[发明专利]用于基于雷达的填充水平测量设备的天线

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

因此，本发明基于以下目的：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。

本发明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：

-带有介质紧密空腔的安装件，

-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

-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。

本发明范围内的术语“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。

借助透镜，可以根据本发明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。