CN111982240B - 一种雷达物位计 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种雷达物位计，包括电路板组件和波导体，所述电路板组件包括电路板和安装在所述电路板的第一板面上的贴片天线，所述波导体与所述电路板固定连接，所述波导体内设有导波通路，所述导波通路的入口端的端面与所述电路板的第一板面之间具有间隙，所述间隙形成过渡区，所述过渡区设置成反射的电磁波与所述波导体反射的电磁波的相位相反。该雷达物位计中，通过设置过渡区反射的电磁波与波导体反射的电磁波的相位相反，可抵消波导体反射的电磁波，能够有效减少反射电磁波的干扰，提高雷达物位计的测量精度。

Description

一种雷达物位计

技术领域

本文涉及但不限于物位测量技术领域，特别涉及一种雷达物位计。

背景技术

雷达物位计是基于时间行程原理的测量仪表，电磁波以光速运行，当电磁波遇到物料表面时反射回来被仪表接收，电磁波的运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。

现有的雷达物位计中，由于电磁波的反射，对雷达物位计的测量造成干扰，影响测量精度。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请实施例提供一种雷达物位计，其能够有效减少反射的电磁波，提高雷达物位计的测量精度。

一种雷达物位计，包括电路板组件和波导体，所述电路板组件包括电路板和安装在所述电路板的第一板面上的贴片天线，所述波导体与所述电路板固定连接，所述波导体内设有导波通路，所述导波通路的入口端的端面与所述电路板的第一板面之间具有间隙，所述间隙形成过渡区，所述过渡区设置成反射的电磁波与所述波导体反射的电磁波的相位相反。

雷达物位计中，波导体会对贴片天线辐射的电磁波造成反射。为了避免该反射的电磁波对雷达物位计的测量造成干扰，在导波通路的入口端的端面与电路板的第一板面之间设置间隙，并利用该间隙形成过渡区，过渡区也会对电磁波造成反射，且过渡区反射的电磁波与波导体反射的电磁波的相位相反，可抵消波导体反射的电磁波，减少了反射的电磁波，提高雷达物位计的测量精度。过渡区与贴片天线、波导体耦合，解决阻抗匹配问题。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

图1为本申请实施例的雷达物位计的分解结构示意图；

图2为本申请实施例的雷达物位计的剖视结构示意图；

图3为图2的A部结构的放大示意图；

图4为图3的B向的结构示意图。

附图标记为：

1-电路板组件，11-电路板，111-第一板面，12-贴片天线，2-波导体，21- 导波通路，211-入口端的端面，212-第一导波段，213-第二导波段，214-第三导波段，215-锥形安装腔，22-凹腔，3-透镜天线，31-天线镶件，311-锥形加载段，312-柱形段，313-球形段，314-台阶面，32-天线外壳，321-固定部， 322-止挡部，4-过渡区，5-密封胶，61-第一吸波材料，62-第二吸波材料，7- 密封件，8-螺钉。

具体实施方式

下文中将结合附图对本申请的实施例进行描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1-图4所示，本申请实施例提供了一种雷达物位计，包括电路板组件1和波导体2，电路板组件1包括电路板11和安装在电路板11的第一板面111(图2和图3中的下板面)上的贴片天线12，波导体2与电路板11 固定连接，波导体2内设有导波通路21，导波通路21的入口端(图2和图3 中的上端)的端面与电路板11的第一板面111之间具有间隙，间隙形成过渡区4，过渡区4设置成反射的电磁波与波导体2反射的电磁波的相位相反。

雷达物位计进行测量时，电路板组件1的贴片天线12(微带贴片天线，如图4所示)可向外辐射电磁波，电磁波可自入口端进入导波通路21内。波导体2会对电磁波造成反射，为了避免该反射的电磁波对雷达物位计的测量造成干扰，在导波通路21的入口端的端面211与电路板11的第一板面111 之间设置间隙，并利用该间隙形成过渡区4，过渡区4也会对电磁波造成反射，且过渡区4反射的电磁波与波导体2反射的电磁波的相位相反，可抵消波导体2反射的电磁波，减少了反射的电磁波，提高雷达物位计的测量精度。过渡区4与贴片天线12、波导体2耦合，解决阻抗匹配问题。

此外，导波通路21的入口端的端面211与电路板11的第一板面111之间不设置其他部件，减少电磁波的衰减，有利于提高雷达物位计的测量精度。

需要说明的是，导波通路21的入口端是指贴片天线12辐射的电磁波进入导波通路21的入口；电磁波经待测物料反射后通过导波通路21时，该导波通路21的入口端为反射的电磁波的出口。

一些示例性实施例中，如图3所示，贴片天线12辐射的电磁波的频率为 75-82GHz(如可为77GHz或81GHz)，导波通路21的入口端的端面211与电路板11的第一板面111之间的间隙S为0.1mm-1mm。在一些示例性实施例中，导波通路21的入口端的端面211与电路板11的第一板面111之间的间隙S为0.2mm、0.3mm、0.8mm等。

当然，导波通路21的入口端的端面211与电路板11的第一板面111之间的间隙S不限于上述的0.1mm-1mm，在实际应用时，可根据需要进行调整。

一些示例性实施例中，如图2和图3所示，波导体2包括一端开口的凹腔22，凹腔22的开口端的端面与电路板11的第一板面111抵接，且凹腔22 罩在贴片天线12外，导波通路21的入口端穿过凹腔22的底壁，并伸入凹腔 22内。

如图2和图3所示，波导体2包括上端开口的凹腔22，凹腔22的开口端的端面(上端面)与电路板11的第一板面111抵接，并形成辐射腔，贴片天线12位于辐射腔内。凹腔22的内壁面(包括下部的底壁和/或四周的侧壁的内壁面)可设有第一吸波材料61。导波通路21的入口端穿过凹腔22的底壁，并伸入凹腔22内，以便导波通路21的入口端与贴片天线12正对，便于贴片天线12辐射的电磁波进入导波通路21。

一些示例性实施例中，如图3所示，导波通路21包括沿着远离入口端的方向依次设置的第一导波段212、第二导波段213和第三导波段214，第一导波段212和第三导波段214均呈圆柱形，且第三导波段214的直径

小于第一导波段212的直径

第二导波段213呈圆锥形。

如图3所示，第一导波段212的直径

大于第三导波段214的直径

且第一导波段212靠近导波通路21的入口端，直径较大的第一导波段212 内可进行一次模电磁波和二次模电磁波的传输，便于更多的电磁波进入导波通路21，有利于提高测量精度；直径较小的第三导波段214内可进行一次模电磁波的传输；锥形的第二导波段213用于实现第一导波段212和第三导波段214之间的过渡。

一个示例性实施例中，如图3所示，第一导波段212的直径

为5mm，并设置成用于一次模电磁波和二次模电磁波的传输，第三导波段214的直径

为2.73mm，并设置成用于一次模电磁波的传输。

考虑到加工精度，第一导波段212的直径

和第三导波段214的直径

可能会略有变化，如第一导波段212的直径

可为5±0.2mm(如4.8mm、 4.9mm、5.1mm、5.2mm)。

一些示例性实施例中，如图3所示，第一导波段212的长度H1设置成在第一导波段212的出口侧(图3中的下侧)，第一导波段212内传输的一次模电磁波和二次模电磁波的相位相同，使得在出口侧无反射。如：第一导波段212的长度H1可为5mm。

一些示例性实施例中，如图3所示，第二导波段213的长度H2设置成不小于2mm。考虑到第二波导段的长度H2越大，第二波导段的锥角越小，加工难度越大，且波导体2的体积越大，因此，第二导波段213的长度H2 不易设置过大。

当然，第一导波段212的直径

和长度H1、第二导波段213的长度H2、以及第三导波段214的直径

不限于上述的范围，在实际应用时，可根据需要进行调整。

一些示例性实施例中，如图1-图3所示，雷达物位计还包括透镜天线3，透镜天线3包括位于顶部的锥形加载段311，锥形加载段311的顶部穿过第三导波段214并伸入第二导波段213内。

一些示例性实施例中，如图2和图3所示，导波通路21还包括锥形安装腔215，锥形安装腔215位于第三导波段214的远离入口端的一侧，锥形加载段311的底部位于锥形安装腔215内，且锥形安装腔215的内侧壁面与锥形加载段311的外侧壁面之间具有气隙。

一些示例性实施例中，如图2所示，透镜天线3包括天线镶件31和天线外壳32，天线镶件31与天线外壳32通过镶嵌注塑一体成型，天线镶件31 的顶部伸入导波通路21内。一些示例性实施例中，天线镶件31包括该锥形加载段311，锥形加载段311伸入导波通路21的第二导波段213内。

一些示例性实施例中，如图2所示，天线外壳32上设有用于与待测料罐 (用于盛装待测物料)连接的固定部321。一个示例性实施例中，如图2所示，固定部321为设置在天线外壳32的外侧壁面上的螺纹连接部，使得雷达物位计可与待测料罐螺纹连接。

现有技术中，雷达物位计的天线通过法兰固定到待测料罐上，天线和法兰都是金属件，因此，需要在波导体2靠近电路板11的一端设置绝缘帽，绝缘帽的设置，使得电磁波发生衰减。本申请的雷达物位计中，天线外壳32 为注塑成型的塑料件，其直接螺纹拧在待测料罐上，天线外壳32可起到绝缘作用，因此波导体2的靠近电路板11的一端无需设置绝缘帽，减少了电磁波的衰减。

一些示例性实施例中，天线镶件31可采用聚四氟乙烯PTFE通过机加工制成，天线外壳32可采用氟化乙烯丙烯共聚物FEP或过氟烷基化物PFA制成。

一些示例性实施例中，如图2所示，天线镶件31的顶部与天线外壳32 的顶部之间具有空间，波导体2和电路板11位于天线外壳32内，电路板11、波导体2与天线外壳32之间填充有密封胶5。

电路板11、波导体2与天线外壳32之间填充有密封胶5，可将电路板 11、波导体2与天线外壳32之间的腔体密封，增强雷达物位计的防爆效果。

一些示例性实施例中，如图2所示，电路板11与天线外壳32通过螺钉 8固定。

一些示例性实施例中，如图2所示，天线镶件31还包括位于底部的球形段313和位于球形段313上方的柱形段312，天线镶件31的柱形段312与球形段313之间形成台阶面314，天线外壳32上设有止挡部322，止挡部322 与台阶面314配合限位。

天线镶件31的球形段313与柱形段312的连接处直径发生突变，因此在柱形段312与球形段313之间形成台阶面314。注塑成型的天线外壳32上形成有止挡部322与天线镶件31的台阶面314配合起到限位作用，使得天线镶件31与天线外壳32固定牢固。

一些示例性实施例中，如图2所示，波导体2的底端套设在天线镶件31 的柱形段312外，且波导体2与天线镶件31的柱形段312之间设有第二吸波材料62，波导体2的底端与止挡部322之间设有密封件7。

天线镶件31的柱形段312与套设在柱形段312外的波导体2之间设有第二吸波材料62，第二吸波材料62可吸收波导体2的柱形段312处反射的电磁波，避免对测量结构造成干扰。波导体2的底端与天线外壳32的止挡部 322之间设有密封件7，防止密封胶5灌到第二吸波材料62处。

以上实施例仅表达了本申请的实施例性实施方式，其描述较为具体和详细，但的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种雷达物位计，包括电路板组件和波导体，所述电路板组件包括电路板和安装在所述电路板的第一板面上的贴片天线，所述波导体与所述电路板固定连接，所述波导体内设有导波通路，其特征在于，所述导波通路的入口端的端面与所述电路板的第一板面之间具有间隙，所述间隙形成过渡区，所述过渡区反射的电磁波与所述波导体反射的电磁波的相位相反。

2.根据权利要求1所述的雷达物位计，其特征在于，所述贴片天线辐射的电磁波的频率为75-82GHz，所述导波通路的入口端的端面与所述电路板的第一板面之间的间隙为0.1mm-1mm。

3.根据权利要求2所述的雷达物位计，其特征在于，所述波导体包括一端开口的凹腔，所述凹腔的开口端的端面与所述电路板的第一板面抵接，且所述凹腔罩在所述贴片天线外，所述导波通路的入口端穿过所述凹腔的底壁，并伸入所述凹腔内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的雷达物位计，其特征在于，所述导波通路包括沿着远离入口端的方向依次设置的第一导波段、第二导波段和第三导波段，所述第一导波段和所述第三导波段均呈圆柱形，且所述第三导波段的直径小于所述第一导波段的直径，所述第二导波段呈圆锥形，

所述雷达物位计还包括透镜天线，所述透镜天线包括位于顶部的锥形加载段，所述锥形加载段的顶部穿过所述第三导波段并伸入所述第二导波段内。

5.根据权利要求4所述的雷达物位计，其特征在于，所述第一导波段的直径为5mm，并设置成用于一次模电磁波和二次模电磁波的传输；所述第三导波段的直径为2.73mm，并设置成用于一次模电磁波的传输。

6.根据权利要求4所述的雷达物位计，其特征在于，所述第一导波段的长度为5mm，并设置成在所述第一导波段的出口侧，所述第一导波段内传输的一次模电磁波和二次模电磁波的相位相同；所述第二导波段的长度不小于2mm。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的雷达物位计，其特征在于，所述雷达物位计还包括透镜天线，所述透镜天线包括天线镶件和天线外壳，所述天线镶件与所述天线外壳通过镶嵌注塑一体成型，所述天线镶件的顶部伸入所述导波通路内，所述天线外壳上设有用于与待测罐体连接的固定部。

8.根据权利要求7所述的雷达物位计，其特征在于，所述天线镶件的顶部与所述天线外壳的顶部之间具有空间，所述波导体和所述电路板位于所述天线外壳内，所述电路板、所述波导体与所述天线外壳之间填充有密封胶。

9.根据权利要求7所述的雷达物位计，其特征在于，所述天线镶件包括位于底部的球形段和位于所述球形段上方的柱形段，所述天线镶件的柱形段与球形段之间形成台阶面，所述天线外壳上设有止挡部，所述止挡部与所述台阶面配合限位。

10.根据权利要求9所述的雷达物位计，其特征在于，所述波导体的底端套设在所述天线镶件的柱形段外，且所述波导体与所述天线镶件的柱形段之间设有吸波材料，所述波导体的底端与所述止挡部之间设有密封件。

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