微波测量介电常数方法研究及应用

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微波检测根据接收到的电磁波回波信号来判断、获取需要的信息。介电常数是表征地物介质内部特征最重要的参数,回波信号的参数大小完全取决于介电常数。因此,对微波技术检测介电常数的方法进行研究具有十分重要的意义。本文在相关理论知识的基础上,分别对三种介电常数的测量方法进行了测量系统设计,包括波导法、自由空间法和雷达探测法,详细介绍了测量原理以及适用条件。首先针对传统的波导法进行了结构以及算法的改进。波导法具有测量精度高、计算方法简单的特点,尤其适用于低损耗介质介电常数的测量。本文的设计包括非标准件校准、定位误差修正、增加标准有机玻璃材料盒一系列提高测量精度的改进。依照校准的过程进行了相应的算法推导。本文还针对自由空间法进行了简化设计。自由空间法可以对面积较大的地物目标进行介电常数的测量,能够做到没有破坏和损耗的对大范围的实地目标进行探测。本文在自由空间法测量原理、适用条件的基础上,设计了包括隔离器、三探针阻抗以及透镜天线在内的适用于实地测量的简易系统,并对其进行了测量原理的介绍。最后重点研究了介电常数的雷达探测法,应用oko-2雷达及2.0G空气耦合天线等设备组建探测系统。在室外以公路路基为检测对象,经由数据采集、数据处理、资料解释等过程,根据路基各结构层材料介电特性的不同完成对面层材料相对介电常数的测量,并最终进一步计算出路基面层的厚度。将经由雷达探测系统采集到的数据信息导入到Reflex软件中,对数据进行静校正、滤波、增益等一系列处理,最终通过资料解释获取需要的参数,经过计算可以得到路基面层材料的相对介电常数。再以面层材料的介电常数为依据,通过计算电磁波在面层介质中传播速度进一步计算出路基面层厚度。由Reflex显示出来的时间侧剖图可以直观呈现路基面层厚度变化趋势以及具体厚度测量值,此项应用对道路质量安全检测等方面具有十分重要的意义。
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