[發(fā)明專(zhuān)利]一種混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法、系統(tǒng)及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110005016.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112782485A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佘俊杰;劉偉;左炎春;郭立新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R27/26
• 分類(lèi)號(hào): G01R27/26
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專(zhuān)利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，所述混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法包括：

對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)與搭建滿(mǎn)足平面波條件；

待測(cè)固體顆粒物質(zhì)進(jìn)行混合使其滿(mǎn)足樣品表面無(wú)限大、樣品表面無(wú)限厚以及樣品表面光滑條件；

對(duì)測(cè)試場(chǎng)使用金屬板雙極化定標(biāo)消除不同極化相位中心誤差；

對(duì)準(zhǔn)備的材料進(jìn)行垂直極化波和水平極化波下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量；

對(duì)得到的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行反演最終得出介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，所述混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法搭建試驗(yàn)場(chǎng)地，將發(fā)射天線和接收天線分別與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)端口相連，測(cè)量介質(zhì)材料的散射參數(shù)的振幅和相位再反演得出其復(fù)介電常數(shù)；測(cè)試場(chǎng)地布置和待測(cè)材料需要滿(mǎn)足四個(gè)測(cè)量條件：平面波條件、樣品表面無(wú)限大、樣品表面無(wú)限厚和樣品表面光滑；

滿(mǎn)足平面波條件：菲涅爾反射定律要求入射到介質(zhì)表面的電磁波為平面波或近似平面波，根據(jù)天線的遠(yuǎn)近場(chǎng)判別公式，當(dāng)待測(cè)材料處于天線發(fā)射場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域時(shí)，照射到材料表面的電磁波便可以視為平面波，天線與目標(biāo)的距離L、天線最大口徑D以及電磁波波長(zhǎng)λ有如下判別式：

為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)

為近場(chǎng)區(qū)

對(duì)于喇叭天線，天線最大口徑D即為其長(zhǎng)軸大小；根據(jù)天線參數(shù)，得出其不同頻率下的平面波條件，根據(jù)工作頻率范圍兩者距離只要大于22GHz時(shí)的1.617m；

實(shí)驗(yàn)室布置應(yīng)該如下：在測(cè)試區(qū)域底部放置吸波泡沫板，泡沫板上放置測(cè)試樣品，兩個(gè)天線支架置于待測(cè)樣品的兩側(cè)，收發(fā)天線分別安裝在可調(diào)節(jié)高度和入射角度的兩個(gè)天線支架上，通過(guò)調(diào)節(jié)天線支架的高度和角度，使得兩個(gè)天線關(guān)于待測(cè)樣品成鏡像，且滿(mǎn)足入射角等于反射角，再將收發(fā)天線分別與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)端口相連。

3.如權(quán)利要求1所述的混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，準(zhǔn)備待測(cè)材料：選擇金屬鋼珠和橄欖石顆粒作為原材料并按照體積比1：3和1：4混合；

(1)樣品表面無(wú)限大：樣品表面的大小可根據(jù)Kirchhoff積分公式確定，它是天線到待測(cè)樣品的距離、喇叭天線增益、方向圖以及入射角的函數(shù)，并反映了局部菲涅爾反射系數(shù)，當(dāng)Fresnel帶個(gè)數(shù)N＞10時(shí)，認(rèn)為樣品面積是無(wú)限大的，根據(jù)菲涅爾周線的長(zhǎng)軸a和短軸b：

其中，λ為入射電磁波波長(zhǎng)，h為樣品到天線的豎直距離，L為樣品到天線的水平距離；

(2)樣品表面無(wú)限厚：衰減系數(shù)Γ和介電常數(shù)如下：

當(dāng)電磁波以θ為入射角入射到介質(zhì)表面時(shí)，介質(zhì)厚度最小滿(mǎn)足：

因用10+0.1j代表橄欖石介電常數(shù)，80+20j代表金屬介電常數(shù)，分別代入上式預(yù)估；

(3)樣品表面光滑：根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，樣品表面只要滿(mǎn)足基爾霍夫模型KAM和小擾動(dòng)模型SPM運(yùn)用菲涅爾定律進(jìn)行反演：

其中，k＝2π/λ是波數(shù)，s是表面均方根高度，l是表面相關(guān)長(zhǎng)度。

4.如權(quán)利要求1所述的混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，金屬板雙極化定標(biāo)：首先在測(cè)試區(qū)域放置與測(cè)試樣品大小相同且反射系數(shù)為已知R^c_V＝-R^c_H＝1的金屬板，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)喇叭天線方向來(lái)調(diào)整不同極化方式，具體有收發(fā)天線都為水平極化和垂直極化，分別測(cè)量其散射參數(shù)和

5.如權(quán)利要求1所述的混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，開(kāi)展待測(cè)材料測(cè)量：完成金屬板定標(biāo)后，不移動(dòng)天線，不改變傳輸路徑，保持測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與定標(biāo)時(shí)候一致，將準(zhǔn)備好的待測(cè)材料放置于測(cè)試區(qū)域，同樣通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)喇叭天線方向來(lái)調(diào)整不同極化方式，具體有收發(fā)天線都為水平極化和垂直極化，分別測(cè)量其散射參數(shù)S_21V和S_21H。