[發(fā)明專利]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

在審

• 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)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R27/26
• 分類號(hào): G01R27/26
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于微波測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了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，對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)與搭建使其滿足平面波條件；對(duì)待測(cè)固體顆粒物質(zhì)進(jìn)行混合使其滿足樣品表面無(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)。本發(fā)明具有多頻段覆蓋、材料制作簡(jiǎn)單以及不會(huì)破壞材料原始狀態(tài)的優(yōu)勢(shì)，且對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件及樣品限制較低，具有很強(qiáng)的適用性。本發(fā)明具有較高的自由度，且克服了諧振腔法只能單點(diǎn)測(cè)量的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了大范圍多頻段掃描。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及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。

背景技術(shù)

目前：介電常數(shù)作為物質(zhì)的特有屬性，因其反映了電磁波與物質(zhì)之間的相互作用，在電磁學(xué)領(lǐng)域中往往作為區(qū)分目標(biāo)特性的重要參考依據(jù)。此外，各種散射反演模型大都是基于介電常數(shù)建立的，并以其作為輸入?yún)⒘浚囱莸贸龅匚锏陌ê穸取⒑康戎匾匦浴?/p>

目前介電常數(shù)主要通過(guò)兩種方法獲得。一是通過(guò)理論模型計(jì)算得到，利用物質(zhì)的介電常數(shù)與溫度、濕度、頻率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，測(cè)得上述參數(shù)即可直接計(jì)算得到相應(yīng)條件下的物質(zhì)介電常數(shù)，但是大多數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭贿m用于特定條件下，因而在實(shí)際使用中往往存在很大的局限性。二是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到，利用介電常數(shù)不同時(shí)，不同測(cè)試材料對(duì)電磁波的反射傳輸特性不同，測(cè)量出相應(yīng)的參數(shù)，再由反演公式便能計(jì)算出物質(zhì)的介電常數(shù)。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法主要包括諧振腔法、傳輸線法、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)法等，諧振腔法先將待測(cè)材料放入諧振腔中，觀察記錄樣品放入前后的諧振腔諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)Q值，從而可以計(jì)算出材料的復(fù)介電常數(shù)，但是由于該方法只能用于單頻點(diǎn)，因此在頻帶方面有較大限制。同軸線探針?lè)m然能夠?qū)崿F(xiàn)頻段掃頻測(cè)量，但是其僅適用于內(nèi)部均勻的液體物質(zhì)，且其測(cè)量的介電常數(shù)只能代表樣品小范圍內(nèi)的特性，并不能包括整體。傳輸線法通過(guò)將樣品置于適當(dāng)位置構(gòu)成雙端口網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)得出其電磁參數(shù)，該方法對(duì)加工材料工藝精度有所要求，且對(duì)低損耗介質(zhì)反應(yīng)不靈敏。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)法是先測(cè)量出待測(cè)介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)，再經(jīng)過(guò)一定的算法得到介質(zhì)材料的介電參數(shù)。

通過(guò)上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及缺陷為：現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法如諧振腔法只能用于單頻點(diǎn)，在頻帶方面有較大限制，對(duì)低損耗介質(zhì)反應(yīng)不靈敏。值得注意的是，對(duì)介電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量難免會(huì)存在系統(tǒng)誤差。傳統(tǒng)測(cè)量方法由于兩天線成鏡像擺放且存在一定的入射角度，因此當(dāng)電磁波到達(dá)待測(cè)樣品表面時(shí)，并不能嚴(yán)格滿足理想的平面波條件，且兩天線之間存在一定耦合效應(yīng)，在樣品邊緣處會(huì)產(chǎn)生邊緣繞射和多次散射。

解決以上問(wèn)題及缺陷的難度為：為解決上述問(wèn)題，主要有以下難點(diǎn)：減小系統(tǒng)誤差，消除邊緣繞射以及天線耦合的影響。

解決以上問(wèn)題及缺陷的意義為：使測(cè)試系統(tǒng)滿足平面波條件，消除邊緣繞射以及天線旁瓣耦合，可有效減小系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量精度使反演更準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了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。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種混合固體顆粒物質(zhì)介電常數(shù)測(cè)量方法，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)與搭建滿足平面波條件；使得天線到樣品距離大于遠(yuǎn)場(chǎng)距離，并設(shè)置較小入射角度，使得當(dāng)電磁波到達(dá)待測(cè)樣品表面時(shí)，能嚴(yán)格滿足理想的平面波條件，同時(shí)消除天線之間的耦合效應(yīng)。

待測(cè)固體顆粒物質(zhì)進(jìn)行混合使其滿足樣品表面無(wú)限大、樣品表面無(wú)限厚以及樣品表面光滑條件；混合顆粒物質(zhì)樣品的制作最終影響到反演算法的正確性，增大面積，能夠有效消除邊緣繞射。

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；用已知反射系數(shù)的金屬板定標(biāo)數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的修正量。