[发明专利]一种利用单极子天线测量物质介电常数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量物质介电常数的方法，特别是一种利用单极子天线在介质中的发射特性来测定物质介电常数的方法。

背景技术

物质的介电常数作为物质一个基本的电磁学参数，一直需要被更精确更方便地测量。而单极子天线在介质中的发射性质与其介电常数有着密切的关系。单极子天线从构造上来说为对称振子的一半，天线从基部进行激励，它的辐射波瓣图与自由空间中的对称振子的波瓣图相同。当天线的长度与微波的波长成一定关系时，它的发射效率最大，也就是发射功率达到最大，反射功率达到最小。目前测量物质介电常数的方法有很多种，有反射，折射，投射和驻波法，比较法，替代法等，在这里将前三种暂时简称为光学法，后两种暂时简称为电路法，各种方法各有特点和适用范围，而微波单极子天线法测量介电常数在适用范围上相比于其它的方法要广，精确度相比于光学法要高。光学法中的反射法是利用平行极化波入射到两种物质分界面上发生无反射的条件来测定其相对介电常数，此法应用过程中需要测定入射角、反射角、入射波能量、以及反射波能量。因为需要测定的量过多且易引入误差，造成精度不够的问题。透射法是利用当入射角为零时，电磁波入射两介质分界面的边界条件，分别测量从空气到入射待测物质中和从待测物质入射到空气中反射系数和折射系数，由反射系数和折射系数与介电常数之间的关系从而得到测量介电常数的目的。但这种方法同样易受环境影响，造成测量误差，并且在理论计算上也比较麻烦。驻波法是利用相干原理和测驻波节点的方法，确定自由空间内的电磁波参量，将待测物质样品板放入测量光路，测得相位变化值，从而得到其介电常数。此种方法光路复杂，对实验过程中的操作要求精确，易引入误差。光学法测量只能针对固体物质进行测量。

电路法测量都是利用电路来测量待测样品的电容量，当已知样品的尺寸后，经过电容与样品介电常数的关系式ϵr=ϵϵ0=Cdϵ0S]]>可以得到待测物质的介电常数，此种方法也只能针对固体物质进行测量。

而本发明的微波单极子天线测量物质的介电常数的方法本身操作简单方便，易于掌握。并且不局限于物质的形态，不论物质是固体、液体或者是气体，都可以做到较为精确的测量，尤其是对液体和气体的测量优势更为明显。另外，测量时不要求待测物质的物理形状，甚至不需要特别选取样品测量。

发明内容

本发明所解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种利用单极子天线测量物质介电常数的方法，该方法能够更方便更准确地测得物质的介电常数。

本发明的技术方案之一是：一种利用单极子天线测量物质介电常数的方法。利用单极子天线发射特性，测量微波在物质的功率发射极大时的频率来得到物质的介电常数。具体为：如图1所示，将单极子天线的天线部分浸入待测物质中，微波矢量网络分析仪发射微波并测量其反射系数，观察反射系数随频率的变化，可得单极子天线在待测物质中反射功率最小时的微波频率f_Mn，再测量出天线长度L，即可由公式ϵ=(nc4LfMn)2]]>得到待测物质的介电常数，其中c为微波在真空中的传播速度，ε为介质的介电常数，n＝1，3，5为奇数。