土壤含水率的准确测定对于水资源有效管理、节水灌溉、作物生长以及污染物监测等都非常重要；土壤结构性、塑性、压缩性、粘着性、粘结性等物理性质也都和土壤水分状况密切相关。末端开路同轴探头介电测量法利用频域反射技术，结合矢量网络分析仪可以在宽频段上对土壤复介电常数进行测量，具有快速、无损、精度高的特点。但测量过程中不可避免地会遇到一个问题，必须在待测土壤介质与矢量网络分析仪之间插入无源的探头才能够实现测量，为去除测量时探头对土壤电磁反射系数的影响，本课题研究了单端口同轴探头的去嵌入技术以及土壤含水率的电磁测量应用。具体内容如下： （1）三负载去嵌入需要三种负载的理论反射系数，为了求解负载的理论反射系数，把电磁场空域的三维问题转化为谱域中的一维问题，得到介质中电场与磁场的方程，根据同轴探头内外电磁场连续性边界条件，消去电场与磁场参量，建立同轴探头的准静态模型，并在全波仿真软件中建立测量模型进行对比，反射系数的实部平均绝对值误差为0.001，虚部平均绝对值误差为0.022，表明准静态模型具有较高的准确性；然后通过空气、去离子水和异丙酮三种材料的准静态模型理论计算值和实际测量值联立方程组，计算得到探头的散射参数；最后通过实测无水乙醇计算值与Cole-Cole公式计算理论值对比验证了三负载去嵌入效果，其中复介电常数实部的平均绝对值误差为0.375，虚部平均绝对值误差为0.279，表明三负载去嵌入方法较高的准确性。 （2）三负载去嵌入需要三种负载，过程较为繁琐，为了简化去嵌入步骤，探索了全波仿真与相位补偿法去嵌入。同轴探头与同轴线阻抗相匹配时，全波去嵌入与相位补偿法去嵌入都有较好的去嵌入效果。验证了全波去嵌入的有效性。当工艺误差或其他原因导致探头与同轴线特征阻抗不相匹配时，电磁波在实际测量面会发生反射，仅进行相位补偿达不到去嵌入效果，而全波去嵌入依旧具有较高的去嵌入精度。 （3）为了减少去嵌入所需的标准负载，提出了同轴探头的时域去嵌入方法。时域去嵌入只需要开路这一种负载状态即可完成去嵌入求解，在时域条件下通过窗函数选通可以提取出三个去嵌入过程中的误差参数。并从三个方面验证了时域去嵌入的准确性，首先在仿真条件下验证了反射系数，时域去嵌入与理想值的实部和虚部平均绝对值误差分别为0.0025、0.0021；然后通过实际测量计算得到的无水乙醇复介电常数，在有效频率范围内，与理论值相比的实部和虚部平均绝对值误差分别为0.0025、0.0021；最后通过测得不同浓度的氯化钠溶液，与三负载去嵌入方法相比较，实部最大绝对值误差为2.7，虚部最大绝对值误差为3.1，表明了时域去嵌入法具有较高的可靠性。 （4）用去嵌入以及准静态模型对不同含水率的黄黏土、中壤土、黄绵土进行复介电常数测量计算，不同含水率土壤样品的复介电常数随着含水率的增加而增加，并且复介电常数实部比虚部具有更显著的区分性。在10MHz~4GHz测量频段内等间隔的选取100个频点。通过三阶多项式拟合，选取的各频点决定系数均在0.92以上，均方根误差均小于0.55。并且在1.83GHz~3.03GHz频段模型拟合效果优于其他频段，在1.837GHz频点的决定系数值最大为0.984，均方根误差值最小为0.219。表明本文所提土壤介电测量模型适用于表征土壤的含水率。
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