具有用於平面波導耦合裝置的去耦合元件的波導結的製作方法

2023-04-24 02:31:01 4

專利名稱：：具有用於平面波導耦合裝置的去耦合元件的波導結的製作方法
技術領域：
：本發明涉及料位測量。特別地，本發明涉及一種用於料位雷達的波導結、用於具有波導結的料位雷達的微波模塊、用於確定罐中的料位的料位雷達以及將這種波導結用於料位測量的應用。
背景技術：
：已知的料位測量設備除了具有用於發射或者接收雷達波的天線之外還具有耦合裝置，該耦合裝置實施為用於將在料位測量設備中生成的電磁波耦合輸入到波導中，或者用於將接收信號從波導中耦合輸出。
發明內容在DE10023497中公開了一種耦合裝置，該耦合裝置將電磁波從平面線路結構(譬如微帶線路)耦合輸入到波導中，其方式是將線路的一端伸入波導中。如果現在要用兩個極化平面工作，則可以使用兩個線路端部，它們以確定的角度伸入波導中。因為這兩個端部由於其長度而在波導中相對緊密地會聚，所以在波導結的兩個端子之間的去耦合是相對低的。這例如是由於在線路端部的交疊的雜散場引起的。由於缺乏去耦合，在兩個端子之一上的發射信號現在例如會不希望地輻射到波導中的兩個極化平面中。此外，會出現如下情況當兩個端子被用於產生圓極化時，這引起了在波導耦合裝置上的大的洩漏信號。為了產生圓極化，例如藉助卯。的相位偏移來激勵這兩個端子。如果在這樣的情況下在兩個耦合裝置之間的反射衰減或者隔離過小，則如所述的那樣會導致在料位雷達傳感器的波導耦合裝置上的大的洩漏信號，該洩漏信號直接M射器到達接收器。該洩漏信號會有助於增大所謂"振鳴(Klingeln)，，(該振鳴為在微波模塊和耦合裝置之間的多次反射)，並且由此極大地降低了在鄰近區域中的測量靈敏度。在WO2004/097347中公開了另外的用於產生圃極化波的裝置，這些裝置同樣可以應用於上ii^位雷達中。在此也所實現的測量靈敏度也不是最優的。本發明的任務是提高料位雷達的測量靈敏度。根據本發明的一個實施例，提出了一種用於料位雷達的波導結，該波導結包括第一線路和第二線路，這兩個線路用於將電磁發射信號耦合輸入到波導中；以及去耦合元件，用於減小從第一線路到第二線路的過臨界耦合或者洩漏信號，其中去耦合元件與第一線路以及第二線路隔離。通過提供去耦合元件，可以明顯地減小通常出現的大的洩漏信號，其中該洩漏信號是由於線路端部對於另一線路端部的過臨界耦合而形成的。由於明顯更小的洩漏信號，所以可以提高傳感器靈敏度，尤其是傳感器鄰近區域中的靈潮:度。此外，可以減小多次>^射，使得出現較少的幹擾。這可以導致附加地提高傳感器在鄰近區域中的精確度。根據本發明的另一實施例，波導結包括波導端子，用於連接波導或者天線。因此，波導結能夠以模塊化部件的形式安M料位雷達中，並且隨後連接到通向天線的波導或者直接連接到天線。波導端子在此被實施為使得能夠以簡單的方式和方法連接波導。根據本發明的另一實施例，波導結還包括諧振腔，用於終止波導端子。諧振腔例如以設置有蓋的波導段的形式實施。根據本發明的另一實施例，兩個線路伸入波導端子中和/或諧振腔中。因此，可以實現將電磁信號有效Jbf目對高效地耦合輸入到波導中。根據本發明的另一實施例，波導結被實施為用於產生具有兩個極化平面的電磁發射信號，其中兩個線路相對彼此的角度為90。。由此可能產生圓極化波，其中根據本發明的去耦合元件減小了在兩個線漆之間的洩漏信號。根據本發明的另一實施例，第一線路的第一端部和第二線路的第二端部都具有擴展部或者縮窄部。由此可以根據應用情形改變和優化線路的輻射特徵。根據本發明的另一實施例，去耦合元件實施為具有正方形平面結構的導電元件。去耦合元件例如可以是在電路板上的金屬層，該金屬層通過電路板刻蝕方法以光化學的方式產生。導電的元件可以由不同的材料或者合金構成，並且例如也可以被蒸發、粘合、印製或者以其他方式來施加。根據本發明的另一實施例，去耦合元件具有在A/4範圍中的邊長。在頻率為26GHz的情況下，il^應於2mm至3mm的邊長。才艮據本發明的另一實施例，去耦合元件平面地實施，例如以正方形、三角形、矩形或者其他幾何圖形的形狀來實施。也可能的是，去耦合元件具有凹部，^f吏得例如構建圓環或者正方形的輪廓。實施為用於在波導中耦合輸入電磁信號的線路可以實施為微帶。整個去耦合元件必要時可以和線路一起整體地在電路板製造過程中被構建。由此，很大程度上使製造成本最小化。根據本發明的另一實施例，波導結被實施為用於在波導中耦合輸入頻率在6GHz到lOOGHz的電磁發射信號。例如，波導結針對6.3GHz的頻率或者針對26GHz的頻率或者針對在77GHz至80GHz之間的頻率區域來優化。自然，波導結也可以針對更高的頻率來實施，或者也可以針對更低的頻率來實施。根據本發明的另一實施例，提出了一種用於料位雷達的微波模塊，其具有如上所描述的波導結。這種微波模塊可以與波導結一起作為模塊化的部件安裝到料位雷達中。由此減小了維護開銷，因為微波模塊可以作為整體部件亳不費勁地被更換。根據本發明的另一實施例，說明了一種用於確定罐中的料位的料位雷達，該料位雷達包括用於發射和/或接收電磁波的天線以及如上面所描述的波導結。此外，還說明了一種將根據本發明的波導結用於料位測量的應用。本發明的另外的實施例和優點>^屬權利要求中得到。以下，將參照附圖來描述本發明的優選的實施例。其中圖1示出了用於料位雷達的微波模塊的電路框圖。圖2示出了安置于波導中的、具有彼此垂直的兩個極化平面的電路板的布置的示意圖。圖3示出了從下側看的圖2的布置。圖4示出了不帶諧振腔終端的圖2的布置。圖5示出了在激勵端子106時的電場的示意圖。圖6示出了在兩個端子之間的反射衰減、傳輸函數和隔離的示意圖。圖7示出了在衛星LNC(Satelliten-LNC)中用於4吏兩個接收信號去耦合的裝置的示意圖。圖8示出了根據本發明的一個實施例的用於料位雷達的波導結。圖9示出了在滋」勵圖8的波導結的端子106時的電場的示意圖。圖10示出了在圖8的波導結的兩個端子之間的>^射衰減、傳輸函數和隔離的曲線的示意圖。圖11示出了根據本發明的一個實施例的微波模塊的電5^匡圖。圖12示出了根據本發明的一個實施例的料位雷達的示意圖。附圖中的圖示是示意性的而非^比例的。具體實施例方式在以下的附圖描述中，對於相同的或者類似的要素使用了相同的參考數字。圖1示出了微波模塊的電5^匡圖的示意圖。微波模塊100具有發射脈衝振蕩器(Tx振蕩器)101。在那裡生成的電磁信號通過帶通102傳送給發射耦合器103。發射耦合器103例如實施為對稱的或者非對稱的混合耦合器。信號111在較低衰減的情況下穿it^L射耦合器103，並且作為信號112傳送給第一線路105。第一線路105被實施為用於將電磁信號112耦合輸入到波導104中。此外，混合耦合器103與第二線路106相連，第二電>^信號113通過該第二線路可以耦合輸入到波導104中。第二電>^信號113在此例如相對於第一電磁信號112相移卯°。通過對稱的混合耦合器在此獲得將發射信號在幅度上均勻地分布於兩個信號112和113上。這兩個信號由於在混合耦合器中不同的傳播時間而在相位上相差卯°。由此在圓波導104中獲得了圓極化波。波導104與天線系統(未在圖1中示出)相連，通過該天線系統可以發射測量脈衝，所述測量脈衝l^被待測量的對象或者待測量的介質(在此例如是填料表面)作為接收信號反射。接著，該接收信號又被天線系統接收並且傳輸給發射耦合器103。由於填料表面上的單次反射使波的偏轉方向從例如左旋改變為右旋，所以這兩個接收到的信號112和113在發射耦合器中組合成信號114，並且進一步傳導到採樣混合器107中。接收電路107至110具有脈衝生成器108和帶通109，它們將信號115發送給採樣混合器107。在採樣混合器107中，信號115採樣接收信號114並且因此生成頻率降低的信號116，之後該信號通it^L大器110放大並且在中頻(ZF)輸出端117上作為中頻信號用於料位的分析和確定。因為線路105、106的兩個端部由於其長度而在波導104中相對緊密地會聚，所以在波導結的兩個端子之間的去耦合是較低的。這是由於在線路端部的交疊的雜散場引起的。由於缺乏去耦合，所以現在例如在兩個端子105、106之一上的發射信號不希望地被輻射到波導104的兩個極化平面中。此外，特別是在通it^第一線路端部到第二線路端部的強烈的過臨界耦合生成圓極化時，會出現大的洩漏信號，該洩漏信號引M發射器、天線和接收器之間的多次反射，由此強烈地降低了鄰近區域中的測量靈敏度。圖2示出了安置到波導201、203中的具有兩個彼此垂直的極化平面的電遊^L的示意圖。例如，微波源或者接收器連接到端子105、106上。在電路板204的上側上，波導201以諧振腔202、203終止。圖3示出了從下側看的、具有波導端子201的圖2的布置。波導端子201在此被實施為使得其可以連接到相應的波導上，使得可以在所連接的波導中傳輸被耦合輸入的電磁信號。圖4示出了圖2和3中所示的布置的內部構造的示意圖。線路105、106的線路端部作為輻射元件伸到波導201和諧振腔203中。在此，伸入到波導/諧振腔201、203中的端部可以具有擴展部或者如所示的那樣具有縮窄部。源自端子105的線路端部401上所輻射的信號現在在源自端子106的線路端部402上被接收，並且在端子106上作為不希望的洩漏信號而被截取。圖5示出了在激勵端子106時的電場分布的示意圖。在伸到波導中的線路106的端部上明顯地顯現出，該場朝著端子105(或者其端部401)如何分布。圖6示出了在端子105上的《Jt衰減11的曲線的示意圖、從端子105到波導端部401的傳輸函數(參考標記31)以及在端子105至端子106之間的隔離21。水平軸601表示頻率並且範圍從18GHz到34GHz。垂直軸602表示衰減並且範圍從OdB到-40dB。圖7示出了衛星LNC的示意圖，其具有線路702、703用於將接收信號從波導708中耦合輸出。為了使兩個極化平面去耦合，在兩個伸入到波導708中的線路端部702、703之間設置有諧振器701。兩個接收信號接著在相應的放大器704、705中枕故大，並且作為水平極化信號706或者垂直極化信號707被傳送。圖7中所示的衛星LNC不被實施為用於將電磁信號從線路702、703耦合輸入到波導708中。圖8示出了去耦合元件的示意圖，該去耦合元件集成在根據本發明的波導結800中。在此可以看到，用作諧振腔的終端部的後蓋202為了更好的表示而被略去。去耦合元件801在波導201、203的中部作為方形平面結構被施加，但該結構不具有至伸入到波導201、203中的線路端部401、402的導電連接。邊長例如處於A/4的範圍中。由此，在工作頻率為26GHz時，邊長在2mm至3mm之間的範圍中。在更高的頻率或者更低的頻率時得到相應更小或者更大的邊長。通過根據本發明的去耦合元件801，可以減小圍繞線路端部401或者402在相應的另外線路端部的方向上的雜散場，並且因此引起在兩個極化平面之間的明顯更弱的耦合。因此，可以明顯地減小由於一個線路端部到另一線路端部的過臨界耦合而出現的通常比較大的洩漏信號。由於該明顯更小的洩漏信號，所以提高了傳感器鄰近區域中的靈^t度。此外，電場已可以顯著更好地顯現在線路端部的區域中，這也能夠極大地改善反射衰減和直射波衰減(Durchgangsdaempfung)。圖9示出了電磁場的分布的示意圖。如圖9中可看到的那樣，所得到的電磁場在去耦合的區域中基本均勻地成形，這會對波導結的傳輸質量產生有利影響。圖10示意性地示出了在端子105上的反射衰減11的曲線、從端子105到波導端部401的傳輸函數(參考標記31)和端子105到端子106之間的隔離21。水平軸101在此表示頻率並且範圍從18GHz到34GHz。垂直軸1002表示單位為分貝(dB)的衰減並且範圍從0dB到40dB。在下面所示的表中對比地示出在25GHz到27GHz之間的頻率範圍中的、目前簡單的耦合輸入與具有根據本發明的實施例的去耦合元件的耦合輸入的結果。如在表l中可看到的那樣，示出了在端子105處明顯改進的去耦合以及明顯更為優良的反射衰減。表l中所示的值涉及仿真。表ltableseeoriginaldocumentpage10圖11示出了根據本發明的一個實施例的微波模塊1100的電路框圖，該微波模塊用於具有上述從微帶線路到波導的結的料位雷達傳感器。除了發射單元101、102和接收單元107至110之外，微波模塊1100具有混合耦合器103和線路105、106,它們被實施為用於將電磁信號耦合輸入到波導104中。此外，根據本發明的微波模塊具有去耦合元件801，其可以整體地在電路板製造過程中製成，並且該去耦合元件實施為用於減小從第一線路105到第二線路106的洩漏信號。在此，去耦合元件801與第一線路105以及第二線路106電隔離。圖12示出了根據本發明的另一實施例的料位雷達的示意圖。料位雷達1200在此具有信號生成單元101、102、發射耦合器103和接收電路107至110(參看圖1)。此外，天線裝置1201設置有圓形波導耦合裝置800。本發明在其實施上並不限於附圖中所示的優選實施形式。更為確切地說，許多變形方案也是可能的，這些變形方案在基本上不同類型的實施形式情況下利用了所示的解決方案和^L據4^發明的原理。補充地，要指出的是，"包括"並不排除其他要素或者步驟，"一"或者"一個，，不排除多個。此外要指出的是，參照上述實施例之一所描述的特徵或者步驟也可以與其他上述實施例的其他特徵或步驟結合使用。在權利要求中的參考標記不應視為限制。權利要求1.一種用於料位雷達的波導結，所述波導結(800)包括第一線路(105)和第二線路(106)，用於將電磁發射信號耦合輸入到波導中；去耦合元件(801)，用於減小第一線路(105)到第二線路(106)的過臨界耦合；其中去耦合元件(801)與第一線路(105)以及第二線路(106)隔離。2.根據權利要求l所述的波導結，此外還包括用於連接波導的波導端子(201)。3.根據權利要求1或者2所述的波導結，此外還包括用於終止波導(201)的諧振腔(202，203)4.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，其中兩個線路(105，106)伸入到波導(201)和諧振腔(202，203)中。5.根據上i^L利要求中任一項所述的波導結，其中波導結被實施為用於生成具有兩個極化平面的電磁發射信號；以及其中兩個線路(105，106)相對彼此的角度為卯度。6.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，其中第一線路(105)的第一端部和第二線路(106)的第二端部分別具有擴展部或者縮窄部。7.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，其中去耦合元件(801)實施為具有方形平面結構的導電元件。8.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，其中去耦合元件(801)具有在A/4範圍內的邊長。9.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，其中去耦合元件(801)平面地實施或者具有凹進部。10.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，其中線路(105，106)實施為微帶。11.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，此外包括其中去耦合元件(801)整體地在電路M板的電路板製造過程中被製成。12.根據上述權利要求中任一項所述的波導結，其中波導結(800)被實施為將頻率在6GHz至100GHz之間的電磁t發射信號耦合輸入到波導(103)中，尤其是將頻率為6.3GHz或26GHz或者頻率在77GHz到80GHz之間的電磁發射信號耦合輸入到波導(103)中。13.—種用於料位雷達的微波模塊(1100),所述微波模塊具有根據上述權利要求中任一項所述的波導結。14.一種用於確定罐中的料位的料位雷達(1200)，所述料位雷達(1200)包括天線(1201)，用於發射和/或接收電磁波；以及根據權利要求1至12中任一項所述的波導結(801)。15.—種應用，其中將根據權利要求1至12中任一項所述的波導結(801)用於料位測量。全文摘要一種用於平面的波導耦合裝置的去耦合元件。已知的波導耦合裝置通常具有洩漏信號，該洩漏信號減小了在鄰近區域中的測量靈敏度。根據本發明的實施例，提出了一種用於料位雷達的波導結，其具有去耦合元件，用於減小第一線路到第二線路的洩漏信號。該去耦合元件在此與線路電隔離。通過減小洩漏信號提高了在傳感器鄰近區域中的靈敏度。文檔編號G01F23/284GK101410700SQ200780010872公開日2009年4月15日申請日期2007年3月16日優先權日2006年3月27日發明者丹尼爾·舒爾特海斯,卡爾·格裡斯鮑姆,約瑟夫·費倫巴赫申請人:Vega格裡沙貝兩合公司