阅读说明：本技术 多波段雷达天线系统 (Multiband radar antenna system ) 是由 克劳斯·金茨勒 弗里茨·伦克 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于物位测量设备的多波段雷达天线系统(100),多波段雷达天线系统包括天线(130)以及第一波导装置(101、110)和第二波导装置(201、110),第一波导装置(101、110)和第二波导装置(201、110)被构造为分别用于传送不同频率的发射信号。第一波导装置(101、110)和第二波导装置(201、110)被构造为可拆卸地连接到所述天线(130)。本发明还涉及多波段雷达天线系统(100)的用于检测容器中物位的用途以及具有多波段雷达天线系统(100)的物位雷达系统(300)。(The invention relates to a multiband radar antenna system (100) for a fill-level measuring device, comprising an antenna (130) and a first waveguide arrangement (101, 110) and a second waveguide arrangement (201, 110), wherein the first waveguide arrangement (101, 110) and the second waveguide arrangement (201, 110) are designed to transmit transmission signals at different frequencies. The first waveguide arrangement (101, 110) and the second waveguide arrangement (201, 110) are configured to be detachably connected to the antenna (130). The invention further relates to the use of the multiband radar antenna system (100) for detecting a fill level in a container and to a fill level radar system (300) having the multiband radar antenna system (100).)

多波段雷达天线系统

技术领域

本发明涉及物位测量。特别地，本发明涉及用于物位测量设备的多波段雷达天线系统、多波段雷达天线系统的用于检测容器中的物位的用途以及具有多波段雷达天线系统的物位雷达系统。

背景技术

使用雷达天线系统的物位测量基于依据传播时间原理的距离测量，在该传播时间原理中，检测雷达信号去往容器中的填充材料表面(发射信号)的传播时间，根据传播时间确定天线和填充材料表面之间的距离，并由此确定容器中的相应的物位。设置有电子单元，以用于产生雷达信号并评估在填充材料表面上被反射的发射信号。

为了使发射信号可以从电子单元传播到天线，设置有波导，波导可以被设计成使得它的基本模式(即所谓的TE11模式或H11模式)对应于发射频率，波导可以在基本模式中最优地操作。发射频率的变化可能导致测量精度的损失，甚至使波导中的传播变得不可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种多波段雷达天线系统，该多波段雷达天线系统的特征在于即使在改变发射频率情况下也具有良好的测量精度。

该目的通过独立权利要求的特征实现。本发明的改进示例在从属权利要求和下述说明中给出。

本发明的一个方面涉及一种用于物位测量设备的多波段雷达天线系统，多波段雷达天线系统包括天线，天线被构造为用于发射和接收具有位于第一频带中的第一频率的第一发射信号和具有位于第二频带中的第二频率的第二发射信号。

多波段雷达天线系统还包括第一波导装置，第一波导装置被构造为用于向天线传送由电子单元产生并被馈送到第一波导装置中的第一发射信号。

此外，多波段雷达天线系统还包括第二波导装置，第二波导装置被构造为用于向天线传送由另一电子单元产生并被馈送到第二波导装置中的第二发射信号。

第一波导装置和第二波导装置被构造为可拆卸地连接到天线使得它们能够彼此交换。

根据另一实施例，第一波导装置具有例如8mm的内直径，并且被构造为用于传送具有大约26GHz(K波段)的频率的第一发射信号。

在第一波导装置的情况下，第一波导装置是具有连续轮廓并且其内壁的直径从电子单元到天线是恒定的。

根据另一实施例，第二波导装置被构造为用于传送具有大约78GHz(W波段)的频率第二发射信号。

根据另一实施例，第二波导装置具有第一波导部和第二波导部。

第一波导部具有第一恒定内直径，该内直径可以大约是2.6mm。2.6mm的内直径是如下波导的特征，在该波导中馈送并发送具有大约78GHz的W波段的发射信号。

第二波导部可以被设计并构造为中空锥体或中空截头锥体，其无阶梯地连接到第一波导部。

第二波导部被构造为可拆卸地连接到天线。

天线可以被设计为用于发射和接收具有78GHz(W波段)频率的发射信号和具有26GHz(K波段)频率的发射信号。为此，天线系统的下部区域具有变宽形式的截头锥体形部分，该部分无阶梯地连接到波导装置。

根据另一实施例，空心锥体的内直径从前部的2.6mm变宽至后部的面对填充材料表面的端部的8mm。

如果通过相应的电子单元产生具有78GHz的频率的第二发射信号，那么第二发射信号首先被馈送到具有第一内直径的第二波导装置的第一波导部中并被引导到第二波导部。随后，通过第二波导装置将第二发射信号传送到天线，天线随后将发射信号发射到填充材料表面。

换句话说，第二波导部的在第一波导部的端部处的内直径对应于第一波导部的内直径。此外，第二波导部的在天线的端部处的内直径对应于天线的该部分的内直径。

因此，第二波导装置的第二波导部的内壁在没有形成阶梯的情况下连接到第一波导部和天线的该部分。

可以设置匹配元件，以便将发射信号耦合在天线喇叭中。匹配元件可以由诸如Al₂O₃陶瓷或PEEK等介电材料制成。在匹配元件上方可以设置诸如碳化硅等HF衰减材料的环形或圆盘形元件。

根据另一实施例，第一或第二波导装置具有外壳元件，外壳元件可以被构造为散热器。

此外，根据另一实施例，多波段雷达天线系统包括安装装置，安装装置被构造为用于容纳外壳元件并将其并固定到例如法兰形式的紧固元件。

此外，外壳元件可以设置有邻接面，外壳元件在邻接面上邻接安装装置。

其上布置或固定有多波段雷达天线系统的紧固元件可以是容器上侧的部分。

安装装置被构造为用于选择性地可拆卸地容纳第一或第二波导装置。

根据另一实施例，第一或第二波导装置的外壳元件具有至少一个形状。相应地，安装装置具有与所述形状对应的凹槽，凹槽被构造为通过所述形状与凹槽的形状配合连接或摩擦配合连接将第一或第二波导装置的外壳元件选择性地固定在安装装置上。

根据另一实施例，外壳元件借助夹紧连接部连接到安装装置。替代地，外壳元件可以借助诸如法兰螺接或螺纹连接(旋入式螺纹)等常规连接技术连接到安装装置。

根据另一方面，提供了多波段雷达天线系统的用于检测容器中的物位的用途。

根据另一方面，提供了一种具有多波段雷达天线系统的物位雷达系统。

本发明的关键方面是提供用于物位测量的多波段雷达天线测量系统，该系统可以通过波导装置的简单改造而用于不同波段。

附图说明

附图是示意性的并且不是按照比例的。如果下述说明中在不同附图中给出相同的附图标记，则这些相同的附图标记表示相同或类似的元件。

图1A示出具有根据实施例的波导装置的多波段雷达天线系统的示意性视图；

图1B示出具有根据实施例的波导装置的多波段雷达天线系统的示意性视图；

图2A示出具有根据实施例的波导装置的多波段雷达天线系统的示意性视图；

图2B示出具有根据实施例的波导装置的多波段雷达天线系统的示意性视图；

图3示出具有根据实施例的用于容器中的物位测量的多波段雷达天线系统的物位雷达系统的示意性视图。

具体实施方式

图1A示出具有波导装置或第一波导装置101的多波段雷达天线系统100的示意性视图。多波段雷达天线系统100具有安装装置120、125，安装装置集成或固定在诸如法兰元件等紧固元件150中。

漏斗形或空心锥体形喇叭口1300被构造为用于发射和接收具有处于第一波段(例如K波段)中的第一频率的第一发射信号。喇叭口在安装装置120、125下方布置在安装装置120、125的面对填充材料表面的一侧上，并且朝向填充材料表面。此处，喇叭口1300被构造为基础天线喇叭(Basisantennenhorn)，其直接连接到安装装置120、125。可以设置有与基础天线喇叭连接的扩充喇叭130。天线系统可以用于不同的发射频率。

此外，还设置有匹配元件128，以用于辅助地将发射信号耦合到天线或天线喇叭130中。该匹配元件还用作与处理容器分离的分离部。匹配元件128可以由诸如Al₂O₃陶瓷或PEEK等介电材料制成。在匹配元件128上方布置有诸如碳化硅等HF衰减材料的环形或圆盘形元件122。

第一波导装置101、110在安装装置120、125上方布置在安装装置120、125的背向填充材料表面的一侧上。

第一波导装置101、110具有内壁，内壁具有例如大约8mm的恒定内直径。因此，第一波导装置101、110用于传送具有处于K波段中的大约26GHz的第一频率的第一发射信号。

此外，第一波导装置101、110具有外壳元件110，外壳元件110可用作第一波导装置101、110的散热器。外壳元件110设置有邻接面，外壳元件在邻接面上邻接安装装置120、125。

安装装置120、125被设计为用于容纳外壳元件110并将其固定在法兰元件或紧固元件150上。安装装置120、125被设计为可拆卸地容纳第一波导装置101。

安装装置120、125包括两个单独的安装元件，即第一安装元件120和第二安装元件125，其中，第一安装元件120被构造成用于形成基础天线1300，第二安装元件125被构造成用于连接并固定第一波导装置101、110的外壳元件110和第一安装元件120。

第二安装元件125包括具有第一直径的第一圆柱形凹槽和具有小于第一直径的第二直径的第二圆柱形凹槽。第二圆柱形凹槽阶梯式地连接到第一圆柱形凹槽。外壳元件110***到第二安装元件125的第一圆柱形凹槽中。外壳元件110的端部区域***到位于第一安装元件120中的的第一更窄的圆柱形凹槽中。

相应形状的外壳元件在安装装置120、125的第二安装元件125中***或拧入到第一更窄的圆柱形凹槽121中。凹槽121被设计成使得波导装置101、110的外壳元件通过所述形状与凹槽121的形状配合连接和/或摩擦配合连接可拆卸地固定在安装装置120、125上。

图1B示出具有第二波导装置201、110的多波段雷达天线系统的示意性视图。类似于图1A所示的视图，多波段雷达天线系统100具有安装装置120、125，安装装置120、125集成或固定在诸如法兰元件150等紧固元件上。

基础天线喇叭1300被构造成用于发射和接收具有处于例如W波段内的不同于第一频率的大约78GHz的第二频率的第二发射信号。

第二波导装置201、110被构造成用于向天线130传送第二发射信号，第二发射信号由相应的电子单元302生成并且被馈送到第二波导装置201、110中。

第二波导装置201、110包括第一波导部210和第二波导部220。

第二波导装置201、110的第一波导部210具有内壁，内壁具有例如大约2.6mm的内直径。因而，第一波导部210非常适于传送具有大约78GHz的频率的第二发射信号。

第二波导装置201、110的第二波导部220布置在第一波导部210和天线喇叭1300之间，并且被设计为中空截头锥体。中空截头锥体在与第一波导部210、110连接的端部处的内直径对应于第一波导部210的例如为2.6mm的内直径。中空截头锥体在另一个面对天线的端部处的内直径对应于天线喇叭1300的前部的例如为8mm的内直径。换句话说，第二波导部220的空心锥体的内直径例如从2.6mm变宽至8mm。因此，在内壁没有形成阶梯的情况下，空心锥体连接到第一波导部210和天线喇叭1300。

在另一实施例中，在波导部220和天线喇叭1300之间还可以布置有例如具有8mm直径的圆柱形波导。

第二波导装置201、110也可以包括具有邻接面的外壳元件110，外壳元件110可以被构造为波导装置201的散热器。

如同在图1A中，安装装置120、125也在图1B中被设计为用于容纳第二波导装置201、110或外壳元件110并且将其固定在紧固元件150上。为此，在外壳元件110的面对安装装置120、125的端部上设置有至少一个形状。为此，在安装装置120、125中设置有圆柱形凹槽或凹口121。凹槽121被设计为使得波导装置201的外壳元件110通过所述形状与凹槽121的形状配合连接和/或摩擦配合连接固定在安装装置120、125上。

因为安装装置120、125的几何构造以及喇叭天线1300的几何构造对于第一和第二波导装置来说是相同的，所以可以容易地对能够分别可拆卸地固定在安装装置120、125上的第一波导装置101、110或第二波导装置201、110进行调换。因此，可通过在耦接区域中更替第一或第二波导装置101、201、110而在不同频率范围内使用天线系统。特别地，天线系统可在其最初拟定的频率下(例如在26GHz下)操作。此外，天线系统也可以利用安装的同一天线喇叭在该频率的倍数频率下(例如在78GHz下)操作。

通过上述适配可以使不同电子单元301、302的具有它们的特定频率范围(例如大约26GHz的K波段和大约78GHz的W波段)的高频信号耦合到天线系统中。

因此，为了实现最优功能，波导装置必须被设计为使得它们在它们各自的基本模式下操作。因此，在每种情况下，仅基波TE11(也被称为H11模式)能被传播。例如，天线系统在26GHz的K波段中借助8mm的波导连续操作。波导简单地以机械方式(例如借助螺纹)连接到天线系统。

在78GHz的W波段中，高频信号被耦合在2.6mm的波导210中，波导210随后在圆锥体220上变宽至8mm。如同图1A、2A的波导装置，这种细波导210同样可以连同***的波导230上的锥体220机械地连接到天线系统。

此处，已经直接看出第一大优点。在制造部门中，只需要存放用于天线系统的材料，并且只需要组装并存放一套系统。取决于用户期望的测量频率，将一个波导或其他波导和相应的电子单元安装在一起。

另一大优点在于，安装的且处理分离的天线系统可以在系统操作期间从一个工作频率调换到另一个工作频率。因此，例如，可以使测量电子器件的操作频率适配于容器中的介质更换或不期望的工艺条件。有利地，这种设计在天线系统和波导之间的连接部处具有快速更换系统。例如，这可以通过所谓的夹紧连接实现。

在另一实施例中，天线系统具有至少两个电子单元，这两个电子单元通过转动或滑动机构在天线系统上可以来回地手动或机械地交换。

由此，可以利用两个不同操作频率来评价并评估回波曲线。这可以显著提高测量可靠性以及测量准确性。

由此，可以使同时用作处理分离部的雷达天线系统在不同频率下操作。

快速更换系统可在操作期间从正常操作频率更换到其他典型频率。

类似于图1A的实施例，图2A示出具有第一波导装置101、110的多波段雷达天线系统的示意性视图。然而，通过使用夹紧式快速连接部140将外壳元件110固定在安装装置120、125上，借助该夹紧式快速连接部140，可以将外壳元件110并因而将第一波导装置101、110连接到天线130。

类似于图1B的实施例，图2B示出具有第二波导装置201、110的多波段雷达天线系统的示意性视图。此处，也通过使用夹紧式快速连接部140将外壳元件110固定在安装装置120、125上。

因此，除了针对图1A和图1B所述的力配合连接和/或形状配合连接之外或作为这种连接的替代，也可利用夹紧式快速连接部140通过将第一波导装置101、110替换为第二波导装置201、110来实现多波段雷达天线系统100的灵活改造。

图3示出用于容器中的物位测量的具有上述的多波段雷达天线系统的物位雷达系统的示意性视图。物位雷达系统300安装在容器上方，并且具有第一电子单元301，第一电子单元301被设计为用于产生具有K波段中的例如为26GHz的第一频率的第一发射信号。还设置有第二电子单元302，第二电子单元可以选择性地插接在天线系统的下部区域或者可拆卸地固定在下部区域，并且被设计为用于产生具有W波段中的例如为三倍频率(即例如78GHz)的第二频率的第二发射信号。天线系统的下部区域具有天线喇叭130，天线喇叭130可以发射上述两种频率，并因此被构造为发射并接收第一发射信号和第二发射信号。在相应的电子单元301、302和可固定在容器上的天线系统的下部区域之间，存在第一波导装置101、110和第二波导装置201、110，它们选择性地插接或可拆卸地固定至天线系统的下部区域。

应当指出，“包括”和“具有”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。此外，还应当指出，参照上述实施例说明的特征或步骤也可以与其他上述实施例的其他特征或步骤组合。权利要求中的附图标记不应被看作限制。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月9日提交的德国专利申请10 2018 213 435.9的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。