ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №3

УДК: 537.86; 631.432.2; 528.88

Функция распределения

времен диэлектрических релаксаций

в мерзлой и талой органоминеральной почве

в диапазоне частот от 10 МГц до 15 ГГц

А.Ю. Каравайский, Ю.И. Лукин

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН
– обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН,

660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50, стр. 38

Статья поступила в редакцию 17 февраля 2026 г.

Аннотация. Метод восстановления функции распределения времен релаксаций применен для анализа спектров комплексной диэлектрической проницаемости влажной органоминеральной почвы Красноярской лесостепи в диапазоне частот электромагнитного поля от 10 МГц до 15 ГГц при температурах от –30 до +25 °C в процессе нагревания. Показано, что для данного типа почвы функция распределения имеет квазидискретный вид. В рассматриваемом диапазоне частот идентифицировано до шести релаксационных процессов диэлектрической поляризации в почве: доминирующая низкочастотная межфазная поляризация Максвелла-Вагнера (30000 – 100000 пс), высокочастотный процесс, спектр которой, вероятно, включает вклады как несвязанной, так и подвижной связанной воды (6 – 50 пс), и группа процессов в связанной воде (100 – 20000 пс). Результаты демонстрируют эффективность метода восстановления функции распределения времен релаксаций для детального анализа диэлектрических свойств сложных гетерогенных систем, таких как почвы.

Ключевые слова: диэлектрическая релаксация, функция распределения времен релаксаций, комплексная диэлектрическая проницаемость, влажная почва, органоминеральная почва, поляризация Максвелла-Вагнера, связанная вода.

Финансирование: Работа выполнена в рамках научной тематики Госзадания Института Физики СО РАН.

Автор для переписки: Каравайский Андрей Юрьевич, rsdak@ksc.krasn.ru

Литература

1. Loewer M. et al. Ultra-broad-band electrical spectroscopy of soils and sediments – A combined permittivity and conductivity model // Geophysical Journal International. – 2017. – Т. 210. – №. 3. – С. 1360-1373.

2. Беляева Т.А., Бобров П.П., Кондратьева О.В. Изменение диэлектрических свойств связанной воды в почвах при увеличении ее количества // Сибирский аэрокосмический журнал. – 2013. – №. 5 (51). – С. 92-95.

3. Миронов В.Л. и др. Обобщенная рефракционная диэлектрическая модель влажных почв, учитывающая ионную релаксацию почвенной воды // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2013. – № 3(56). – C. 75-79

4. Беляева Т.А., Бобров П.П., Крошка Е.С. Влияние релаксационных процессов на комплексную диэлектрическую проницаемость почв при положительных и отрицательных температурах // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли. – 2018. – С. 77-81.

5. Lin C.P. Frequency domain versus travel time analyses of TDR waveforms for soil moisture measurements // Soil Science Society of America Journal. – 2003. – Т. 67. – №. 3. – С. 720-729.

6. Chen Y., Or D. Effects of Maxwell‐Wagner polarization on soil complex dielectric permittivity under variable temperature and electrical conductivity // Water resources research. – 2006. – Т. 42. – №. 6.

7. Bobrov P.P. et al. The effect of dielectric relaxation processes on the complex dielectric permittivity of soils at frequencies from 10 kHz to 8 GHz–Part I: Experimental // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2022. – Т. 60. – С. 1-9.

8. Bello A., Laredo E., Grimau M. Distribution of relaxation times from dielectric spectroscopy using Monte Carlo simulated annealing: Application to α−PVDF // Physical review B. – 1999. – Т. 60. – №. 18. – С. 12764.

9. Belyaev B.A., Drokin N.A., Shabanov V.F. Reconstruction of the distribution function of relaxation times for 7CB and 7OCB liquid crystals from dielectric spectra // Physics of the Solid State. – 2006. – Т. 48. – №. 5. – С. 973-978.

10. Zasetsky A.Y., Buchner R. Quasi-linear least squares and computer code for numerical evaluation of relaxation timedistribution from broadband dielectric spectra // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2010. – Т. 23. – №. 2. – С. 025903.

11. Macutkevic J., Banys J., Matulis A. Determination of the distribution of the relaxation times from dielectric spectra // Nonlinear analysis: modelling and control. – 2004. – Т. 9. – №. 1. – С. 75-88.

12. Лукин Ю.И., Каравайский А.Ю. Функция распределения времен диэлектрических релаксаций в минеральной среднеглинистой почве // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 11.

13. Каравайский А.Ю., Лукин Ю.И. Влияние органического вещества и влажности на пересечение спектров диэлектрической проницаемости почв // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 4.

14. Hasted J.B. Aqueous dielectrics. // Chapman and Hall, 1973.

15. Mironov V.L. et al. A dielectric model of thawed and frozen Arctic soils considering frequency, temperature, texture and dry density // International journal of remote sensing. – 2020. – Т. 41. – №. 10. – С. 3845-3865.

Для цитирования:

Каравайский А.Ю., Лукин Ю.И. Функция распределения времен диэлектрических релаксаций в мерзлой и талой органоминеральной почве в диапазоне частот от 10 МГц до 15 ГГц // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – №. 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.3.6