固體非均勻混合介質頻域介電特性測量理論與方法研究.pdf

1、近年來隨著微波檢測技術在道路工程領域中的應用,用于道路施工的巖石、沙子等非均勻混合介質介電特性的研究成為熱點,非均勻混合介質測量理論也成為介電測量技術發(fā)展的一個重要分支。非均勻混合介質介電特性主要受界面極化影響,而界面極化發(fā)生頻率范圍較寬。因此,在不同頻段對固體非均勻混合介質介電測量技術的研究具有重要意義。
　　文章對固體非均勻混合介質在低頻、射頻和高頻段的介電測量方法展開討論。在低頻段采用電容法,設計一款新型平板電容器。電容器測

2、量原理是將測量樣本看做電容和電導并聯(lián)的等效集總回路,通過測量回路導納得到樣本介電常數(shù)。通過對傳統(tǒng)電容器結構和算法的改進,提高電容器的測量精度。在射頻段,從分析電極間場分布出發(fā),根據(jù)似穩(wěn)場理論建立極板間導納的高階場函數(shù),通過計算貝薩爾零階場和高階場函數(shù)得到樣本介電常數(shù)。此方法有效提高射頻段電容器測量精度和測量頻率上限,使得對非均勻介質寬頻介電譜測量成為可能。
　　在高頻段,提出了基于微帶線結構的諧振微帶環(huán)和平行微帶線的介電測量方法。

3、微帶環(huán)采用微擾原理。微帶環(huán)緊貼測量樣本,構成等效回路,樣本介電常數(shù)差異會影響微帶環(huán)電場分布,微帶環(huán)的諧振頻率與品質因數(shù)發(fā)生擾動,通過計算這種變化可得到樣本的介電常數(shù);平行微帶線利用相位法,通過檢測微帶線插入樣本前后相位的變化來計算樣本的介電常數(shù)。平行微帶線結構不同于傳統(tǒng)的微帶傳輸線結構,是將微帶線底層的接地板改為與頂層相同的微帶線結構,這種結構不僅保持微帶線原有傳輸模式,同時增強邊緣電場分布,從而提高測量分辨率和精度。與傳統(tǒng)的平行線、同

4、軸線、波導和諧振腔相比,這兩種微帶線結構的測量方法對樣本尺寸加工精度要求低,適合固體材料測量。
　　在較高頻段,巖石等混合介質介電常數(shù)受其電導率的影響較小,因此,采用不同檢測方法分別對沙子含水量,飽水砂巖孔隙度等物理參數(shù)進行實驗測量,并對實驗結果采用經(jīng)驗公式進行驗證。在低頻至射頻段,采用平板電容器分別對用作路基的飽水巖石、油氣巖石和泥質巖石的介電譜進行測量與討論,對多弛豫過程和低頻弛豫強度異常增大現(xiàn)象進行分析;對模擬路面結構的兩相