填充水平測量裝置天線蓋的製作方法
2023-09-16 11:00:20
專利名稱：填充水平測量裝置天線蓋的製作方法
技術領域：
本發明涉及填充水平測量。特別地，本發明涉及填充水平測量裝置的填充水平測量裝置天線蓋、包括蓋的填充水平測量裝置天線、填充水平測量裝置以及製造填充水平測量裝置天線蓋的方法。
背景技術：
已知的填充水平測量裝置包括發送或接收雷達波或微波的拋物面形天線或喇叭形天線以確定介質在填充水平容器內的填充水平。這種填充水平測量裝置的天線例如布置在容器內。為了使天線增益最大化，天線的長度可以根據所使用的電磁發送信號的頻率來調節。如果(在不增加發送信號的頻率並且不改變天線的孔徑(aperture)的情況下)減小天線的長度，則天線增益通常減小並且副波瓣的強度增加。為了增加天線增益，可以在天線喇叭的端部處設置由介電材料構成的凸透鏡。這種透鏡改變在透鏡外部區域穿過透鏡的微波與在透鏡中心穿過透鏡的微波之間的相對相位，因而在兩部分發送信號之間實現相位校正，這又在發送信號離開天線和透鏡後產生發送信號的差不多平面的相鋒。這種透鏡由未進行機加工的零部件通過銑削或車床加工製造。
發明內容
可將提供能夠以低成本製造的天線蓋看作本發明的目的。根據本發明的第一方面，提供了一種用於覆蓋填充水平測量裝置的天線的填充水平測量裝置天線蓋，其中，蓋包括基體和同心地設置在基體上的多個圓形翅片。所述多個圓形翅片和基體都由塑料材料構成並且可以一體地形成，即形成為一件式。根據本發明的另一方面，提供了一種填充水平測量裝置的天線，該天線包括上述和下述填充水平測量裝置天線蓋。根據本發明的又一方面，提供了一種包括上述和下述天線的填充水平測量裝置。根據本發明的再一方面，提供了一種製造上述和下述填充水平測量裝置天線蓋的方法，其中，蓋是注塑成型的。通過提供同心地設置有多個圓形翅片的基板，整個天線蓋可以模製成一個整體，而不需要銑削或車床加工的步驟。因此，蓋的製造成本可以顯著地降低。
該天線蓋可適於集中由天線發射的電磁輻射，即發送信號。換句話說，該天線蓋不僅可以用來覆蓋即密封天線的一端，而且還可以作為集中發送信號並增加天線增益的透鏡。根據本發明的另一示例性實施方式，天線蓋適於用作具有凸形表面和凹形表面中的至少一個的透鏡。例如，面對容器內的填充介質的表面一即，天線蓋的外表面一可以是凸形的或凹形的。根據本發明的又一示例性實施方式，至少其中一個翅片具有恆定的厚度。術語「厚度」是指翅片的相對表面之間的距離。換句話說，翅片(或每個翅片)具有中空圓筒的形狀。根據本發明的另一示例性實施方式，基體具有恆定的厚度。同樣，基體的厚度對應於基體的兩個相對的內表面和外表面之間的距離。 換句話說，蓋可以包括多個部分，其中，每個部分具有恆定的厚度。在蓋通過注塑成型或壓模鑄造來製造的情形下這樣可以提高蓋的質量。具有翅片和基體多個部分、這多個部分各自具有恆定的厚度並且其中這多個部分的厚度相同或相差不超過比如說60%或70%的一個優點是蓋的所有部分在模製工藝過程中(或模製工藝之後)需要差不多相同的固化時間。根據本發明的另一示例性實施方式，所述多個翅片中的兩個相鄰的翅片具有相同的厚度，其中，這兩個相鄰的翅片之間的距離等於這兩個相鄰的翅片中的每個翅片的厚度。換句話說，兩個或多個或甚至全部翅片具有相同的厚度並且相對於彼此同心地設置，其中，每個翅片與其相鄰的翅片之間的距離對應於該翅片的厚度。根據本發明的另一示例性實施方式，每個翅片的厚度在基體厚度的60%至80%之間，特別地，是基體厚度的70 %。根據本發明的另一示例性實施方式，蓋還包括設置在所述多個翅片的中心——即，蓋中心——的頂柱。該頂柱可以在將構成蓋的材料注射到模具中的位置。此外，根據本發明的另一示例性實施方式，蓋呈圓錐形狀。這意味著，如果同心設置的翅片之間的區域被填充材料，則(填充後的)天線蓋的截面大致呈三角形形狀。根據本發明的另一示例性實施方式，基體和所述多個圓形翅片注塑成型成一體。許多種不同材料可以用於形成基體和翅片，例如介電常數大於真空的塑料材料。可以使用例如全氟烷氧基(PFA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)。根據本發明的又一示例性實施方式，發送信號的頻率介於IGHz到IOOGHz之間、介於24GHz到27GHz，特別是25. 3GHz，或介於50GHz到IOOGHz之間，特別是介於75GHz到85GHz之間。當然，蓋的尺寸也可以確定成使得蓋可以與設計用於高於IOOGHz的頻率的天線
一起使用。例如，蓋可以是非球面設計或球面設計的透鏡。特別地，蓋可以是雙凸透鏡、平凸透鏡或凹凸透鏡。下面，參照附圖對本發明的示例性實施方式進行描述。
圖I示出了根據本發明的示例性實施方式的天線的截面圖。圖2示出了圖I的天線的另一截面圖。圖3示出了圖I的天線的半截面圖。圖4A示出了根據本發明的另一示例性實施方式的天線的截面圖。圖4B示出了圖4A的天線的另一截面圖。圖5A示出了根據本發明的又一示例性實施方式的天線的截面圖。
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圖5B示出圖5A的天線的另一截面圖。圖6示出了根據本發明的示例性實施方式的填充水平測量裝置。圖7示出了根據本發明的示例性實施方式的方法的流程圖。
具體實施例方式
在附圖中的圖示是示意性的。在不同的附圖中，相似或相同的元件具體相同的附圖標記。圖I示出了根據本發明的示例性實施方式的填充水平測量裝置的三維截面圖。天線100是用於填充水平雷達的喇叭形天線並且包括天線喇叭110，發送信號從頂部饋入天線喇叭110中。在設置在天線100的頂部的信號饋線113與天線喇叭110之間設置有可選的錐形元件，用於通過減小所謂的天線振鈴(antenna ring)或其他不想要的振動來提高信
號質量。在天線喇叭的在天線設置在容器中或容器處時面向填充介質的方向的開口端處附接有天線蓋101。天線蓋101包括基體102，基體102具有外表面112，其面向填充介質的方向，SP背對天線；以及內表面114，其背對填充介質朝向天線100的內部、特別是朝向饋線113。在基體103的上部內表面114上設置有多個圓形翅片103、104、105、106、107、108以及中心頂柱109。基體102、所述多個圓形翅片103-108以及頂柱109形成一個整體並且通過例如注塑成型或壓模鑄造而製成。天線蓋101附接於天線喇叭110，並且在天線蓋101與天線喇叭110之間設置有密封環115，以便在天線蓋101與天線喇叭110之間提供緊密封。蓋通過例如可以定位在密封件115上方的螺紋安裝到天線喇叭。可替代地，蓋通過在密封件115外側的區域處的若干螺栓或螺釘一例如八個螺釘一安裝到天線喇叭。天線蓋的形狀和尺寸設計成使得蓋能夠被注塑成型。例如，蓋的厚度不會改變太多。特別地，翅片105-108和頂柱109都具有相同的厚度。用於將蓋附接到天線喇叭、用於密封蓋和天線喇叭和/或用於相對於天線喇叭支撐或支承天線蓋的外部翅片103、104可以具有不同的厚度。由於外部部件不會顯著地影響蓋的高頻特性，所以外部部件的厚度和尺寸不太重要。應當指出的是，基體102的上表面114和下表面112相對於彼此平行並且翅片104-108具有中空圓筒的形狀。例如，翅片105-108中的每個的厚度是基體102的厚度的0. 7倍或更少。這可確保用於模製蓋的材料在每個區域處在基本上相同的時間固化。
此外，兩個相鄰翅片之間的空間寬度例如是2mm或更寬。蓋材料例如在中心頂柱109的頂部處注入。當將天線蓋設計成使得天線蓋能夠被注塑成型時，還必須遵守與微波相關的標準以確保蓋即透鏡的合適的光學功能。可以藉助三維場模擬來開發合適的設計，並且在附圖中描繪了這種設計的示例。例如，翅片105-108的寬度大約是發送信號在塑料材料內的波長的一半。如果使用26GHz的發送信號頻率並且使用聚丙烯作為用於注塑成型蓋的塑料材料，那麼考慮到大約2. 2的介電常數，每個翅片的寬度大約為4mm。蓋的示例性實施方式可以與入/2的厚度偏離10% -15%。偏離入/2厚度會導致天線增益較低以及天線發射特性的質量下降。
基體102的厚度S可以是翅片的厚度T的10/7。因此，對於上述不例，基體的厚度可以是大約5. 7mm。兩個相鄰的翅片之間的距離可以與翅片的厚度T相同，即4mm。圖2示出了圖I的天線100的另一截面圖。圖3示出了圖I的天線，其中，包括蓋102的天線的下部以截面圖示出。天線的上部包括冗體301。圖4A示出了根據本發明的另一示例性實施方式的具有蓋101的天線100的三維截面圖。基體102的外表面401是凹形的並且基體的內表面114平行於凹形的外表面401。與在圖I至3中描繪的實施方式相比，透鏡狀蓋101就其外部下表面401而言不是平面凸形即錐形的，而是球面的。所述多個圓形翅片的上部內表面114是平面的(和在圖I至3中描繪的實施方式
一樣)。圖5A示出了根據本發明的另一示例性實施方式的天線100的三維截面圖，其中，天線蓋101具有帶有凹形外表面501的基體102。此外，如可以從圖5B中看到的，所述多個圓形翅片的內表面502也是凹形的，並且因此與在圖I至4中描繪的實施方式相反是非平面的。因此，圓形翅片107、108 (靠近頂柱109所在的蓋中心)的高度大於在圖I至4中描繪的實施方式的相應的翅片107、108的高度。圖6示出了例如填充水平雷達的填充水平測量裝置600，該測量裝置600包括包含電子裝置的殼體602以及安裝到容器601的天線100。容器601包括填充介質603。天線100適於朝容器內的填充介質603發射發送信號604，並且適於接收從填充介質反射的相應信號605。圖7示出了根據本發明的示例性實施方式的方法的流程圖。在步驟701中提供模具，在步驟702中將塑料材料注入模具中，從而形成具有基體和同心地設置在基體上的多個圓形翅片的天線蓋。在步驟703中移除模具，並且在步驟704中將蓋從模具移除。如果模具具有拋光表面，則沒必要在模製成型後對蓋進行拋光。在步驟705中，將蓋附接到填充水平測量裝置的天線喇叭上。因此，諸如填充水平雷達的填充水平測量裝置的微波天線系統的聚焦透鏡可以通過將介電材料注入到模具中來注塑成型。該天線蓋的高頻特性與通過對工件銑削或車床加工製造的相應天線蓋的高頻特性不會顯著不同，其中，通過銑削或車床加工製造的天線蓋包括變化的厚度。蓋可以在仍附接於模具的一部分的同時進行拋光。通過拋光蓋的表面，可以減少或者甚至防止材料粘附於蓋上。當天線用於食品生產領域時這會是特別有利的。
儘管在附圖中和前述說明書中圖示並詳細地描述了本發明，但這些圖示和描述應當被認為是說明性的或示例性的，而非限制性的；本發明不局限於所公開的實施方式。對所公開的實施方式的其他變型可以由本領域技術人員在通過研讀附圖、說明書和所附權利要求來實施要求保護的發明時理解和實現。在權利要求中，措辭「包括」不排除其他元件或步驟，並且不定冠詞「一」不排除多個。在彼此不同的從屬權利要求中限定特定方案的事實不是指這些方案的組合不能夠被有利地使用。權利要求中的任何參考標記都不應當理解為限制保護範圍。
權利要求
1.一種適於用作透鏡的填充水平測量裝置天線蓋(101)，用於覆蓋填充水平測量裝置(600)的天線(100)、並用於集中由所述天線(100)發射的電磁輻射，所述蓋(101)包括 基體(102)； 多個圓形翅片(103、104、105、106、107、108)，所述多個圓形翅片同心地設置在所述基體(102)的內表面(114)上，所述內表面(114)在所述蓋覆蓋所述天線(100)時面向所述天線(100)的內部； 其中，所述翅片和所述基體由塑料材料構成。
2.如權利要求I所述的蓋(101)， 所述蓋(101)適於用作具有凸形表面和凹形表面中的至少一個的透鏡。
3.如前述權利要求中的一項所述的蓋(101)，其中， 所述翅片(103、104、105、106、107、108)中的至少一個具有恆定的厚度。
4.如前述權利要求中的一項所述的蓋(101)，其中， 所述基體(102)具有恆定的厚度。
5.如前述權利要求中的一項所述的蓋(101)，其中， 兩個相鄰的翅片(103、104)具有相同的厚度；並且 所述兩個相鄰的翅片(103、104)的兩個相對表面之間的距離等於所述兩個相鄰的翅片(103、104)中的每個的厚度。
6.如權利要求4或5中的一項所述的蓋(101),其中， 所述翅片(103、104、105、106、107、108)中的每個的厚度介於所述基體(102)的厚度的60%至80%之間，特別地，是所述基體(102)的厚度的70%。
7.如前述權利要求中的一項所述的蓋(101)，還包括 頂柱(109)，所述頂柱(109)設置在所述多個翅片(103、104、105、106、107、108)的中心。
8.如權利要求I和權利要求3至7中的一項所述的蓋(101)， 所述蓋(101)呈圓錐形狀。
9.如前述權利要求中的一項所述的蓋(101)，其中， 所述基體(102)和所述多個圓形翅片(103、104、105、106、107、108)是注塑成型的。
10.一種用於填充水平測量裝置(600)的天線(100)，包括如權利要求I至9中的一項所述的填充水平測量裝置天線蓋(101)。
11.一種填充水平測量裝置(600)，包括如權利要求10所述的天線。
12.如權利要求11所述的填充水平測量裝置(600)，適於用作填充水平雷達。
13.—種製造如權利要求I至9中的一項所述的填充水平測量裝置天線蓋(101)的方法，所述方法包括如下步驟 注塑成型所述蓋(101)。
全文摘要
一種填充水平測量裝置天線蓋，包括基體和多個同心地設置在基體上的圓形翅片，其中，翅片和基體由塑料材料構成。翅片和基體是一件式的並且是注塑成型的。
文檔編號H01Q15/02GK102751572SQ20121011162
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月16日 優先權日2011年4月18日
發明者克勞斯·金茨勒, 克裡斯蒂安·薩姆, 託馬斯·科普 申請人:Vega格裡沙貝兩合公司