CN109632045B - 具有不同电路板层级上的雷达芯片的雷达物位测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达物位测量装置，所述装置通过布置在电路板的各个层级上的多个芯片来进行物位测量或者检测容器中的填充物料表面的拓扑。

Description

具有不同电路板层级上的雷达芯片的雷达物位测量装置
技术领域
本发明涉及物位测量和容器中的填充材料表面的拓扑检测。特别地，本发明涉及一种用于物位测量并且/或者用于检测容器中的填充材料表面的拓扑的雷达物位测量装置。
背景技术
如今，雷达物位测量装置用于物位测量并用于检测填充材料表面的拓扑。与许多其它领域相比，仅在能够通过测量设备的电子装置检测并处理极小的反射信号之后，才实现了物位测量中的雷达技术的突破。
能够检测填充材料的表面的精确形状的现代物位测量装置和拓扑测量装置的特征不仅在于通常在千兆赫范围内(例如，在75GHz至85GHz的范围内)的高发射频率，还在于能够可靠地处理反射信号的高达100dB的范围内的振幅差异。
为了产生并处理79GHz的范围内的高频发射信号，可以设置单片微波集成电路(MMIC)。该器件可以具有多个在本申请中也被称为雷达通道的发射和接收通道，以便能够扫描填充材料表面。
填充材料表面的扫描越精确，就需要越多的发射和接收通道，以便实现高质量的图像，这相应地伴随着高的硬件成本和能量需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测量容器中的介质的物位或者介质的拓扑的雷达物位测量装置。
本发明的一个方面涉及一种雷达物位测量装置，雷达物位测量装置用于物位测量或者用于检测容器中的填充材料表面的拓扑，并具有包括具有第一电路板层级和第二电路板层级的电路板、位于第一电路板层级上的第一雷达芯片和位于第二电路板层级上的第二雷达芯片。
第一雷达芯片和第二雷达芯片均具有用于产生发射信号的一个或多个发射通道或者用于检测在填充材料表面上反射的发射信号的一个或多个接收通道。第一雷达芯片的至少一个发射通道经由第一线路连接到用于发射发射信号的天线布置结构。第二雷达芯片的至少一个接收通道经由第二线路连接于用于接收反射的发射信号的天线布置结构。
根据本发明的一个实施例，天线布置结构具有用于在填充材料表面的方向上发射发射信号的第一波导。
根据本发明的另一个实施例，天线布置结构具有用于接收反射的发射信号的第二波导。
根据本发明的另一个实施例，第一和/或第二波导被配置成用于将第一电路板层级连接到第二电路板层级。第一/第二波导具有布置在电路板下侧的端部区域，其中，第一/第二波导具有布置在电路板上侧的主区域，并且其中，在电路板内，在端部区域和主区域之间布置有多个金属化孔(Durchkontaktierung)，以在电路板内也形成第一/第二波导。
根据本发明的另一个实施例，第一和/或第二波导在其端部区域中具有填充有电介质的谐振空间。
根据本发明的另一个实施例，第一线路布置在第一电路板层级上。
根据本发明的另一个实施例，第二线路布置在第二电路板层级上。
根据本发明的另一个实施例，第一雷达芯片具有第一同步电路，第一同步电路被配置成用于产生高频信号，其中，第二雷达芯片具有第二同步电路。此外，还设置有高频线路布置结构，高频线路布置结构被配置成用于从第一同步电路向第二同步电路传送高频信号，以同步这两个芯片，其中，高频线路布置结构具有位于第一电路板层级上的第一传导路径、位于第二电路板层级上的第二传导路径以及过孔，过孔布置在第一传导路径和第二传导路径之间并用于将第一和第二传导路径彼此连接。
根据本发明的另一个实施例，用于传送高频信号的高频线具有彼此串联地布置的两种以上的不同类型的线路。
根据本发明的另一个实施例，高频线路布置结构具有高频放大器，高频放大器布置在高频线路布置结构中并且被配置成用于放大高频信号。
根据本发明的另一个实施例，高频线路布置结构具有波导。
根据本发明的另一个实施例，在第一和第二雷达芯片上均集成有模拟数字转换器。
根据本发明的另一个实施例，雷达物位测量装置被配置成用于检测容器中的介质的拓扑。
根据本发明的另一个实施例，物位测量装置被设计成FMCW物位测量装置。
尽管第一雷达芯片和第二雷达芯片均可以具有用于分别在填充材料表面的方向上发射发射信号的一个或多个发射通道和用于接收在填充材料的表面上反射的发射信号的一个或多个接收通道。一个或多个发射通道也能够被设计成组合的发射-接收通道。
特别地，雷达芯片可以是也被称为片上雷达系统的集成微波电路。这种片上雷达系统(RSoC)是具有用于数字功能的电路组件的高度集成的微波电路，根据实施例，微波电路能够将常规雷达系统的(用于信号产生、信号处理以及接收信号和反射信号的传输的)完整功能以数字化的形式集成在单个雷达芯片上。
每个发射通道可被配置成用于产生具有在两位或三位的千兆赫范围内(例如，在55GHz至65GHz或75GHz至85GHz或更高的范围内)的频率的高频发射信号。
第一雷达芯片能够被设计成所谓的用于产生同步信号的主芯片，借助该同步信号来同步被称为从芯片的一个或多个雷达芯片。
根据本发明的另一个实施例，高频信号是针对发射信号通过整数因数分频的高频信号。
可以根据物位并且/或者例如根据当前用于物位测量的雷达芯片的数量来调整布置在高频线路布置结构中的高频放大器的放大器功率。
根据本发明的另一个实施例，高频放大器具有大约20GHz或者大约40GHz的可用频率范围。
根据本发明的另一个实施例，第一雷达芯片和第二雷达芯片均基于BiCMOS技术。根据本发明的另一个实施例，雷达芯片基于SiGe技术。根据本发明的另一个实施例，雷达技术基于HF-CMOS技术，并且具有用于75GHz及以上频率的高频电路部分。
根据本发明的另一个实施例，高频放大器是具有独立电源的低噪声放大器(LNA)。
根据本发明的另一个实施例，放大器仅在其线性区域中操作。如有必要，可以在高频线路布置结构中设置多个高频放大器。
在下文中将参考附图描述本发明的实施例。如果在如下的附图说明中使用同样的参考标记，则其描述相同或者相似的元件。附图中的示意图是示意性的而不是按比例的。
附图说明
图1A示出了安装在容器中以检测容器中的填充材料的表面的拓扑的雷达物位测量装置。
图1B示出了另一雷达物位测量装置。
图1C示出了另一雷达物位测量装置。
图2示出了雷达物位测量装置的阵列天线。
图3示出了具有雷达芯片的雷达物位测量装置的构造。
图4A示出了具有两个雷达芯片的另一雷达物位测量装置的构造。
图4B示出了另一雷达物位测量装置的构造。
图5示出了另一雷达物位测量装置的构造。
图6示出了另一雷达物位测量装置的构造。
图7示出了另一雷达物位测量装置的构造。
图8示出了电路板层结构。
图9示出了具有波导结构的两个雷达芯片。
图10A示出了具有雷达芯片和波导结构的电路板的上侧。
图10B示出了从下方观察的图10A的电路板。
图11A示出了具有雷达芯片和波导结构的电路板的剖视图。
图11B在俯视图中示出了图11A的具有透明电路板的装置。
图12A示出了雷达物位测量装置的过孔布置结构。
图12B示出了图12A的过孔布置结构的金属化元件。
具体实施方式
图1A示出了安装在容器中的用于检测容器中的填充材料表面的拓扑的雷达物位测量装置。雷达物位测量装置可以具有高度集成的雷达芯片(RSoC(Radar System onChip)，片上雷达系统)，雷达芯片具有多个发射器和接收器。高度集成的雷达芯片也可以应用于诸如驾驶员辅助系统、交通监控、工厂中的物体监控、无人机等领域以及很多其它的领域。多通道雷达芯片301的优点在于能够进行某种波束成形。在填充材料的物位测量或拓扑检测的领域中应用的雷达装置通常需要大量的(八个或更多的)雷达芯片301，以满足要求。
用于检测拓扑的物位测量装置101扫描散装材料的表面107，以由此获得如通过常规物位测量装置能够获得的与实际物位及松散材料体积有关的更多信息。
与其他应用方式的不同之处在于，即使在较远的距离上仍需要小的开口角度，这伴随着大的天线孔径。
实现此目的一种方式是机械地枢转单通道雷达装置(图1A)来扫描表面。另一种可能性是部分机械系统(图1B)。此时，模拟或数字波束成形的组合与机械枢转相结合。
这些系统在稳健性方面具有缺点。机械部件在恶劣的处理条件下需要维护并且制造成本高。因此，建议进行全电子波束成形(图1C)。
为了实现与这些波束成形雷达系统尺寸相当的天线孔径，可以设置大量的发射器和接收器。全电子波束成形的缺点在于必须使用许多具有相对较小的单孔的天线。此外，通常均设置有一个天线元件144、303的发射器和接收器必须以二维形式(x方向和y方向)排列(图2)。
因此，用于检测拓扑的物位测量技术通常需要比上述应用更多的发射器和接收器，这导致了芯片数量大于4。
用于检测拓扑的雷达物位测量装置通常具有多个发射和接收天线。这些系统也被称为多输入多输出(MIMO)系统。通过已知的数字波束成形方法，能够在发射侧和接收侧这两侧数字地影响发射和接收阵列天线的方向特性，从而能够实现填充材料表面的扫描。
到目前为止，这些物位测量装置针对每个发射和接收通道使用诸如混频器、低噪声放大器、耦合器、倍频器、压控振荡器等之类的多个高频器件以及离散模拟数字转换器、锁相环、稳压器、滤波器、放大器和其他低频元件。这种特征使得MIMO系统成本高、尺寸大并且昂贵。
对于高度集成的雷达芯片301，在芯片301上已经完全集成了很多上述的这种组件。例如，集成的组件包括：PLL、VCO、混频器、ADC、滤波器、控制单元、SPI接口、放大器、开关、稳压器。由此，能够在电路板上节省出大量空间。这些芯片301在成本方面的另一个优点在于，它们比具有多个不同的单独组件的分立构造更便宜。例如，MIMO芯片301具有三个发射器级(Senderstufe)和四个接收器级
Figure GDA0002707755970000061
例如，可行的发射频率范围可以是55和65GHz之间或甚至75和85GHz之间的范围。
能够经由(具有相关的总线305的)数字接口(SPI、I2C等)对雷达芯片301进行参数化。能够设置或者读出各种参数，以调整调制类型、频带宽度、频率范围、扫描频率、IF滤波器特性(中频信号)等。必要时，通常，包含监视区域中的物体的距离和角度的有关信息的模拟IF信号同样也在雷达芯片301上被数字化，以用于进一步的信号处理。
这些雷达芯片301的操作通常依据的雷达方法是一种特殊的调频连续波方法(FMCW(frequency modulated continous wave)方法)。然而，在测量时，不仅调制一个频率斜坡(Frequenzrampe)，而且连续地调制相对彼此具有固定的时间参照的多个频率斜坡。例如，对于每次测量，可能的斜坡数量是128个。这些128个斜坡被总称为帧(Frame)。
通过巧妙的信号处理算法，不仅能够确定多个物体的距离，也能够确定它们的速度。相对于常规的FMCW方法，斜坡持续时间很短，并且对于每个斜坡，通常处于10μs和500μs之间的范围内。因为发射信号的HF带宽在几百兆赫兹和四千兆(或以上)赫兹之间，所以必须以高的扫描速率来数字化中频信号。
对于模拟数字转换，高的HF带宽和短的斜坡持续时间的组合导致了高的扫描速率。
用于数字化输出信号的接口通常是诸如LVDS或CSI2之类的快速串行差分数字接口304。在具有四个接收通道的雷达芯片301的示例中，雷达芯片301在数字接口侧具有四个LVDS接口或CSI2接口，以用于传送数字化的中频信号。另外，这些数字接口使用额外的差分时钟信号，差分时钟信号在数字化数据的接收器处用于同步接口。取决于接口，需要额外的信号线，以标识数据包的开始和/或结束。
在雷达芯片301针对期望的应用仍提供过少的发射和接收通道307、308(图3)的情况下，这些芯片301提供级联的可能性。这意味着，将多个芯片组合在一起，以形成同步化的雷达单元。因此，尽管发射器和接收器物理地位于不同的RSoC上，但也能够使发射器利用同步信号进行同时发射并且/或者使接收器进行同步接收。
这可以通过如下方式实现：除了使用各种时钟同步线之外，也可以将高频线401上的高频信号从一个芯片分配到其它各个芯片。高频信号是指本地振荡器信号(LO信号)，并且是从频率范围(这里，针对发射频率范围)通过整数因数分频的信号。
分频因数(Teilerfaktoren)可以是2或4，但也可以是其它整数的分频因数。如果雷达芯片例如具有大约80GHz的发射频率范围，则LO信号可以包括大约20GHz或40GHz的频率范围。
提供高频信号的芯片被称为主芯片301a。接收高频信号的芯片被称为从芯片301b。
例如，包含均具有四个接收通道的四个雷达芯片(图5)的级联雷达系统具有十六个数字接口，这些数字接口用于传送相关的中频信号(测量数据)。
雷达芯片通常使用专门定制的信号处理器来处理这些数字测量数据，但它们具有数量十分有限的数字接口。某些制造商甚至将一些用于数字信号处理的单元集成在雷达芯片自身上，但这对于雷达芯片的级联且在基于雷达的用于确定拓扑的物位测量的情况下仅具有有限的用处或者根本不能使用。
因此，为了克服这个问题，建议使用FPGA(现场可编程门阵列)器件来代替专门定制的信号处理器(图3、图4A、图4B和图5)。可以从一些制造商获得这种普遍适用的具有各类设计的器件。FPGA接收中频信号的数字化值并且执行诸如平均、加窗或FFT(快速傅立叶变换)计算等运算操作。
雷达芯片和FPGA的组合的优点在于可灵活地组合八个以上的雷达芯片，这例如对于汽车工业中使用的专门定制的信号处理器来说是不可能的。这种技术由于级联如此大量的雷达芯片而对于物位测量技术是有利的。
如果需要更大数量的雷达芯片，则能够同样地使用多个FPGA并且然后同样地使它们彼此同步。
有利地，除可编程逻辑单元之外，FPGA还包括集成的处理器系统(PS)，处理器系统能够承担诸如雷达芯片的参数化、能量管理、显示器控制或者经由网络与计算机或过程控制单元的通信之类的控制任务。而且，处理器系统能够经由数字线306通知测量开始。
另外，处理器系统能够承担诸如在现有的物位雷达测量装置中已知的回波搜索、干扰回波抑制等之类的信号处理任务。
取决于雷达芯片和FPGA的类型，需要调整数字接口的电平。为此，可以使用专门定制的电阻网络或调整芯片。
由于对于每个通道，用于传送数字化的IF信号的数字接口通常包括线路差分对，因此必须根据FPGA设置分立的线路端接电阻。这些线路端接电阻通常具有100Ohm值。
另一种可能方式是使用一个或多个放大器，放大器具有集成的分流器，以用于来自主芯片的低频信号，其中，低频信号用于通知测量开始。主芯片发出该信号并将其分配到所有从芯片。在这种情况下，重要的是，线路具有大致相同的长度，使得在各个雷达芯片中不存在时间偏移。
因为通过这种方式能够级联较大数量的雷达芯片，因此LO信号的输出级可能无法提供足够的用于驱动全部雷达芯片的输出功率。高频线401上的LO信号的分配的问题在于，高频线具有不可忽略的路径衰减。因为电路板904上的雷达芯片301通常在空间上彼此分离开几厘米(数量级：5-10cm)，所以用于承载LO信号的高频线必须至少一样长。标准高频基板上的常规的微带线可以具有0.5至2dB/cm的衰减。这主要取决于基板和频率。另一方面，波导可以被构造成具有低得多的路径衰减。出于这种原因，有意义的是，在LO信号借助微带线在电路板904上被解耦之后，信号被耦合到波导中，以降低通向相邻芯片的路径上的损耗。
另一种可能性在于，通过使用一个或多个外部高频放大器601来放大高频线401上的LO信号的HF功率(图6和图7)。有利地，这种放大器具有低的噪声系数(Rauschzahl)，这是因为该系数直接影响系统性能。因此，为此建议使用低噪声放大器(英语：Low NoiseAmplifiers，LNA)。这些LNA是具有单独电源的有源器件。有利地，这些LNA在雷达帧之间并且/或者在传送中止时被关停，以节省能量并避免装置的过热。
此外，必须注意的是，LNA在其线性范围中操作，这意味着，高频信号的输入功率不会太大。如果太大，可能会发生信号失真。由于该技术，半导体器件在80GHz处的常规输出功率在8dBm和15dBm之间，且不存在显著的信号失真。
如果向具有20dB增益的高频放大器601提供15dBm的功率，则理论上会得到35dBm的输出功率。然而，因为高频放大器601不再在其线性范围内运行，所以会出现不期望的信号失真。因此，LO信号必须首先被设置在使高频放大器601能够在其线性范围中操作的功率范围内。可能的是，对雷达芯片301的LO输出功率进行参数化并因此使其衰减。同样地，长的高频线同样能够衰减输出功率。
还可能的是，在通过高频功率分配器对LO信号进行分配并由此使其功率降低之后，才可以使用高频放大器。作为这种情况，使用多个从芯片301b，或者取决于雷达芯片301，LO信号必须再次返回到主芯片301中。
于是，如图7所示，必须使用多个放大器。因为放大器同样具有有限的信号传播时间，所以有利地设置放大器，以便在所有线路上实现基本相同的信号传播时间。
因为LO信号是高频信号，所以有利地使用波导、微带线903和/或基板集成波导(SIW，Substrate Integrated Waveguide)线。同样地，有利地使用功率分配器501(例如，威尔金森(Wilkinson)分配器)和/或耦合器501(例如，环形(Rat-Race)耦合器)来分流线路。
例如，如图5到图7所示，雷达芯片可以布置在电路板904的一侧(或层级)801、802，并且在电路板904的另一侧或层级808、809上进行LO信号的分流和分配。将在下文中对其原因进行说明。
雷达芯片通常具有九个或十个信号输入端和信号输出端，这些输入端和输出端的频率范围处于两位数的千兆赫范围内。在级联雷达芯片时，除去往发射和接收天线的线路之外，LO信号还必须被从一个芯片路由到下一个芯片。由于这些大量的信号线，信号的交叉通常是不可避免的。
然而，因为信号线不能在电路板904上交叉，所以信号通常通过过孔被引导到其它的内部电路板层级(内层)803、807，并在那里并排传播。图8示出了常规的电路板层结构，其中，多个基板利用粘合层804、806粘合在一起。然而，在大多数情况下，电路板904的内层是标准的基板材料804、805、806，并且不适用于高频信号。事实上，出于成本和稳定性的原因，仅电路板904的最外侧电路层802、808中的一者或者两者由针对高频技术被优化的特殊基板材料(例如，Rogers RO3003)构成。高频基板通常是软的并且在高频的情况下必须被设计成非常薄的，例如具有127μm的厚度。
由于这些原因，建议利用特殊的线路布置结构和过孔布置结构将LO信号从芯片侧电路板层级引导到后侧，以在那里进行分流，必要时放大并分配LO信号，并使其再次出现在芯片侧电路板层级。图12A和图12B示出了这种特殊的线路布置结构和过孔布置结构(图12B示出了在不存在基板材料的情况下的线和过孔以及铜表面)。在这种情况下，在主过孔9001周围以恒定的半径布置有额外的副过孔9002，并且由此形成一种共轴的印刷电路板引线(Leiterplattendurchführung)。直径和与主过孔的距离决定性地确定了引线的阻抗，并且必须匹配所使用的诸如40GHz等频率范围。
在没有线路交叉的情况下路由LO信号的另一替代可能方案是将信号耦合到波导或共轴线缆中并且将波导或共轴线缆构造成使得线路彼此并排延伸。例如，为了将信号耦合到波导中，可以使用所谓的从微带线至波导的波导过渡部。
另一有用的线路类型是基板集成波导(SIW)。例如，在波导直接位于印刷电路板/电路板904上时，使用这种类型的线路是有利的，其中，在印刷电路板/电路板904上，必须通过微带线来路由LO/HF信号以使其通过波导。因为波导通常由金属制成，所以其会使微带线短路，由此不能进行信号传送。因为SIW在电路板上侧具有纯金属表面并且波导是否位于其上方无关紧要，因此SIW这方面具有优点。
接着，信号必须再次在电路板904上被耦合到微带线中，以便能够将其路由到雷达芯片。
通过上述方式，多个雷达芯片能够通过LO信号和多个低频信号级联。因为雷达芯片均具有相同的外壳和引脚布置，所以可能在将高频信号的从发射引脚路由到天线或者反过来从天线路由到接收引脚时导致长的线路(图9)，这是不期望的，这是因为长的高频线总是具有高的损耗。将在下文中详细说明该问题。
雷达物位测量装置的特征在于能够在诸如高压和低压、高温和低温、污染、灰尘、潮湿、雾气等之类的恶劣处理条件下仍可运行的稳健的天线布置结构。另外，天线还必须保护电子器件免受上述影响，并且还被构造成使得它们也必须满足诸如防爆之类的安全性至关重要的方面。
因此，在用于测量拓扑的雷达物位测量装置中也必须具有这些特征。与对于这种要求不是很高的用于其它应用的雷达装置不同，在处理测量技术中经常使用波导和喇叭形发射器。
在用于数字波束成形的系统中，有利的是，一个或多个天线元件具有小于或等于λ/2的间距，其中，λ表示发射信号的波长。对于这种情况必须使用特定的波导耦合装置302，从而将来自印刷电路板的信号耦合到(喇叭形)天线901、902中。
具有级联的雷达芯片的用于测量拓扑的雷达物位测量装置的另一个问题在于，上述天线仅能够以特定图案布置。有利的图案是天线元件的T形或L形阵列。如图9所示，为了在高频信号的情况下避免大的线路长度，建议将雷达芯片301a、301b布置在电路板上侧或电路板下侧(图10A、10B、11A和11B)，使得线路903a、903b的从各个雷达芯片301a、301b到波导耦合装置的线路长度对于所有的HF信号基本相同。
为此目的，除了上述过渡部之外，还需要其它过渡部，这些过渡部穿过电路板，且在电路板后侧将被线路903引导的电磁波耦合到波导中。
新颖的是，所使用的形成空腔谐振器1002的短路面(Backshort)能够填充有电介质1001。因为微带线903和波导之间的过渡部必须部分地小于λ/2，所以电介质在此处是重要的。波导和谐振器中的额外电介质使它们的尺寸变小。
优选地，电介质具有大于2的(例如，在3和4之间的)相对介电常数和尽可能小的损耗角。
为了使雷达信号从一个波导耦合到另一个波导，在电路板中布置有过孔1004。
在图11A的情况下，雷达信号在y方向上传播。如图11B所示，波导302可以在电路板内通过销形的金属化孔(Durchkontaktierungen)形式的过孔1004形成，其中，金属化孔环形地布置在波导壁的区域中。例如，雷达芯片301a和供电线903a位于第一电路板层级802上，并且雷达芯片301b和供电线903b位于第二电路板层级808上。
优选地设置在具有处理器的雷达信号评估单元或电路中的补偿单元或电路能够在信号处理中补偿与过渡部有关的相位偏移和振幅偏移，例如，从而能够计算出例如由不同过渡部导致的不同信号传播时间。此处，评估单元能够由FPGA、ASIC、DSP、微控制器或类似的计算单元构成。
RSOC提供了用于补偿的替代方案：在并行地发射信号时，针对振幅和相位校正各个发射通道，以补偿上述的相位偏移和振幅偏移。也能够使发射侧和接收侧的补偿单元一起操作。
为了使雷达信号与本地振荡器信号级联，还建议使用共轴的电路板引线(图12A和图12B)(过孔)，以便从主芯片到达电路板后侧。
此外，能够使用不具有如上述雷达芯片RSoC 301那么高的集成密度的雷达芯片。这种MMIC通常被设计成没有数字部件。于是，这种MMIC输出模拟IF信号。也存在如下可能性，这些芯片不包含PLL，或者这些芯片也划分成纯发射芯片和纯接收芯片。然而，这些芯片同样经由高频LO信号和一个或多个低频信号彼此级联并且与RSoC级联。这些MMIC能够被设计成纯发射MMIC或者纯接收MMIC。在这种情况下，每个发射MMIC可以具有一个或多个独立发射器，并且每个接收MMIC具有一个或多个独立接收器。
在功能上，可以以经由软件命令关闭接收链和内部PLL的方式通过RSoC构成发射MMIC。同样地，在功能上，可以以经由软件命令在内部关闭发射器的方式通过RSoc构成接收MMIC。
本发明的核心构思在于提供一种用于检测容器中的填充材料表面的拓扑的雷达物位测量装置101，该装置包括(或者具有)多个集成的雷达芯片301，雷达芯片利用高频信号(本地振荡器信号)彼此同步，高频信号由雷达芯片301a产生并且在高频线401上被引导，其中，雷达芯片布置在电路板的两侧。
可以使用从微带线到波导的过渡部，以连接雷达芯片和天线。
特别地，可以使用穿过电路板的过渡部和未穿过电路板的过渡部，其中，例如，穿过电路板的过渡部所需的短路面填充有电介质。
用于雷达信号的评估单元可以配备有补偿单元，以补偿与过渡部有关的振幅偏移和相位偏移。
用于雷达信号的发射单元可以配备有补偿单元，以补偿与过渡部有关的振幅偏移和相位偏移。
评估单元可以是FPGA、ASIC、DSP或者微控制器。
可以关闭发射通道和/或接收通道，以节省能量并且减少电路发热。
布置在电路板后侧的雷达芯片中的至少一个可以是发射MMIC、接收MMIC或RSoC。
另外，特别地，可以使用共轴的电路板金属化孔，以使雷达芯片彼此同步。
另外，应当理解的是，“包括”和“具有”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。另外，应当理解的是，参照上述实施例说明的特征或步骤也能够与上述其它实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的参考标记不应视为限制。
相关申请的引用
本发明要求于2017年10月6日提交的欧洲专利申请17195226.0的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (12)

1.一种雷达物位测量装置(101)，其用于物位测量或者用于检测容器中的填充材料表面的拓扑，并具有：
具有第一侧(802)和第二侧(808)的电路板(904)；
位于所述电路板的所述第一侧上的第一雷达芯片(301a)和位于所述电路板的所述第二侧上的第二雷达芯片(301b)，
其中，所述第一雷达芯片(301a)和所述第二雷达芯片(301b)均具有一个或多个用于产生发射信号的发射通道和一个或多个用于检测在所述填充材料表面上反射的所述发射信号的接收通道，
其中，所述第一雷达芯片的所述发射通道中的至少一者经由第一线路(903a)连接到用于发射所述发射信号的天线布置结构(901、902)，
其中，所述第二雷达芯片的所述接收通道中的至少一者经由第二线路(903b)连接到用于接收反射的所述发射信号的所述天线布置结构(901、902)，
其中，所述天线布置结构(901、902)具有第一波导(302)，以用于在所述填充材料表面的方向上发射所述发射信号，
其中，所述天线布置结构(901、902)具有第二波导(302)，以用于接收反射的所述发射信号，
其中，所述第二波导(302)具有端部区域(1003)，所述端部区域布置在所述电路板(904)的所述第一侧，
其中，所述第二波导具有主区域，所述主区域布置在所述电路板的所述第二侧，并且
其中，在所述电路板内，在所述端部区域和所述主区域之间布置有多个金属化孔(1004)，以在所述电路板内也形成有所述第二波导。
2.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，所述第一波导和/或所述第二波导(302)将所述电路板的所述第一侧(802)连接至所述电路板的所述第二侧(808)。
3.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，所述第一波导和/或所述第二波导在其端部区域(1003)中具有谐振空间(1002)，所述谐振空间填充有电介质(1001)。
4.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，所述第一线路(903a)布置在所述电路板的所述第一侧(802)上。
5.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，所述第二线路(903b)布置在所述电路板的所述第二侧(808)上。
6.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，所述第一雷达芯片具有第一同步电路(402)，所述第一同步电路被配置成用于产生高频信号，
其中，所述第二雷达芯片具有第二同步电路(403)，
所述雷达物位测量装置还具有高频线路布置结构(401、501、421、422)，所述高频线路布置结构被配置成用于从所述第一同步电路向所述第二同步电路传送所述高频信号，以同步所述两个雷达芯片；
其中，所述高频线路布置结构具有位于所述电路板的所述第一侧上的第一线路(903a)、位于所述电路板的所述第二侧上的第二线路(903b)和过孔(9001、9002、905)，所述过孔布置在所述第一传导路径和所述第二传导路径之间并用于将所述第一传导路径和所述第二传导路径彼此连接。
7.根据权利要求6所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，用于传送所述高频信号的所述高频线路布置结构(401、501、421、422)具有彼此串联地布置的两个以上的不同类型的线路。
8.根据权利要求6所述的雷达物位测量装置，
其中，所述高频线路布置结构(401、501、421、422)具有高频放大器(601)，所述高频放大器布置在所述高频线路布置结构中并且被配置成用于放大所述高频信号。
9.根据权利要求6所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，所述高频线路布置结构(401、501、421、422)具有波导。
10.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，
其中，在所述第一雷达芯片(301a)上集成有第一模拟数字转换器，并且在所述第二雷达芯片(301b)上集成有第二模拟数字转换器。
11.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，其被配置成用于检测容器中的介质的拓扑。
12.根据权利要求1所述的雷达物位测量装置(101)，其中，所述物位测量装置(100)被设计为FMCW物位测量装置。
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