基于復(fù)合介質(zhì)單位體積電場能量守恒，得到了復(fù)合介質(zhì)的有效介電常數(shù)，以文獻(xiàn)給出的有效介電常數(shù)模型為基準(zhǔn)，驗(yàn)證了文中結(jié)果的有效性。結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)，研究了降雨及沙塵暴的有效介電常數(shù)，結(jié)果表明：降雨的有效介電常數(shù)隨溫度敏感的變化，當(dāng)能見度較大時(shí)，沙塵暴有效介電常數(shù)的變化可以忽略；算法簡單明了，為研究其他復(fù)雜介質(zhì)的電磁波傳播做了有益的探索。

　　密度均勻的電介質(zhì)是一種理想的的介質(zhì)，自然界中實(shí)際遇到的電介質(zhì)一般為粒子的混合體，這些混合粒子具有不同的介電特性，在遙感、電波傳播等領(lǐng)域，人們渴望將粒子組成的混合體看成各向同性的均勻介質(zhì)，這一均勻介質(zhì)可以用有效介電常數(shù)描述。利用這一方法許多不均勻介質(zhì)的電磁特性受到學(xué)者的普遍關(guān)注，如雪、冰晶、沙塵暴、雨滴、霧霾和森林等。其中降雨是這些混合體的一種重要表現(xiàn)，雨滴使得混合體的介電特性隨其相對體積敏感的變化，這是由于雨滴的介電常數(shù)和其他粒子的介電常數(shù)相比有著較大的差異，從介電常數(shù)存在明顯差異的角度可以用來區(qū)別一年冰晶和多年冰晶。

　　從已知粒子的介電常數(shù)和其所占的相對體積出發(fā)，有關(guān)學(xué)者提出了幾種有效介電常數(shù)模型，這些混合體有效介電常數(shù)模型的得出依賴于粒子內(nèi)部靜電場與照射電場的關(guān)系，為了簡單起見，通常認(rèn)為粒子在形體上呈現(xiàn)為均勻各向同性介質(zhì)球或均勻各向同性介質(zhì)橢球。如果將有效介電常數(shù)應(yīng)用于電磁波傳播研究，通常認(rèn)為粒子的半徑遠(yuǎn)小于電磁波的波長，滿足準(zhǔn)靜態(tài)近似條件。在低頻段或滿足準(zhǔn)靜態(tài)近似的條件下，已有的這些有效介電常數(shù)模型用于電磁波的傳播、散射等十分有效；近年來各向異性介質(zhì)如磁化等離子體等的電磁波傳播與散射已受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，假定粒子為各向同性介質(zhì)的有效介電常數(shù)模型不再適應(yīng)。

　　本文在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從電場的能量守恒出發(fā)，得出了混合體的有效介電常數(shù)公式；首先給出了任意均勻介質(zhì)球內(nèi)外電場的能量，結(jié)合粒子的尺寸分布得到了單位體積混合體的總能量。其次，從能量守恒出發(fā)，得到了混合體的有效介電常數(shù)模型，驗(yàn)證了該模型的有效性。最后給出了幾種典型粒子如雨滴、沙塵暴等的有效介電常數(shù)的數(shù)值結(jié)果，并從物理理論上分析了結(jié)果的物理機(jī)制。所用方法不僅適用于研究各向同性粒子混合體的有效介電常數(shù)，還可應(yīng)用于非均勻各向異性粒子組成的混合體的有效介電常數(shù)的研究。

　　1、混合體的有效介電常數(shù)

　　假設(shè)背景介質(zhì)的介電常數(shù)為e0，懸浮粒子為球形粒子，半徑為a，介電常數(shù)為ε ，當(dāng)粒子位于勻強(qiáng)電場E0中時(shí)，粒子的內(nèi)部電場為

　　2、結(jié)論

　　基于電場的能量守恒，將自由空間中懸浮粒子視為復(fù)合均勻電介質(zhì)，得到了復(fù)合介質(zhì)的有效介電常數(shù)；以國際電訊聯(lián)盟推薦的降雨對電磁波的衰減和有關(guān)文獻(xiàn)給出的有效介電常數(shù)模型為基準(zhǔn)，驗(yàn)證了本文結(jié)果的有效性；結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)，利用本文提出的有效介電常數(shù)模型對存水構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)的有效介電常數(shù)隨溫度的變化進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：有效介電常數(shù)的實(shí)部隨溫度的升高而增大，虛部隨溫度的升高而減小，給出了溫度效應(yīng)的物理機(jī)制。對沙塵暴的有效介電常數(shù)隨能見度的變化進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，結(jié)果表明：當(dāng)能見度較大時(shí)，沙塵暴有效介電常數(shù)的變化在工程應(yīng)用上可以忽略不計(jì)；基于電場能量守恒研究復(fù)合介質(zhì)的有效介電常數(shù)，避免了基于極化強(qiáng)度矢量相等方法的復(fù)雜性，如何利用本文算法研究各向異性粒子懸浮構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)的有效介電常數(shù)是下一步要開展的工作。