地表复介电常数的微波测量原理与方法

　　釆用单喇叭法测量地表介质复介电常数的系统简单，操作使用方便，特别适用于测量各种路面、土壤及厚块材料等场合，并可制成便携式设备。如将计算公式等形成相应软件构成仪器组成部分，使用时只要测试出原始数据，即可通过机内软件计算并显示出待测材料的复介电常数。

　　在很多场合下，当需要测量大块材料或路面材料(水泥或沥青等)或水文地质土壤或矿物材料的复介电常数时，一般有两种方法。-种是从这些材料中取样，并制成特定形状如圆柱状、薄片状、方块状等，然后置于波导或谐振腔中进行传输法、反射法、谐振法或微扰法等测量，最后获得待测材料试样的复介电常数。这些方法测量精度较高，但需配备价格昂贵的微波测量仪器，如微波网络分析仪等，而且通常需要在专门的实验室中进行。另-种是本文提出适用于室外条件甚至是恶劣条件下可进行实时测量的新型的微波测量方法即单喇叭法。该方式具有一定的测量精度，但测试系统较为简单，不需要昂贵的微波仪器或设备，便于携带或转移，如将计算软件预先置于相应的仪器中，测量时即可根据原始测量数据计算并实时显示出待测材料的复介电常数。

1、测量方法与原理

　　1.1、测量系统的构成

　　单喇叭微波复介电常数的测量系统构成如图1所示。图中双定向耦合器直接测微波的入射功率Pi及反射功率Pr，三销钉阻抗测量仪则可测出相应的相位，透镜天线将柱面波转换成平面波，以减小近区目标反射时的相位误差。

图1　单喇叭微波测量系统

2、仪器构成

　　如将上述单喇叭微波测量系统与其它子系统一起组成如图2所示的仪器，那就形成一台有手动与自动两用的复介电常数的测量仪器。手动量时，全部由人工操作，自动测量时则由定时电路每隔一定时间间隔(例如0.5h或1h甚至更长时间)发出测量指令，同时启动仪器内部的计算软件根据所测得的原始数据进行计算，所得结果存入存储单元，并按定时电路指令定时在显示器上显示，也可在打印机上打印结果，连续定时打印的结果成为连续长期测量后的记录，例如在地表水文地质的长期观测中就需要这种长时间的间断测量。

图2　仪器构成图

3、结语

　　从上述分析可以看出，只要测出待测材料的复反射系数rejθ，即可通过相应的中间步骤，从而计算出待测材料的复介电常数ε'与ε" 。