CN105102942B - 电波水平仪 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够实现水平方向的小型化并且具有抑制反射、损耗而将发送接收电路基板与天线部连接的连接构造的电波水平仪。在壳体(12)内发送接收电路基板(32)沿铅垂方向配置，连接构造包括从形成于发送接收电路基板(32)的供电端子(32a)被供电的波导管(W1)～(W3)。波导管具有：圆形波导管(W1)，其从发送接收电路基板朝向天线部且以与发送接收电路基板正交的方式沿水平方向延伸；方形波导管(W2)，其与该圆形波导管(W1)连结，沿铅垂方向延伸；以及第二圆形波导管(W3)，其进一步与该方形波导管(W2)连结，沿铅垂方向延伸。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过电波来测定被测定物的水平的电波水平仪，特别涉及一种具有用于将内置于壳体的发送接收电路基板与进行电波的发送接收的天线部连接的连接构造的电波水平仪。
背景技术
在这种电波水平仪中，具备：内置于壳体、形成有发送接收电路的发送接收电路基板；以及为了进行电波的发送接收而沿铅垂方向向收容有被测定物的容器内突出的天线部，因此，需要用于将该发送接收电路基板与天线部连接的连接构造。
作为以往的连接构造，例如已知专利文献1所记载的构造。在该例中，在壳体内发送接收电路基板沿水平方向配置，具备用于将壳体与探针(天线部)连接的连接器具。连接器具具备中心导体，中心导体的一端插入到形成于发送接收电路基板的孔，进行直接电接触，中心导体的另一端与探针电连接。
在这种专利文献1的结构中，存在如下问题：由于发送接收电路基板沿水平方向设置，导致占用水平方向的面积而难以进行水平方向的小型化。在设置有这种电波水平仪的现场，其它设备等沿水平方向排列设置的情况也多，期望水平方向的小型化。另外，还存在如下问题：由于接受连接器具的中心导体的一端的孔的位置被限制于发送接收电路基板的大致中央位置，导致发送接收电路基板的设计自由度小。
另一方面，作为将发送接收电路基板沿铅垂方向配置的结构，在专利文献1的以往技术(图1)所示的例中，在壳体内发送接收电路基板沿铅垂方向配置，从发送接收电路基板延伸出同轴线缆。而且，作为将该同轴线缆与天线部连接的构造，已知专利文献2所记载的利用插头连接式连接器具的构造。该专利文献2的插头连接式连接器具包括与从发送接收电路基板延伸出的上述同轴线缆的端部连接的插头以及与天线部侧的同轴线路的端部连接的插座，当将插头插入到插座时，插头侧内导体与插座侧内导体接触，插头侧外导体与插座侧外导体经由电介质通过电容耦合来连接，由此，使发送接收电路侧的地与天线侧的地绝缘并且将发送接收电路与天线部连接。
像这样若将发送接收电路基板沿铅垂方向配置则能够实现水平方向的小型化，但是其反面，存在由于使用了同轴线路而损耗大的问题。另外，还存在如下问题：在从同轴线路对天线部供电的供电点处发生反射。
专利文献1：美国专利第7450055号说明书
专利文献2：美国专利第6778044号说明书
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种能够实现水平方向的小型化并且具有抑制反射、损耗而将发送接收电路基板与天线部连接的连接构造的电波水平仪。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的通过电波来测定被测定物的水平的电波水平仪具有：内置于壳体的发送接收电路基板；进行电波的发送接收的天线部；以及用于将发送接收电路基板与天线部连接的连接构造，该电波水平仪的特征在于，在壳体内发送接收电路基板沿铅垂方向配置，连接构造包括从形成于发送接收电路基板的供电端子被供电的波导管，波导管具有：圆形波导管，其从发送接收电路基板朝向天线部且以与发送接收电路基板正交的方式沿水平方向延伸；方形波导管，其与该圆形波导管连结，沿铅垂方向延伸；以及第二圆形波导管，其进一步与该方形波导管连结，沿铅垂方向延伸。
能够是在波导管内跨方形波导管与第二圆形波导管的边界部分填充有电介质。
能够是在方形波导管与第二圆形波导管的边界部分，在上述电介质的周围配置有使壳体与发送接收电路基板的接地导体绝缘的绝缘用电介质。
也可以是，填充到上述波导管内的电介质的方形波导管侧端部与第二圆形波导管侧端部分别为随着趋向前端而连续地或阶梯式地前端变细的形状。
能够是在填充到上述波导管内的电介质的外周的一部分安装有电波吸收件。
能够是填充到上述波导管内的电介质被构成为基端侧的截面为方形且前端侧的截面为圆形的电介质杆。
另外，能够是上述发送接收电路基板、发送接收电路基板的接地导体、非导电性壳以及上述电介质杆作为单元插入到壳体内。
发明的效果
根据本发明，由于在壳体内发送接收电路基板沿铅垂方向配置，因此能够实现水平方向的小型化，并且，由于连接构造包括波导管，通过圆形波导管、方形波导管、第二圆形波导管将沿铅垂方向配置的发送接收电路基板与天线部连接，因此能够将损耗抑制得小，能够顺利地将电波的行进方向从水平方向变更为铅垂方向。
形成于发送接收电路基板的供电端子无需一定配置于发送接收电路基板的基板中心，只要将圆形波导管的位置设置成与供电端子对应即可，因此供电端子的位置自由度高。
通过跨方形波导管与第二圆形波导管的边界部分设置电介质，能够抑制在方形波导管与第二圆形波导管的转变部处的反射，另外，在为了使壳体与发送接收电路基板的接地导体绝缘而在方形波导管与第二圆形波导管的边界部分设置有绝缘用电介质的情况下，能够抑制电波从波导管泄漏或反射。
附图说明
图1是基于本发明的实施方式的电波水平仪的概要截面图。
图2的(a)是图1的主要部分放大截面图，(b)是(a)中的b向视图，(c)是沿(a)中的c-c线来看时的截面图，(d)是沿(a)中的d-d线来看时的截面图。
图3是电介质杆的立体图。
图4是壳体内的局部剖切俯视图。
图5是表示将电路单元组装入壳体的状态的分解截面图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
如图1和图2所示，笼统地说，基于本实施方式的电波水平仪10在上侧具备含有金属的壳体12，在下侧具备天线部14，天线部14从其前端向容器中收容的被测定物辐射电波，利用发送接收电路来测量电波到被测定物的往返时间，由此测量到被测定物的距离，求出被测定物的水平。在以下的说明中，将靠近壳体12的一侧设为基端侧，将靠近天线部14的一侧设为前端侧。
在壳体12的内部，区划有中心轴沿铅垂方向的有底的大致圆柱状内部空间12a(参照图1、图4)，并且，从大致圆柱状内部空间12a的底部区划有直径比大致圆柱状内部空间12a的直径小的截面为圆形的圆形中心孔12b，圆形中心孔12b与天线部14连结。另外，以覆盖壳体12的大致圆柱状内部空间12a的上部开口的方式能够装卸地安装有盖24。
电路单元30内置于壳体12的大致圆柱状内部空间12a内。如图2中局部放大地表示的那样，电路单元30具有：形成有发送接收电路的发送接收电路基板32；接地导体34，其设置于基板32的背面；导体壳36，其进一步安装于接地导体34的背面，同样地作为接地导体发挥功能；包括塑料等的非导电性壳38，其至少包围这些发送接收电路基板32、接地导体34以及导体壳36的一部分；以及电介质杆40。在电路单元30中，也能够还包括其它基板等。
在发送接收电路基板32上形成有传输微波的微带(micro strip)线路，在该微带线路的端部形成有供电端子32a(图2的(b))。在接地导体34中，与供电端子32a的位置对应地形成有圆形贯通孔34a。并且，在导体壳36中，在与接地导体34的背面相对的面形成有截面为方形的方形槽36a(图2的(c))，该方形槽36a的一端与圆形贯通孔34a连通，方形槽36a的另一端与壳体12的圆形中心孔12b连通。
由此，通过圆形贯通孔34a形成沿水平方向延伸的圆形波导管W1，通过方形槽36a形成沿铅垂方向延伸的方形波导管W2，通过圆形中心孔12b形成沿铅垂方向延伸的圆形波导管W3(图2的(d))，将发送接收电路基板32与天线部14连接的连接构造包括这些波导管。
为了取得正交的圆形波导管W1与方形波导管W2的匹配，方形槽36a的基端侧的端面不是与方形槽36a的长边方向垂直的垂直面而是成为略微倾斜的倾斜面36b。由此，能够顺利地从圆形波导管W1向垂直的方形波导管W2传输电波。通过形成这种倾斜面等，与将圆形波导管之间正交地连结相比，能够更高效地进行电波的传输。
以填充以上的波导管内的一部分的方式插入有电介质杆40。电介质杆40可以包含聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)之类的耐化学性的材料。
电介质杆40的基端部40a具有与方形槽36a的截面一致的方形截面，插入到上述方形波导管W2。另外，电介质杆40的前端部40b具有与壳体12的圆形中心孔12b的截面一致的圆形截面，插入到上述圆形波导管W3的中途。
另外，如图3所示，在电介质杆40的基端部40a的端部，其一部分被切除而形成台阶部40c。而且，比台阶部40c更靠基端侧的部分的宽度随着趋向端部而逐渐变窄。通过这种赋予电介质杆40的基端部40a的端部的形状，与赋予上述方形槽36a的端部的倾斜面36b的形状一起，能够取得圆形波导管W1与方形波导管W2的转变部以及电介质杆40的基端部40a之类的非连续部中的匹配，能够减少反射。
另外，在电介质杆40的前端部40b的端部形成有圆锥部40d，外径随着趋向端部而逐渐变小。通过这种赋予电介质杆40的前端部40b的端部的形状，能够取得作为圆形波导管W3内的非连续部的电介质杆40的前端部40b中的匹配，能够减少反射。
在电介质杆40的前端部40b的外周面形成有环状凹部40e，在环状凹部40e内配置有片状的电波吸收件46(图2)。
通过贯通电介质杆40地架设于接地导体34与导体壳36之间的脱落防止销41来防止电介质杆40从电路单元30脱落，因此，电介质杆40的基端部40a被导体壳36和接地导体34围绕，与此相对地，前端部40b从电路单元30突出(图5)。其中，也可以利用除了脱落防止销41以外的任意的脱落防止手段来防止电介质杆40脱落。
非导电性壳38设置成使电路单元30的接地导体34及导体壳36不与壳体12直接电接触，非导电性壳38直接紧固于壳体12，由此电路单元30被固定于壳体12的大致圆柱状内部空间12a内，发送接收电路基板32、接地导体34以及导体壳36在大致圆柱状内部空间12a内沿铅垂方向配置。即，通过将电路单元30配置成占用大致圆柱状内部空间12a内的包括中心轴的面内或其附近，能够有效利用大致圆柱状内部空间12a(图4)。
在大致圆柱状内部空间12a的底面的圆形中心孔12b的周围形成有圆形凹部12c，在圆形凹部12c嵌入有呈盘形状的绝缘用电介质板42。通过绝缘用电介质板42，接地导体34与壳体12不直接电接触，仅通过电容耦合来耦合。绝缘用电介质板42能够包括PTFE、PFA或它们的组合，能够包括1个部件或多个部件。
在该例中，绝缘用电介质板42阶梯状地成为两阶，具备比圆形凹部12c更向外侧扩展的凸缘部42a。电介质杆40被配置成贯通该绝缘用电介质板42。因而，绝缘用电介质板42被设置于方形波导管W2与圆形波导管W3的边界部分，通过调整绝缘用电介质板42的形状等，与电介质杆40一起实现该边界部分的匹配，抑制反射。
可以根据所使用的电波的频率来适当调整以上的各部件的尺寸，当如图2所示那样将电介质杆40的前端部40b的圆形截面的直径设为A，将绝缘用电介质板42的嵌入到圆形凹部12c的部分的直径设为B，将绝缘用电介质板42的厚度设为C，将电介质杆40的基端部40a的方形截面的一边设为D、另一边设为E、基端部40a的被切除的铅垂方向长度设为F、切除后剩余部分的水平方向长度设为G时，优选的是分别设定为B＝1.6A～2.4A、C＝0.3A～0.6A、D＝0.5A～0.8A、E＝0.6A～0.9A、F＝0.2A～0.4A、G＝0.3A～0.5A的范围。另外，方形槽36a的端面的倾斜面36b的角度θ可以设为大于90°且为135°以下。
如图5所示，在将电路单元30组装入壳体12时，首先，将绝缘用电介质板42从壳体12的上部开口插入到壳体12，嵌入到大致圆柱状内部空间12a的底面的圆形凹部12c。接着，将预先组装好的电路单元30从壳体12的上方插入。此时，使从电路单元30突出的电介质杆40的前端部40b与壳体12的圆形中心孔12b对齐，插入到圆形中心孔12b内。然后，利用螺钉48等将电路单元30的非导电性壳38紧固于壳体12，由此能够将壳体12内的发送接收电路基板32与天线部14连接。另外，通过绝缘用电介质板42和非导电性壳38能够防止接地导体34及导体壳36与壳体12直接电接触。
这样，通过使电路单元30单元化，将电路单元30插入到壳体12的大致圆柱状内部空间12a内，能够简单地组装，能够使发送接收电路基板32沿铅垂方向配置。
天线部14与壳体12连结，与通过壳体12的圆形中心孔12b形成的圆形波导管W3连结。能够使天线部14为任意的结构，在该例中，设为将喇叭天线用作天线部14的例子，但是不限于此，也能够设为使用杆天线的例子。
在如以上那样构成的电波水平仪中，从形成有发送接收电路的发送接收电路基板32的供电端子32a对圆形波导管W1供电，电波在方形波导管W2中传播并且在圆形波导管W3中传播后从天线部14辐射出。
这样，经由波导管将发送接收电路基板32的供电端子32a与天线部14之间连接，因此能够将损耗抑制得小。通过圆形波导管和方形波导管能够顺利地将电波的行进方向从水平方向变更为铅垂方向。
另外，由于将形成有发送接收电路的发送接收电路基板32和接地导体34沿铅垂方向配置，因此能够实现水平方向的小型化。
形成于发送接收电路基板32的供电端子32a无需一定配置于发送接收电路基板32的基板中心，只要将通过圆形贯通孔34a形成的圆形波导管W1的位置设置成与供电端子32a对应即可，因此供电端子32a的位置自由度变高。
另外，在从方形波导管W2向圆形波导管W3变化的部分设置电介质杆40，通过设置于电介质杆40的周围的绝缘用电介质板42使接地导体34与壳体12绝缘来应对防爆。接地导体34通过未图示的布线来连接到与壳体12不同的地。通过具有电介质杆40，与仅存在空气的情况相比，能够将电波约束在电介质杆40内，进一步抑制该绝缘部分中的反射和泄漏。另外，由于通过电介质杆40能够防止反射和泄漏，并且能够将绝缘用电介质板42的厚度取得大，因此还能够提高绝缘性。
另外，由于对电介质杆40的基端部40a和前端部40b的端部分别赋予连续地或阶梯式地前端变细的形状，因此能够防止在该部分的反射。另外，关于有可能在电介质杆40内往返传播的高次模，能够利用设置于电介质杆40的外周面的电波吸收件46吸收来进行防止。
附图标记说明
10：电波水平仪；12：壳体；14：天线部；30：电路单元；32：发送接收电路基板；32a：供电端子；34：接地导体；38：非导电性壳；40：电介质杆；42：绝缘用电介质板；46：电波吸收件；W1：圆形波导管；W2：方形波导管；W3：圆形波导管。
Claims (5)
1.一种电波水平仪，通过电波来测定被测定物的水平，该电波水平仪具有：内置于壳体的发送接收电路基板；进行电波的发送接收的天线部；以及用于将发送接收电路基板与天线部连接的连接构造，该电波水平仪的特征在于，
在壳体内发送接收电路基板沿铅垂方向配置，连接构造包括从形成于发送接收电路基板的供电端子被供电的波导管，波导管具有：第一圆形波导管，其从发送接收电路基板朝向天线部且以与发送接收电路基板正交的方式沿水平方向延伸；方形波导管，其与该第一圆形波导管连结，沿铅垂方向延伸；以及第二圆形波导管，其进一步与该方形波导管连结，沿铅垂方向延伸，
其中，在波导管内跨方形波导管与第二圆形波导管的边界部分填充有电介质，在方形波导管与第二圆形波导管的边界部分，在上述电介质的周围配置有使壳体与发送接收电路基板的接地导体绝缘的绝缘用电介质。
2.根据权利要求1所述的电波水平仪，其特征在于，
填充到波导管内的电介质的方形波导管侧端部与第二圆形波导管侧端部分别为随着趋向前端而连续地或阶梯式地前端变细的形状。
3.根据权利要求1所述的电波水平仪，其特征在于，
在填充到波导管内的电介质的外周的一部分安装有电波吸收件。
4.一种电波水平仪，通过电波来测定被测定物的水平，该电波水平仪具有：内置于壳体的发送接收电路基板；进行电波的发送接收的天线部；以及用于将发送接收电路基板与天线部连接的连接构造，该电波水平仪的特征在于，
在壳体内发送接收电路基板沿铅垂方向配置，连接构造包括从形成于发送接收电路基板的供电端子被供电的波导管，波导管具有：第一圆形波导管，其从发送接收电路基板朝向天线部且以与发送接收电路基板正交的方式沿水平方向延伸；方形波导管，其与该第一圆形波导管连结，沿铅垂方向延伸；以及第二圆形波导管，其进一步与该方形波导管连结，沿铅垂方向延伸，
其中，在波导管内跨方形波导管与第二圆形波导管的边界部分填充有电介质，填充到波导管内的电介质被构成为基端侧的截面为方形且前端侧的截面为圆形的电介质杆。
5.根据权利要求4所述的电波水平仪，其特征在于，
上述发送接收电路基板、发送接收电路基板的接地导体、紧固于上述壳体的非导电性壳以及上述电介质杆作为单元插入到壳体内。
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