材料：选择金属钢珠和橄榄石颗粒作为原材料并按照体积比1：3和1：4混合；

(1)样品表面无限大：样品表面的大小可根据Kirchhoff积分公式确定，它是天线到待测样品的距离、喇叭天线增益、方向图以及入射角的函数，并反映了局部菲涅尔反射系数，当Fresnel带个数N＞10时，认为样品面积是无限大的，根据菲涅尔周线的长轴a和短轴b：

其中，λ为入射电磁波波长，h为样品到天线的竖直距离，L为样品到天线的水平距离；

(2)样品表面无限厚：衰减系数Γ和介电常数如下：

当电磁波以θ为入射角入射到介质表面时，介质厚度最小满足：

因用10+0.1j代表橄榄石介电常数，80+20j代表金属介电常数，分别代入上式预估；

(3)样品表面光滑：根据实验可知，样品表面只要满足基尔霍夫模型KAM和小扰动模型SPM运用菲涅尔定律进行反演：

其中，k＝2π/λ是波数，s是表面均方根高度，l是表面相关长度。

4.如权利要求1所述的混合固体颗粒物质介电常数测量方法，其特征在于，金属板双极化定标：首先在测试区域放置与测试样品大小相同且反射系数为已知R^c_V＝-R^c_H＝1的金属板，通过转动喇叭天线方向来调整不同极化方式，具体有收发天线都为水平极化和垂直极化，分别测量其散射参数和

5.如权利要求1所述的混合固体颗粒物质介电常数测量方法，其特征在于，开展待测材料测量：完成金属板定标后，不移动天线，不改变传输路径，保持测试现场状态与定标时候一致，将准备好的待测材料放置于测试区域，同样通过转动喇叭天线方向来调整不同极化方式，具体有收发天线都为水平极化和垂直极化，分别测量其散射参数S_21V和S_21H。