一种液体电磁参数测量方法、系统及测量装置

本发明涉及一种液体电磁参数测量方法、系统及测量装置，属于微波射频。

背景技术：

1、针对固体材料，可通过测量介质的谐振频率以及谐振频率下的品质因素，计算出样本材料的介电常数，但是这种方法很难用于液体电磁参数的测量，具体是测量液体介电常数(即dk值)和耗散因子(即df值)。目前专利cn111122981a披露了一种结构合理、高灵敏度、高品质因数的用于测量液体介电常数的微波微流体传感器，该结构是利用了谐振的方法，但是每次测量只能工作在特定的频点而无法实现多频点同时测量。专利cn114675082a披露了一种用于液体介电常数检测的微波传感器，该传感器结构简单，易加工，但是装置只能够测量液体的dk值，不能完成液体的df值的准确测量。

技术实现思路

1、本发明提供了一种液体电磁参数测量方法、系统及测量装置，解决了背景技术中披露的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种液体电磁参数测量方法，包括，

4、获取第一状态下带状线的s参数曲线；其中，s参数为s11参数和s21参数、或者s22参数和s12参数，第一状态为带状线周边填充预设温度的空气，带状线的特性阻抗与测量s参数曲线装置中的测试同轴线特性阻抗不一致；

5、获取第二状态下带状线的s参数曲线；其中，第二状态为带状线周边填充预设温度的待测液体；

6、根据第一状态下带状线的s参数曲线、以及第二状态下带状线的s参数曲线，计算多谐振频点下的待测液体电磁参数。

7、根据第一状态下带状线的s参数曲线、以及第二状态下带状线的s参数曲线，计算多谐振频点下的待测液体电磁参数，包括：

8、从第二状态下带状线的s11参数或s22参数曲线中获取所有谐振频点，计算各谐振频点下的待测液体介电常数；

9、根据各谐振频点下的待测液体介电常数、第一状态下带状线的s参数曲线、以及第二状态下带状线的s参数曲线，计算各谐振频点下的待测液体耗散因子。

10、待测液体介电常数计算公式为：

11、

12、式中，fn为第n个谐振频点的频率，c为波速，l为带状线长度，εrn为第n个谐振频点下的待测液体介电常数。

13、待测液体耗散因子计算公式为：

14、

15、

16、

17、

18、式中，f为谐振频点的频率，c为波速，l为带状线长度，εr为谐振频点下的待测液体介电常数，δ为待测液体耗散因子，αd、β0均为参数，s11/22为第二状态下带状线的s11参数曲线中的s11参数或者s22参数曲线中的s22参数，s21/12为第二状态下带状线的s21参数曲线中的s21参数或者s12参数曲线中的s12参数，为第一状态下带状线的s11参数曲线中的s11参数或者s22参数曲线中的s22参数，为第一状态下带状线的s21参数曲线中的s21参数或者s12参数曲线中的s12参数，γ0为填充空气时的反射系数，εr0为空气的介电常数，k为带状线特性阻抗中的值。

19、一种液体电磁参数测量系统，包括，

20、第一获取模块，获取第一状态下带状线的s参数曲线；其中，s参数为s11参数和s21参数、或者s22参数和s12参数，第一状态为带状线周边填充预设温度的空气，带状线的特性阻抗与测量s参数曲线装置中的测试同轴线特性阻抗不一致；

21、第二获取模块，获取第二状态下带状线的s参数曲线；其中，第二状态为带状线周边填充预设温度的待测液体；

22、计算模块，根据第一状态下带状线的s参数曲线、以及第二状态下带状线的s参数曲线，计算多谐振频点下的待测液体电磁参数。

23、计算模块被配置为：

24、从第二状态下带状线的s11参数或s22参数曲线中获取所有谐振频点，计算各谐振频点下的待测液体介电常数；

25、根据各谐振频点下的待测液体介电常数、第一状态下带状线的s参数曲线、以及第二状态下带状线的s参数曲线，计算各谐振频点下的待测液体耗散因子。

26、一种液体电磁参数测量装置，包括能注入待测液体的空腔，空腔内设置有带状线，当空腔注入待测液体，待测液体包围带状线，带状线的两端连接s参数曲线测量装置，s参数曲线测量装置连接计算终端，计算终端采用液体电磁参数测量方法计算待测液体电磁参数。

27、本发明所达到的有益效果：1、本发明通过测量填充空气和填充待测液体下的带状线的s参数曲线，可计算出多谐振频点下的待测液体介电常数和耗散因子，可实现液体介电常数和耗散因子在低频到30ghz的宽频带范围上的测试；2、本发明采用非匹配状态带状线，可以形成液体填充时明显的结构谐振频点，可避免出现因为良好匹配而形成较低的电压驻波比频点，进而所有s11参数或s22参数曲线中所有凹陷最低值对应的频点均为带状线的结构谐振频点。

技术特征：

1.一种液体电磁参数测量方法，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的液体电磁参数测量方法，其特征在于：根据第一状态下带状线的s参数曲线、以及第二状态下带状线的s参数曲线，计算多谐振频点下的待测液体电磁参数，包括：

3.根据权利要求2所述的液体电磁参数测量方法，其特征在于：待测液体介电常数计算公式为：

4.根据权利要求2所述的液体电磁参数测量方法，其特征在于：待测液体耗散因子计算公式为：

5.一种液体电磁参数测量系统，其特征在于：包括，

6.根据权利要求5所述的液体电磁参数测量系统，其特征在于：计算模块被配置为：

7.一种液体电磁参数测量装置，其特征在于：包括能注入待测液体的空腔，空腔内设置有带状线，当空腔注入待测液体，待测液体包围带状线，带状线的两端连接s参数曲线测量装置，s参数曲线测量装置连接计算终端，计算终端采用权利要求1～4任一项所述的方法计算待测液体电磁参数。

技术总结
本发明公开了一种液体电磁参数测量方法、系统及测量装置，本发明通过测量填充空气和填充待测液体下的带状线的S参数曲线，可计算出多谐振频点下的待测液体介电常数和耗散因子，可实现液体介电常数和耗散因子在低频到30GHz的宽频带范围上的测试；并且本发明采用非匹配状态带状线，可以形成液体填充时明显的结构谐振频点，可避免出现因为良好匹配而形成较低的电压驻波比频点，进而所有S11参数或S22参数曲线中所有凹陷最低值对应的频点均为带状线的结构谐振频点。

技术研发人员：黄丘林,刘丹,钟杨帆,曹如洁,秦志尧
受保护的技术使用者：西安电子科技大学杭州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21