利用天线阻抗估算 MIST 全球 21 cm 实验的土壤电学参数

试图探测早期宇宙全球 $21$~cm 信号的射电实验对其环境的电学特性极为敏感。对于天线置于土壤上方的地面实验而言,关键在于刻画土壤对天空观测的影响。这一刻画需要在与观测相同的频段内估算土壤的电导率与相对介电常数。本文介绍了我们利用架设于地表上方的天线阻抗来估算土壤电导率与相对介电常数的初步尝试。在该技术中,用于土壤表征的天线与用于天空观测的天线为同一根天线。为演示该技术,我们采用了 MIST 全球 $21$~cm 实验的天线。我们在智利大康塞普西翁地区的三个地点测量了天线阻抗。测量在 $25$ 至 $125$~MHz 频段内进行,与 MIST 进行天空观测的频段一致。土壤参数通过将阻抗测量结果与天线及土壤的电磁仿真拟合得到。在这一初步工作中,土壤被建模为均匀介质。三个地点的电导率介于 $0.007$ 至 $0.049$~Sm$^{-1}$ 之间,相对介电常数介于 $1.6$ 至 $12.7$ 之间。除一处例外,估算值在 $68\%$ 置信度下的百分精度均优于(低于) $33\%$。在整个频段内,最佳拟合仿真与测量的电阻和电抗峰值相对偏差优于 $10\%$。对 MIST 而言,这些结果成功验证了利用天线阻抗进行土壤表征的概念,并有望在未来的实施中得到显著改进。