[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

说明书

本发明属于微波测量技术领域，公开了一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用，对试验平台进行设计与搭建使其满足平面波条件；对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。本发明具有多频段覆盖、材料制作简单以及不会破坏材料原始状态的优势，且对实验室条件及样品限制较低，具有很强的适用性。本发明具有较高的自由度，且克服了谐振腔法只能单点测量的缺点，实现了大范围多频段扫描。

技术领域

本发明属于微波测量技术领域，尤其涉及一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用。

背景技术

目前：介电常数作为物质的特有属性，因其反映了电磁波与物质之间的相互作用，在电磁学领域中往往作为区分目标特性的重要参考依据。此外，各种散射反演模型大都是基于介电常数建立的，并以其作为输入参量，反演得出地物的包括厚度、含水量等重要特性。

目前介电常数主要通过两种方法获得。一是通过理论模型计算得到，利用物质的介电常数与温度、湿度、频率的经验关系，测得上述参数即可直接计算得到相应条件下的物质介电常数，但是大多数经验模型只适用于特定条件下，因而在实际使用中往往存在很大的局限性。二是通过实验测量得到，利用介电常数不同时，不同测试材料对电磁波的反射传输特性不同，测量出相应的参数，再由反演公式便能计算出物质的介电常数。

实验测量方法主要包括谐振腔法、传输线法、网络参数法等，谐振腔法先将待测材料放入谐振腔中，观察记录样品放入前后的谐振腔谐振频率和品质因数Q值，从而可以计算出材料的复介电常数，但是由于该方法只能用于单频点，因此在频带方面有较大限制。同轴线探针法虽然能够实现频段扫频测量，但是其仅适用于内部均匀的液体物质，且其测量的介电常数只能代表样品小范围内的特性，并不能包括整体。传输线法通过将样品置于适当位置构成双端口网络，测量网络S参数得出其电磁参数，该方法对加工材料工艺精度有所要求，且对低损耗介质反应不灵敏。网络参数法是先测量出待测介质的网络传输参数，再经过一定的算法得到介质材料的介电参数。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有实验测量方法如谐振腔法只能用于单频点，在频带方面有较大限制，对低损耗介质反应不灵敏。值得注意的是，对介电参数进行测量难免会存在系统误差。传统测量方法由于两天线成镜像摆放且存在一定的入射角度，因此当电磁波到达待测样品表面时，并不能严格满足理想的平面波条件，且两天线之间存在一定耦合效应，在样品边缘处会产生边缘绕射和多次散射。

解决以上问题及缺陷的难度为：为解决上述问题，主要有以下难点：减小系统误差，消除边缘绕射以及天线耦合的影响。

解决以上问题及缺陷的意义为：使测试系统满足平面波条件，消除边缘绕射以及天线旁瓣耦合，可有效减小系统误差，提高测量精度使反演更准确。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用。

本发明是这样实现的，一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法，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；使得天线到样品距离大于远场距离，并设置较小入射角度，使得当电磁波到达待测样品表面时，能严格满足理想的平面波条件，同时消除天线之间的耦合效应。

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；混合颗粒物质样品的制作最终影响到反演算法的正确性，增大面积，能够有效消除边缘绕射。

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；用已知反射系数的金属板定标数据作为系统的修正量。