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专利号: 2019100128703
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于迭代德拜模型的分层媒质等效电参数的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:对于具有N层材料的水平层状结构的分层媒质,首先建立第一层、第二层材料的双层模型等效电路,将双层模型的等效电路与德拜模型等效电路对应,建立德拜模型参数与分层媒质中各层的电参数、几何参数之间的关系,计算第一层、第二层材料的等效电参数;

利用计算出的等效电参数,将第一层、第二层材料等效为一层电参数已知的材料,将分层媒质的第三层材料等效为第二层材料,以此构成新的双层模型来计算第一层至第三层材料的等效电参数;

迭代计算前i‑1层材料的等效电参数等效为第一层材料,第i层材料等效第二层材料,以此构成新的双层模型计算等效电参数,直至i=N材料全部计算完成即可获得N层材料的水平层状结构的分层媒质的等效电参数。

2.如权利要求1所述的基于迭代德拜模型的分层媒质等效电参数的计算方法,其特征在于,所述的第一层、第二层材料的双层模型等效电路,具体建立过程为:记第一层、第二层材料的相对介电常数,电导率,厚度及水平方向表面积分别为:εrk,σk,dk,Ak(k=1,2),其中Y1为第一层材料的等效导纳,Y2为第二层材料的等效导纳,则:Y1=G1+jωC1;Y2=G2+jωC2

则双层模型的等效总导纳为:

其中,C1,C2,G1,G2与材料参数之间的关系为:

上式中,ε0为真空中的介电常数,将Ytotal扩展为实部和虚部组成的复数形式:

3.如权利要求1所述的基于迭代德拜模型的分层媒质等效电参数的计算方法,其特征在于,所述的将双层模型的等效电路与德拜模型等效电路对应,包括:德拜模型的等效电路的总导纳为:

其中ω为角频率,τ为松弛因子,C∞表示模型在高频率时的电容,Cs表示模型在低频率时的电容,Gs表示模型在低频率时的电导;

将所述双层模型的等效总导纳与德拜模型总导纳的实部,虚部分别对应相等,可得:由上述两式可以得到德拜模型等效电路中的元器件值:

4.如权利要求1所述的基于迭代德拜模型的分层媒质等效电参数的计算方法,其特征在于,所述建立德拜模型参数与分层媒质中各层的电参数、几何参数之间的关系,计算第一层、第二层材料的等效电参数,包括:德拜模型等效介电常数和等效电导率的计算公式分别为:

其中εs为低频时的介电常数,σs为低频时的电导率,ε∞为高频处的介电常数,ω为角频率,τ为松弛因子;

德拜模型中的参数与材料参数之间的关系如下:

将四个参数代入εeff和σeff的表达式,可得到双层模型的等效电参数,即等效介电常数εreff(12)(ω)和等效电导率σeff(12)(ω)。

5.如权利要求1所述的基于迭代德拜模型的分层媒质等效电参数的计算方法,其特征在于,所述的利用计算出的等效电参数,将第一层、第二层材料等效为一层电参数已知的材料,将分层媒质的第三层材料等效为第二层材料,以此构成新的双层模型来计算第一层至第三层材料的等效电参数,包括:第一层至第三层材料的相对介电常数分别为:εr1,εr2,εr3,,电导率分别为:σ1,σ2,σ3,厚度分别为d1,d2,d3,水平方向表面积分别为A1,A2,A3;

第一层至第三层材料的具体参数为:

Y3=G3+jωC3

其中A1=A2,以及:

为第一层和第二层构成的新材料的等效电路元器件值,而

为第三层材料的等效电路元器件值;则:

其中εreff(12)s,σeff(12)s分别所述的双层模型在低频时的介电常数和电导率,εreff(12)∞,σeff(12)∞分别所述的双层模型在高频时的介电常数和电导率,dtotal=d1+d2+d3;将这些参数代入等效介电常数和等效电导率公式即可获得三层结构模型在整个频带内的等效电参数。