СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ СРЕДЫ Российский патент 1995 года по МПК G01R27/26 G01N22/00 

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.

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.

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