用于基于雷达的填充水平测量设备的天线制造技术

本发明专利技术涉及一种用于特别是基于射频雷达的填充水平测量设备(1)的紧凑且高效的天线(11)。为此，天线(11)由以下组成：具有介质紧密空腔(111)的安装件(110)；输入耦合结构(112)，雷达信号(SHF)能够借助该输入耦合结构(112)沿主波束轴(a)被耦合到空腔(111)中；以及，折射雷达信号(SHF)的透镜(113)。透镜以输入耦合结构(112)被定位于透镜(113)的焦点中并且透镜(113)在输入耦合结构(112)的主波束轴(a)中对齐的这样的方式密封安装件(110)的空腔(111)。如果安装件(110)或透镜(113)和输入耦合结构(112)由两个单独的子组件(A、B)构成，则可以利用很少的费用制造天线(11)。在该情况下，可以在其生产之后沿着限定的接合缝(114)组装两个子组件(A、B)，使得空腔(111)以介质紧密的方式被密封并且安装件(110)或天线(11)被形成。形成。形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于雷达的填充水平测量设备的天线


[0001]本专利技术涉及一种用于基于雷达的填充水平测量的天线以及一种用于生产这样的天线的生产方法。

技术介绍

[0002]在过程自动化技术中，通常使用用于捕获或修改过程变量的现场设备。为此目的，现场设备的运作在每个情况下都基于合适的测量原理，以便捕获对应的过程变量，诸如填充水平、流率、压强、温度、pH值、氧化还原电位或电导率。Endress+Hauser公司制造和分销多种此类现场设备。
[0003]为了测量容器中填充材料的填充水平，基于雷达的测量方法已经被确立，因为它们可靠且维护成本低。因此，脉冲渡越时间原理(pulse transit time principle)和FMCW(“调频连续波”)原理得到了主要实施。这些测量原理在例如“Radar Level Detection,Peter Devine,2000”中被更详细描述。基于雷达的测量方法的一个关键优势在于能够或多或少地连续测量填充水平。在本专利申请的上下文中，术语“雷达”是指具有在0.03GHz和300GHz之间的频率的雷达信号。执行填充水平测量所利用的典型频带为2GHz、6GHz、26GHz或79GHz。被选择的频带越高，在相同天线尺寸的其他情况下辐射的雷达信号的波束锥越窄。
[0004]无论实施的测量原理如何，填充水平测量设备的发射和接收单元都可以针对从大约20GHz开始并高于普通集成电路的雷达频率实施。原则上，因此可以更紧凑并且具有更好的安装特性地生产具有更高雷达频率的填充水平测量设备。诚然，要使用的天线的尺寸也可以随着增加的频率而减小，而不会不期望地增加波束锥。尽管如此，与填充水平测量设备的进一步的组件相比，天线仍然具有相对较大的尺寸。此外，当天线大小减小时，波束锥增加或形成旁波瓣。此外，当尺寸减小时，天线的介质紧密可制造性更加困难，因为难以产生小尺寸的底切和空腔。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术基于以下目的：为基于雷达的填充水平测量技术提供一种高效且易于生产的天线，利用该天线可以将对应的填充水平测量设备设计得极其紧凑。
[0006]本专利技术通过一种用于基于雷达的填充水平测量设备的天线实现了该目的，所述天线包括以下组件：
[0007]‑
带有介质紧密空腔的安装件，
[0008]‑
输入耦合结构，雷达信号能够通过该输入耦合结构沿着主波束轴耦合到空腔中，以及
[0009]‑
透镜，该透镜折射雷达信号，并且密封安装件的空腔使得输入耦合结构被定位于透镜的焦点(focus)内并且透镜在输入耦合结构的主波束轴对齐。
[0010]本专利技术范围内的术语“介质紧密”涉及颗粒和液体的不可渗透性，并且不一定还涉
及气体或超压密封性。
[0011]借助透镜，可以根据本专利技术将天线制造得极其紧凑并且具有窄波束锥。因此，透镜优选地相对于雷达信号是凸的或半凸的。
[0012]如果透镜具有与输入耦合结构相匹配的直径，使得透镜完全覆盖主发射波瓣，在该波瓣中输入耦合结构沿主波束轴传输雷达信号，则可以进一步优化天线的效率。在本专利申请的上下文中，术语“主发射波瓣”是指由那些空间角包围的区域，在所述空间角，从主发射轴(即发射的雷达信号的最大功率的矢量)开始，功率已经下降到50％或下降
‑
3dB。此外，如果透镜、空腔和/或面向空腔的透镜表面具有用于雷达信号的抗反射层，诸如具体地，在某些情况下是基于化学的表面纹理，则根据本专利技术的天线可以相对于其效率被优化。空腔也可以至少在部分区域中具有金属涂层。取决于此，天线的尺寸在某些情况下可能会进一步减小。
[0013]由于根据本专利技术的天线的紧凑设计，在基于雷达的填充水平测量设备中使用该天线是特别方便的，该设备的发射/接收单元被设计成生成具有至少60GHz、特别是多于100GHz的高频的基础电高频信号，因为在这样高频下，填充水平测量设备通常可以已经被设计得非常紧凑。用于测量被定位于容器中的填充材料的填充水平的对应的填充水平测量设备至少包括以下组件：
[0014]‑
根据前述实施例变体中的任一个的天线，其中，天线或测量设备将被布置成以这样的方式使得天线的主发射轴近似垂直地定向，以便朝向填充材料发射雷达信号，并且以接收由填充材料相应反射的接收信号，以及
[0015]‑
发射/接收单元，其被设计为，
[0016]o用于生成雷达信号以将电高频信号耦合到天线的输入耦合结构中，
[0017]o经由输入耦合结构来解耦接收信号，以及
[0018]o至少基于解耦的接收信号来确定填充水平。
[0019]发射/接收单元被设计成是根据FMCW方法生成高频信号还是根据FMCW方法确定填充水平，或者是否实施脉冲渡越时间原理，在本专利技术的范围内是无关的。
[0020]关于填充水平测量设备，在本专利技术范围内的术语“单元”原则上理解为意指为所提出的目的适当设计的所有电子电路。因此，它可以是用于生成或处理对应模拟信号的模拟电路。然而，它也可以是数字电路，诸如FPGA，或者是与程序交互的存储介质。因此，该程序被设计为执行对应的方法步骤或应用相应单元的必要计算操作。在此上下文中，本专利技术的意义上的测量设备的各种电子单元可以潜在地也访问共同的物理存储器或借助相同的物理数字电路来操作。
[0021]根据本专利技术的天线的优点还在于潜在的低成本可制造性。特别地，当基于至少两个子组件生产安装件时，可以在没有复杂的制造步骤的情况下实现介质紧密的空腔。为此目的，子组件被设计成使得在每种情况下，除了纯安装件形状之外，子组件之一还包括透镜和/或输入耦合结构，并且子组件在每种情况下都包括沿着空腔的对应接缝。用于制造天线的对应方法在这样的情况下提供以下方法步骤：
[0022]‑
制造安装件的第一子组件，
[0023]‑
制造安装件的第二子组件，以及
[0024]‑
随后借助例如焊接或胶粘沿着接合缝将两个子组件接合在一起，使得空腔被介
质紧密密封并且安装件被形成。
[0025]该方法使得天线的所有组件，即安装件、输入耦合结构和透镜，可以由相同的材料制成，特别是塑料材料。为此目的，第一子组件和第二子组件相应地由相同的材料制成，例如借助注射成型或热冲压制成。特别地，PEEK、PFA或PTFE可以用作制造这两个子组件的塑料材料，因为关于雷达折射属性，这些材料具有大于2、特别是大于4的合适的介电值。
附图说明
[0026]参考以下附图更详细地解释本专利技术。示出了如下部分：
[0027]图1：容器上基于雷达的填充水平测量设备的典型布置，以及
[0028]图2根据本专利技术的用于基于雷达的填充水平测量设备的天线。
具体实施方式
[0029]为了对本专利技术有基本的理解，图1示出了自由辐射的、基于雷达的填充水平测量设备1在容器2上的典型布置。其填充水平L要由填充水平测量设备1确定的填充材料3被定位于容器2中。为此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于基于雷达的填充水平测量设备(1)的天线(11)，包括：
‑
带有介质紧密空腔(111)的安装件(110)，
‑
输入耦合结构(112)，雷达信号(S
HF
)能够借助所述输入耦合结构(112)沿着主波束轴(a)被耦合到所述空腔(111)中，以及
‑
透镜(113)，所述透镜(113)折射所述雷达信号(S
HF
)，并且密封所述安装件(110)的所述空腔(111)，使得所述输入耦合结构(112)被定位于所述透镜(113)的焦点内并且所述透镜(113)在所述输入耦合结构(112)的所述主波束轴(a)中对齐。2.根据权利要求1所述的天线(11)，其中，所述安装件(110)、所述输入耦合结构(112)和所述透镜(113)由相同材料制成，特别是塑料材料。3.根据权利要求1或2所述的天线(11)，其中，所述透镜(113)具有与所述输入耦合结构(112)匹配的直径，使得所述透镜(113)完全覆盖主发射波瓣(α)，在所述主发射波瓣(α)中，所述输入耦合结构(112)沿所述主波束轴(a)传输所述雷达信号(S
HF
)。4.根据权利要求1、2或3所述的天线(11)，其中，所述透镜(113)、所述空腔(111)和/或所述透镜(113)面向所述空腔(111)的表面包括所述雷达信号(S
HF
)的抗反射层，特别是表面纹理。5.根据前述权利要求中的任一项所述的天线(11)，其中，所述透镜(113)是凸的或半凸的。6.根据前述权利要求中的任一项所述的天线(11)，其中，所述空腔(111)至少在部分区域中具有金属涂层。7.一种基于雷达的填充水平测量设备(1)，用于测量被定位于容器(2)中的填充材料(3)的填充水平(L)，所述设备包括以下组件：
‑
根据前述权利要求中的任一项所述的天线(11)，其可以被布置成使得所述主发射轴(a)大致垂直地定向以便朝向所述填充材料(3)传输所述雷达信号(S
HF
)，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕布洛，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：