Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости среды

 

Использование: в радиотехнике, а именно в технике антенных измерений, и предназначено для исследования параметров среды при эксплуатации подземных антенных решеток. Сущность изобретения: способ определения комплексной диэлектрической проницаемости среды заключается в размещении передающей и приемной антенн в исследуемой среде в горизонтальной плоскости, предварительной ориентации передающей антенны под углом 45° к линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн, последовательной 3-этапной ориентацией приемной антенны под углом 90° вдоль линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн под углом 45° к линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн, облучении исследуемой среды передающей антенной и измерении уровней принятых сигналов при трех ориентациях приемной антенны, определении искомых параметров по формулам, содержащим величины измеренных амплитуд принятых сигналов. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике антенных измерений, и предназначено для исследования параметров среды при эксплуатации подземных антенных решеток.

На фиг. 1-3 показано взаимоотносительное расположение приемной и передающей антенн в плоскости XOY для проведения трех этапов измерений.

Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости среды заключается в следующем.

При расположении горизонтальных электрических диполей в грунте вблизи или на границе раздела грунт - воздух возбуждается боковая электромагнитная волна, при этом соотношение между компонентами излученных полей зависит от ориентации передающего диполя, а также от параметров грунта - относительной диэлектрической проницаемости ε_r и удельной проводимости σ , определяющих комплексную диэлектрическую проницаемость среды ε_r^I = ε_r - i σ λ 60 , где λ - длина волны в свободном пространстве. Решение обратной задачи - определение ε_r и σ по измерению амплитуды и фазы поля в принципе возможно, но представляет большие математические и вычислительные сложности, при этом единственность полученного решения не гарантируется. Вместе с тем и измерение фазы поля в точке приема относительно тока в передающем диполе не всегда удобно. Поэтому предлагается воспользоваться не абсолютными величинами электромагнитных полей в точке приема, а их отношениями при различной ориентации передающих и приемных диполей, так как отношение полей уже не зависит от расстояний между элементами и глубин погружения их относительно границы раздела, а зависит лишь от параметров грунта. Анализ выражений для электромагнитных полей, возбуждаемых электрическим диполем, показал, что последовательная ориентация приемного и передающего диполей и измерение только амплитуд принимаемых сигналов позволяет получить значения ε_r и σ из простых аналитических соотношений. Ориентация приемных и передающих полей на трех этапах измерений выбрана исходя из двух факторов: во-первых, с точки зрения получения наиболее простых однозначных аналитических выражений; во-вторых, исходя из упрощения практической реализации указанной ориентации. Последнее имеет следующее обоснование. Многие конструкции антенн строятся по турникетной схеме, поэтому получить ориентацию суммарного электрического момента турникетной антенны под углом 45^оотносительно одного из ортогональных диполей, входящих в состав антенны, достаточно просто либо с помощью электрической коммутации плеч диполей, либо с помощью обычного делителя мощности. Кроме того, предлагаемая ориентация приемных и передающих диполей на трех этапах измерений позволяет получить на входе приемника сигнал, определяемый вкладом коллинеарных составляющих, составляющих токов приемного и передающего диполей и составляющих токов ортогональных линий, соединяющих центры приемной и передающей антенн. Вклады в сигнал от указанных составляющих токов имеют различную зависимость от параметров грунта ε_r и σ .

Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости среды предполагает возбуждение передающей антенны и осуществление приема различных компонент электромагнитого поля в дальней зоне. Для этого передающую антенну и приемную антенну-электрические симметричные вибраторы - размещают в грунте в горизонтальной плоскости.

Предварительно передающую антенну размещают под углом 45^о к линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн. Ориентируют приемную антенну под углом 90^о к линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн (см. фиг.2), облучают исследуемую среду передающей антенной и измеряют уровень принятого сигнала В. Ориентируют приемную антенну вдоль линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн (см. фиг.1), облучают исследуемую среду передающей антенной и измеряют уровень принятого сигнала А. Ориентируют приемную антенну под углом 45^о к линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн (см. фиг.3), облучают исследуемую среду передающей антенной и измеряют уровень принятого сигнала С.

Значение диэлектрической проницаемости ε среды и удельной проводимости среды определяют через измерение амплитуды принятых сигналов А, В и С по формулам ε = ; σ = , где λ - длина рабочей волны.

Ориентация приемной и передающей антенн осуществляется электрическим путем, при этом из-за того, что антенны на всех этапах изменений ориентированы горизонтально границе раздела сред, их входное сопротивление не изменяется, что обеспечивает более высокую точность измерений.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ СРЕДЫ, включающий размещение передающей антенны в исследуемой среде в горизонтальной плоскости, размещение приемной антенны под углом 90^o к линии, соединяющей центры передающей и приемной антенн, облучение исследуемой среды передающей антенной и измерение уровня принятого сигнала, отличающийся тем, что предварительно размещают приемную антенну в исследуемой среде в горизонтальной плоскости, передающую антенну размещают под углом 45^o к линии, соединяющей центры приемной и передающей антенн выполненных в виде электрических симметричных вибраторов, изменяют уровень принятого сигнала B, размещают приемную антенну вдоль линии, соединяющей центры приемной и передающей антенн, измеряют уровень принятого сигнала A, размещают приемную антенну под углом 45^o к линии, соединяющей центры приемной и передающей антенн, измеряют уровень принятого сигнала C, определяют диэлектрическую проницаемость среды ε и удельную проводимость s среды по формулам

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3