CN102751572A - 填充水平测量装置天线盖 - Google Patents

Abstract

一种填充水平测量装置天线盖，包括基体和多个同心地设置在基体上的圆形翅片，其中，翅片和基体由塑料材料构成。翅片和基体是一件式的并且是注塑成型的。

Description

填充水平测量装置天线盖

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月18日提交的欧洲专利申请No.EP11162873.1以及2011年4月18提交的美国专利申请No.13/088,889的优先权，这两个专利申请的公开内容通过参引的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及填充水平测量。特别地，本发明涉及填充水平测量装置的填充水平测量装置天线盖、包括盖的填充水平测量装置天线、填充水平测量装置以及制造填充水平测量装置天线盖的方法。

背景技术

已知的填充水平测量装置包括发送或接收雷达波或微波的抛物面形天线或喇叭形天线以确定介质在填充水平容器内的填充水平。这种填充水平测量装置的天线例如布置在容器内。

为了使天线增益最大化，天线的长度可以根据所使用的电磁发送信号的频率来调节。

如果(在不增加发送信号的频率并且不改变天线的孔径(aperture)的情况下)减小天线的长度，则天线增益通常减小并且副波瓣的强度增加。

为了增加天线增益，可以在天线喇叭的端部处设置由介电材料构成的凸透镜。这种透镜改变在透镜外部区域穿过透镜的微波与在透镜中心穿过透镜的微波之间的相对相位，因而在两部分发送信号之间实现相位校正，这又在发送信号离开天线和透镜后产生发送信号的差不多平面的相锋。

这种透镜由未进行机加工的零部件通过铣削或车床加工制造。

发明内容

可将提供能够以低成本制造的天线盖看作本发明的目的。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于覆盖填充水平测量装置的天线的填充水平测量装置天线盖，其中，盖包括基体和同心地设置在基体上的多个圆形翅片。所述多个圆形翅片和基体都由塑料材料构成并且可以一体地形成，即形成为一件式。

根据本发明的另一方面，提供了一种填充水平测量装置的天线，该天线包括上述和下述填充水平测量装置天线盖。

根据本发明的又一方面，提供了一种包括上述和下述天线的填充水平测量装置。

根据本发明的再一方面，提供了一种制造上述和下述填充水平测量装置天线盖的方法，其中，盖是注塑成型的。

通过提供同心地设置有多个圆形翅片的基板，整个天线盖可以模制成一个整体，而不需要铣削或车床加工的步骤。因此，盖的制造成本可以显著地降低。

该天线盖可适于集中由天线发射的电磁辐射，即发送信号。换句话说，该天线盖不仅可以用来覆盖即密封天线的一端，而且还可以作为集中发送信号并增加天线增益的透镜。

根据本发明的另一示例性实施方式，天线盖适于用作具有凸形表面和凹形表面中的至少一个的透镜。例如，面对容器内的填充介质的表面——即，天线盖的外表面——可以是凸形的或凹形的。

根据本发明的又一示例性实施方式，至少其中一个翅片具有恒定的厚度。术语“厚度”是指翅片的相对表面之间的距离。换句话说，翅片(或每个翅片)具有中空圆筒的形状。

根据本发明的另一示例性实施方式，基体具有恒定的厚度。同样，基体的厚度对应于基体的两个相对的内表面和外表面之间的距离。

换句话说，盖可以包括多个部分，其中，每个部分具有恒定的厚度。在盖通过注塑成型或压模铸造来制造的情形下这样可以提高盖的质量。

具有翅片和基体多个部分、这多个部分各自具有恒定的厚度并且其中这多个部分的厚度相同或相差不超过比如说60％或70％的一个优点是盖的所有部分在模制工艺过程中(或模制工艺之后)需要差不多相同的固化时间。

根据本发明的另一示例性实施方式，所述多个翅片中的两个相邻的翅片具有相同的厚度，其中，这两个相邻的翅片之间的距离等于这两个相邻的翅片中的每个翅片的厚度。

换句话说，两个或多个或甚至全部翅片具有相同的厚度并且相对于彼此同心地设置，其中，每个翅片与其相邻的翅片之间的距离对应于该翅片的厚度。

根据本发明的另一示例性实施方式，每个翅片的厚度在基体厚度的60％至80％之间，特别地，是基体厚度的70％。

根据本发明的另一示例性实施方式，盖还包括设置在所述多个翅片的中心——即，盖中心——的顶柱。该顶柱可以在将构成盖的材料注射到模具中的位置。

此外，根据本发明的另一示例性实施方式，盖呈圆锥形状。这意味着，如果同心设置的翅片之间的区域被填充材料，则(填充后的)天线盖的截面大致呈三角形形状。

根据本发明的另一示例性实施方式，基体和所述多个圆形翅片注塑成型成一体。

许多种不同材料可以用于形成基体和翅片，例如介电常数大于真空的塑料材料。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)。

根据本发明的又一示例性实施方式，发送信号的频率介于1GHz到100GHz之间、介于24GHz到27GHz，特别是25.3GHz，或介于50GHz到100GHz之间，特别是介于75GHz到85GHz之间。

当然，盖的尺寸也可以确定成使得盖可以与设计用于高于100GHz的频率的天线一起使用。

例如，盖可以是非球面设计或球面设计的透镜。特别地，盖可以是双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。

下面，参照附图对本发明的示例性实施方式进行描述。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施方式的天线的截面图。

图2示出了图1的天线的另一截面图。

图3示出了图1的天线的半截面图。

图4A示出了根据本发明的另一示例性实施方式的天线的截面图。

图4B示出了图4A的天线的另一截面图。

图5A示出了根据本发明的又一示例性实施方式的天线的截面图。

图5B示出图5A的天线的另一截面图。

图6示出了根据本发明的示例性实施方式的填充水平测量装置。

图7示出了根据本发明的示例性实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

在附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件具体相同的附图标记。

图1示出了根据本发明的示例性实施方式的填充水平测量装置的三维截面图。天线100是用于填充水平雷达的喇叭形天线并且包括天线喇叭110，发送信号从顶部馈入天线喇叭110中。在设置在天线100的顶部的信号馈线113与天线喇叭110之间设置有可选的锥形元件，用于通过减小所谓的天线振铃(antenna ring)或其他不想要的振动来提高信号质量。

在天线喇叭的在天线设置在容器中或容器处时面向填充介质的方向的开口端处附接有天线盖101。

天线盖101包括基体102，基体102具有：外表面112，其面向填充介质的方向，即背对天线；以及内表面114，其背对填充介质朝向天线100的内部、特别是朝向馈线113。在基体103的上部内表面114上设置有多个圆形翅片103、104、105、106、107、108以及中心顶柱109。基体102、所述多个圆形翅片103-108以及顶柱109形成一个整体并且通过例如注塑成型或压模铸造而制成。

天线盖101附接于天线喇叭110，并且在天线盖101与天线喇叭110之间设置有密封环115，以便在天线盖101与天线喇叭110之间提供紧密封。盖通过例如可以定位在密封件115上方的螺纹安装到天线喇叭。可替代地，盖通过在密封件115外侧的区域处的若干螺栓或螺钉——例如八个螺钉——安装到天线喇叭。

天线盖的形状和尺寸设计成使得盖能够被注塑成型。例如，盖的厚度不会改变太多。特别地，翅片105-108和顶柱109都具有相同的厚度。用于将盖附接到天线喇叭、用于密封盖和天线喇叭和/或用于相对于天线喇叭支撑或支承天线盖的外部翅片103、104可以具有不同的厚度。由于外部部件不会显著地影响盖的高频特性，所以外部部件的厚度和尺寸不太重要。

应当指出的是，基体102的上表面114和下表面112相对于彼此平行并且翅片104-108具有中空圆筒的形状。

例如，翅片105-108中的每个的厚度是基体102的厚度的0.7倍或更少。这可确保用于模制盖的材料在每个区域处在基本上相同的时间固化。

此外，两个相邻翅片之间的空间宽度例如是2mm或更宽。盖材料例如在中心顶柱109的顶部处注入。

当将天线盖设计成使得天线盖能够被注塑成型时，还必须遵守与微波相关的标准以确保盖即透镜的合适的光学功能。可以借助三维场模拟来开发合适的设计，并且在附图中描绘了这种设计的示例。

例如，翅片105-108的宽度大约是发送信号在塑料材料内的波长的一半。如果使用26GHz的发送信号频率并且使用聚丙烯作为用于注塑成型盖的塑料材料，那么考虑到大约2.2的介电常数，每个翅片的宽度大约为4mm。

盖的示例性实施方式可以与λ/2的厚度偏离10％-15％。偏离λ/2厚度会导致天线增益较低以及天线发射特性的质量下降。

基体102的厚度S可以是翅片的厚度T的10/7。因此，对于上述示例，基体的厚度可以是大约5.7mm。

两个相邻的翅片之间的距离可以与翅片的厚度T相同，即4mm。

图2示出了图1的天线100的另一截面图。

图3示出了图1的天线，其中，包括盖102的天线的下部以截面图示出。天线的上部包括壳体301。

图4A示出了根据本发明的另一示例性实施方式的具有盖101的天线100的三维截面图。

基体102的外表面401是凹形的并且基体的内表面114平行于凹形的外表面401。

与在图1至3中描绘的实施方式相比，透镜状盖101就其外部下表面401而言不是平面凸形即锥形的，而是球面的。

所述多个圆形翅片的上部内表面114是平面的(和在图1至3中描绘的实施方式一样)。

图5A示出了根据本发明的另一示例性实施方式的天线100的三维截面图，其中，天线盖101具有带有凹形外表面501的基体102。此外，如可以从图5B中看到的，所述多个圆形翅片的内表面502也是凹形的，并且因此与在图1至4中描绘的实施方式相反是非平面的。

因此，圆形翅片107、108(靠近顶柱109所在的盖中心)的高度大于在图1至4中描绘的实施方式的相应的翅片107、108的高度。

图6示出了例如填充水平雷达的填充水平测量装置600，该测量装置600包括包含电子装置的壳体602以及安装到容器601的天线100。容器601包括填充介质603。

天线100适于朝容器内的填充介质603发射发送信号604，并且适于接收从填充介质反射的相应信号605。

图7示出了根据本发明的示例性实施方式的方法的流程图。在步骤701中提供模具，在步骤702中将塑料材料注入模具中，从而形成具有基体和同心地设置在基体上的多个圆形翅片的天线盖。在步骤703中移除模具，并且在步骤704中将盖从模具移除。如果模具具有抛光表面，则没必要在模制成型后对盖进行抛光。

在步骤705中，将盖附接到填充水平测量装置的天线喇叭上。

因此，诸如填充水平雷达的填充水平测量装置的微波天线系统的聚焦透镜可以通过将介电材料注入到模具中来注塑成型。该天线盖的高频特性与通过对工件铣削或车床加工制造的相应天线盖的高频特性不会显著不同，其中，通过铣削或车床加工制造的天线盖包括变化的厚度。

盖可以在仍附接于模具的一部分的同时进行抛光。通过抛光盖的表面，可以减少或者甚至防止材料粘附于盖上。当天线用于食品生产领域时这会是特别有利的。

尽管在附图中和前述说明书中图示并详细地描述了本发明，但这些图示和描述应当被认为是说明性的或示例性的，而非限制性的；本发明不局限于所公开的实施方式。对所公开的实施方式的其他变型可以由本领域技术人员在通过研读附图、说明书和所附权利要求来实施要求保护的发明时理解和实现。在权利要求中，措辞“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中限定特定方案的事实不是指这些方案的组合不能够被有利地使用。权利要求中的任何参考标记都不应当理解为限制保护范围。

Claims (13)

1.一种适于用作透镜的填充水平测量装置天线盖(101)，用于覆盖填充水平测量装置(600)的天线(100)、并用于集中由所述天线(100)发射的电磁辐射，所述盖(101)包括：

基体(102)；

多个圆形翅片(103、104、105、106、107、108)，所述多个圆形翅片同心地设置在所述基体(102)的内表面(114)上，所述内表面(114)在所述盖覆盖所述天线(100)时面向所述天线(100)的内部；

其中，所述翅片和所述基体由塑料材料构成。

2.如权利要求1所述的盖(101)，

所述盖(101)适于用作具有凸形表面和凹形表面中的至少一个的透镜。

3.如前述权利要求中的一项所述的盖(101)，其中，

所述翅片(103、104、105、106、107、108)中的至少一个具有恒定的厚度。

4.如前述权利要求中的一项所述的盖(101)，其中，

所述基体(102)具有恒定的厚度。

5.如前述权利要求中的一项所述的盖(101)，其中，

两个相邻的翅片(103、104)具有相同的厚度；并且

所述两个相邻的翅片(103、104)的两个相对表面之间的距离等于所述两个相邻的翅片(103、104)中的每个的厚度。

6.如权利要求4或5中的一项所述的盖(101)，其中，

所述翅片(103、104、105、106、107、108)中的每个的厚度介于所述基体(102)的厚度的60％至80％之间，特别地，是所述基体(102)的厚度的70％。

7.如前述权利要求中的一项所述的盖(101)，还包括：

顶柱(109)，所述顶柱(109)设置在所述多个翅片(103、104、105、106、107、108)的中心。

8.如权利要求1和权利要求3至7中的一项所述的盖(101)，

所述盖(101)呈圆锥形状。

9.如前述权利要求中的一项所述的盖(101)，其中，

所述基体(102)和所述多个圆形翅片(103、104、105、106、107、108)是注塑成型的。

10.一种用于填充水平测量装置(600)的天线(100)，包括如权利要求1至9中的一项所述的填充水平测量装置天线盖(101)。

11.一种填充水平测量装置(600)，包括如权利要求10所述的天线。

12.如权利要求11所述的填充水平测量装置(600)，适于用作填充水平雷达。

13.一种制造如权利要求1至9中的一项所述的填充水平测量装置天线盖(101)的方法，所述方法包括如下步骤：

注塑成型所述盖(101)。

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