Диэлектрическая проницаемость и проводимость материалов земной поверхности
earthSurfacePermittivity функция вычисляет электрические характеристики (относительная диэлектрическая проницаемость, проводимость и комплексная относительная диэлектрическая проницаемость) материалов земной поверхности на основе методов и уравнений, представленных в P.527 ITU-R [1]. earthSurfacePermittivity функция обеспечивает различные синтаксисы для учета характеристик, ферментированных к указанному поверхностному материалу.
[ вычисляет электрические характеристики для чистой воды при заданных частоте и температуре. Для чистой воды установка температуры должна быть больше 0 ℃.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('pure-water',fc,temp)
[ вычисляет электрические характеристики для сухого льда при заданных частоте и температуре. Для сухого льда температура должна быть меньше или равной 0 ℃.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('dry-ice',fc,temp)
[ вычисляет электрические характеристики грунта при заданной частоте, температуре, процентном соотношении песка, процентном соотношении глины, удельном весе и объемном содержимом воды.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('soil',fc,temp,sandpercent,claypercent,specificgravity,vwc)
[ устанавливает объемную плотность грунта в дополнение к входным параметрам из предыдущего синтаксиса.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('soil',___,bulkdensity)
Сравните относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость морской воды без солей (нулевая минерализация) с чистой водой.
Задайте несущую частоту 9 ГГц, температуру 30℃ и минерализацию нуля.
fc = 9e9; % Carrier frequency in Hz.
temp = 30;
salinity = 0;Вычислите относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость.
[epsilon_pure_water,sigma_pure_water] = earthSurfacePermittivity('pure-water',fc,temp); [epsilon_sea_water,sigma_sea_water] = earthSurfacePermittivity('sea-water',fc,temp,salinity);
Подтвердите, что безсолевая морская вода и чистая вода имеют одинаковую относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость.
isequal(epsilon_pure_water,epsilon_sea_water)
ans = logical
1
isequal(sigma_pure_water,sigma_sea_water)
ans = logical
1
Сравните относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость мокрого льда без жидкой воды для сухого льда в 0℃. Подтвердите, что результаты отличаются незначительным количеством.
Задайте несущую частоту 12 ГГц.
fc = 12e9; % Carrier frequency in Hz.Вычислите относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость мокрого льда при нулевом объеме жидкой воды.
liqfrac = 0; [epsilon_wet_ice_0,sigma_wet_ice_0] = earthSurfacePermittivity('wet-ice',fc,liqfrac); % Set liquid water volume fraction to 0.
Вычислите относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость сухого льда при 0 ℃.
temp = 0; [epsilon_dry_ice_0,sigma_dry_ice_0] = earthSurfacePermittivity('dry-ice',fc,temp); % Set temperature to 0.
Сравните относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость мокрого льда без жидкости и сухого льда в 0℃. Подтвердите, что влажный лед без жидкого и сухого льда в 0℃ имеют по существу равные относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость.
epsilon_wet_ice_0-epsilon_dry_ice_0
ans = 8.8818e-16
sigma_wet_ice_0-sigma_dry_ice_0
ans = -9.2179e-16
Постройте график проницаемости и проводимости по частоте для сухого льда и для мокрого льда. Для сухого льда варьируйте температуру. Для мокрого льда варьируйте объемную долю жидкой воды. Вычислите значения диэлектрической проницаемости и проводимости при помощи arrayfun для применения earthSurfacePermittivity функция для элементов массивных входов.
freq = repmat([0.1,10,20,40,60]*1e9,6,1); temp = repmat((-100:20:0)',1,5); liqfrac = repmat((0:0.2:1)',1,5); [epsilon_dry_ice, sigma_dry_ice] = arrayfun(@(x,y)earthSurfacePermittivity('dry-ice',x,y),freq,temp); [epsilon_wet_ice, sigma_wet_ice] = arrayfun(@(x,y)earthSurfacePermittivity('wet-ice',x,y),freq,liqfrac);
Отображение мозаичных объемных поверхностных диаграмм по заданным областям.
figure tiledlayout(2,2) nexttile surf(temp,freq,epsilon_dry_ice,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Dry Ice') xlabel('Temperature (℃)') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(temp,freq,sigma_dry_ice,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Dry Ice') nexttile surf(liqfrac,freq,epsilon_wet_ice,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Wet Ice') xlabel('Liquid Fraction') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(liqfrac,freq,sigma_wet_ice,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Wet Ice')
Рассчитать относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость для различных грунтовых смесей, как определено в текстовых классификациях в P.527 МСЭ-Р, таблица 1.
Инициализируйте переменные расчеты для постоянных значений и массивных значений.
fc = 28e9; % Frequency in Hz temp = 23; % Temperature in °C vwc = 0.5; % Volumetric water content pSand = [51.52; 41.96; 30.63; 5.02]; % Sand percentage pClay = [13.42; 8.53; 13.48; 47.38]; % Clay percentage sg = [2.66; 2.70; 2.59; 2.56]; % Specific gravity bd = [1.6006; 1.5781; 1.5750; 1.4758]; % Bulk density (g/cm^3)
Рассчитать относительную проницаемость и проводимость для этих текстовых классификаций: супесей, суглинков, илистых суглинков и илистых глин. Использование arrayfun для применения earthSurfacePermittivity функция для элементов массивных входов. Сведите результаты в таблицу.
[Permittivity,Conductivity] = arrayfun(@(w,x,y,z)earthSurfacePermittivity( ... 'soil',fc,temp,w,x,y,vwc,z),pSand,pClay,sg,bd); pSilt = 100 - (pSand + pClay); % Silt percentage soilType = ["Sandy Loam";"Loam";"Silty Loam";"Silty Clay"]; varNames1 = ["Soil Textual Classification";"Sand";"Clay";"Silt";"Specific Gravity";"Bulk Density"]; varNames2 = ["Soil Textual Classification";"Permittivity";"Conductivity"];
В P.527 ITU-R, Таблица 1, указаны процент песка, процент глины, удельный вес и насыпная плотность для грунтовых смесей с этими текстовыми классификациями почв.
table(soilType,pSand,pClay,pSilt,sg,bd,'VariableNames',varNames1)ans=4×6 table
Soil Textual Classification Sand Clay Silt Specific Gravity Bulk Density
___________________________ _____ _____ _____ ________________ ____________
"Sandy Loam" 51.52 13.42 35.06 2.66 1.6006
"Loam" 41.96 8.53 49.51 2.7 1.5781
"Silty Loam" 30.63 13.48 55.89 2.59 1.575
"Silty Clay" 5.02 47.38 47.6 2.56 1.4758
Относительная диэлектрическая проницаемость и проводимость для этих текстовых классификаций грунтов включены в данную таблицу.
table(soilType,Permittivity,Conductivity,'VariableNames',varNames2)ans=4×3 table
Soil Textual Classification Permittivity Conductivity
___________________________ ____________ ____________
"Sandy Loam" 15.281 18.2
"Loam" 14.563 16.998
"Silty Loam" 13.965 16.011
"Silty Clay" 12.861 14.647
Рассчитать относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость в зависимости от частоты для растительности, изменения гравиметрического содержимого воды и температуры.
Рассчитать относительную диэлектрическую проницаемость и проводимость для растительности при заданных условиях.
fc = 10e9; % Frequency in Hz temp = 23; % Temperature in °C gwc = 0.68; % Gravimetric water content [epsilon_veg,sigma_veg] = ... earthSurfacePermittivity('vegetation',fc,temp,gwc)
epsilon_veg = 20.5757
sigma_veg = 4.9320
Вычислите значения, необходимые для построения графика диэлектрической проницаемости и проводимости при помощи arrayfun для применения earthSurfacePermittivity функция для элементов массивных входов.
Для области значений температур вычислите значения для построения графика проницаемости и проводимости в зависимости от частоты для растительности при 0,68 гравиметрическом содержимом воды.
fc = repmat([0.1,10,20,40,60]*1e9,6,1); gwc1 = 0.68; temp1 = repmat((-20:20:80)',1,5); [epsilon_veg_gwc,sigma_veg_gwc] = ... arrayfun(@(x,y)earthSurfacePermittivity('vegetation',x,y,gwc1),fc,temp1);
Для области значений гравиметрического содержимого воды вычислите значения для построения графика диэлектрической проницаемости и проводимости в зависимости от частоты для растительности при 10 ° C.
temp2 = 10; gwc2 = repmat((0.2:0.1:0.7)',1,5); [epsilon_veg_tmp, sigma_veg_tmp] = ... arrayfun(@(x,z)earthSurfacePermittivity('vegetation',x,temp2,z),fc,gwc2);
Отображение мозаичных объемных поверхностных диаграмм по заданным областям.
figure tiledlayout(2,2) nexttile surf(temp1,fc,epsilon_veg_gwc,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Vegetation at 0.68 gwc') xlabel('Temperature (℃)') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(temp1,fc,sigma_veg_gwc,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Vegetation at 0.68 gwc') nexttile surf(gwc2,fc,epsilon_veg_tmp,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Vegetation at 10°C') xlabel('Gravimetric Water Content') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(gwc2,fc,sigma_veg_tmp,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Vegetation at 10°C')
[1] P.527-5 ITU-R. «Электрические характеристики поверхности Земли». Международное объединение электросвязи - сектор радиосвязи (МСЭ-Р). Август 2019.