一种名为 HARVEST 的无线地下土壤健康监测平台。该系统采用无源、无芯片的射频反向散射技术，结合钉状传感探头与地面三重开口环谐振器天线，通过无人机进行远程读取。HARVEST 能够监测地下土壤的体积含水量（VWC）和电导率（EC），无需电池供电，成本低廉且易于规模化部署。研究通过电磁仿真、实验室测试及田间全生育期验证，证明了该平台在 1.8 米高度下的可靠读取能力及对土壤参数的敏感性。系统具备自校准和抗干扰能力，适用于精准农业的大面积土壤监测。
DOI: 10.1038/s41467-025-67889-w
监测大面积农业区域的地下土壤状况对于优化资源利用和支持可持续作物生产至关重要。然而，大多数现有传感系统依赖电池供电的电子设备，成本高昂、需要维护且难以规模化部署。为解决这些局限性，我们提出了 HARVEST（Hybrid Antenna for Radio frequency-enhanced Volumetric water content and Electrical conductivity-based Soil Tracking，基于射频增强的体积含水量和电导率土壤跟踪混合天线系统）——一种低成本无线平台，无需机载电子设备。HARVEST 采用钉状传感探头，与地面上方的三环天线进行物理和电气耦合，在减少信号损耗的同时，保持对地下土壤变化的敏感性。土壤含水量和盐度的变化会改变埋地探头的电气特性，导致天线谐振响应偏移，该偏移可通过空中读取器进行无线检测。该系统通过电磁仿真进行优化，并通过实验室实验和全生育期田间部署验证有效性。HARVEST 能够通过无人机在高达 1.8 米的高度进行读取，实现对地下土壤含水量和电导率的可靠检测。该平台为地下土壤实时监测提供了可扩展、免维护的解决方案，推动了下一代精准农业技术的发展。
在过去六十年中，全球农业取得了显著进步，谷物产量几乎增长了三倍，而耕地面积仅适度增加了 37%。这一增长满足了快速增长的人口需求。然而，预计到 2050 年全球人口将达到 97 亿，粮食产量需增加约 70% 才能满足需求。传统农业实践越来越难以满足需求，且已导致广泛的土地和水资源退化。这一趋势凸显了对资源高效和生态可持续农业策略的迫切需求。
实现可持续集约化农业的核心挑战在于土壤特性的高时空变异性，这显著影响了投入效率。克服这些局限性需要高分辨率的土壤监测，以支持靶向资源投放并最大限度减少环境浪费。
精准农业通过整合传感技术、数据分析和自动化技术来优化投入施用。无人机（UAV）、遥感平台等工具已实现了特定区域管理策略。研究表明，与传统方法相比，仅传感器辅助灌溉就能减少 40% 以上的用水量。然而，大多数商业系统仍依赖电池供电的电子设备和昂贵的无线模块，由于成本高、功耗需求大且需要维护，限制了其大规模部署。
原位土壤传感器在监测关键地下参数方面具有特别大的潜力。然而，诸如 Decagon 5TE® 和 Sentek Drill & Drop® 等商用产品由于依赖有源电路且空间覆盖有限，仍然成本高昂且难以规模化部署。因此，许多农田的传感器部署稀疏，导致数据质量下降，影响精准决策。
为填补这一空白，我们团队此前提出了一种无源、无芯片射频反向散射传感器，由短路偶极子和曲折线谐振器组成，完全埋在土壤表面下以监测体积含水量。尽管该方法显示出潜力，但地下部署导致了显著的射频衰减，需要近距离探测和严格的角度对准，这些因素限制了其在无人机读取或规模化部署中的实用性。
在本研究中，我们提出了 HARVEST——一种无源、无芯片射频反向散射平台，用于地下土壤健康监测，该平台结合了解耦的传感 - 天线架构和简化的无芯片设计。通过省去集成电子设备并最大限度降低组装复杂度，HARVEST 实现了低成本制造、可靠的无人机探测，以及无需电池和维护的广域部署。
我们将 HARVEST 的圆形开口环谐振器设计为适用于低超高频（UHF）工作模式且具有旋转对称性，当无人机载读取器直接悬停在传感器上方时，能够实现与方向无关的通信。钉状传感探头便于插入土壤并确保传感器与土壤的稳定接触，而高架开口环谐振器天线则保证了可靠的信号传输。我们通过全波电磁仿真优化了该系统，并在实验室和田间环境中验证了其性能。
HARVEST 平台整合了两个核心组件：嵌入土壤中的钉状传感探头（用于监测地下土壤体积含水量和电导率），以及位于地面上方的圆形三重开口环谐振器天线（用于实现无源无线数据通信）（图 1a）。每个探头均采用印刷电路板（PCB）制造，包含两个针对特定传感功能设计的平行电极。
Fig. 1 | HARVEST 无线地下土壤监测集成平台。
电导率探头的下部未钝化，与土壤直接接触。这种配置允许探头与土壤中的离子相互作用，离子电导率的变化会调节表面行波的耗散，进而导致电极间的有效并联电阻发生偏移。相比之下，体积含水量探头完全钝化，避免了直接的离子接触，使周围土壤的介电特性能够影响电极间的电容。这一设计实现了将含水量相关的介电变化可靠转换为可测量的电响应。系统中还集成了第三个无电极参考探头，用作机械稳定器并为信号参考提供环境基线。
三个探头分别通过印刷电路板卡缘连接器与对应的开口环谐振器电气连接：最大的开口环谐振器连接电导率探头，中间的连接体积含水量探头，最小的连接参考探头。地下土壤环境的变化会导致开口环谐振器天线的反射系数谱（S₁₁）偏移，通过分析该偏移可提取体积含水量和电导率值。
对于体积含水量监测，土壤含水量的变化会改变探头周围的有效介电常数，进而调节开口环谐振器电路的电容 C。这导致谐振频率偏移，遵循以下公式：
其中，L 为电感，C 为体积含水量 - 开口环谐振器系统的有效电容。随着土壤含水量增加，C 增大，导致谐振频率降低。
对于电导率监测，离子电导率的变化会影响有效并联电阻 Rₑff，进而调节谐振品质因数 Q，其计算公式为：
电导率越高，Rₑff 越小，品质因数越低，导致 S₁₁谱中的谐振峰更宽、更平缓。为减轻无人机高度、天线对准偏差和土壤异质性等环境和几何因素引起的信号变异性，HARVEST 采用了比率参考策略：体积含水量通过计算体积含水量开口环谐振器与参考开口环谐振器之间的频率差提取，而电导率则通过电导率开口环谐振器与参考开口环谐振器之间的振幅比确定。
无线探测由无人机载射频读取器完成，该读取器包括双极化宽带天线、纳米矢量网络分析仪（NanoVNA）和机载微控制器单元（MCU）。工作时，无人机悬停在每个传感器上方，通过纳米矢量网络分析仪启动频率扫描。传感器的 S₁₁响应呈现三个不同的谐振峰，分别对应三个开口环谐振器：第一个峰通过振幅反映电导率监测结果，第二个峰通过频率偏移捕捉体积含水量监测结果，第三个峰提供稳定参考。
为抑制环境射频噪声和多径效应，无人机系统首先在附近无传感器区域采集背景谱（S₁₁^ 背景），并从传感器上方记录的谱（S₁₁^ 传感器）中减去该背景谱，得到校准信号：
随后，使用 Savitzky-Golay 滤波器对所得谱进行平滑处理，在减少噪声的同时保留峰特征，提高信号保真度。所有信号处理均在无人机上实时进行：微控制器单元提取相关谐振特征，并利用实验室表征获得的校准曲线将其转换为体积含水量和电导率值。传感器的位置和时间戳被附加到数据中，然后通过机载 Wi-Fi 模块无线上传至安全的云服务器。
HARVEST 平台的无线通信接口旨在将土壤参数编码到无源、无电池天线系统的频谱响应中。为实现多参数监测，天线设计包含三个不同的谐振器：两个用于地下土壤体积含水量和电导率监测，一个用作内部校准和环境噪声补偿的参考。确保这些谐振峰之间足够的频谱分离对于避免重叠和实现准确的信号解码至关重要。因此，天线系统的工作带宽设定在 600-1200 MHz 之间，目标峰间分离为 150-200 MHz。该范围是根据应用特定约束和物理设计考虑选择的：915 MHz 中心频率属于全球公认的工业、科学和医疗（ISM）频段。
天线设计还优先考虑角度独立性，以适应无人机探测几何结构的变异性。使用线性偶极子谐振器的初步评估显示出显著的角度敏感性。为克服这一限制，我们开发了圆形双缝开口环谐振器配置，具有更强的磁场耦合和旋转不敏感性。
基于这些结果，我们设计了一种由三个不同半径的同心开口环谐振器组成的复合天线结构，能够在指定的 600-1200 MHz 频段内同时检测电导率、体积含水量和稳定参考信号。这种多谐振三重开口环谐振器天线在谐振器之间具有强隔离性、最小的频谱串扰，并且当读取器对准传感器上方时，在不同读取器旋转角度下具有稳健的反向散射性能。
为确保即使在茂密玉米冠层（高达 1.8 米）下也能实现远距离通信，天线设计具有高方向性。最终天线组件的感应表面磁场、电流分布和定向辐射图如图补充材料图 1 所示。无人机载探测仪的工作功率约为 10 dBm，远低于美国联邦通信委员会（FCC）规定的 30 dBm 限值，确保安全、低干扰运行。
Supplementary Fig. 1| 三重开口环谐振器（SRR）天线的电磁仿真
为确定三重开口环谐振器天线的最佳配置，我们进行了系统的参数分析：首先选择半径为 4 厘米的开口环谐振器作为基准参考谐振器，其主谐振频率为 1150 MHz；随后，将相邻开口环谐振器之间的间距从 0.2 厘米变化至 1.2 厘米，评估其对谐振行为的影响，并确定其余两个开口环谐振器的理想半径。仿真结果表明，增加谐振器间间距会出现三个不同的谐振峰。在间距为 0.8 厘米时，谐振峰之间的分离达到理想配置。该配置在确保准确传感所需的足够频谱隔离的同时，保持了紧凑的天线尺寸。
首先，通过系统仿真分析钉状传感探头设计，优化电极配置以最大化对周围土壤介电变化的敏感性。在从干燥到湿润的不同土壤条件下的仿真表明，宽度为 10 毫米、间隙为 8 毫米的电极始终观察到最大的电阻抗相对变化，因此该几何结构被确定为最有效地高灵敏度捕捉土壤含水量动态的设计。
接下来，为评估集成混合探头 - 天线传感器的性能，我们系统分析了将钉状探头连接到三重开口环谐振器天线的效果。将无电极参考探头连接到最小谐振器对谐振谱没有可测量的影响；将体积含水量探头连接到中间开口环谐振器导致其谐振频率降低约 3%，而其他两个峰保持不变；将电导率探头耦合到最大开口环谐振器导致对应峰的谐振频率偏移约 1%。
为进一步表征 HARVEST 对土壤条件的传感响应，我们使用壤土模型进行仿真，评估其对体积含水量和电导率变化的敏感性。体积含水量探头需要电气钝化，以实现电容耦合，同时防止电极与土壤之间的离子传导。研究发现，50 微米厚的钝化层实现了最佳平衡 —— 对土壤介电特性变化具有高敏感性、稳健的电气绝缘，且可通过刮刀涂布印刷电路板阻焊剂等可扩展的增材技术实际制造。
通过仿真不同土壤条件下反向散射信号 S₁₁的频谱特性变化，分析了 HARVEST 传感器嵌入土壤后的效果：当传感器放置在土壤模型中时，接收信号的 | S₁₁| 值降低约 1 dB，这归因于土壤介质中的介电损耗。
为评估对体积含水量的敏感性，我们在保持电导率恒定的情况下，将土壤体积含水量从 0% 以 5% 的增量增加至 25% 进行仿真。结果显示，与体积含水量传感探头相关的中间谐振峰，每增加 5% 的土壤体积含水量，谐振频率下移 5.7%，|S₁₁| 振幅降低约 45%。相比之下，对应电导率和参考谐振器的其他两个峰保持稳定。
为评估对土壤电导率的敏感性，我们进行了另一组仿真：保持体积含水量恒定在 5%，将电导率以 0.2 dS/m 的步长从 0.01 变化至 0.8 dS/m。结果表明，与电导率传感器相关的第一个谐振峰，每增加一个电导率增量，|S₁₁| 值降低约 33%，而其谐振频率基本保持不变。
这些结果证实，HARVEST 的多谐振器设计能够实现对体积含水量和电导率的选择性和独立监测。该平台表现出的线性敏感性约为：体积含水量每变化 1%，频率偏移 7.32 MHz；电导率每变化 1 dS/m，振幅变化 4.32 dB。
为评估 HARVEST 平台使用便携式无人机载探测系统的实际读取范围和田间部署可行性，我们进行了仿真和实验室控制实验。这些研究采用了两种天线：标准高增益喇叭读取器天线（HRA）和定制开发的便携式读取器天线（PRA）。
首先进行仿真，将读取器天线与 HARVEST 传感器之间的距离从 60 厘米以 30 厘米的增量变化至 180 厘米。选择 60 厘米的下限是为了超过三重开口环谐振器天线的 58 厘米远场极限，确保有意义的远场分析。土壤模型的体积含水量保持恒定在 5%。如图 4a 所示，三个开口环谐振器的谐振频率位置在所有距离下均保持稳定。然而，随着距离增加，峰振幅逐渐降低。
随后，我们通过实验验证了这些仿真结果。在实验室中，使用高增益喇叭读取器天线和便携式读取器天线对 HARVEST 平台进行的 S₁₁频谱测量结果与仿真输出密切匹配。重要的是，在所有情况下，直到 180 厘米的距离，接收信号仍保持在系统的 -2.5 dB 噪声阈值以上，证实了平台在实际无人机高度下的有效无线读取能力。
为应对田间环境变异性，我们实施了两种互补的信号稳定策略：首先，集成自校准参考谐振器；其次，涉及差分背景减法和频谱滤波。每次无人机传感操作包括两次连续测量 —— 无人机载射频读取器悬停在田间空旷区域记录背景谱，然后重新定位到传感器正上方记录包含传感器的谱。随后，使用公式通过从包含传感器的测量值中减去背景谱，获得校准后的 S₁₁响应。该减法技术有效消除了特定位置的反射伪影，并分离出传感器的实际谐振响应。
在确定传感器的读取范围并验证其原位校准能力后，有必要确定相邻 HARVEST 平台之间所需的最小分离距离，以避免无线探测过程中的电磁串扰。当两个 HARVEST 单元放置在 0-1 米范围内时，观察到显著的频谱失真和峰展宽；然而，当横向间距达到 2 米或更大时，谐振峰恢复尖锐，品质因数稳定。这些结果表明，HARVEST 传感器之间的最小间距为 2 米，以确保电磁隔离。
为验证 HARVEST 平台在实际田间条件下的长期性能、耐用性和农艺适用性，我们在活跃玉米田部署了完整的无线传感器网络，并在整个作物生长周期内运行。目标是评估系统在动态环境和农业条件下对地下土壤体积含水量和电导率进行连续、免维护监测的能力。
定制读取单元安装在大疆御系列（DJI Mavic-series）无人机上：该设置包括固定在无人机起落架之间下方的便携式读取器天线，以及连接到纳米矢量网络分析仪的微控制器。田间数据采集期间，无人机在每个 HARVEST 单元上方垂直悬停约 5 秒进行测量，确保稳定的视距（LOS）通信通道。
在普渡大学农业研究与教育中心（ACRE）的一片活跃玉米田中，四个 HARVEST 单元以 10 米的间距部署。选择该间距是为了反映农田的异质性，并确保不同微环境的空间分辨测量。每个单元的钉状传感探头垂直插入地下土壤，三重开口环谐振器天线暴露在地面上方，用于无线探测。
田间部署覆盖了作物生长周期的大部分时间，从早期营养生长阶段（VE）持续到生殖生长阶段（R1）。在此期间，在传感器位置 1 采集的反向散射信号谱显示，随着冠层增厚，噪声水平增加。尽管如此，三个谐振峰仍然可区分，表明 HARVEST 的读取能力足以支持直至 R1 阶段的可靠土壤监测。
为验证传感器准确性，我们将 HARVEST 系统的田间土壤体积含水量和电导率数据与使用商用 TEROS-12 传感器和有线数据记录仪采集的地面实测数据进行了基准对比。从 VE 到 V7 阶段，位置 1 和 4 的体积含水量稳定在 20 ± 2% 左右，而位置 2 和 3 则先下降 4%，随后急剧上升，表明局部干旱和再水化过程。定量来看，HARVEST 测量结果与地面实测数据吻合良好：在整个监测期间，体积含水量和电导率的偏差分别保持在 2.42 ± 1.86% 和 3.12 ± 1.32% 以内。
尽管四个 HARVEST 传感器单元仅相距 10 米，但它们捕获了地下土壤体积含水量和电导率高达 35% 的变异性，凸显了精准农业中高分辨率、空间分布式土壤传感的关键需求。在基于无人机的田间测量过程中，HARVEST 表现出偏振不敏感响应：无论无人机载读取器的入射波偏振如何，三重开口环谐振器天线始终对体积含水量和电导率的变化呈现清晰可区分的谐振响应。
该系统还能够克服潜在的安装相关伪影，特别是钉状探头与土壤基质之间的气隙。实验表征表明，在埋置过程中手动压实土壤或允许自然降雨使土壤在钉状探头周围沉降，均可有效消除气隙。这种自校正行为实现了稳定一致的长期测量。
监测地下土壤体积含水量和电导率对于评估决定植物吸水、养分运输和盐胁迫的根区条件至关重要。在现有技术中，无源无线传感（尤其是基于 RFID 的系统）为无需嵌入式电子设备或电池的可扩展、低成本分布式土壤监测提供了有前景的途径。
为解决这些局限性，无芯片 RFID 技术省去了专用集成电路，而是通过标签电磁响应的固有变化编码传感信息。对此，本研究提出了 HARVEST：一种完全无源、无芯片的无线传感平台，专为稳健的多参数地下土壤监测设计。
该传感器对体积含水量的敏感性约为 9.45 MHz/%，对电导率的敏感性约为 4.32 dB/dS・m⁻¹，与商用土壤探头和先前报道的基于 RFID 的解决方案相当或更优。至关重要的是，这种传感能力是通过完全无源、无芯片设计实现的，估计单位成本为 1-3 美元，相比传统有源或基于 RFID 的探头显著降低了成本。
分离式传感器 - 天线布局实现了从地面上方高达 1.8 米的可靠无线读取，而传感探头仍埋在根区深度。尽管采用顺序探测方案，但扫描时间与无人机工作流程兼容：例如，1 英亩（约 4000 平方米）的田地，部署约 63 个间距为 10 米的 HARVEST 单元，可在约 13 分钟内完成全面扫描。
重要的是，本研究涵盖了从谐振器级电磁设计到田间规模验证的全范围。HARVEST 系统在整个玉米作物物候期内部署，实现了高分辨率的体积含水量和电导率时空测绘。即使在植被冠层增加和土壤条件变化的情况下，平台的稳健性也得到了证实。
尽管如此，仍存在一些局限性和实际考虑因素：首先，无人机探测需要与地面上方天线精确垂直对准；其次，风或雨等天气条件会干扰无人机稳定性并影响测量一致性；第三，在异质性土壤中的长期部署可能导致探头污染、退化或随时间失谐。
为应对这些挑战，可设想多项未来改进：通过自适应飞行路径控制和实时反馈进行对准校正；通过超疏水涂层、简化几何结构和稳健封装，可提高材料耐用性；通过探索低损耗基板、多层架构和更高品质因数结构，可进一步优化谐振器性能。除技术改进外，HARVEST 可扩展至多模态传感、波束成形和频分复用，以支持更密集的部署。HARVEST 生成的数据还可集成到变量施肥农业平台中，实现精准灌溉或养分施用等实时干预。总之，HARVEST 提供了一种可扩展、超低成本且无芯片的无线土壤监测平台，能够实现稳健的双参数传感。
HARVEST 传感器整合了三个钉状传感探头和一个圆形三重开口环谐振器天线，用于无线监测土壤电导率和体积含水量。天线由三个同心、等间距的圆形开口环谐振器组成，制造在圆形 FR-4 印刷电路板基板上（介电常数 εᵣ=4.25，损耗角正切 tanδ=0.02）。每个开口环谐振器通过在闭环环形谐振器中引入一个开口形成，在间隙处建立局部电容元件。
为优化开口环谐振器和钉状探头电极的物理尺寸及元件间间距，我们使用 ANSYS HFSS 2024 R1 及其三维有限元法（FEM）求解器进行了详细的电磁仿真。高频仿真采用 125,342 个单元的四面体网格，波导端口沿 Z 轴对齐，并位于天线上方不同高度，以模拟无人机载射频探测。
使用 ANSYS 的 Maxwell 低频求解器单独仿真钉状探头：在电极端子上施加 1V 激励电位，以评估电场分布和阻抗特性。表征后，将探头虚拟集成到天线模型中，以仿真全系统行为。
HARVEST 系统的工作频率范围设定在 600-1200 MHz（超高频频段），以最大限度减少土壤中的衰减。为分辨三个不同的谐振峰，将开口环谐振器半径参数化设置为 3-6 厘米，间距参数化设置为 0.2-1.2 厘米，并通过多次迭代仿真确定最佳值。
全系统仿真分两个阶段进行：首先在空气中，然后在分层土壤模型中。为模拟体积含水量对介电特性的影响，使用 Topp 方程将土壤体积含水量与其有效介电常数相关联。在体积含水量为 0%-25% 的范围内进行仿真，分析相应的谐振频率偏移。为模拟土壤电导率，根据已知的电导率相关性改变材料的介电损耗。仿真土壤电导率范围为 0.01-0.8 dS/m，以评估其对 | S₁₁| 的影响。
HARVEST 传感器的制造采用基于电磁仿真确定的优化几何形状的标准印刷电路板制造技术。为建立天线与钉状探头之间的连接，将印刷电路板卡缘连接器通过电镀通孔焊接到天线上。
天线设计在 FR-4 基板下方包含一个接地平面，以抑制后瓣辐射并屏蔽开口环谐振器免受土壤产生的电磁干扰。为进一步将系统与环境隔离，天线的背面涂有 500 微米厚的阻焊剂，作为钝化屏障。使用流体分配器将紫外光固化阻焊剂涂覆到互连区域，并在紫外泛光灯下固化 30 分钟，形成共形介电封装层。
为提高体积含水量测量的电容敏感性，体积含水量钉状探头的活性传感区域进一步涂覆了 50 微米厚的阻焊剂层。相比之下，电导率钉状探头的活性区域特意不覆盖，以确保与土壤的直接电接触。
为实现长期环境稳健性，三重开口环谐振器天线的顶部和底部表面均涂有 25 微米厚的聚四氟乙烯（Teflon）疏水介电层。这种疏水涂层具有双重作用：防止暴露的顶部天线迹线受到环境污染，并使底部接地平面电隔离。
将读取系统定制为紧凑、模块化、轻便且兼容无人机的单元。定制读取器模块采用模块化设计，集成了树莓派 Pico W 微控制器单元，并连接到便携式纳米矢量网络分析仪（NanoVNA-H）。纳米矢量网络分析仪是一种双端口传输和反射矢量网络分析仪，包含射频信号发生器、定向耦合器和射频接收器。
数据采集方面，纳米矢量网络分析仪与树莓派 Pico W 连接，后者负责收集反向散射信号的谐振特性，并将其无线传输至云数据库。树莓派 Pico W 提供了一种紧凑、经济高效的平台，功耗低、双核实时处理能力强，且无缝支持 MicroPython。其内置的英飞凌 CYW43439 无线芯片支持 Wi-Fi 4（802.11n）无线网络。
为验证仿真结果，在普渡大学农业研究与教育中心（ACRE）采集的土壤样本中测试了 HARVEST 传感器。采集后，将土壤研磨至颗粒均匀的质地，并分成不同部分用于体积含水量和电导率实验。首先，为测试传感器对不同体积含水量的响应而不改变土壤的天然电导率，向四部分土壤中逐步添加不同体积的去离子水并充分混合。另一方面，为评估传感器在不同电导率下的性能，通过将盐混合物溶解在去离子水中，制备盐储备溶液。将这些溶液等体积添加到四等份土壤中，并充分混合以确保盐分布均匀。
在暗室中进行初始测量，以在最小电磁干扰和最佳回声抑制条件下评估 HARVEST 传感器的性能。该设置有助于更准确地比较仿真结果与所提出传感器的实验室表征结果。首先使用 ETS Lindgren 3164-10 四脊双极化喇叭天线和是德科技 E5072A 矢量网络分析仪测试所提出的土壤传感器的性能。实验期间，将传感器放置在土壤容器中，使钉状探头完全埋入土壤，三重开口环谐振器天线面向喇叭天线。为确定所提出传感器的最大读取距离，将喇叭天线放置在 ETS Lindgren 线性滑块上，该滑块能够从原始位置线性移动至 200 厘米。
为评估无线无源土壤传感器在实际环境中的敏感性，将传感器部署在普渡大学农业研究与教育中心（ACRE）玉米田内的四个预定位置。部署传感器前，使用 TEROS12 传感器测量土壤体积含水量和电导率值，建立地面实测基线数据。然后将传感器插入土壤，确保钉状探头完全埋入，同时天线朝上。将便携式天线通过固定在其起落架之间的方式安装在无人机底部，连接到天线并封装在丙烯酸盒中的微控制器单元和纳米矢量网络分析仪放置在无人机顶部，以减少湍流引起的噪声。无人机载读取器在四个位置的每个传感器上方飞行，平均持续 10 秒，并记录每个传感器的反射特性。在整个玉米作物生长周期的大部分时间内采集该数据，以确保无线无源土壤传感器的一致性、可靠性，并强调其实际适用性。
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