地表復介電常數的微波測量原理與方法

　　釆用單喇叭法測量地表介質(zhì)復介電常數的系統簡(jiǎn)單，操作使用方便，特別適用于測量各種路面、土壤及厚塊材料等場(chǎng)合，并可制成便攜式設備。如將計算公式等形成相應軟件構成儀器組成部分，使用時(shí)只要測試出原始數據，即可通過(guò)機內軟件計算并顯示出待測材料的復介電常數。

　　在很多場(chǎng)合下，當需要測量大塊材料或路面材料(水泥或瀝青等)或水文地質(zhì)土壤或礦物材料的復介電常數時(shí)，一般有兩種方法。-種是從這些材料中取樣，并制成特定形狀如圓柱狀、薄片狀、方塊狀等，然后置于波導或諧振腔中進(jìn)行傳輸法、反射法、諧振法或微擾法等測量，最后獲得待測材料試樣的復介電常數。這些方法測量精度較高，但需配備價(jià)格昂貴的微波測量?jì)x器，如微波網(wǎng)絡(luò )分析儀等，而且通常需要在專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室中進(jìn)行。另-種是本文提出適用于室外條件甚至是惡劣條件下可進(jìn)行實(shí)時(shí)測量的新型的微波測量方法即單喇叭法。該方式具有一定的測量精度，但測試系統較為簡(jiǎn)單，不需要昂貴的微波儀器或設備，便于攜帶或轉移，如將計算軟件預先置于相應的儀器中，測量時(shí)即可根據原始測量數據計算并實(shí)時(shí)顯示出待測材料的復介電常數。

1、測量方法與原理

　　1.1、測量系統的構成

　　單喇叭微波復介電常數的測量系統構成如圖1所示。圖中雙定向耦合器直接測微波的入射功率Pi及反射功率Pr，三銷(xiāo)釘阻抗測量?jì)x則可測出相應的相位，透鏡天線(xiàn)將柱面波轉換成平面波，以減小近區目標反射時(shí)的相位誤差。

圖1　單喇叭微波測量系統

2、儀器構成

　　如將上述單喇叭微波測量系統與其它子系統一起組成如圖2所示的儀器，那就形成一臺有手動(dòng)與自動(dòng)兩用的復介電常數的測量?jì)x器。手動(dòng)量時(shí)，全部由人工操作，自動(dòng)測量時(shí)則由定時(shí)電路每隔一定時(shí)間間隔(例如0.5h或1h甚至更長(cháng)時(shí)間)發(fā)出測量指令，同時(shí)啟動(dòng)儀器內部的計算軟件根據所測得的原始數據進(jìn)行計算，所得結果存入存儲單元，并按定時(shí)電路指令定時(shí)在顯示器上顯示，也可在打印機上打印結果，連續定時(shí)打印的結果成為連續長(cháng)期測量后的記錄，例如在地表水文地質(zhì)的長(cháng)期觀(guān)測中就需要這種長(cháng)時(shí)間的間斷測量。

圖2　儀器構成圖

3、結語(yǔ)

　　從上述分析可以看出，只要測出待測材料的復反射系數rejθ，即可通過(guò)相應的中間步驟，從而計算出待測材料的復介電常數ε'與ε" 。