专利名称：低损耗介质介电常数测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种微波热辐射特性测量装置和介电常数的测量方法。
背景技术：
在微波遥感领域，介质介电常数是微波遥感信息的重要影响因素之一。当前，介电 常数测量装置和测量方法很多，然而，这些方法主要针对的是介电常数实部的测量，尤其是 缺少针对低损耗介电常数虚部测量的资料。因此，需要设计一套针对低损耗介质介电常数 的测量装置和数据计算方法。介质介电常数的实部直接决定了光滑表面的反射率，基于此， 黄卡玛等(2001)采用反射式介电常数直接测量方法，通过向松散介质直接发射微波，并对 采集的反射波进行遗传算法计算机处理，直接得到介质的介电常数实部信息。然而，这种方 法不能提供介质介电常数虚部信息。介质介电常数的虚部是电磁辐射在介质中产生衰减的 直接因素。由此，吴昌英等O007)公开了一种复介电常数测量装置，使用网络分析仪，通过 在装置上、下金属板之间增加短路板来阻挡辐射损耗，进而提高测量精度。这种方法对强损 耗介质的测量结果较好，但不适用于弱损耗介质。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种不仅能测量介电常数实 部，还能测量介电常数虚部的低损耗介质介电常数测量装置及测量方法本发明的目的是通过以下技术方案实现的低损耗介质介电常数测量装置，是由不锈钢内胆4内底部装有聚四氟乙烯3，在不 锈钢内胆4的侧壁和外地面包有内胆泡沫板5，内胆泡沫板5环壁粘有泡沫板10，泡沫板10 外侧为不锈钢外胆9、不锈钢外胆9的外侧壁依次包有外胆泡沫板8和SML泡沫薄型平板 宽频吸波材料6，不锈钢内胆4外底面和泡沫板10与不锈钢外胆9内底面之间为装有液氮 7的空腔，不锈钢内胆4的内部装有低损耗介质，低损耗介质的上表面装有微波辐射计1和 电源线2，微波辐射计1通过微波辐射计数据线11与便携式电脑连接构成。低损耗介质介电常数测量装置的测量方法，包括以下顺序和步骤a、将液氮7装入由不锈钢内胆4外底面与不锈钢外胆9内底面之间构成的空腔；b、再将不锈钢内胆4和泡沫板10置于液氮7的上表面；C、将占不锈钢内胆4体积三分之一被测低损耗介质装入不锈钢内胆4中，在被测 的低损耗介质上表面安放带有电源线2的微波辐射计1，微波辐射计1通过微波辐射计数据 线11与便携式电脑连接；d、开启便携式电脑，记录介质层厚度、温度和微波辐射亮温，记为dl ；e、再加不锈钢内胆4体积三分之一被测低损耗介质，记录介质层厚度、温度和微 波辐射亮温，记为2dl;f、再加不锈钢内胆4体积三分之一被测低损耗介质，记录介质层厚度、温度和微 波辐射亮温，记为3dl;L j Udl) ηTM)
Tb (d3)Tb (d3)计算介质的吸收系数；式中，ΤΒ(φ) (i = 1,2,3)是介质厚度为Cli时的微波辐射亮温测量值，kal是低损耗 介质的吸收系数。其中，Te(Cli)、Cli可以通过测量得到，kal是待求系数。h、通过公式W)=(
Ud2)=() + (1-q) Wal.2V2
Ud,)=(i- F0(i-e—、A) + (l-rpl)rplT0e-k^(ek^计算介质的表面反射率；式中，Te(Cli) (i = 1,2,3)是介质厚度为Cli时的微波辐射亮温测量值。kal是低损 耗介质的吸收系数，rpl为空气-低损耗介质界面的有效反射率。其中，Tb (φ)、Cli可以通过 测量得到，kal是过程(g)得到，rpl是待求解系数。
i-V 。 i、再通过公式和。=
1 + V
求得介质介电常数虚部j、再通过公式、丨=2 χ imaginary — part(2.^J^)求得介质介电常数实部。式中，ι·ρ1是空气-介质界面的反射率，kal是介质的损耗系数，f是频率，μ = 4πΧ10_7韦伯/安培·米是磁导率，￡l= ε / +i ε/’是介质的介电常数，ε /是介质
介电常数的实部，S1”是介质的介电常数虚部。/map+皿—代表取表达式 (2;/·^/^)的虚部。其中，μ是已知量，rpl、kal在过程g、h中得到，’和”是待求值。有益效果装置避免来自外界的温度、湿度和辐射对测量结果的影响，隔热、隔福 射，保证微波辐射计观测值全部来自低损耗介质的发射，结构简单，成本低廉，使用方便，测 量数据可靠；根据测量数据，结合辐射传输方程，通过建模、解方程，结合相关理论计算得到 介电常数的实部和虚部，结果精度可靠。
附图1为低损耗介质介电常数测量装置结构图附图2为低损耗介质中的被动微波辐射传输模拟图
具体实施例方式下面结合附图和实施例做进一步的详细说明低损耗介质介电常数测量装置，是由不锈钢内胆4内底部装有聚四氟乙烯3，在不 锈钢内胆4的侧壁和外地面包有内胆泡沫板5，内胆泡沫板5环壁粘有泡沫板10，泡沫板10 外侧为不锈钢外胆9、不锈钢外胆9的外侧壁依次包有外胆泡沫板8和SML泡沫薄型平板 宽频吸波材料6，不锈钢内胆4外底面和泡沫板10与不锈钢外胆9内底面之间为装有液氮7的空腔，不锈钢内胆4的内部装有低损耗介质，低损耗介质的上表面装有微波辐射计1和 电源线2，微波辐射计1通过微波辐射计数据线11与便携式电脑连接构成。低损耗介质介电常数测量装置的测量方法，包括以下顺序和步骤a、将液氮7装入由不锈钢内胆4外底面与不锈钢外胆9内底面之间构成的空腔；b、再将不锈钢内胆4和泡沫板10置于液氮7的上表面；C、将占不锈钢内胆4体积三分之一被测低损耗介质装入不锈钢内胆4中，在被测 的低损耗介质上表面安放带有电源线2的微波辐射计1，微波辐射计1通过微波辐射计数据 线11与便携式电脑连接；d、开启便携式电脑，记录介质层厚度、温度和微波辐射亮温，记为dl ；e、再加不锈钢内胆4体积三分之一被测低损耗介质，记录介质层厚度、温度和微 波辐射亮温，记为2dl;f、再加不锈钢内胆4体积三分之一被测低损耗介质，记录介质层厚度、温度和微 波辐射亮温，记为3dl;
权利要求
1.一种低损耗介质介电常数测量装置，其特征在于，是由不锈钢内胆内底部装有 聚四氟乙烯(3)，在不锈钢内胆的侧壁和外地面包有内胆泡沫板(5)，内胆泡沫板(5) 环壁粘有泡沫板(10)，泡沫板(10)外侧为不锈钢外胆(9)、不锈钢外胆(9)的外侧壁依次 包有外胆泡沫板(8)和SML泡沫薄型平板宽频吸波材料(6)，不锈钢内胆(4)外底面和泡沫 板(10)与不锈钢外胆(9)内底面之间为装有液氮(7)的空腔，不锈钢内胆⑷的内部装有 低损耗介质，低损耗介质的上表面装有微波辐射计(1)和电源线O)，微波辐射计(1)通过 微波辐射计数据线(11)与便携式电脑连接构成。
2.按照权利要求1所述的低损耗介质介电常数测量装置的测量方法，其特征在于，包 括以下顺序和步骤a、将液氮(7)装入由不锈钢内胆(4)外底面与不锈钢外胆(9)内底面之间构成的空腔；b、再将不锈钢内胆(4)和泡沫板(10)置于液氮(7)的上表面；c、将占不锈钢内胆⑷体积三分之一被测低损耗介质装入不锈钢内胆⑷中，在被测 的低损耗介质上表面安放带有电源线( 的微波辐射计(1)，微波辐射计(1)通过微波辐射 计数据线(11)与便携式电脑连接；d、开启便携式电脑，记录介质层厚度、温度和微波辐射亮温，记为dl；e、再加不锈钢内胆(4)体积三分之一被测低损耗介质，记录介质层厚度、温度和微波 辐射亮温，记为2dl ；f、再加不锈钢内胆(4)体积三分之一被测低损耗介质，记录介质层厚度、温度和微波 辐射亮温，记为3dl ；g、通过公式
全文摘要
本发明涉及一种低损耗介质介电常数测量装置及测量方法。是由不锈钢内胆、不锈钢外胆、泡沫板和吸波材料，不锈钢外胆与不锈钢内胆之间为装有液氮的空腔，不锈钢内胆装有被测的低损耗介质、微波辐射计和便携式电脑构成。不锈钢内胆和泡沫板置于液氮的上表面；开启便携式电脑，记录介质层厚度、温度和微波辐射亮温。装置避免来自外界的温度、湿度和辐射对测量结果的影响，隔热、隔辐射，保证微波辐射计观测值全部来自低损耗介质的发射，结构简单，成本低廉，使用方便，测量数据可靠；根据测量数据，结合辐射传输方程，通过建模、解方程，结合相关理论计算得到介电常数的实部和虚部，结果精度可靠。
文档编号G01R27/26GK102135573SQ201010555678
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者姜涛, 孟治国, 王景然, 赵凯, 郑兴明, 陈圣波 申请人:吉林大学