陈 振， 刘 勇， 邹 澎

（郑州大学 信息工程学院，河南 郑州 450052）

自由空间法是一种非破坏和非接触的介电特性测量方法。该方法使用两个喇叭天线，一个用于发射电磁波信号，另一个则用于接收信号，被测物质置于两个喇叭的中间作为两个喇叭天线的反射面。通过测量接收端喇叭天线垂直极化波和平行极化波的振幅与相位来计算出被测物质的相对复介电常数。笔者介绍了自由空间法的测试理论，测试条件以及测试系统，并通过与同轴探头法测试同一环境下的水来验证自由空间法的测试准确度。

1 测试理论

自由空间法反演物质介电常数是建立在菲涅尔反射定律的基础上的，由于高性能仪器的出现，使得我们可以很方便的测试物质反射电磁波的幅度和相位，利用这两个物理量可以反演出物质的介电常数。但是物体粗糙度问题要在测试之前进行研究，因为在一定程度上它会对物体表面的电磁波后向散射产生影响。只有消除了这种影响，才能准确的建立起物质参数反演模型。利用瑞利准则[1]对表面粗糙度进行表征，本文研究的水溶液符合光滑表面要求，可以直接利用菲涅尔反射定律求解。

1.1 菲涅尔反射系数定义

在两种不同的物质表面电磁波会发生反射、折射现象，而菲涅尔反射系数则可以表述分界面上的反射、折射振幅和方向之间的关系。电磁矢量可以被分解为两部分，一部分为垂直于入射面的分量，另一部分为平行于入射面的分量。……