本發(fā)明涉及一種毫米波頻段上液體電磁參數(shù)測量方法、系統(tǒng)及裝置，屬于微波射頻。

背景技術(shù)：

1、在眾多應(yīng)用場合中，準(zhǔn)確獲取液體材料在特定工作頻段內(nèi)的電磁參數(shù)至關(guān)重要，例如近年來，隨著數(shù)據(jù)中心、高性能計算(hpc)、邊緣計算以及人工智能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，浸沒液冷技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。在此類場景下，所有計算硬件系統(tǒng)被完全浸入到冷卻液中以實現(xiàn)高效散熱。

2、常用的冷卻液包括氟化物和合成油等，它們與空氣相比具有不同的電磁特性，這可能會顯著影響高速互連組件(如插槽、連接器等)的電氣性能。冷卻液較高的介電常數(shù)會導(dǎo)致組件阻抗下降，插入損耗增加，并且諧振頻率降低，從而對高速鏈路性能產(chǎn)生不利影響。因此，在微波頻段，期望冷卻液具備較低的介電常數(shù)(即dk值，約為2)和介質(zhì)損耗角正切(又稱為耗散因子，df值，小于0.02)，以確保系統(tǒng)的最佳運(yùn)行狀態(tài)。

3、目前，對于毫米波頻段內(nèi)液體電磁參數(shù)的測量方法主要包括諧振器法、開放端同軸探針法以及自由空間法等，然而，諧振器法雖然適用于部分毫米波頻率下的電磁參數(shù)測試，但其結(jié)構(gòu)限制了測試頻率向更高毫米波頻率的擴(kuò)展；開放端同軸探針法涵蓋了最高到50ghz的頻段，但對于低介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗角正切的液體，如冷卻液，則不太適用。此外，現(xiàn)有文獻(xiàn)中提到的自由空間技術(shù)方案也未能充分滿足毫米波頻段內(nèi)高精度液體電磁參數(shù)測量的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種毫米波頻段上液體電磁參數(shù)測量方法、系統(tǒng)及裝置，解決了背景技術(shù)中披露的問題。

2、根據(jù)本公開的一個方面，提供一種毫米波頻段上液體電磁參數(shù)測量方法，包括：

3、獲取第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和相位；其中，第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線根據(jù)時域窗內(nèi)的第一傳輸系數(shù)s21時域曲線轉(zhuǎn)換獲得，第一傳輸系數(shù)s21時域曲線為毫米波經(jīng)過第一路徑傳播的傳輸系數(shù)s21時域曲線；在第一路徑中，發(fā)射部發(fā)射的毫米波穿透預(yù)設(shè)深度h1的待測液體后在反射部反射，反射的毫米波穿透待測液體后至接收部；

4、獲取第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和相位；其中，第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線根據(jù)時域窗內(nèi)的第二傳輸系數(shù)s21時域曲線轉(zhuǎn)換獲得，第二傳輸系數(shù)s21時域曲線為毫米波經(jīng)過第二路徑傳播的傳輸系數(shù)s21時域曲線；在第二路徑中，發(fā)射部發(fā)射的毫米波穿透預(yù)設(shè)深度h2的待測液體后在反射部反射，反射的毫米波穿透待測液體后至接收部；

5、根據(jù)第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的相位和第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的相位，計算預(yù)設(shè)深度的待測液體在各頻點上的dk值；

6、根據(jù)預(yù)設(shè)深度的待測液體在各頻點上的dk值、第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度，計算預(yù)設(shè)深度的待測液體在各頻點上的df值。

7、進(jìn)一步的，計算待測液體在各頻點上的dk值，公式為：

8、

9、式中，為待測液體在第i個頻點上的dk值，分別為第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中第i個頻點的相位和第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中第i個頻點的相位，c為毫米波在真空中的速度，f為發(fā)射毫米波的頻率，δh＝h2-h1為待測液體深度差。

10、進(jìn)一步的，計算待測液體在各頻點上的df值，公式為：

11、

12、式中，為待測液體在第i個頻點上的dk值，dfi為待測液體在第i個頻點上的df值，f為發(fā)射毫米波的頻率，μ0、ε0分別為真空中的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，α為待測液體的衰減常數(shù)，為第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中第i個頻點的幅度，為第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中第i個頻點的幅度，δh＝h2-h1為待測液體深度差。

13、進(jìn)一步的，第一傳輸系數(shù)s21時域曲線和第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線的時域峰為時域窗的中心時間，時域窗的寬度應(yīng)遠(yuǎn)小于2δt；其中，δt為時域峰和待測液體表面反射毫米波之間的時間差。

14、進(jìn)一步的，所述方法還包括：多次調(diào)整預(yù)設(shè)深度h1和h2，獲得不同深度對應(yīng)的dk值和df值，將所有dk值的平均值作為待測液體在各頻點上的最終dk值，將所有df值的平均值作為待測液體在各頻點上的最終df值。

15、根據(jù)本公開的另一個方面，提供一種毫米波頻段上液體電磁參數(shù)測量系統(tǒng)，包括：

16、第一獲取模塊，獲取第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和相位；其中，第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線根據(jù)時域窗內(nèi)的第一傳輸系數(shù)s21時域曲線轉(zhuǎn)換獲得，第一傳輸系數(shù)s21時域曲線為毫米波經(jīng)過第一路徑傳播的傳輸系數(shù)s21時域曲線；在第一路徑中，發(fā)射部發(fā)射的毫米波穿透預(yù)設(shè)深度h1的待測液體后在反射部反射，反射的毫米波穿透待測液體后至接收部；

17、第二獲取模塊，獲取第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和相位；其中，第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線根據(jù)時域窗內(nèi)的第二傳輸系數(shù)s21時域曲線轉(zhuǎn)換獲得，第二傳輸系數(shù)s21時域曲線為毫米波經(jīng)過第二路徑傳播的傳輸系數(shù)s21時域曲線；在第二路徑中，發(fā)射部發(fā)射的毫米波穿透預(yù)設(shè)深度h2的待測液體后在反射部反射，反射的毫米波穿透待測液體后至接收部；

18、dk值計算模塊，根據(jù)第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的相位和第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的相位，計算預(yù)設(shè)深度的待測液體在各頻點上的dk值；

19、df值計算模塊，根據(jù)待測液體在各頻點上的dk值、第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度，計算待測液體在各頻點上的df值。

20、進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括求平均模塊，求平均模塊被配置為：多次調(diào)整預(yù)設(shè)深度h1和h2，獲得不同深度對應(yīng)的dk值和df值，將所有dk值的平均值作為待測液體在各頻點上的最終dk值，將所有df值的平均值作為待測液體在各頻點上的最終df值。

21、根據(jù)本公開的另一個方面，提供一種毫米波頻段上液體電磁參數(shù)測量裝置，包括計算終端、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、發(fā)射天線、接收天線和盛液容器；

22、盛液容器內(nèi)部底面為反射面；

23、發(fā)射天線和接收天線位于盛液容器開口上方的遠(yuǎn)場位置，并且發(fā)射天線的發(fā)射端和接收天線的接收端朝向盛液容器開口；

24、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀控制發(fā)射天線發(fā)射毫米波、控制接收天線接收反射的毫米波，并根據(jù)發(fā)射毫米波和反射的毫米波，獲得第一傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和相位、以及第二傳輸系數(shù)s21頻域曲線中各頻點的幅度和相位；

25、計算終端采用毫米波頻段上液體電磁參數(shù)測量方法，測量毫米波頻段上液體電磁參數(shù)。

26、本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明采用時域窗的方式抑制液體表面反射波帶來的干擾，獲取毫米波經(jīng)過不同深度液體時的傳輸系數(shù)s21時域曲線，將時域曲線轉(zhuǎn)換為頻域曲線，獲得各頻點的幅度和相位，根據(jù)幅度和相位測量毫米波頻段上液體的電磁參數(shù)，這種測量方法無需復(fù)雜的校準(zhǔn)過程，能夠適用于dk值小于12的液體，同時也能處理極低的df值(千分之一以下)液體，可實現(xiàn)對冷卻液和其他相關(guān)液體材料在毫米波頻段內(nèi)電磁參數(shù)的精確測量。