CN109313059B - 具有单一传播模式馈通装置的雷达物位计系统 - Google Patents

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Abstract

一种雷达物位计系统，包括收发器；天线；连接收发器和天线的馈通装置；以及耦接至收发器的处理电路。馈通装置包括：第一波导部，其包括被密封地布置在柱形的第一空心导体部中的电介质塞，该第一空心导体部具有针对单一模式传播而选择的直径；第二波导部，其被布置在收发器与第一波导部之间，并且包括柱形的第二空心导体部，该第二空心导体部具有针对单一模式传播而选择的第二直径；第三波导部，其被布置在天线与第一波导部之间，包括柱形的第三空心导体部，该第三空心导体部具有针对单一模式传播而选择的第三直径；第一阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第二波导部之间；以及第二阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第三波导部之间。

Description

具有单一传播模式馈通装置的雷达物位计系统
技术领域
本发明涉及雷达物位计系统和制造用于雷达物位计系统的馈通装置的方法。
背景技术
雷达物位计(RLG)系统被广泛用于确定储罐中包含的产品的填充物位。一般借助于非接触式测量或者借助于通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来进行雷达物位计量，其中，在借助于非接触式测量时朝向储罐中包含的产品辐射电磁信号，而在借助于接触式测量时通过用作波导的传输线探针将电磁信号引向产品并使其进入产品。探针通常被布置成从储罐的顶部向底部竖直延伸。
收发器生成电磁发射信号并将该信号朝向储罐中的产品的表面传播，并且由发射信号在该表面处的反射产生的电磁反射信号被往回传播至收发器。
基于发射信号与反射信号之间的关系可以确定距产品表面的距离。
雷达物位计系统普遍存在于涉及对产品的处理、运输和储存的应用领域中以及例如化学制品加工工业中。
由于要监测和/或测量的产品通常是易燃的，因此对于设备(例如，雷达物位计系统或其位于所谓的危险区域内的至少部分)而言存在特殊的安全要求。此类设备通常需要经过防爆或本质安全认证。
例如，雷达物位计系统可能需要被设计成确保测量电子设备的壳体内的爆炸不会导致储罐内的可燃物质点燃。为此，将布置在储罐外的测量电子设备与该储罐内部的天线相连接的馈通装置可能需要满足某些要求，例如，国际标准IEC 60079-1或类似标准所详述的要求。
US 8 763 453公开了一种用于测量容器中的填充物质的填充物位的布置，其中在容器的外侧与内侧之间具有气密的馈通装置。
根据US 8 763 453，气密的馈通装置包括空心导体，其中该空心导体中气密地插入有微波穿透窗。该窗包括平面盘，该平面盘具有大约对应于该盘中在预定信号频率下的微波信号的半波长或者半波长的小的整数倍的厚度。为了增大在其上经过馈通装置的转变使得反射尽可能低的带宽，在盘的两个相对的外表面上设置有匹配层。每个匹配层具有对应于匹配层中预定信号频率下的微波信号的波长的四分之一的厚度。根据US 8 763453，每个匹配层优选地具有等于盘的介电常数和盘上方或下方的空心导体的介电常数的乘积的平方根的介电常数。
US 8 763 453进一步公开的是，在仅发送和接收单一微波模式的应用中，具有矩形截面的馈通装置与具有圆盘形截面的天线相组合，并且在该馈通装置与天线之间布置有转变元件。
根据US 8 763 453所述的布置看起来相当复杂并且相对昂贵。
发明内容
鉴于以上所述，本发明的总体目标是提供一种改进的雷达物位计系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，该系统包括：收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，该电磁信号的频率限定了频率带宽；天线，其用于朝向产品表面辐射电磁发射信号，并且用于朝向收发器返回由电磁发射信号在表面处的反射产生的电磁反射信号；连接收发器和天线的馈通装置；以及耦接至收发器的处理电路，其用于基于发射信号与反射信号之间的关系来确定填充物位。馈通装置包括：第一波导部，其包括密封地布置在柱形的第一空心导体部中的电介质塞，该电介质塞具有第一介电常数，并且第一空心导体部具有第一空心导体直径，第一空心导体直径被选择成针对该频率带宽仅允许通过第一波导部的呈单一传播模式的传播；第二波导部，其被布置在收发器与第一波导部之间，以接收来自收发器的发射信号并将该发射信号引向第一波导部，第二波导部包括柱形的第二空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，第二空心导体部具有大于第一空心导体直径的第二空心导体直径，第二空心导体直径被选择成针对该频率带宽仅允许通过第二波导部的呈单一传播模式的传播；第三波导部，其被布置在天线与第一波导部之间，以接收来自第一波导部的发射信号并将该发射信号导向天线，第三波导部包括柱形的第三空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，第三空心导体部具有大于第一空心导体直径的第三空心导体直径，第三空心导体直径被选择成针对该频率带宽仅允许通过第三波导部的呈单一传播模式的传播；第一阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第二波导部之间，第一阻抗匹配波导部包括电介质第一阻抗匹配构件，电介质第一阻抗匹配构件与在第一波导部中包括的电介质塞的第一端直接邻接，该第一阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第二介电常数的第四介电常数；以及第二阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第三波导部之间，该第二阻抗匹配波导部包括电介质第二阻抗匹配构件，电介质第二阻抗匹配构件与第一波导部中包括的电介质塞的第二端直接邻接，该第二阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第三介电常数的第五介电常数。
例如，电介质塞可以由玻璃或合适的陶瓷制成。尤其对于相对高的频率而言，玻璃可能是优选的，因为玻璃具有比合适的陶瓷材料更低的相对介电常数。
所述电介质塞被“密封地布置”在柱形的第一空心导体部中应该被理解为是指第一空心导体部的内表面与电介质塞之间的界面是气密的。有利地，第一空心导体部与电介质塞之间的电介质-金属界面可以满足适用标准(例如，上述国际标准IEC 600791)的要求。
根据将电介质塞密封地布置在柱形的第一空心导体部中的方式，电介质-金属界面可能需要沿不同的纵向距离延伸。例如，电介质-金属界面可以沿着第一空心导体部的轴向方向延伸至少3毫米。
电介质塞可以完全填充第一空心波导部，使得第一空心导体部的内表面与电介质塞之间的界面沿着第一空心导体部的整体长度延伸。
所述“收发器”可以是能够发射和接收电磁信号的一个功能单元，或者可以是包括单独的发射器单元和接收器单元的系统。
应当注意的是，可以将处理电路设置为一个装置或者共同工作的数个装置。
有利地，电磁发射信号可以是微波信号。例如，发射信号可以有在处于微波频率范围内的载波上调制的频率和/或振幅。
天线的示例包括喇叭式天线、棒状天线、阵列天线和抛物面天线等。
本发明基于下述认识：通过适当地选择不同的柱形的空心波导部的直径并且设置与密封电介质塞直接邻接的电介质阻抗匹配构件，可以实现防爆馈通装置支持的单一模式传播。
因此，本发明的实施方式能够满足区域分离(防爆馈通装置)的要求，并且接合由于馈通装置内的信号反射导致的可接受的低量的信号损失的同时提供通过馈通装置进行的单一模式传播。
单一模式传播也适用于相当大的带宽，对改进雷达物位计的测量性能来说是理想的，特别是允许可靠地检测弱回波。
电磁发射信号的示例频率范围可以是约24GHz至约27GHz。
在本发明的实施方式中，第二介电常数可以与第三介电常数大致相同，并且第四介电常数可以与第五介电常数大致相同。
根据本发明的各种实施方式，第一阻抗匹配波导部可以包括具有第四空心导体直径的柱形的第四空心导体部；并且第二阻抗匹配波导部可以包括具有第五空心导体直径的柱形的第五空心导体部。第四空心导体直径可以大于第一空心导体直径且小于第二空心导体直径；并且第五空心导体直径可以大于第一空心导体直径且小于第三空心导体直径。
通过设置这些具有中等直径的空心导体部，提供了跨越更大带宽的单一模式传播。特别地，第四空心导体直径可以适合于第一阻抗匹配构件的第四介电常数，并且第五空心导体直径可以适合于第二阻抗匹配构件的第五介电常数，以在阻抗匹配波导部中提供与第一波导部、第二波导部和第三波导部中的截止频率基本相同的截止频率。
根据各种实施方式，第一阻抗匹配构件可以包括随着距电介质塞的第一端的距离增大而呈现出减小的直径的部分；第二阻抗匹配构件可以包括随着距电介质塞的第二端的距离增大而呈现出减小的直径的部分。
由此，可以实现由穿过馈通装置的微波察觉的有效阻抗的逐渐转变，这提供了对馈通装置内部的不需要的信号反射的进一步减少。
例如，阻抗匹配构件中的一个或两个可以是圆锥形或截头圆锥形。此外，阻抗匹配构件中的一个或两个的横向尺寸可以是连续的或阶梯式的。
为了进一步增大可以实现单一模式传播的带宽，第一阻抗匹配波导部和第二阻抗匹配波导部中的至少一个可以包括模式滤波器以用于抑制除单一传播模式之外的其他模式下的传播。
有利地，模式滤波器可以包括嵌入第一阻抗匹配构件和第二阻抗匹配构件中的至少一个中的金属销。该金属销可以沿着馈通装置的波导部的对称轴线延伸。
此外，根据各种实施方式，第一阻抗匹配构件可以包括第一聚合物材料，并且第二阻抗匹配构件可以包括第二聚合物材料。
有利地，第一阻抗匹配构件和第二阻抗匹配构件可以包括相同的聚合物材料。聚合物材料的合适的选择可以是耐各种化学品并且基本上不会冷态流动的材料。一种这样的合适的聚合物材料是PEEK(聚醚醚酮)。
为了在第一阻抗匹配构件和第二阻抗匹配构件与电介质塞的相应端之间提供所需的直接邻接，可以将阻抗匹配构件压靠于电介质塞的各端。发现这是降低电介质塞与阻抗匹配构件中的一个或两个之间的不需要的材料的风险的便捷方式。例如，如果允许水进入电介质塞与阻抗匹配构件中的一个或两个之间，则会发生微波信号的强衰减。
有利地，电介质塞可以具有平的第一端和第二端，其可以被抛光，并且阻抗匹配构件可以具有分别面向电介质塞的第一端和第二端的平面表面。
在实施方式中，以使得在电介质塞与第一空心导体之间形成物理接合或化学接合的方式将电介质塞密封地布置在第一空心导体部中。
物理接合或化学接合可以沿着第一波导部的轴向延伸至少3毫米。
物理接合或化学接合可以沿着第一波导部的轴向延伸少于10毫米。
在实施方式中，电介质塞可以是玻璃塞，该玻璃塞被熔融到第一空心导体部的内表面以在该玻璃塞与第一空心导体之间形成玻璃-金属密封。该玻璃-金属密封件在轴向方向上可以为至少3毫米。
为了方便地在雷达物位计系统中包括的电子装置与储罐内部之间提供所需的单一密封，可以通过第一焊接部将第一空心导体部机械地连接至第二空心导体部；并且可以通过第二焊接部将第二空心导体部机械地连接至第三空心导体部。
有利地，第一焊接部和第二焊接部可以是连续焊接部。例如，可以通过激光焊接形成深度达至少1毫米的第一焊接部和第二焊接部。
有利地，馈通装置可以与选自下述组中的结构中的至少一个组合地提供微波通道：根据标准IEC 60079-1或相应标准的防火壳结构；根据标准IEC 60079-0的设备保护等级Ga与Gb之间的区域分离；以及根据标准ANSI/ISA-12.27.01-2011的单一密封件。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，其包括：收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，该电磁信号的频率限定了频率带宽；天线，其用于朝向产品表面辐射电磁发射信号，并且用于朝收发器返回由电磁发射信号在表面处的反射产生的电磁反射信号；连接收发器和天线的馈通装置；以及耦接至收发器的处理电路，其用于基于发射信号与反射信号之间的关系确定填充物位，其中，馈通装置包括：第一波导部，其包括密封地布置在第一空心导体部中的电介质塞，该电介质塞具有第一介电常数，并且第一空心导体部具有第一空心导体截面配置，第一空心导体截面配置被选择成针对该频率带宽仅允许通过第一波导部的呈单一传播模式的传播；第二波导部，其被布置在收发器与第一波导部之间，以接收来自收发器的发射信号，并将该发射信号引向第一波导部，第二波导部包括第二空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，第二空心导体部具有第二空心导体截面配置，其是第一空心导体截面配置的按比例缩放的复制品，第二空心导体截面配置被选择成针对该频率带宽仅允许通过第二波导部的呈单一传播模式的传播；第三波导部，其被布置在天线与第一波导部之间，以接收来自第一波导部的发射信号，并将该发射信号导向天线，第三波导部包括第三空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，第三空心导体部具有第三空心导体截面配置，第三空心导体截面配置是第一空心导体截面配置的按比例缩放的复制品，第三空心导体截面配置被选择成针对该频率带宽仅允许通过第三波导部的呈单一传播模式的传播；第一阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第二波导部之间，第一阻抗匹配波导部包括与在第一波导部中包括的电介质塞的第一端直接邻接的电介质第一阻抗匹配构件，该第一阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第二介电常数的第四介电常数；以及第二阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第三波导部之间，第二阻抗匹配波导部包括与在第一波导部中包括的电介质塞的第二端直接邻接的电介质第二阻抗匹配构件，该第二阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第三介电常数的第五介电常数。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，包括：收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，该电磁信号的频率限定了频率带宽；天线，其用于朝向产品表面辐射电磁发射信号，并且用于向收发器返回由电磁发射信号在表面处的反射产生的电磁反射信号；连接收发器和天线的馈通装置；以及耦接至收发器的处理电路，用于基于发射信号与反射信号之间的关系确定填充物位，其中，馈通装置包括：第一波导部，其包括密封地布置在第一空心导体部中的电介质塞，该电介质塞具有第一介电常数，并且第一空心导体部具有第一空心导体截面配置，第一空心导体截面配置被选择成针对该频率带宽仅允许通过第一波导部的呈单一传播模式的传播；第二波导部，其被布置在收发器与第一波导部之间，以接收来自收发器的发射信号，并将该发射信号引向第一波导部，第二波导部包括第二空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，第二空心导体部具有第二空心导体截面配置，其被选择成针对该频率带宽仅允许通过第二波导部的呈单一传播模式的传播；第三波导部，其被布置在天线与第一波导部之间，以接收来自第一波导部的发射信号，并将该发射信号导向天线，第三波导部包括第三空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，第三空心导体部具有第三空心导体截面配置，第三空心导体截面配置被选择成针对该频率带宽仅允许通过第三波导部的呈单一传播模式的传播；第一阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第二波导部之间，该第一阻抗匹配波导部包括压靠于在第一波导部中包括的电介质塞的第一端的电介质第一阻抗匹配构件，该第一阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第二介电常数的第四介电常数；以及第二阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第三波导部之间，该第二阻抗匹配波导部包括压靠于在第一波导部中包括的电介质塞的第二端的电介质第二阻抗匹配构件，该第二阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第三介电常数的第五介电常数。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，包括：收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，该电磁信号的频率限定了频率带宽；天线，其用于向产品表面辐射电磁发射信号，并且用于向收发器返回由电磁发射信号在表面处的反射产生的电磁反射信号；连接收发器和天线的馈通装置；以及耦接至收发器的处理电路，用于基于发射信号与反射信号之间的关系确定填充物位，其中，馈通装置包括：第一波导部，其包括密封地布置在第一空心导体部中的电介质塞，该电介质塞具有第一介电常数，并且第一空心导体部具有第一空心导体截面配置，第一空心导体截面配置被选择成针对该频率带宽仅允许通过第一波导部的呈单一传播模式的传播；第二波导部，其被布置在收发器与第一波导部之间，以接收来自收发器的发射信号并将该发射信号引向第一波导部，第二波导部包括第二空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，第二空心导体部具有第二空心导体截面配置，第二空心导体截面配置被选择成针对该频率带宽仅允许通过第二波导部的呈单一传播模式的传播；第三波导部，其被布置在天线与第一波导部之间，以接收来自第一波导部的发射信号，并将该发射信号导向天线，第三波导部包括第三空心导体部，其包围具有低于第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，第三空心导体部具有第三空心导体截面配置，其被选择成针对该频率带宽仅允许通过第三波导部的呈单一传播模式的传播；第一阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第二波导部之间，该第一阻抗匹配波导部包括与在第一波导部中包括的电介质塞的第一端直接邻接的电介质第一阻抗匹配构件，该第一阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第二介电常数的第四介电常数；以及第二阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第三波导部之间，第二阻抗匹配波导部包括与在第一波导部中包括的电介质塞的第二端直接邻接的电介质第二阻抗匹配构件，该第二阻抗匹配构件具有低于第一介电常数且高于第三介电常数的第五介电常数。
根据本发明的第五方面，提供了一种制造用于雷达物位计系统的馈通装置的方法，该方法包括下述步骤：设置复合波导部部分，其包括第一波导部，该第一波导部包括密封地布置在第一空心导体部中的具有第一介电常数的电介质塞，以及第二波导部，该第二波导部包括包围具有低于第一介电常数的第二介电常数的材料的第二空心导体部，第一空心导体部与第二空心导体部对准以形成复合空心导体部；设置第三波导部部分，其包括包围具有低于第一介电常数的第三介电常数的材料的第三空心导体部；将复合空心导体部和第三空心导体部对准；以及将复合波导部部分与第三波导部部分焊接在一起。
如上所述，与第一波导部部分中的结合电介质-金属密封的焊接可以通过所谓的单一密封提供区域分离。为此，焊接步骤可以提供满足诸如国际标准IEC 60079-1或类似标准的适用标准的要求的连续焊接部。
根据各种实施方式，设置复合波导部的步骤可包括下述步骤：设置第一波导部部分，其包括密封地布置在第一空心导体部中的电介质塞；设置包括第二空心导体部的第二波导部部分；将第一空心导体部和第二空心导体部对准；以及将第一波导部部分和第二波导部部分焊接在一起以形成具有复合空心导体部的复合波导部部分。
根据实施方式，第二波导部部分可以包括用于容纳第一波导部部分的第一凹部；并且第三波导部部分可以包括用于容纳复合空心导体部部分的第二凹部。
第一凹部可以被配置成使第一空心导体部的圆柱轴线与第二空心导体部的圆柱轴线对准，并且第二凹部可以被配置成使复合空心导体部的圆柱轴线与第三空心导体部的圆柱轴线对准。
根据各种实施方式，该方法还可以包括以下步骤：在将第一波导部部分与第二波导部部分焊接在一起之前，在第一波导部部分与第二波导部部分之间布置第一阻抗匹配波导部部分，第一阻抗匹配波导部部分包括具有第四介电常数的电介质第一阻抗匹配构件，该第四介电常数低于第一介电常数且高于第二介电常数；以及在将复合波导部部分与第三波导部部分焊接在一起之前，在复合波导部部分与第三波导部部分之间布置第二阻抗匹配波导部部分，第二阻抗匹配波导部部分包括具有第五介电常数的电介质第二阻抗匹配构件，该第五介电常数低于第一介电常数且高于第三介电常数。
应当注意的是，可以同时或以任何顺序设置不同部分，因而上述步骤不需要一定按照任何特定顺序执行。
本发明的该第二方面的其他效果和变型与以上参照本发明的第一方面所描述的效果和变型非常相似。
总之，本发明因而涉及一种雷达物位计系统，其包括：收发器；天线；连接收发器和天线的馈通装置；以及耦接至收发器的处理电路。馈通装置包括：第一波导部，其包括密封地布置在柱形的第一空心导体部中的玻璃塞，该第一空心导体部的直径是针对单一模式传播而选择的；第二波导部，其被布置在收发器与第一波导部之间，并且包括柱形的第二空心导体部，该第二空心导体部具有针对单一模式传播而选择的第二直径；第三波导部，其被布置在天线与第一波导部之间，其包括柱形的第三空心导体，该第三空心导体具有针对单一模式传播而选择的第三直径；第一阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第二波导部之间；以及第二阻抗匹配波导部，其被布置在第一波导部与第三波导部之间。
附图说明
现在将参照示出本发明的当前优选实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1示意性地示出了包括根据本发明的示例性实施方式的雷达物位计系统的过程监测系统；
图2是示意性地示出图1中的雷达物位计系统的框图；
图3是图1中的雷达物位计系统的示意性侧视图；
图4a至图4c示意性地示出了图3中的雷达物位计系统的馈通装置和信号馈送器的配置；
图5a至图5b示意性地示出了图3中的雷达物位计系统的过程连接件；图6是示意性地示出根据本发明的实施方式的制造方法的框图；以及
图7a至图7f是根据图6的方法的示意性图示。
具体实施方式
在该详细描述中，主要参照具有无线通信能力的电池供电式雷达物位计系统对根据本发明的雷达物位计系统的各种实施方式进行论述。
应当注意的是，这决不会限制本发明的范围，本发明的范围同样包括例如未包括在过程管理系统中的雷达物位计系统或者由回路供电或者利用专用电力线路供电的雷达物位计系统。
图1示意性地示出了包括多个现场装置的过程监测系统1，这些现场装置包括示例性实施方式的雷达物位计系统2以及无线连接至主机系统4的温度感测装置3。雷达物位计系统2包括布置在储罐7的外部的测量电子单元10、布置在储罐7的内部的天线5以及将测量电子单元10与天线5连接的馈通装置20。
雷达物位计系统2和温度传感器3均被布置在含有待计量的产品8的储罐上。
为了减少雷达物位计系统2的能耗，至少部分雷达物位计系统可以间歇地操作，并且可以在非活动时段或空闲时段期间存储能量以在活动时段期间使用。
例如，在US 7,952,514、US 8,477,064和US 12/603,048中描述了关于间歇操作和能量存储的解决方案，其每个申请的全部内容均通过引用被并入本文中。
参照图2，图1中的雷达物位计系统2包括测量单元(MU)210、无线通信单元(WCU)211以及电池形式的本地能量存储装置212。无线通信单元211可以有利地符合WirelessHART(IEC 62591)。如图2所示意性示出的，MU 210包括收发器213和测量处理器220。收发器213由测量处理器220控制以用于生成、发射和接收电磁信号，该电磁信号的频率限定了频率带宽，例如，24GHz至27GHz。测量处理器220耦接至收发器213，用于基于发射信号ST与反射信号SR之间的关系确定储罐7中的填充物位。
如图2所示意性示出的，测量单元210包括第一输出214、第二输出215以及第一输入216。第一输出214通过第一专用分立线连接至无线通信单元211的第一输入217，第二输出215连接至无线通信单元211的第二输入218，并且第一输入216通过第二专用分立线连接至无线通信单元211的第一输出219。测量单元210的第二输出215以及无线通信单元211的第二输入218可以被配置成根据串行或并行通信协议来处理双向数据通信以允许测量单元210与无线通信单元211之间的数据交换。美国专利申请第13/537,513号中对测量单元210与无线通信单元211之间的使用不同的输入/输出的通信进行了更详细的描述，该申请的全部内容通过引用被并入本文中。
具有无线且本地供电的配置的以上示例旨在为技术人员提供如何实现根据本发明的雷达物位计系统的各个方面和实施方式的详细示例。然而，应当注意的是，还存在许多其他方式来为雷达物位计系统供电以及与雷达物位计系统接口。这些其他方式对本领域的普通技术人员而言是可以广泛使用的，并且这些其他方式可以在无需过多试验或过重负担的情况下实现。
图3是图1中的雷达物位计系统2的侧视图。参照图3，雷达物位计系统2包括测量单元210、通信单元230、过程连接件81以及天线5。参照以上关于图1和图2提供的描述，测量单元210包括收发器213、测量处理器220和馈通装置20；并且通信单元230包括无线通信单元211和电池212。
如以下将进一步详细描述的，馈通装置20形成防爆壳体的一部分，并且过程连接件提供了与储罐7内部的密封连接。这允许在不暴露于储罐7内部的情况下移除和更换测量单元210。
在下文中，将参照图4a中的测量单元210的剖视图以及图4b和图4c中的局部放大图来描述测量单元210。
首先参照图4a，通过电路板227上的电路225和用于经由馈通装置20向天线(未示出)提供发射信号的馈送器布置229示意性地集体表示测量单元210、收发器213和测量处理器220。仍如图4a所示，测量单元210包括过程连接件接口231和通信单元接口233。
过程连接件接口231被配置成用于将测量单元210的馈通装置20机械连接且电连接至过程连接件81。通信单元接口233被配置成用于将测量单元210机械连接且电连接至通信单元230。
图4b是雷达物位计系统2中包括的馈通装置20的一部分的放大的剖视图，并且包括馈通装置20中所包括的第一波导部部分22的透视图。主要参照图4b，馈通装置20包括第一波导部22、第二波导部23、第三波导部24、第一阻抗匹配波导部26以及第二阻抗匹配波导部28。如图4b所示意性地示出的，第二波导部22被布置在包括在测量单元210中的馈送器布置229(同样参见图4a)与第一波导部22之间，第三波导部24被布置在第一波导部22与过程连接件接口231(同样参见图4a)之间，第一阻抗匹配波导部26被布置在第一波导部22与第二波导部23之间，并且第二阻抗匹配波导部28被布置在第一波导部22与第三波导部24之间。
第一波导部22(在图4b的放大的透视图中更详细地示出)包括具有第一相对介电常数εr1的电介质塞(在此为玻璃塞30)，其被密封地布置在第一空心波导部中，第一空心波导部具有第一空心导体直径d1，第一空心导体直径d1被选择成仅允许通过第一波导部的呈单一传播模式(例如TE11模式)的传播。玻璃塞30可以有利地被熔融到金属盘中的柱形孔中。然后可以对带有熔融玻璃的金属盘进行加工以实现平面的光滑端面，使得玻璃塞30的长度与由第一波导部部分22限定的第一空心波导部的长度相同。因此，玻璃塞30具有平面的第一端31和平面的第二端32。
第二波导部23包括第二空心导体部34，第二空心导体部34具有被选择成仅允许通过第二波导部的呈单一传播模式(TE11)的传播的第二空心导体直径d1。第二波导部包围具有第二相对介电常数εr2的介电材料。
第三波导部24包括第三空心导体部35，第三空心导体部35具有被选择成仅允许通过第三波导部的呈单一传播模式(TE11)的传播的第三空心导体直径d3。第三波导部包围具有第三相对介电常数εr3的介电材料。
第一阻抗匹配波导部26包括电介质第一阻抗匹配构件37，电介质第一阻抗匹配构件37具有：具有第一阻抗匹配构件直径dim1的柱形部分38以及背向第一波导部22的玻璃塞30的截头圆锥形部分39。第一阻抗匹配构件37具有第四相对介电常数εr4。在图4a至图4c所示意性示出的示例性实施方式中，第一阻抗匹配构件37还包括嵌入介电材料中的金属销40。
第二阻抗匹配波导部28包括电介质第二阻抗匹配构件42，电介质第二阻抗匹配构件42具有：具有第二阻抗匹配构件直径dim2的柱形部分43以及背向第一波导部22的玻璃塞30的截头圆锥形部分44。第二阻抗匹配构件42具有第五相对介电常数εr5。在图4a至图4c所示意性示出的示例性实施方式中，第二阻抗匹配构件42还包括嵌入介电材料中的金属销。
在示例性实施方式中，第二波导部23和第三波导部24二者均可以使用空气作为电介质。在这种情况下，并且对于约24GHz至约27GHz的频率带宽而言，第二空心导体直径d2和第三空心导体直径d3二者均可以为约8.1mm。在使用具有被选择成提供约3.9的相对介电常数εr1的类型的玻璃的合适的玻璃塞的情况下，第一空心导体直径d1可以为约4.1mm。
通过对玻璃塞30的相对介电常数和直径的这种选择，可以在第一波导部22、第二波导部23和第三波导部24中实现跨频率带宽的单一模式传播。通过设置第一阻抗匹配波导部26和第二阻抗匹配波导部28及其合适的配置，可以显著减少由于馈通装置内部的不需要的反射导致的信号损失。
在图4a至图4c的示例性实施方式中，馈通装置20基本是电对称的，使得第一阻抗匹配构件37和第二阻抗匹配构件42的配置和布置基本相同。因此，下文将仅描述第一阻抗匹配构件27的详细配置和布置。
如图4b所示意性示出的，第一阻抗匹配构件37压靠于第一波导构件22的玻璃塞30上以确保玻璃塞30与第一阻抗匹配构件37之间没有间隙。仿真试验已显示即使玻璃塞30与阻抗匹配构件之间薄至0.05mm的水层也会导致明显的信号损失。
此外，第一阻抗匹配构件27的第四介电常数εr4低于玻璃塞30的第一介电常数εr1且高于第二波导部23中的介电材料的第二介电常数εr2。第一阻抗匹配构件27的合适的介电材料可以是PEEK，其具有约为3.2的介电常数εr4。
如此，介电常数的中间梯级提供了在馈通装置中减少的信号损失，从而在馈通装置中提供更为平滑的阻抗转变，此外第一阻抗转变构件37仍如上文提到的那样设置有随着距玻璃塞30的距离增大而呈现出减小的径向延伸的部分39。
此外，为了阻止在第一阻抗匹配波导部26中形成下一传播模式(TM01)，第一阻抗匹配构件37仍如上文提到的那样包括沿着波导部的圆柱轴布置的金属销40形式的模式滤波器。
现在将参照图4c描述用于在收发器213与馈通装置20之间中继微波信号(发射信号ST和反射信号SR)的馈送器布置229。参照图4c，馈送器布置229包括微波电路板227上的探针馈送器235以及与第二波导部23相对的柱形导电“帽”部237，其帽部237具有基本上对应于发射信号ST的中心频率处的四分之一波长的长度。探针馈送器235和帽部237一起用作四分之一波天线以允许微波以较低的归因于信号反射的信号损失在收发器213与馈通装置的第二波导部23之间通过。
参照图5a至图5b，过程连接件81被设计用于约26GHz的工作频率。在所示的情况下，在填充构件是PTFE的情况下，空心波导80的直径约为5mm至6mm。
主要参照图5b，过程连接件81包括固定的储罐连接件23。在开口85中装配有基本为柱形的储罐连接件适配器86。适配器86由储罐连接件23悬置，但在这种情况下仅通过储罐连接件23的下支座28a悬置。
在所示的情况下，适配器86被悬置于固定的储罐连接件的(面向内的)下部部分23a中，使得储罐连接件23的(面向外的)上部部分23b在适配器86上方延伸。可替选地，适配器86可以与储罐连接件结构的上表面23c平齐，或者甚至在表面23c上方延伸。此外，在所示的示例中，适配器86的(面向内的)下部部分86a延伸超过储罐连接件23的底表面23d。这里，在下部部分86a的外围表面上形成有螺纹87，并且天线角82具有对应的螺纹88，以能够将天线角82容易地安装至储罐连接件适配器81。
适配器86具有形成波导80的下部部分的通道89。该通道的底部部分89a向外渐缩，即，越接近储罐的内部变得越宽，以提供与天线角82的匹配。在通道89中布置有耦接布置90，这里，该耦接布置包括电介质波导填充元件91，其通常由相对软的介电材料(例如，PTFE)制成。构件91具有第一细长中心部分92、从该中心部分向外延伸的第二盘形部分93以及从盘形部分的外周向上延伸的第三柱形部分94。由此，第二部分和第三部分创造出桶的形状。在盘形部分93的上表面93a上还形成有环形突起95，其旨在用作四分之一波扼流圈。
中心部分92具有锥形的下端92a，其延伸至通道89的锥形部分89a中。中心部分92的上端92b也略微渐缩，并且在其端部具有凹口96，在该凹口中装配有结构上坚固的介电材料(例如，树脂、玻璃或氧化铝)的销97。
销97被中间金属元件98保持在适当位置，中间金属元件98被适配成装配在桶的内部，并且内部空间99被形成以容纳中心部分92的上端92b。金属元件98具有开口100，销97延伸穿过该开口100。在金属元件98上布置有第二波导电介质填充元件101，并且在该填充元件下端具有适于容纳销的凹口102。
被金属元件98保持在适当位置的销97用于防止相对软的电介质波导填充元件被储罐内的压力强行挤出通道89，特别是在高温条件期间。利用该设计，被设计用于26GHz的具有PTFE的波导填充的过程连接件81在高达200摄氏度的温度下可以承受高达40巴的压力。
过程连接件81还包括金属紧固构件103，其被布置成固定到储罐连接件23，使得包括波导填充元件91和101以及销97和金属元件98的耦接布置90被夹在储罐连接件23与紧固构件103之间。在所示的情况下，紧固构件103具有与储罐连接件23的上部部分23b的内侧上的螺纹105对应的外螺纹104，使得紧固构件103可以通过螺纹被固定在适当位置。紧固构件103还具有通道106，其被适配成围绕第二波导填充元件101以形成波导80的上部。
过程连接件81还可以包括过程密封件，即，防止可能包括气体形式的产品的储罐气体离开储罐。例如，这可以通过在耦接布置中包括的多个密封元件来实现。在该实施方式中，密封元件没有被布置在填充构件91周围，因为图5a至图5b中的实施方式旨在针对高温。在这些条件下，PTFE填充构件的直径的潜在变化使密封变得困难。为了此目的，填充构件具有上述的桶形状，并且在柱形部分94的内侧与紧固构件103之间设置有诸如O形环108a的密封元件。部分94的材料厚度会小很多，从而导致更小的潜在热膨胀。在储罐连接件23的上环形支座28b与盘形部分93的外周部分之间设置有另一个密封元件，这里是平环108b。
为了确保储罐内可能的过压不会损坏馈通装置20，储罐连接件23的上部部分23b包括作为开口85与储罐连接件23外部的流体流动连接的孔(未示出)。如果密封元件108a、108b失效，则这些孔将为气体提供安全逸出的路径，从而防止作用在馈通装置20的不同部件上的突然的压力增加。
下面将参照图6中的流程图和图7a至图7f中的示意性视图示来描述根据本发明的制造馈通装置的方法的实施方式。
在第一步骤S1中，设置第一波导部部分22，第一波导部部分22包括具有第一相对介电常数εr1的玻璃塞30，该玻璃塞30被密封地布置在第一波导部部分22的第一空心导体部中。
在第二步骤S2中，设置第二波导部50。参照图5a，第二波导部部分50包括第二空心导体部23，其包围具有低于第一相对介电常数εr1的第二相对介电常数εr2的材料(例如，空气)。
在第三步骤S3中，设置电介质第一阻抗匹配构件37。第一阻抗匹配构件37包括具有低于第一相对介电常数εr1且高于第二相对介电常数εr2的相对介电常数εr4的介电材料。
参照图7a，第一阻抗匹配构件37具有柱形部分38、截头圆锥形部分39以及具有大于柱形部分38的直径的肩部41。第一阻抗匹配构件37中还嵌入有金属销40。继续参照图7a，第二波导部50包括尺寸适于容纳第一波导部22的第一凹部52以及在第一凹部52内的第二凹部53，第二凹部的尺寸适于容纳第一阻抗匹配构件37，以这种方式使得第一阻抗匹配构件37的肩部41可以搁置在第二凹部53上。
在随后的步骤S4中，第一阻抗匹配构件37被插入第二波导部部分50中，使得肩部41搁置在第二凹部53上。由此，使第一阻抗匹配构件37与第二波导部23对准。
此后，在步骤S5中，第一波导部部分22被插入第二波导部部分50的第一凹部中，处于第一阻抗匹配构件37的顶部。第二波导部部分50的第一凹部52被配置成将第一波导部部分22的第一空心波导部的圆柱轴线与第二波导部部分50的第二空心波导部的圆柱轴线和第一阻抗匹配构件37的轴线对准。为了降低在玻璃塞30与第一阻抗匹配构件37之间形成薄间隙的风险，第一凹部52和第二凹部53的尺寸和容差可以被定制成当第一波导部部分22被插入第二波导部部分50中时确保玻璃塞30与第一阻抗匹配构件37之间的直接接触。
在第一阻抗匹配构件37和第一波导部部分22插入第二波导部部分50之后，在步骤S6中，沿着第一波导部部分22和第二波导部部分50的外周界面将它们焊接在一起。在图7b中由激光束55示意性地指示了该步骤。第一波导部部分22中的玻璃-金属界面和第一波导部部分22的外周处的焊接部56形成了正在制造的馈通装置20的气密密封件的一部分。
在随后的步骤S7中，设置第二阻抗匹配构件42和用于该第二阻抗匹配构件42的保持器58。
如图7c所示意性示出的，此后，在步骤S8中，第二阻抗匹配构件42和保持器58被插入第二波导部部分50的第三凹部59中，第三凹部59的尺寸被定制成能容纳保持器58并使第二阻抗匹配构件42对准至馈通装置中已经存在的波导部分。
在下一步骤S9中，沿着保持器58和第二波导部部分50的外周界面将它们焊接在一起，以将第二阻抗匹配构件42保持在适当位置，并且防止在玻璃塞30与第二阻抗匹配构件42之间形成间隙。在该焊接步骤S9之后，形成了复合波导部部分60。
在步骤S10中设置第三波导部部分62。参照图7e，第三波导部部分62包括第三空心导体部24，其包围具有低于第一相对介电常数εr1的第三相对介电常数εr3的材料(例如，空气)。第三波导部部分62还包括用于容纳复合波导部部分60的凹部63。
在下一步骤S11中，复合波导部部分60被翻转，并被插入第三波导的凹部63中，如图7e所示意性示出的那样。
在复合波导部部分60插入第三波导部部分62之后，在最后的步骤S12中，沿着复合波导部部分60和第三波导部部分62的外周界面将它们焊接在一起以形成焊接部65。在图7f中由激光束55示意性地指示了该步骤。第一波导部部分22中的玻璃-金属界面、第一波导部部分22外周处的焊接部56以及复合波导部部分外周处的焊接部65一起形成气密密封件，使得馈通装置20成为所谓的单一密封馈通装置。
本领域的技术人员会认识到的是，本发明决不限于上述优选的实施方式。相反，在所附权利要求书的范围内可以许多修改和变型是可行的。

Claims (29)

1.一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，包括：
收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，所述电磁信号的频率限定了具有一定频率带宽的频带；
天线，其用于朝向产品的表面辐射电磁发射信号，并且用于朝向所述收发器返回由所述电磁发射信号在所述表面处的反射产生的电磁反射信号；
馈通装置，其连接所述收发器和所述天线；以及
处理电路，其耦接至所述收发器，所述处理电路用于基于所述发射信号与所述反射信号之间的关系确定所述填充物位，
其中，所述馈通装置包括：
第一波导部，其包括密封地布置在柱形的第一空心导体部中的电介质塞，所述电介质塞具有第一介电常数，并且所述第一空心导体部具有第一空心导体直径，所述第一空心导体直径被选择成针对所述频带仅允许通过所述第一波导部的呈单一传播模式的传播；
第二波导部，其被布置在所述收发器与所述第一波导部之间，以接收来自所述收发器的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述第一波导部，所述第二波导部包括柱形的第二空心导体部，所述第二空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，所述第二空心导体部具有大于所述第一空心导体直径的第二空心导体直径，所述第二空心导体直径被选择成针对所述频带仅允许通过所述第二波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第三波导部，其被布置在所述天线与所述第一波导部之间，以接收来自所述第一波导部的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述天线，所述第三波导部包括柱形的第三空心导体部，所述第三空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，所述第三空心导体部具有大于所述第一空心导体直径的第三空心导体直径，所述第三空心导体直径被选择成针对所述频带仅允许通过所述第三波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第一阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第二波导部之间，所述第一阻抗匹配波导部包括与在所述第一波导部中包括的电介质塞的第一端直接邻接的电介质第一阻抗匹配构件，所述第一阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第二介电常数的第四介电常数；以及
第二阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第三波导部之间，所述第二阻抗匹配波导部包括与在所述第一波导部中包括的电介质塞的第二端直接邻接的电介质第二阻抗匹配构件，所述第二阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第三介电常数的第五介电常数。
2.根据权利要求1所述的雷达物位计系统，其中：
所述第一阻抗匹配波导部包括具有第四空心导体直径的柱形的第四空心导体部；并且
所述第二阻抗匹配波导部包括具有第五空心导体直径的柱形的第五空心导体部，
所述第四空心导体直径大于所述第一空心导体直径且小于所述第二空心导体直径；并且
所述第五空心导体直径大于所述第一空心导体直径且小于所述第三空心导体直径。
3.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中：
所述第一阻抗匹配构件包括柱形部分，所述柱形部分具有大于所述第一空心导体直径且小于所述第二空心导体直径的第一阻抗匹配构件直径；并且
所述第二阻抗匹配构件包括柱形部分，所述柱形部分具有大于所述第一空心导体直径且小于所述第三空心导体直径的第二阻抗匹配构件直径。
4.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中：
所述第一阻抗匹配构件包括随着距所述电介质塞的第一端的距离增大而呈现出减小的直径的部分；并且
所述第二阻抗匹配构件包括随着距所述电介质塞的第二端的距离增大而呈现出减小的直径的部分。
5.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述第一阻抗匹配波导部和所述第二阻抗匹配波导部中的至少一个包括模式滤波器，所述模式滤波器用于阻止呈除所述单一传播模式之外的其他模式的传播。
6.根据权利要求5所述的雷达物位计系统，其中，所述模式滤波器包括嵌入在所述第一阻抗匹配构件和所述第二阻抗匹配构件中的至少一个中的金属销。
7.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述第一阻抗匹配构件包括第一聚合物材料，并且所述第二阻抗匹配构件包括第二聚合物材料。
8.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中：
所述第一阻抗匹配构件压靠所述电介质塞的第一端；并且
所述第二阻抗匹配构件压靠所述电介质塞的第二端。
9.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述电介质塞的长度与所述第一空心导体部的长度相同。
10.根据权利要求1所述的雷达物位计系统，其中，所述电介质塞被密封地布置在所述第一空心导体部中，以使得在所述电介质塞与所述第一空心导体之间形成物理接合或化学接合。
11.根据权利要求10所述的雷达物位计系统，其中，所述物理接合或化学接合沿着所述第一波导部的轴向方向延伸至少3毫米。
12.根据权利要求11所述的雷达物位计系统，其中，所述物理接合或化学接合沿着所述第一波导部的轴向方向延伸少于10毫米。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的雷达物位计系统，其中，所述电介质塞是玻璃塞，所述玻璃塞被熔融到所述第一空心导体部的内表面，以在所述玻璃塞与所述第一空心导体之间形成玻璃-金属密封。
14.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中：
通过第一焊接部将所述第一空心导体部机械地连接至所述第二空心导体部；并且
通过第二焊接部将所述第二空心导体部机械地连接至所述第三空心导体部。
15.根据权利要求14所述的雷达物位计系统，其中：
所述第一焊接部是密封地连接所述第一空心导体部和所述第二空心导体部的连续焊接部；并且
所述第二焊接部是密封地连接所述第二空心导体部和所述第三空心导体部的连续焊接部。
16.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述馈通装置与选自下面的组中的至少一个结构组合地提供微波通道：根据标准IEC60079-1或者相应标准的防火壳结构；根据标准IEC 60079-0的设备保护等级Ga与Gb之间的区域分离；以及根据标准ANSI/ISA-12.27.01-2011的单一密封件。
17.一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，包括：
收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，所述电磁信号的频率限定了具有一定频率带宽的频带；
天线，其用于朝向产品的表面辐射电磁发射信号，并且用于朝向所述收发器返回由所述电磁发射信号在所述表面处的反射产生的电磁反射信号；
馈通装置，其连接所述收发器和所述天线；以及
处理电路，其耦接至所述收发器，所述处理电路用于基于所述发射信号与所述反射信号之间的关系确定所述填充物位，
其中，所述馈通装置包括：
第一波导部，其包括密封地布置在第一空心导体部中的电介质塞，所述电介质塞具有第一介电常数，并且所述第一空心导体部具有第一空心导体截面配置，所述第一空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第一波导部的呈单一传播模式的传播；
第二波导部，其被布置在所述收发器与所述第一波导部之间，以接收来自所述收发器的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述第一波导部，所述第二波导部包括第二空心导体部，所述第二空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，所述第二空心导体部具有第二空心导体截面配置，所述第二空心导体截面配置是所述第一空心导体截面配置的按比例缩放的复制品，所述第二空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第二波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第三波导部，其被布置在所述天线与所述第一波导部之间，以接收来自所述第一波导部的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述天线，所述第三波导部包括第三空心导体部，所述第三空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，所述第三空心导体部具有第三空心导体截面配置，所述第三空心导体截面配置是所述第一空心导体截面配置的按比例缩放的复制品，所述第三空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第三波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第一阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第二波导部之间，所述第一阻抗匹配波导部包括与在所述第一波导部中包括的电介质塞的第一端直接邻接的电介质第一阻抗匹配构件，所述第一阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第二介电常数的第四介电常数；以及
第二阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第三波导部之间，所述第二阻抗匹配波导部包括与在所述第一波导部中包括的电介质塞的第二端直接邻接的电介质第二阻抗匹配构件，所述第二阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第三介电常数的第五介电常数。
18.根据权利要求17所述的雷达物位计系统，其中，所述馈通装置与选自下面的组中的至少一个结构组合地提供微波通道：根据标准IEC60079-1或者相应标准的防火壳结构；根据标准IEC 60079-0的设备保护等级Ga与Gb之间的区域分离；以及根据标准ANSI/ISA-12.27.01-2011的单一密封件。
19.一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，包括：
收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，所述电磁信号的频率限定了具有一定频率带宽的频带；
天线，其用于朝向产品的表面辐射电磁发射信号，并且用于朝向所述收发器返回由所述电磁发射信号在所述表面处的反射产生的电磁反射信号；
馈通装置，其连接所述收发器和所述天线；以及
处理电路，其耦接至所述收发器，所述处理电路用于基于所述发射信号与所述反射信号之间的关系确定所述填充物位，
其中，所述馈通装置包括：
第一波导部，其包括密封地布置在第一空心导体部中的电介质塞，所述电介质塞具有第一介电常数，并且所述第一空心导体部具有第一空心导体截面配置，所述第一空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第一波导部的呈单一传播模式的传播；
第二波导部，其被布置在所述收发器与所述第一波导部之间，以接收来自所述收发器的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述第一波导部，所述第二波导部包括第二空心导体部，所述第二空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，所述第二空心导体部具有第二空心导体截面配置，所述第二空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第二波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第三波导部，其被布置在所述天线与所述第一波导部之间，以接收来自所述第一波导部的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述天线，所述第三波导部包括第三空心导体部，所述第三空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，所述第三空心导体部具有第三空心导体截面配置，所述第三空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第三波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第一阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第二波导部之间，所述第一阻抗匹配波导部包括压靠于在所述第一波导部中包括的电介质塞的第一端的电介质第一阻抗匹配构件，所述第一阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第二介电常数的第四介电常数；以及
第二阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第三波导部之间，所述第二阻抗匹配波导部包括压靠于在所述第一波导部中包括的电介质塞的第二端的电介质第二阻抗匹配构件，所述第二阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第三介电常数的第五介电常数。
20.根据权利要求19所述的雷达物位计系统，其中，所述馈通装置与选自下面的组中的至少一个结构组合地提供微波通道：根据标准IEC60079-1或者相应标准的防火壳结构；根据标准IEC 60079-0的设备保护等级Ga与Gb之间的区域分离；以及根据标准ANSI/ISA-12.27.01-2011的单一密封件。
21.一种用于确定储罐中产品的填充物位的雷达物位计系统，包括：
收发器，其用于生成、发射和接收电磁信号，所述电磁信号的频率限定了具有一定频率带宽的频带；
天线，其用于朝向产品的表面辐射电磁发射信号，并且用于向所述收发器返回由所述电磁发射信号在所述表面处的反射产生的电磁反射信号；
馈通装置，其连接所述收发器和所述天线；以及
处理电路，其耦接至所述收发器，所述处理电路用于基于所述发射信号与所述反射信号之间的关系确定所述填充物位，
其中，所述馈通装置包括：
第一波导部，其包括密封地布置在第一空心导体部中的电介质塞，所述电介质塞具有第一介电常数，并且所述第一空心导体部具有第一空心导体截面配置，所述第一空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第一波导部的呈单一传播模式的传播；
第二波导部，其被布置在所述收发器与所述第一波导部之间，以接收来自所述收发器的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述第一波导部，所述第二波导部包括第二空心导体部，所述第二空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第二介电常数的材料，其中，所述第二空心导体部具有第二空心导体截面配置，所述第二空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第二波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第三波导部，其被布置在所述天线与所述第一波导部之间，以接收来自所述第一波导部的所述发射信号，并将所述发射信号导向所述天线，所述第三波导部包括第三空心导体部，所述第三空心导体部包围具有低于所述第一介电常数的第三介电常数的材料，其中，所述第三空心导体部具有第三空心导体截面配置，所述第三空心导体截面配置被选择成针对所述频带仅允许通过所述第三波导部的呈所述单一传播模式的传播；
第一阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第二波导部之间，所述第一阻抗匹配波导部包括与在所述第一波导部中包括的电介质塞的第一端直接邻接的电介质第一阻抗匹配构件，所述第一阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第二介电常数的第四介电常数；以及
第二阻抗匹配波导部，其被布置在所述第一波导部与所述第三波导部之间，所述第二阻抗匹配波导部包括与在所述第一波导部中包括的电介质塞的第二端直接邻接的电介质第二阻抗匹配构件，所述第二阻抗匹配构件具有低于所述第一介电常数且高于所述第三介电常数的第五介电常数。
22.根据权利要求21所述的雷达物位计系统，其中：
所述电介质塞沿着所述第一波导部的轴向方向延伸第一距离；
所述第一阻抗匹配构件在所述第一阻抗匹配波导部的轴向方向上延伸长于所述第一距离的第二距离；并且
所述第二阻抗匹配构件在所述第二阻抗匹配波导部的轴向方向上延伸长于所述第一距离的第三距离。
23.根据权利要求21或22所述的雷达物位计系统，其中：
所述第一阻抗匹配构件呈现出随着距所述电介质塞的第一端的距离增大而减小的截面积；并且
所述第二阻抗匹配构件呈现出随着距所述电介质塞的第二端的距离增大而减小的截面积。
24.根据权利要求21或22所述的雷达物位计系统，其中，所述馈通装置与选自下面的组中的至少一个结构组合地提供微波通道：根据标准IEC 60079-1或者相应标准的防火壳结构；根据标准IEC 60079-0的设备保护等级Ga与Gb之间的区域分离；以及根据标准ANSI/ISA-12.27.01-2011的单一密封件。
25.一种制造用于雷达物位计系统的馈通装置的方法，所述方法包括下述步骤：
设置复合波导部部分，所述复合波导部部分包括：第一波导部，其包括密封地布置在第一空心导体部中的、具有第一介电常数的电介质塞；以及第二波导部，所述第二波导部包括包围具有低于所述第一介电常数的第二介电常数的材料的第二空心导体部，所述第一空心导体部与所述第二空心导体部对准以形成复合空心导体部；
设置第三波导部部分，所述第三波导部部分包括包围具有低于所述第一介电常数的第三介电常数的材料的第三空心导体部；
将所述复合空心导体部和所述第三空心导体部对准；以及
将所述复合波导部部分与所述第三波导部部分焊接在一起。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，设置所述复合波导部的步骤包括下述步骤：
设置第一波导部部分，所述第一波导部部分包括密封地布置在所述第一空心导体部中的所述电介质塞；
设置第二波导部部分，所述第二波导部部分包括所述第二空心导体部；
将所述第一空心导体部和所述第二空心导体部对准；以及
将所述第一波导部部分与所述第二波导部部分焊接在一起，以形成具有所述复合空心导体部的所述复合波导部部分。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述第二波导部部分包括用于容纳所述第一波导部部分的第一凹部；并且
所述第三波导部部分包括用于容纳所述复合波导部部分的第二凹部。
28.根据权利要求27所述的方法，其中：
沿着所述第一波导部部分与所述第一凹部之间的界面将所述第一波导部部分与所述第二波导部部分焊接在一起；并且
沿着所述复合波导部部分与所述第二凹部之间的界面将所述复合波导部部分与所述第三波导部部分焊接在一起。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，还包括下述步骤：
在将所述第一波导部部分与所述第二波导部部分焊接在一起之前，在所述第一波导部部分与所述第二波导部部分之间布置第一阻抗匹配波导部部分，所述第一阻抗匹配波导部部分包括具有第四介电常数的电介质第一阻抗匹配构件，所述第四介电常数低于所述第一介电常数且高于所述第二介电常数；以及
在将所述复合波导部部分与所述第三波导部部分焊接在一起之前，在所述复合波导部部分与所述第三波导部部分之间布置第二阻抗匹配波导部部分，所述第二阻抗匹配波导部部分包括具有第五介电常数的电介质第二阻抗匹配构件，所述第五介电常数低于所述第一介电常数且高于所述第三介电常数。
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