CN102967341A - 带有灌封件的微波发送设备 - Google Patents

Abstract

介绍一种用于发射微波的微波发送设备(1)，其带有电子机构(2)、波输入器、波导(3)和波辐射区域(4)，其中电子机构(2)、波输入器和波导(3)具有共同的灌封件(5)。利用灌封件(5)至少使得电子机构(2)、波输入器和波导(3)相互固定，由此实现一种微波发送设备(1)，其构造、制造和安装代价均得到减小，且成本降低，同时机械牢固性和稳固性提高。

Description

带有灌封件的微波发送设备

技术领域

本发明涉及一种用于发射微波的微波发送设备，其带有电子机构、波输入器、波导和波辐射区域，其中电子机构、波输入器和波导具有共同的灌封件(Verguss)。

背景技术

在很多工业应用中都使用前述类型的微波发送设备进行距离测量。例如通常需要测量容器内的介质比如液体或散装物料的液位。为此使用通常含有所述类型的微波发送设备的液位计，其中由在介质上方设置于自由空间内的微波发送设备与介质表面之间的实测间距推导出液位。在微波发送设备中，电子机构产生微波，波输入器把所产生的微波输入到波导中，波导把输入的微波引导至波辐射区域，被引导的波在该波辐射区域中转换成自由空间波。自由空间波主要朝向介质辐射，并被介质表面朝向液位计反射回来，其中微波发送设备通常也用作微波接收器，并按照已知的雷达方法之一计算距离。通常，微波发送设备由算得的距离还推导出液位。不言而喻，微波发送设备不仅可以在液位计中使用，而且可以在任何按照已知的雷达方法之一来确定微波发送设备与表面之间的距离的测量设备中使用。然而仍然要介绍一下液位计或用于这种液位计的微波发送设备。

由WO03/085365A1已知一种用于液位计的微波发送设备，其用来基于雷达确定容器中的介质液位，其带有电子机构、天线和壳体，其中电子机构和天线安置在壳体的模膛中，该模膛至少相对于壳体所在的容器气氛密封。通过这种结构既保护电子机构又保护天线，以防受到外界物侵蚀并防止遭受化学作用的和机械作用的影响。

DE 10 2011 010 801的主题是用于液位计的发射微波的微波发送设备，其带有电子机构、波输入器、波导和壳体，其中电子机构、波输入器和波导设置在壳体内部，其中在壳体和引导微波的结构内给空心腔完全充满介电的灌封件，使得微波在灌封件内发生传播。由于微波在灌封件内而不是在自由空间内传播，所以，引导波的结构比如波导的最小尺寸得到减小。电子机构、波输入器和波导利用合适的装置固定在壳体上。由于电子机构和波输入器被灌封，提高了经受住比如在恶劣的机械环境中出现的冲击和震动的机械牢固性。

由现有技术已知的微波发送设备和液位计具有壳体与用于组件比如电子机构、波输入器和波导的固定装置，其中固定装置既将这些组件固定在壳体内，又使得这些组件相互对齐。还需要用于壳体的带有密封机构和用来固定在壳体上的固定装置的封闭件，使得这些组件在安装到壳体中并固定在壳体中之后利用于是封闭的壳体例如按照DIN EN 60529 IP68得到保护，以防受到外界影响。用于这些组件的固定装置和带有密封机构与固定装置的封闭件既提高了构造上的代价，又提高了制造代价和安装代价，进而也提高了成本。

发明内容

本发明的目的在于，介绍一种微波发送设备，其构造、制造和安装代价均得到减小，且成本降低，同时机械牢固性和稳固性提高。

前述目的通过本发明的微波发送设备得以实现，其首要特征在于，至少电子机构、波输入器和波导具有灌封件。已表明并未想到的是，仅仅灌封件就使得电子机构、波输入器和波导相互间以牢固的机械方式并以高稳固性固定。作为灌封件，可以使用各种不同的材料，其中要注意，灌封材料在加工期间要具有足够的流动能力，使得这些组件能被充分地包围以便固定。在灌封材料硬化之后，它必须具有合适的机械特性、电特性、热特性和化学特性。由此灌封材料必须使得这些组件在机械上固定，但例如既不允许在电子机构中引起过大的泄漏电流，又不允许在温度改变时在这些组件之间特别是在电子机构的构件之间引起过大的机械应力。此外，灌封材料必须具有耐受外界影响的化学稳定性和抗老化性。在液位计中使用微波发送设备情况下，利用容器中的介质在根本上确定外界影响，对所述介质的液位进行测量。

代替由现有技术已知的微波发送设备，使用本发明的带有灌封件的微波发送设备，其优点是，由于省去了用于固定组件的装置，所以机械构造的代价减小了，且省去了带有固定装置和密封机构的封闭件，由此也减小了制造和安装代价，降低了成本。

按照一种特别优选的设计，灌封件与波辐射区域一起完全包封电子机构、波输入器和波导这些组件，使得仅仅灌封件和波导的波辐射区域直接接触外界。波辐射区域在此系指波导的表面，被引导的微波在该表面上过渡成自由空间波。

根据一种替代的优选设计，除了电子机构、波输入器和波导外，灌封件还完全包封波辐射区域。按照这种设计，波导不再直接接触外界，这使得波导抵抗外界影响的化学稳定性意义不大。

按照另一优选设计，微波在波导中要么利用波导的带有导电材料的包封件进行引导，要么在使用相对介电常数和相对透射率各不相同的材料情况下利用针对波导和灌封件构造的在灌封件与波导之间的-介电的-边界层进行引导。微波借助边界层进行引导的优点是，省去了导电的包封件，由此降低了制造代价和制造成本。也可以利用这两种方法的组合对微波进行引导，从而波导仅部分地被导电材料包封。

根据另一优选实施例，在灌封件中构造有用于固定微波发送设备的固定装置。给电子机构供电并与电子机构通信的共同的电缆通过连接装置和微波测量设备连接，用于产生可在机械上断开的电连接，其中该连接装置的一部分与电缆固定地连接，其另一部分通过灌封件与微波发送设备固定地连接。

根据另一特别优选的实施例，灌封件用于保护免受外界影响，这种保护尤其要符合标准DIN EN 60529 IP68。灌封件在防燃意义下还是一种灌封封装件，尤其是符合标准EN 60079-18。

附图说明

具体来说，现有各种不同的方案可用来设计和改进本发明的微波发送设备。对此参见从属于权利要求1的权利要求和结合附图对优选实施例的说明。图中所示均为沿纵轴线方向剖切的侧视图，其中：

图1示出本发明的微波发送设备的第一实施例，其中微波在角形波导中利用导电的包封件进行引导；

图2a示出本发明的微波发送设备的第二实施例，其中微波利用边界层进行引导；

图2b示出本发明的微波发送设备的另一实施例，其中微波既利用边界层进行引导，又利用带有导电材料的部分包封件进行引导；

图2c示出本发明的微波发送设备的另一实施例，其中微波如同在图2b所示实施例中那样进行引导；

图3示出本发明的微波发送设备的第五实施例，其带有杆形波导；

图4示出本发明的微波发送设备的第六实施例，其带有多段式灌封件和多段式波导；和

图5示出本发明的微波发送设备的最后一个实施例，其带有平坦的波输入器。

具体实施方式

在图1至图5中分别示出了本发明的微波发送设备1，其具有电子机构2、这里未明确示出的波输入器、波导3和波辐射区域4。在这里，灌封件5使得电子机构2、波导3和设置在电子机构承载体上的波输入器在机械上牢固地相互固定，其中除了波辐射区域4外，电子机构2、波输入器和波导3被灌封件5完全包封。

微波在波导3中利用带有导电材料的包封件6进行引导(例如图1)，和/或利用波导3与灌封件5之间的边界层进行引导(例如图2a；结合图2b、2c)。

在灌封件5中构造有固定装置7，用于把微波发送设备1例如固定在装有介质的容器中，介质的液位有待确定，所述固定装置的形式为用于螺钉的接纳件。此外，电子机构2通过电缆9进行电连接，为了承受在微波发送设备1之外施加到电缆9上的机械负荷，在灌封件中给该电缆构造一个电缆穿管8，该电缆穿管带有-在此看不见的-拉力减轻件。

本发明的微波发送设备1的所述实施例受符合标准DIN EN 60529 IP68的灌封件5保护，以防接触、灰尘进入和水进入，该灌封件5在防燃意义下还是符合标准EN 60079-18的封装件，微波发送设备1还按照标准60079-15本质安全地设计。所示微波发送设备1的波导3和波辐射区域4关于纵轴线10旋转对称地构造。而无论灌封件5的横剖面还是其纵剖面都基本为矩形，从而灌封件5的外形基本为方形。不言而喻，灌封件也可以具有其它外形，例如带有基本上圆形的横截面。这里未示出的其它实施例也具有横截面为矩形的波导。这种波导由于能用灌封件实现而易于制造。由于辐射面于是也为矩形，所以能利用辐射面的几何形状来对雷达波束的集束情况施加影响。于是，选择安装位置就能更好地屏蔽干扰反射。

由本发明的微波发送设备1的电子机构2产生的微波被-这里未示出的-微波输入器输入到波导3中，该波导由至少一种介电的灌封材料构成，且形状配合地包围波输入器。波导3将在其内部传播的微波基本上沿着纵轴线10朝向波辐射区域4引导，被引导的微波在该波辐射区域中过渡成自由空间波，其中自由空间波也基本上沿着纵轴线10进行传播。介质相距微波发送设备1的间距有待确定，由介质的表面朝向微波发送设备1反射回来的微波经由波辐射区域4、波导3和波输入器最终到达电子机构2，该电子机构借助于接收到的反射的微波按照已知的雷达方法之一计算微波发送设备与介质表面之间的间距。

本发明的微波发送设备1的在图1中示出的实施例具有波导3，该波导垂直于纵轴线10在设置于电子机构2的承载体上的波输入器区域中首先具有恒定的直径，然后该直径朝向波辐射区域4变宽，从而波导3具有角形。波辐射区域4是垂直于纵轴线10的圆形平面，其中该面基本上与灌封件5齐平地终止，从而微波发送设备1紧凑且在机械上牢固。微波在波导3中利用波导的带有导电材料的包封件6进行引导。由于微波在波导3的与灌封件5的材料相同的介电材料中传播，所以引导波的结构尺寸小于在气体中传播微波的情况，这是因为波导3的材料的介电常数大于气体的介电常数。由于引导波的结构尺寸小，所以微波发送设备1在整体上更为紧凑。

本发明的微波发送设备1的在图2a中示出的实施例与在图1中示出的实施例的区别在于，微波并非利用波导3的导电的包封件6进行引导，而是利用波导3与灌封件5之间的边界层进行引导。由于波导3与灌封件5由两种具有不同的相对介电常数和相对透射率的材料构成，所以形成了该边界层。

在图2b和图2c所示的实施例中，微波既如同微波发送设备1的在图2a中示出的实施例那样利用波导3与灌封件5之间的边界层进行引导，又利用波导3的带有导电材料的局部的包封件6进行引导。通过这两种波引导方式的组合，优化了在波导3中对波的引导。

图3中的实施例与在图2a中示出的实施例的区别在于，波导3并非角形，而是杆形。如果两个实施例的波导3在设置于电子机构2上的波输入器区域中仍然形状相同，则图3中所示的实施例的直径在整个区域中都恒定，在所述区域中，波导3被灌封件5包封，而且沿着纵轴线10还有一定的路程，以便最终锥形地伸展，并在位于纵轴线10上的尖端终止。波导3的突出于灌封件5的部分是波辐射区域4，与在图2a中示出的实施例相反，该波辐射区域是一种三维结构，而不是两维的面，由此使得自由空间内的传播特性满足给定的要求。不言而喻，波导3和波辐射区域4的三维结构也可以具有其它形状。

在图4中示出的实施例与在图2a中示出的实施例的区别在于形成用来引导微波的边界层的材料。在图2a所示的实施例中，在波导3的一种材料与灌封件5的另一种材料之间形成边界层，而在图4的实施例中，无论波导3还是灌封件5均由两种不同的灌封材料构成，其中全部四种材料的相对介电常数和相对透射率各不相同。波导3的由第一种介电材料构成的前面部分3a含有波辐射区域4，且具有锥体形状，该前面部分沿着纵轴线10在与微波传播方向相逆的方向上变窄，且在纵轴线10上的尖端终止。波导3的由第二种介电材料构成的后面部分3b柱形地同心地围绕纵轴线10设置，该后面部分形状配合地包围波输入器，并在处于传播方向上的端侧沿着整个柱体直径形成倒锥形，该倒锥形形状配合地接纳波导3的前面部分3a的锥体的互补部分。灌封件5的前面区域5a由第三种介电材料构成，其后面区域5b由第四种介电材料构成，该前面区域位于与辐射区域4的面重叠的面和与波导3的后部部分的在微波传播方向上前面的端面重叠的面之间，其中灌封件5的方形外形保持不变。使用四种具有不同的相对介电常数和相对透射率的材料改善了边界层的波引导特性。

在图5中示出了最后一个实施例，其多个特征不同于图4所示实施例。波导3的柱形部分被省去，由波导3的锥形部分形成一个截锥，该截锥的波辐射区域4向外拱曲，以便适应于自由空间波的传播特性。在图5所示实施例中，该截锥是唯一留下来的部件，微波在该部件中传播。波输入器是设置在电子机构2的承载体上的平坦结构，该结构沿着纵轴线10仅略微延展。平坦的波输入器，波导3的柱形部分被省去，这些都使得微波发送器1沿着纵轴线的延展距离相比于其它实施例有所减小。

Claims (9)

1.一种用于发射微波的微波发送设备(1)，带有电子机构(2)、波输入器、波导(3)和波辐射区域(4)，其中电子机构(2)、波输入器和波导(3)具有共同的灌封件(5)，其特征在于，利用灌封件(5)至少使得电子机构(2)、波输入器和波导(3)相互固定。

2.如权利要求1所述的微波发送设备(1)，其特征在于，灌封件(5)与波辐射区域(4)一起完全包封电子机构(2)、波输入器和波导(3)。

3.如权利要求1所述的微波发送设备(1)，其特征在于，灌封件(5)完全包封电子机构(2)、波输入器和波导(3)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的微波发送设备(1)，其特征在于，为了引导微波，波导(3)至少部分地被导电的材料(6)包围。

5.如权利要求1至4中任一项所述的微波发送设备(1)，其特征在于，微波利用灌封件(5)与波导(3)之间的边界层进行引导。

6.如权利要求1至5中任一项所述的微波发送设备(1)，其特征在于，在灌封件(5)中至少构造有用于微波发送设备(1)的固定装置(7)和/或用于承受通过微波发送设备的电接头作用的机械负荷的装置。

7.如权利要求1至6中任一项所述的微波发送设备(1)，其特征在于，灌封件(5)是一种防止外界影响的保护件，该保护件尤其是符合标准DIN EN 60529IP68。

8.如权利要求1至7中任一项所述的微波发送设备(1)，其特征在于，灌封件(5)在防燃意义下是一种封装件，该灌封封装件尤其是符合标准EN60079-18。

9.如权利要求1至8中任一项所述的微波发送设备(1)，其特征在于，微波发送设备本质安全地设计，尤其是符合标准EN60079-15。

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