CN104568056A

CN104568056A - 调频雷达物位计量

Info

Publication number: CN104568056A
Application number: CN201410017917.2A
Authority: CN
Inventors: 安德斯·伊尔斯科格
Original assignee: Rosemount Tank Radar AB
Current assignee: Rosemount Tank Radar AB
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2034-01-15
Also published as: CN104568056B; KR102331740B1; EP3060889B1; WO2015059260A1; RU2016115266A3; CN203893913U; EP3060889A1; RU2678211C2; US9234784B2; US20150116142A1; KR20160074526A; RU2016115266A

Abstract

公开了调频雷达物位计量。提供了用于测量距罐中的物品的表面的距离的雷达物位计和方法。所述雷达物位计包括收发器电路，所述收发器电路被配置成发射和接收电磁信号，所述收发器电路包括稳频反馈环路，所述稳频反馈环路被配置成生成频率扫描形式的电磁发射信号。所述稳频反馈环路被配置成生成用于形成频率扫描的正弦调制的振荡。雷达物位计还包括：第二混频器，被配置成将中频信号与所述正弦调制的频率的整数倍进行混频以提供经调节的中频信号；以及处理电路，被配置成基于所述经调节的中频信号来确定所述距离。通过提供包括正弦调制的频率扫描，所述雷达物位计和所述方法实现提高的灵敏度。

Description

调频雷达物位计量

技术领域

本发明涉及使用电磁波来确定距罐中的物品的表面的距离的雷达物位计和方法。

背景技术

自从雷达物位计量在1970年代和1980年代被开发作为商业产品以来，调频连续波（FMCW）就已成为高精确度应用的主导测量原理。FMCW测量包括将在若干GHz量级的频率范围中被扫描的信号发射到罐中。例如，该信号可以处于9GHz至11GHz或24GHz至27GHz的范围中。所发射的信号被罐中的内容物的表面（或任何其他阻抗过渡（impedancetransition））所反射，并且延迟了一定时间的回波信号返回物位计。回波信号与所发射的信号被进行混频以生成混频器信号，该混频器信号具有与所发射的信号在时延期间发生的频率变化相等的频率。由于线性扫描，这种差频（也被称为中频（IF））与距反射表面的距离成比例。混频器信号通常被称为IF信号。

近来，FMCW原理被改进了，并且现在其典型地包括以实际上恒定的幅度来发射具有步进频率的信号，而不是发射连续扫描。当所发射的信号与所接收的信号被混频后，每个频率步进将提供分段恒定的IF信号中的恒定的一段，从而提供IF信号的一个“样本”。为了确定该分段恒定的IF信号的频率，需要比采样定理所规定的数目多的多个（N个）频率。然后，以与传统的FMCW系统相似的方式使用IF信号的频率来确定距反射表面的距离。典型值可以是以1000至1500个步进划分的30米距离处的200至300个IF时段。应当注意，还可以对源于连续频率扫描的连续IF信号进行采样以使得能够进行数字处理。

传统的FMCW系统（连续的以及步进的）尽管高度精确，但是却相对耗电，使得其较不适合功率受限的应用。这样的应用的示例包括由两线接口（例如4mA至20mA环路）供电的现场装置和由内置电源（例如蓄电池或太阳能电池）供电的无线装置。

传统的FMCW系统的相对高的功率需求的原因之一是需要在所发射的电磁波与所接收的电磁波之间进行隔离。也可以例如通过向频率扫描添加额外的调制来改进隔离从而增加灵敏度。然而，这样的调制典型地需要添加的部件，即附加的振荡器和加法器，并因此将会增加装置的复杂度和功耗。因此，期望在不增加装置的复杂度的情况下提高灵敏度以降低功耗。

发明内容

鉴于雷达物位计的上述期望特性，本发明的总体目的是通过提高灵敏度来使得能够改进雷达物位计的性能，并通过使得能够使用较低的发射功率来降低雷达物位计的能量需求。

本发明基于如下认识：通过将雷达物位计中所包括的电子部件配置成提供通常不期望的作用，这些不期望的作用实际上将提供附加的调制，从而使得能够增加雷达物位计的灵敏度。

根据本发明的第一方面，通过如下用于测量距罐中的物品的表面的距离的雷达物位计来实现这些以及其他目的，所述雷达物位计包括：收发器电路，被配置成发射电磁发射信号并且接收从所述表面反射的电磁返回信号，所述收发器电路包括稳频反馈环路，所述稳频反馈环路被配置成生成频率扫描形式的电磁发射信号；第一混频器，被配置成将发射信号与返回信号进行混频以提供第一中频信号；信号传播装置，被布置成朝向所述表面导引所述发射信号并且将所述返回信号导引至所述收发器电路。所述稳频反馈环路被有意地配置成生成用于形成频率扫描的调制的振荡。所述雷达物位计还包括：第二混频器，被配置成将所述第一中频信号与正弦调制的频率的整数倍进行混频以提供第二中频信号；以及处理电路，被配置成基于所述第二中频信号来确定所述距离。

根据本发明的第二方面，所述目的还通过如下用于检测距保存在罐中的物品的表面的距离的方法来实现。所述方法包括：在稳频反馈环路中生成频率扫描，其中该稳频反馈环路被有意地配置成生成振荡，从而形成所述频率扫描的调制；朝向所述表面发射包括所述频率扫描的电磁发射信号，并且接收在所述表面处反射的包括所述频率扫描的电磁返回信号；将所述返回信号与所述发射信号进行混频，以提供第一中频信号；将所述第一中频信号与所述调制的频率的整数倍进行混频，以提供第二中频信号；以及基于所述第二中频信号确定所述距离。

由反馈环路中的振荡所形成的调制使得能够提高灵敏度而无需添加部件，从而不会增加雷达物位计的复杂度。通过提供频率比一般情况高的中频信号，实现了提高的灵敏度。根据本发明的中频信号将包括正弦调制的频率和该频率的谐波（即该正弦调制频率的整数倍）加一般的中频。中频信号的较高频率将抑制来自电子装置、波导的泄漏，并且还降低与信号传播装置邻近的物体所引起的干扰的影响。增加的灵敏度可以多达10dB至20dB。

应当理解，将第一中频信号与正弦调制的频率的整数倍进行混频的第二混频提供了第二经调节的中频信号，该第二经调节的中频信号具有与一般的FMCW雷达物位计中的中频信号可比较的频率。

本发明基于稳频反馈环路的出乎意料的新的使用。传统地，这样的反馈环路用于在通过频率扫描进行步进时确保频率的平滑并且清晰的变化。相应地，尽可能抑制任何振荡行为。然而，根据本发明，稳频反馈环路被有意地配置成使得其在调节至新频率之前引起振荡。通过确保该振荡的持续时间与每个频率步进的步进时间或停留时间可比较，该振荡可被用于提供对频率的基本上为正弦的调制。稳频反馈环路因此还可以被称为“频率振荡反馈环路”。

稳频反馈环路包括如下控制参数：在通常情况下这些控制参数将被用于将频率步进设置为尽可能地为线性的并且不包含振荡，即当频率增加时具有清晰的步进。稳频反馈环路带宽将会影响调制的大小（即频率范围），这意味着较大的带宽将允许在通常期望的频率步进之外的较大的正弦调制。另外，带宽还限定控制环路的速度，即在稳频反馈环路实现频率的“锁定”之前的时间，较小的容许带宽将增加在稳频反馈环路实现锁定之前的时间，并且反之亦然，较大的容许带宽将减少在稳频反馈环路实现锁定之前的时间。稳频反馈环路对输入和输出信号进行采样的频率将确定所添加的正弦调制的频率。

采样频率与环路带宽之间的关系可以为10倍或更小，或者甚至是小至5倍或更小。这可以通过将采样频率设置成小于10MHz或甚至小于5MHz来完成。在一个示例中，反馈环路的采样频率仅为2MHz。在另一个示例中，反馈环路的采样频率仅为250kHz。

根据本发明的一个实施例，频率扫描的每个频率步进的步进时间或步进停留时间与振荡的持续时间之间的关系被选择为使得调制在频率扫描中基本上为连续的。由此，在频率扫描的所有部分处均具有高灵敏度是可能的。

另外，通过调节步进停留时间、并且因而调节步进频率，可以经由将比较频率与步进频率之商配置成有理数来生成低于比较频率的调制频率。如果比较频率与步进频率之商为整数，则正弦调制的调制频率将变成等于比较频率。通过将比较频率与步进频率之商配置为分数，调制将以等于比较频率的该分数（fraction）的频率来重复自身。例如，如果比较频率与步进频率之商为6.4，即六又五分之二，则调制模式（modulation pattern）将以作为比较频率的五分之一的频率重复自身。应当注意，前述数字仅仅是示例，并且原则上在本发明的范围内可以生成任意调制频率。

当研究所附权利要求和以下描述时本发明的进一步的特征和优点将变得明显。本领域的技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将本发明的不同特征进行组合以产生不同于以下所描述的实施例的实施例。

附图说明

现在将参照示出了本发明的实施例的附图来更详细地描述本发明的这些以及其他方面。

图1是频率扫描的示意性图示。

图2是适于实施本发明的雷达物位计的示意性横截面图。

图3是根据本发明的实施例的、图2中的雷达物位计的收发器和处理电路的示意性框图。

图4是根据本发明的实施例的、图2中的雷达物位计的收发器和处理电路的替选示意性框图。

图5是根据本发明的实施例的方法的流程图。

图6是图2的收发器中的、包括相频稳定环路的微波源的示意性框图。

具体实施方式

在本说明书中，主要参照具有用于辐射和捕获电磁信号的自由传播天线的雷达物位计来描述本发明的实施例。应当注意，这绝不限制本发明的范围，本发明等同地可应用于其他信号传播装置，包括其他自由传播天线（如棒状天线、贴片天线、固定或可移动抛物面天线、或者锥形天线）以及波导（例如静止管道（still pipe）、传输线或探针，其中探针例如单引线探针（包括所谓的高保（Goubau）探针）、双引线探针或同轴探针）。

另外，在以下描述中，主要参照使用步进频率扫描的FMCW雷达物位计来描述本发明的实施例。应当注意，本发明在任何采样的FMCW（如使用连续频率扫描的FMCW）中都是有利的，或者甚至在使用频率扫描的其他类型的雷达系统中也是有利的。

通过观看示意性地示出频率扫描的曲线100的图1，可以非常容易地理解本发明，在图1中频率是关于时间进行绘制的。实线101表示理想的步进频率扫描101，其中频率扫描为线性的并且频率的每个步进被示出为向更高频率的清晰步进。虚线102表示振荡，其可以由于频率反馈稳定环路的不适当设置而出现。由虚线102表示的振荡可以延长每个频率步进处的时间，这是因为在使频率反馈稳定环路稳定并且然后使得频率反馈稳定环路能够逐步增加频率之前，振荡将被记录为误差。因此，通常花费时间和能量来使由虚线102表示的振荡最小化，以使得每个频率步进处的时间能够尽可能短。图1中的虚线103表示根据本发明的振荡，即添加的正弦调制103。通过以系统方式配置频率反馈稳定环路来实现用于提供正弦调制103的振荡。注意，图1中正弦调制103的幅度及其频率仅仅是示意性表示。如之后将进一步阐述的，频率步进的典型大小为MHz量级。正弦调制103的幅度典型地为MHz量级，并且正弦调制的频率典型地为200kHz至400kHz或更小。

图2示意性地示出了根据本发明的实施例的雷达物位计1，其包括测量电子单元2和信号传播装置，该信号传播装置在此为喇叭天线3。雷达物位计1设置在被部分地填充有待计量的物品6的罐5上。罐中的物品6可以为液体、液化气体、或者甚至固体，例如谷粒或塑料小球。FMCW测量方法提供了雷达物位计的相对高的测量灵敏度，使得当罐中存在干扰物体时也能够实现可靠的测量结果。通过对由天线3朝向物品6的表面7辐射的发射信号S_T以及从表面7行进返回的回波信号S_R进行分析，测量电子单元2可以确定基准位置与物品6的表面7之间的距离，从而可推导出填充物位L。应当注意，尽管在本文中讨论包含单一物品6的罐5，但是可以以相似方式测量距罐5中存在的任何物料界面的距离。另外，由天线3朝向表面7辐射的发射信号S_T通常包括9GHz至11GHz的频谱或24GHz至27GHz的频谱。

如在图2中示意性示出的，电子单元2包括用于发射和接收电磁信号的收发器10，收发器10在此经由波导9连接至天线3。注意，天线3可选地可以直接连接至收发器电路，或经由合适的信号介质（例如同轴线缆）进行连接。单元2还包括处理电路11，处理电路11连接至收发器10以用于控制收发器并处理由收发器接收的信号以确定罐5中的物品6的填充物位。处理电路11还连接至存储器12，存储器12用于存储操作雷达物位计1所需要的任何软件并且还提供在操作期间使用的RAM。

处理电路11还可经由接口14连接至用于进行模拟和/或数字通信的外部通信线路13。例如，可以通过两线接口提供通信接口14与外部控制站（未示出）之间的通信，该两线接口具有向控制站发送测量结果和接收用于物位计1的操作的电力的组合功能。这样的两线接口可以提供几乎恒定的电力，并且可以使用数字协议（例如现场总线基金会（FieldbusFoundation）或HART）将测量结果叠加在电力电压上。可替代地，根据主要的测量结果来调整线路中的电流。这样的接口的示例为4mA至20mA工业环路，其中取决于测量结果在4mA与20mA之间调整电流。可替代地，雷达物位计1可以使用例如无线HART协议与控制站进行无线通信，并使用具有电池或用于采集能量的其他装置的本地电源（未示出）进行自主操作。

接口14在此包括电力管理电路，该电力管理电路包括电力存储装置15，该电力存储装置15用于在微波单元未激活的时段期间存储电力，从而能够在微波单元激活的时段期间（即扫描期间）提供较高的功耗。利用这样的电力管理，可以实现较低的平均功耗，同时仍然允许短时段的较高功耗。电力存储装置15可以包括电容，并且可能会受到空间需求以及内在安全需求（当物位计1被布置在具有易爆内容物或可燃内容物的罐的危险区域中时适用）的限制。

尽管在图2中被示为分离的块，然而收发器10、处理电路11和接口14中的若干个可以设置在同一电路板上或甚至在同一电路中。

现在参照图3，示出了根据本发明的实施例的、图2中的收发器10和处理电路11的更详细框图。

收发器10在此包括微波源21，而微波源21又由形成处理电路11的一部分的时序电路23来控制。微波源21经由功率分配器24连接至天线3并且也连接至第一混频器25。功率分配器24被布置成将来自天线的返回信号连接至第一混频器25，以使得第一混频器25能够将返回信号与来自微波源21的发射信号进行混频并且提供中频信号。第一混频器25连接至带通滤波器26，而带通滤波器26又连接至第二混频器35。第二混频器35还连接至微波源21，以便接收表示正弦调制的频率的整数倍的信号并将中频信号与来自微波源21的信号进行混频以提供经调节的中频信号。第二混频器35还连接至放大器27。

除了以上提及的时序电路23之外，处理电路11在此还包括适于接收和采样来自放大器27的信号的采样器31。采样器可以包括与A/D转换器相结合的采样及保持电路，或被实现为∑-△转换器。采样器31由时序电路控制以与测量信号同步。最后，处理电路包括连接至采样器31的物位计算器块34。

尽管收发器10的元件典型地以硬件实施并且形成通常被称为微波单元的集成单元的一部分，但是处理电路11的至少一些部分典型地由嵌入式处理器所执行的软件模块来体现。本发明并不限于该特定的实现方式，并且可以构思被发现适于实现在本文中描述的功能的任何实施方式。

现在参照图4，示出了根据本发明的另一个实施例的收发器10和处理电路11的更加详细的框图。直至带通滤波器26之后的信号路径为止，图4的收发器与图3所示的实施例相似。图4的带通滤波器26直接连接至放大器27。

处理电路11在此包括被配置成接收来自微波源21的、表示正弦调制的频率的信号的第一采样器28以及被配置成接收来自放大器27的中频信号的第二采样器29。第一采样器28和第二采样器29还被配置成接收来自时序电路23的时序信号以将采样与测量信号进行同步。如上所述，采样器可以包括与A/D转换器相结合的采样及保持电路，或被实现为∑-△转换器。将来自第一采样器28和第二采样器29的采样信号馈送给第二混频器35，第二混频器35被配置成提供经调节的中频信号。第二混频器35连接至低通滤波器30，而低通滤波器30又连接至被配置成确定距离的物位计算器块34。

应当理解，图4中的处理电路11中所包括的部件中的若干个与其在图3中所示的实施例中的相应布置相比较，部分地或整体地体现为软件模块或软件块。例如，现在正在接收来自第一采样器28的表示正弦调制的频率的采样信号和来自第二采样器29的表示中频信号的第二信号的第二混频器35现在可以将这些信号以数字方式进行混频。因此提供了通过已知的信号处理算法对信号进行进一步放大或滤波的可能性。另外，利用来自处理电路的充分的计算能力，可以足以在第二采样器29中对来自放大器27的信号进行采样并通过使用信号处理算法（例如快速傅里叶变换或类似方法）计算正弦调制的频率来提供经调节的中频信号。

图5通过流程图示出了根据本发明的实施例的用于提供对距物品的表面的距离的测量的方法。首先，将描述方法的步骤S1至S6，随后将结合图6描述步骤S11和S12。

首先，在步骤S1中，时序电路23控制微波源21输出步进频率扫描形式的测量信号。在包括稳频反馈环路的微波源21中生成步进频率扫描。测量信号通常可以以合适的步进从较低的频率步进至较高的频率。在替选实施例中，测量信号可以替代地从较高的频率步进至较低的频率，或者频率步进甚至可以以任何顺序进行。例如，频率扫描可以具有若干GHz（例如0.2GHz至6GHz）量级的带宽以及25GHz或10GHz量级的平均频率。扫描中的该步进数目N可以处于100至4000的范围内，典型地处于200至2000的范围内，并且针对30m的期望范围可以为大约1000。因此，每个频率步进（Δf）的大小将典型地为MHz量级。针对功率受限的应用，扫描的持续时间被限制，并且典型地为0至100ms的量级。例如，扫描的持续时间可以为大约30ms，并且对于1000个频率步进（N=1000），这导致每个步进的持续时间为30μs的量级，或大约30kHz的更新率。频率反馈稳定环路被配置成生成振荡，该振荡形成步进频率扫描的正弦调制。

其次，在步骤S2中，通过天线3将来自微波源21的测量信号朝向表面7发射到罐5中，作为电磁发射信号S_T。

然后，在步骤S3中，经反射后从表面7行进返回的返回信号S_R被天线3所接收，并沿波导9被发送至收发器10进而被发送至功率分配器24。在步骤S4中，返回信号S_R经由功率分配器24被发送至第一混频器25，并与测量信号进行混频以提供中频信号。通常，中频信号是分段恒定的振荡信号，其频率与距反射表面的距离成比例，并且分段恒定的长度为与测量信号步进长度相同的长度。典型的频率为kHz量级，例如小于100kHz，并且典型地小于15kHz。然而，根据本发明的中频信号将具有与中频信号加正弦调制频率的倍数成比例的较高频率，从而需要第二步骤的混频以解调中频信号。作为因所涉及的贝塞尔函数（Bessel function）而导致的正弦调制频率的谐波，产生正弦调制频率的整数倍。应当注意，在电磁发射信号S_T中发射的能量将在这些谐波之间划分，然而，灵敏度的增加将超出对被划分的发射能量的补偿。

因此，在步骤S5中，由第二混频器35将来自第一混频器25的、已经通过带通滤波器26的中频信号与正弦调制的频率的整数倍进行混频，以提供经调节的中频，其中该带通滤波器26被设置为允许与正弦调制频率的整数倍中的至少一个相对应的特定频率的中频信号。因此，优选使用与被配置用于带通滤波器27的相同频率对应的整数倍，以解调并提供经调节的中频信号。该经调节的中频信号包括与距反射表面的距离成比例的频率，并且为kHz量级，例如小于100kHz且通常小于15kHz。

作为替选，第二混频器35可以在处理电路中体现为软件，其中，返回信号S_R在第一混频器25中与测量信号进行混频，并且中频信号当在第二混频器35中进行混频之前在处理电路11中被采样，以在处理电路中提供经调节的中频信号。另外，如果第二混频器35被实施为软件，则可以不需要从微波源21到第二混频器35的正弦调制的频率。通过将第二混频器35提供为软件，处理电路11中可用的、未使用的处理能力可以被用于提供将中频信号解调为经调节的中频信号的解调，来自时序电路23的时序信号的、在处理电路11中本来已知的信息将被用于解调中频信号，而无需向系统添加额外的部件。

然后，在步骤S6中，放大后的经调节中频信号被处理电路11接收，在处理电路11中，由采样器31对该信号进行采样和A/D转换。A/D转换器30的采样频率有利地充分接近测量信号的更新率，以对测量信号的每个步进采样一次且仅采样一次。

由该采样生成的采样矢量被提供给物位计算器块34，物位计算器块34基于采样矢量确定经调节的中频信号的频率，然后基于经调节的中频信号的频率确定距反射表面的距离（并且随后确定罐中的物品的填充物位）。

在图6中更详细地示出了微波源21。微波源21包括鉴频鉴相器36、环路滤波器37、压控振荡器38、反馈分频器39和分频器45。在使用中，微波源21将接收来自时序电路的包括时序频率的信号40。在被鉴频鉴相器36检测之前，时序频率可以被分频器45分频。鉴频鉴相器将会检测来自分频器45的信号40的频率并且将该频率与被反馈分频器39分频的由压控振荡器38产生的信号进行比较，并产生与来自分频器45的信号40的相位和来自反馈分频器39的信号的相位之间的差成比例的误差信号。该误差信号然后在环路滤波器37中被滤波，并被用于驱动压控振荡器38，压控振荡器38将会产生包括输出频率的输出信号41。输出信号41将通过分频器39返回鉴频鉴相器36，从而产生负反馈环路，因此，如果输出信号41的频率发生漂移，则误差信号将会增加并且将会把输出信号41的频率朝正确值驱动回来。借助于反馈环路36、37、38和39，来自微波源21的输出信号41被“锁定”至来自时序电路23的输入信号40。注意，输出频率通常不等于输入信号的频率。分频器39将以整数N或分数值来对输出信号进行分频，因此输出频率可以以输入信号40的整数倍（或根据分数分频的任何有理数）步进，以提供步进频率扫描作为来自微波源21的输出信号41。

相应地，还存在可以针对图6中所示的稳频反馈环路而设置的参数。一个参数为反馈环路带宽42，其应当被理解为设置环路滤波器37的带宽。稳频反馈环路的另一个参数为比较频率，其为来自时序电路23的输入信号40的频率。比较频率将确定鉴频鉴相器36的采样频率。在图6中，示出了能够对来自时序电路23的输入信号40的频率进行分频的分频器45，因此通过控制分频器信号46的整数分频或分数分频来控制比较频率。另外，可以设置环路滤波器37的相位裕度43以确定反馈环路的稳定性。也在微波源21中设置的另一个参数为步进停留时间44，即在增加分频器的整数倍、从而实现输出信号41的频率的步进之前的时间量。

反馈环路带宽42将控制由鉴频鉴相器36产生的误差信号的大小，并且作为结果，反馈环路带宽42由于如下事实还控制控制环路的速度：较大的容许误差信号（即较大的带宽）将导致在输出信号41的频率可以稳定至期望频率之前的较少的时间。通常，需要高采样频率来确保步进频率扫描的步进是清晰的并且振荡尽可能短。然而，通过经由对分频器45或来自时序电路23的输入信号频率进行控制而将比较频率设置得较低，使得鉴频鉴相器36比为获得清晰且平滑的频率步进所期望的更慢地进行采样，在频率扫描中将会发生振荡。该振荡可以理解为相位频率离散采样效果。此外，如果前述比较频率与反馈环路带宽42的10倍一样低，则将输出信号41的频率稳定至期望频率所需要的较长的时间连同相对低的采样频率将一起将产生振荡，即相位频率离散采样效果。

步进停留时间44为在步进频率扫描中的每个步进处在分频器39将整数N增加为N+1（或任何分数值）之前花费的时间量，其中分频器39将整数N增加为N+1（或任何分数值）意味着稳频反馈环路将试图在步进频率扫描中的下一个步进上获得“锁定”。通过设置步进停留时间，可以提供连续振荡以形成频率扫描的连续的正弦调制。此外，可以设置相位裕度43以产生相位频率离散采样效果，或者可以设置相位裕度43以与稳频反馈环路带宽和比较频率相结合地产生相位频率离散采样效果。

现在再次参照图5，步骤S11包括设置反馈环路带宽42、比较频率或相位裕度43中的至少一个以在稳定至新频率时引起振荡。

例如，将比较频率设置为2MHz，并将环路带宽42设置为200kHz。将相位裕度设置为35度至70度，例如50度。其他值也可以是合适的，但是通常重要的是比较频率（即环路的采样频率）不会比带宽大太多。在传统的稳频反馈环路中，该关系可以为100的量级。在此，该关系典型地应当不大于10倍或甚至更小。根据一些实施例，使用在大约200kHz的范围中的比较频率。

其次，步骤S12包括设置步进停留时间44以提供连续振荡，并且从而提供连续的正弦调制。另外，如之前提及的，步进停留时间44连同比较频率可以一起被用于控制正弦调制的频率，以产生原则上任何频率的正弦调制。

因此，步骤S11和S12可以仅在安装雷达物位计时执行，或者根据需要执行，例如每月执行一次或者甚至在需要的情况下在每次频率扫描前执行。

图6的稳频反馈环路可以整体地或部分地并入锁相环（PLL）。可以与整数或分数分频器45一起以许多格式（例如模拟或数字格式）在市面上得到锁相环。另外，面向市场的PLL可以包括电荷泵和/或分频器45。比较分频器将通过在输入信号进入反馈环路之前对输入信号的比较频率进行分频而使得能够容易控制比较频率。此外，振荡的频率（即调制频率）通常在面向市场的PLL的可以有利地用于连接微波源21与第二混合器35的输出引脚上获得。

尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可以与所描述的顺序不同。此外，两个或更多个步骤可以同时执行或部分同时执行。这样的变型将取决于所选择的硬件和软件以及设计者的选择。所有这样的变型均在本公开内容的范围之内。相似地，软件实施可以利用使用基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各个连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。此外，尽管参照特定示例性实施例描述了本发明，但是对本领域的技术人员而言许多不同的变型、修改等将变得明显。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域的技术人员在实践要求保护的本发明时可以理解并做出所公开的实施例的变型。另外，在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除复数。

Claims

1.一种用于确定距罐（5）中的物品（6）的表面（7）的距离的雷达物位计（1），所述雷达物位计包括：

收发器电路（10），被配置成发射电磁发射信号（S_T）并且接收从所述表面反射的电磁返回信号（S_R），

信号传播装置（3），被布置成朝向所述表面导引所述发射信号，并且将所述返回信号导引至所述收发器电路，以及

第一混频器（25），被配置成将所述发射信号与所述返回信号进行混频，以提供第一中频信号，

其特征在于，

所述收发器电路包括稳频反馈环路（21），所述稳频反馈环路被配置成生成频率扫描形式的所述电磁发射信号，其中，所述稳频反馈环路被有意地配置成生成用于引起所述频率扫描的调制的振荡（103），并且所述雷达物位计还包括：

第二混频器（35），被配置成将所述第一中频信号与频率为所述调制的频率的整数倍的信号进行混频，以提供第二中频信号，以及

处理电路（11），被配置成基于所述第二中频信号来确定所述距离。

2.根据权利要求1所述的雷达物位计，其中，所述稳频反馈环路具有环路带宽和采样频率，并且其中所述振荡是通过设置所述环路带宽和所述采样频率中的至少一个而引起的。

3.根据权利要求2所述的雷达物位计，其中，所述稳频反馈环路包括鉴频鉴相器，所述采样频率为所述鉴频鉴相器的比较频率。

4.根据权利要求2所述的雷达物位计，其中，所述采样频率与所述环路带宽之间的关系为10倍或更小。

5.根据权利要求2所述的雷达物位计，其中，所述采样频率与所述环路带宽之间的关系为5倍或更小。

6.根据权利要求2所述的雷达物位计，其中，所述采样频率小于10MHz。

7.根据权利要求2所述的雷达物位计，其中，所述采样频率小于5MHz。

8.根据权利要求1所述的雷达物位计，其中，所述振荡的持续时间与所述频率扫描中的每个频率的步进时间之间的关系为使得所述调制在所述频率扫描中基本上是连续的。

9.根据权利要求1所述的雷达物位计，其中，所述稳频反馈环路是通过锁相环PLL实现的。

10.根据权利要求1所述的雷达物位计，其中，所述调制基本上为正弦的。

11.根据权利要求1所述的雷达物位计，其中，所述频率扫描从9GHz延伸至11GHz。

12.根据权利要求1所述的雷达物位计，其中，所述频率扫描从25GHz延伸至27GHz。

13.一种用于检测距保存在罐（5）中的物品（6）的表面（7）的距离的方法，所述方法包括：

朝向所述表面发射（S2）包括频率扫描的电磁发射信号，

接收（S3）在所述表面处反射的包括所述频率扫描的电磁返回信号，以及

将所述返回信号与所述发射信号进行混频（S4），以提供第一中频信号，

其特征在于，所述方法还包括：

在稳频反馈环路中生成（S1）所述频率扫描，所述稳频反馈环路被有意地配置成生成振荡，从而引起所述频率扫描的调制，

将所述第一中频信号与所述调制的频率的整数倍进行混频（S5），以提供第二中频信号，以及

基于所述第二中频信号确定（S6）所述距离。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述稳频反馈环路具有环路带宽和采样频率，并且其中，所述生成所述频率扫描的步骤还包括设置所述环路带宽和所述采样频率中的至少一个。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述采样频率与所述环路带宽之间的关系为10倍或更小。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述采样频率与所述环路带宽之间的关系为5倍或更小。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述采样频率小于10MHZ。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述采样频率小于5MHZ。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述振荡的持续时间与所述频率扫描中的每个频率的步进时间之间的关系为使得所述调制在所述频率扫描中基本上是连续的。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述调制基本上为正弦的。

21.根据权利要求13所述的方法，其中，所述频率扫描从9GHz延伸至11GHz。

22.根据权利要求13所述的方法，其中，所述频率扫描从25GHz延伸至27GHz。