CN117346863A - 雷达传感器和用于雷达传感器的rf适配器 - Google Patents

Abstract

一种雷达传感器(100)，其包括耦合有电磁波的波导(104)和具有吸收器(200)的RF适配器(102)，其中，吸收器至少部分地围绕波导，并且是用于吸收电磁波的电气部件且同时是雷达传感器的机械部件。

Description

雷达传感器和用于雷达传感器的RF适配器

技术领域

本发明涉及雷达传感器、吸收器作为雷达传感器中的机械部件的使用以及包括这种吸收器的射频(RF)适配器。

背景技术

在例如用于测量流体或松散材料的物位以监测工业过程的雷达传感器中，由RF芯片生成的电磁波耦合到波导中，该波导例如扩展成喇叭辐射器以将在波导中传导的波作为空间波进行辐射，或者用作天线馈送器。如果在耦合期间插入电流隔离，波会从波导中逃逸。在此，这些波沿着例如壳体部件或其它结构传播，并受到反射。在此出现的不同传播时间引起对波导中的波的干扰。为了避免这种情况，使用了吸收器。雷达传感器可被构造为使得吸收器可以插入在传感器壳体内的雷达传感器中。例如，吸收器被粘合在适当位置。为了使吸收器提供吸收器功能，需要付出一些机械性努力以将吸收器保持在其特定位置。必须以不损害吸收器功能的方式引入用于密封件的凹槽。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有吸收器的改进雷达传感器。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利实施例是从属权利要求、以下说明和附图的主题。

所说明的实施例类似地涉及雷达传感器、吸收器作为雷达传感器中的机械部件的使用以及RF适配器。尽管没有详细说明实施例的各种组合，但它们可以产生协同效应。

在实施例中，提供了一种雷达传感器，其包括电子单元，该电子单元在电路板上具有例如用于生成和调节RF信号的芯片。因此，电子单元生成电磁波并将它们耦合到波导中，且/或从波导接收电磁波，该波导充当天线馈送器或者是天线的一部分。为此，波导例如在其垂直于电路板的纵向轴线上延伸，并由需要机械支撑的多个部件形成。为此，使用了结构性构造，可以在该结构性构造上固定电路板，并且该结构性构造可以将这些部件与波导一起稳定地保持在其位置或以期望的角度保持或支撑它们，并且提供了免受外力的机械保护和免受环境影响的保护。机械构造还包括壳体，这里提到的结构性机械构造位于壳体内，且在本文中被称为RF适配器。RF适配器可以包括一个或多个部件。这里实现的吸收器是这些部件中的一个部件，其实际功能是吸收干扰波。

根据第一方面，提供了一种雷达传感器，其包括用于引导电磁波的波导以及具有吸收器的RF适配器，其中，吸收器至少部分地围绕波导，并且是用于吸收电磁波的电气部件且同时是雷达传感器的机械部件。

在上下文中，“电气部件”应被理解为该部件由于吸收电磁波而在电气方面发挥作用。

“机械部件”应被理解为该部件是用于雷达传感器的结构性机械构造的功能性机械部件，并且具有用于传感器的额外机械功能。

结构性机械构造具有多种机械功能。例如，这些功能向传感器提供了机械稳定性、保护传感器的各部件、将传感器的各部件保持在一起、对各部件进行定位、提供密封等。该构造的机械部件支持这些功能中的一种或多种。因此，这里不应对机械部件做如下理解：机械部件仅是不具有机械功能的物理实体，例如仅执行或仅应执行电气功能的物理实体或物体。

因此，除了其电气功能(即吸收电磁波，特别是干扰辐射)之外，吸收器还执行诸如前述任务等基本机械任务。为此，吸收体具有足够高的密度和强度。

雷达传感器例如是但不限于用于填充物位测量或极限物位测量的工业传感器。例如，应用包括液体和松散材料的极限物位测量和填充物位测量，以例如用于监测工业过程或超纯水储存器中的填充物位测量或者乳制品业制备罐中的填充物位和极限物位测量。波导例如可以是圆形波导或矩形波导。

波导可以是天线馈送器，且/或可以扩展成或并合到喇叭天线或喇叭辐射器自身。

根据一实施例，雷达传感器还包括具有RF部件的电子单元以及适配器元件，该适配器元件被设计为使得电子单元可以固定在其第一侧并且吸收器可以固定在其第二侧。

优选地，适配器元件是金属的，例如锌压铸元件。然而，它也可以由其它金属组成或部分地由塑料组成，只要它能够接收和传送由RF芯片生成的RF信号即可。适配器元件用于将电子单元的电路板机械地固定在第一侧并将吸收器固定在第二侧。例如，电路板的两侧都装配有电子部件。特别地，它具有布置在电路板的朝向适配器元件的一侧的RF芯片。RF芯片具有用于波导的接口，作为输出或输入端。波导可以形成或布置成其纵向轴线在该接口处垂直于电路板。波导至少部分地由适配器元件形成。

根据一实施例，RF适配器还包括绝缘元件和波导部件，其中，绝缘元件布置在适配器元件和波导部件之间。

绝缘元件是用于将波导部件(即通向天线开口的波导部分)与电路板或处于相同电位的适配器元件电流隔离的元件。

整个波导由优选为金属的适配器元件和波导部件中的钻孔形成，该适配器元件电连接到电路板且特别地电连接到RF芯片，并且在波导中电磁波被引导通过适配器元件和波导部件并到达天线。在许多应用中，在电子器件(即，电路板和RF芯片)与天线之间需要电流隔离。

取决于吸收材料，这种电流隔离可以完全地或至少部分地通过绝缘元件来实现，该绝缘元件插入在两个波导部分之间并因此将波导分成两个部分，并且因此代表这两个部分之间的中间件。该非金属中间件为电磁波创建了离开波导的路径，以允许电磁波基本上沿着适配器元件和波导部件的表面进入另一传感器主体。吸收器防止传播以及相关反射和干扰辐射。如果吸收器是导电的，则可以对其进行额外绝缘，以防止电流隔离桥接。如下所述，额外绝缘体可以包括一层油漆或额外的非导电套管。对于非导电吸收器，这种额外绝缘体是不必要的。

绝缘元件在内部是中空的并且因此延续波导，使得电磁波从第一波导部分传递到第二波导部分，这里将第二波导部分称为波导部件。因此，例如在发射侧，由RF芯片生成的波被由适配器元件形成的波导部分接收并经由绝缘元件被引导至波导部件，波导部件将波引导至天线开口以在此处辐射波。在接收侧，相应地在相反方向上引导波。

因此，波导部件是与适配器元件分离的元件，其例如在其径向中心处形成波导的一部分。

如下详述，波导部件通过周围的吸收器保持在适当位置。形状可以包含变窄和变宽的部分，这些部分防止中心轴线的方向上的移动，即朝向或远离电路板的移动。

根据一实施例，波导部件是由金属制成的部件，或者是金属化塑料部件。

波导部件被设计为提供金属波导。这可以通过如下方式实现：整个波导部件是金属的。替代地，波导部件也可以是具有金属部分的塑料部件。特别地，塑料部件可以被金属化，其中仅波导钻孔被金属化。由此，实现了波导部件的内部是导电的，但外部是绝缘的。

在径向截面中，适配器元件例如在中心处(即，在波导的区域中)为T形形状，并且绝缘元件互补地类似于U形形状，使得这两个部分可以相互插入。在径向截面中，波导部件也类似于U形形状，并且在外侧以及从U形形状的底侧在侧向上包围绝缘元件。因此，绝缘元件牢固地嵌入在这些部分之间。然而，也可以以其它方式设计形状。

根据雷达传感器的一实施例，吸收器围绕绝缘元件和波导部件。

通过围绕绝缘元件和波导部件，吸收器保持这些元件和部件。这里“围绕”是指吸收器如圆筒那样在径向方向上围绕绝缘元件或波导部件，并且以平行于波导的纵向轴线的方式在绝缘元件和波导部件上延伸。隔离元件是可选的，并且在不需要或不希望电流隔离时，可以省略该隔离元件。

适配器元件还可以被视为将传感器的容纳电路板的部分连接到传感器的用于发射电磁波的部分(即，例如第二波导部分、吸收器、绝缘元件等)的插头。在此，插头(即，适配器元件)的一部分至少部分地围绕吸收器，吸收器在内部抵接在包含波导的金属部件上，该金属部件又压靠在插头的突出的中间部分。因此，当吸收器和第二波导部分以及绝缘元件插入到以这种方式设计的插头中时，它们都被保持在适当位置。这里不排除其它的固定措施。

通过将吸收器固定在适当位置，传感器或内部传感器结构因而获得稳定性。吸收器可以填充壳体和其它部件(例如，下文更详细说明的波导部件)之间的显著空间，其部分地围绕第二波导部分或者在其中形成波导的一部分，并且可以在天线开口的方向上无限制地延伸。因此，吸收器对传感器的机械稳定性具有支撑功能。

吸收器优选地具有基本旋转对称的结构，例如环形结构。也就是说，例如，它与旋转对称基础结构在固定元件或凹槽方面存在偏差。这些元件包括例如用于容纳螺钉的螺钉孔或用于安装电路板或RF芯片的元件。例如，凹槽用于容纳密封环。在组装状态下，波导优选地位于基本上旋转对称的吸收器的中心处。

根据一实施例，吸收器包括至少部分地填充有吸收材料的绝缘套筒。

在传感器的组装状态下，吸收器布置在由压铸锌制成的适配器元件和包含第二波导部分的波导部件之间。由于吸收材料可以具有一定的导电性以执行其功能，因此这将劣化所需的电流隔离。因此，吸收材料包覆有绝缘材料以确保电流隔离。因此，绝缘材料(例如，塑料)形成用于吸收材料的绝缘套筒。绝缘套筒优选地完全填充有吸收材料，但也可以仅部分地填充有吸收材料。

根据一实施例，吸收器具有与壳体接界的界面。

因此，界面代表吸收器的与壳体直接抵接的外侧面。这一措施也稳定了结构。本文使用的术语“外侧”是指从由波导形成的中心轴线朝向壳体的径向方向。

在此，例如可以使用配合件，例如过盈配合件(Presspassung)，以用于装配或夹紧或保持吸收器。例如，吸收器具有过大尺寸以用于此时的配合。

在适配器元件之后，在天线开口的方向上存在自由空间，原则上可以在该自由空间中根据需要配置吸收器。因此，它可以在包括第二波导部分的波导部件和壳体之间延伸。因此，波导部件将吸收器径向地压靠在壳体上，从而使该布置获得额外的稳定性并且使第二波导部分居中。

根据一实施例，吸收器在其外侧具有用于将吸收器螺接至雷达传感器的壳体的螺纹，或者具有用于将吸收器和雷达传感器的壳体装配在一起的配合件。

螺纹是有助于传感器的机械稳定性的另一种措施，它将吸收器固定在一起并使其稳定，并从而间接将吸收器内的部件固定在一起并使其稳定。吸收器可以具有额外的螺纹，以例如用于容纳螺钉，使得吸收器可以通过螺钉连接到传感器的其它部分，或者连接到已提到的波导部件。在此，螺钉和螺钉连接被设计为使得没有在适配器元件和波导部件之间建立导电连接。

根据一实施例，吸收器的表面是平面的。

在上下文中，平面是指除了螺纹、凹槽或其它具有机械功能的结构之外，表面不具有任何表面结构，例如沟槽或其它图案。

根据一实施例，波导部件具有用于容纳密封环的周向凹槽。

密封环(例如，O形环)被配置成在吸收器和波导部件之间提供密封。这防止了物质或介质(例如，液体或蒸汽)从天线方向或从传感器周围例如通过壳体或盖进入雷达传感器。

此时，可以在吸收器中的该位置设置凹槽，作为另一凹槽的替代或补充。用于密封环的凹槽也可以存在于吸收器或机械结构的其它位置。例如，在吸收器和适配器元件之间可以存在用于密封件的凹槽。因此，吸收器支持密封功能。

密封功能还可以通过过盈配合、螺纹或粘合连接来实现。

根据一实施例，吸收器具有周向定心部分，该定心部分被配置成使适配器元件和/或波导部件居中。

定心部分的形状可以是圆柱形。适配器元件可以被设计成使得其在天线方向或辐射方向上具有直到壳体的突出部。定心部分和适配器元件可被设计成使得适配器元件的周向突出部的内侧和另一内部周向定心部分的外侧彼此抵接或彼此接合，使得适配器元件和吸收器相对彼此定位或居中。

定心部分并合到吸收器的另一部分中。包括定心部分的吸收器形成围绕可选的绝缘元件和波导部件的外壳。由于吸收器围绕波导部件，因此由吸收器、波导部件、绝缘元件和波导组成的整个组件居中，其中，波导的轴线形成该组件的中心轴线。

此外，通过吸收器的设计以及传感器下部区域中的金属部分提供了居中功能。在此，“下部区域”被理解为传感器的靠近天线开口的区域。相应地，“上部”区域是包括适配器元件在内的靠近电子单元的区域。波导部件可以在以此方式定义的下部区域中具有加宽部，用于密封环的凹槽也可以位于该加宽部中。相应地，吸收器可以在该区域中具有收缩部或周向凹部，使得吸收器和波导部件在该区域中也是互补的并且彼此抵靠。由此，实现了波导部件的居中。

因此，可以单独或相互组合地采取三种不同的绝缘措施：由塑料制成的具有金属化波导部分的适配器元件、具有塑料套管的吸收器、以及具有金属化波导的波导元件。在所有提到的措施中，还在波导部分之间使用绝缘元件以用于电流隔离。

因此，本文还说明了用于雷达传感器的吸收器。吸波器围绕雷达传感器的波导，其既是用于吸收电磁波的电气部件，同时也是雷达传感器的结构性机械构造的机械部件。

根据另一方面，提供了一种用于雷达传感器的包括吸收器的RF适配器，其中，吸收器被配置为至少部分地围绕雷达传感器的波导，并且其中，吸收器是用于吸收电磁波的电气部件，且同时是雷达传感器的机械部件。

波导例如可以由适配器元件和波导部件中的钻孔以及它们之间的绝缘元件中的延续部分形成。

根据另一方面，提供了吸收器作为雷达传感器中的机械部件的使用。

在此，“机械部件”是指如上所述的执行机械功能的元件或吸收器。

在通过研究附图、公开内容和所附权利要求来实践所要求保护的发明时，本领域技术人员可以理解和实践所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”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。在从属权利要求中记载的特定措施的事实并不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。

附图说明

下面参考示意图更详细地解释本发明的示例性实施例。

图1示出了雷达传感器的示意图。

图2示出了雷达传感器的第一剖视图。

图3示出了雷达传感器的第二剖视图。

图4示出了替代实施例中的雷达传感器的图。

图5示出了吸收器的剖视图。

图6示出了吸收器的3D视图。

在所有附图中，对应的部分标记有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出了雷达传感器100，其包括RF适配器102、波导104、壳体106、喇叭天线108、具有电路板110的电子单元和RF芯片111。电子单元可以包括多个电路板以及其它电子元件和用于外部的接口。因此，在电路板110上可以布置有多个电子和机电部件，例如处理器、用于信号处理的有源和无源部件、插头和接头等。因此，装配后的电路板110形成电子单元或形成电子单元的至少一部分。为了清楚起见，壳体106在图1中被绘制为距RF适配器102一定距离，但优选地邻近或连接在RF适配器102上。例如，电路板110螺接在RF适配器102上。

图2和3示出了包括吸收器200、波导部件202、绝缘元件204和适配器元件208的RF适配器102。为了清楚起见，有时在元件上的多个位置部分地绘制了附图标记。这两个附图中的附图标记相互补充。这些元件或部件被壳体106的壳体部分(图2和图3中未示出)包围。壳体部分可以是圆柱形的并且包围前述以及下述的部件。根据其机械功能，适配器元件208也可以被称为固定元件或支撑元件，并且布置在图1所示的电路板110与诸如吸收器200、波导部件202和绝缘元件204等其它元件之间。绝缘元件204、适配器元件208和波导部件202被设计成使得它们形成波导104。波导104以远离电路板110的平面的方式垂直地延伸并且以平行于圆柱形壳体壁的方式延伸，使得波导104和壳体部分具有垂直于电路板平面的公共中心轴线218。可以理解的是，在专业知识和实践的范围内也可能存在偏离。例如，这里说明的圆柱形或圆形形状也可以是椭圆形、矩形或其它形状。壳体106可包括一个或多个渐缩部或加宽部。此外，只要保持电气和机械特性，壳体106和波导104的轴线可以彼此偏离。

在图2和3中可以将绝缘元件204看成几何中心元件。绝缘元件204可以在侧面具有卡扣结构，该卡扣结构接合在波导部件202中的凹部中，使得可以在安装期间将绝缘元件204推入波导部件中，并且卡扣结构的突起接合在凹部中，从而将绝缘元件204固定在波导部件202中。在图2和3的剖视图中，绝缘元件204被构造为有棱角的U形形状或在考虑到三个维度的情况下的罐形形状，但是它也可以被设计成例如具有中心阶梯的梯形形状。波导部件202具有匹配的互补结构以便能够容纳绝缘元件204。在安装状态下，绝缘元件204的U形或罐形形状的突出边缘抵靠在波导部件202的U形结构的端部边缘上，使得绝缘元件204绝大部分地在外部抵靠在波导部件202上。适配器元件208在中心区域中是销形的，即，在剖视图中，其在绝缘元件204的区域中具有T形形状，其中，适配器元件208的T形截面的(空心)销或突出中心件配合地插入到绝缘元件204中，使得该中心件居中地位于绝缘元件204中，并且绝缘元件204和波导部件202也通过前述U形或罐形结构居中。绝缘元件204在适配器元件208和波导部件202(即，波导的安装到RF芯片或电路板的部分和波导的连接到天线的部分)之间实现了电流隔离。

波导部件208可以沿着中心轴线218在朝向天线108的方向上首先具有腰状设计或者如图2和3所示的直线设计，并且之后具有加宽部分。腰状设计是这里说明的几种措施之一，例如螺栓连接或定心，以确保吸收器200和波导部件202精确配合。

波导部件202的加宽部分具有周向凹槽210，密封件可以插入到该周向凹槽210中。波导104居中地穿过适配器元件208、绝缘元件204和波导部件202。吸收器200周向地围绕波导部件202和绝缘元件204。在适配器元件208的外部区域中，即在径向方向上邻接T形部分的部分中，适配器元件208具有以远离电路板110的方式突出的宽突起，使得在截面平面中，T形形状扩展成相对于T而言平放的E的E形形状。在此，突起对应于平放的E的上下线，并在平面图中为圆形。在此，突起的宽度足以容纳可容纳螺钉的钻孔214、222或孔口214、222。在此，钻孔或孔口214、222可延伸穿过适配器元件208的整个厚度。一部分钻孔214或螺钉孔口214可以延伸到吸收器200中，使得适配器元件208可以通过螺钉连接的方式连接至吸收器200。为此，适配器元件208可以在突起中包含凹部，使得电路板110覆盖螺钉的头部。因此，吸收器200可包括可容纳螺钉的钻孔214或螺钉孔口214。其它的钻孔222或螺钉孔口222将电路板110连接到RF适配器102。这使得在安装期间将RF芯片111牢固地螺接到适配器元件上并且将芯片111以RF密封的方式连接到波导上，并且在独立步骤中将适配器元件208与吸收器以及波导部件202和绝缘元件204组装在一起。替代地，电子单元可以直接螺接到适配器元件和吸收器上。

吸收器还包括定心部分212，该定心部分212使吸收器朝向电路板110圆柱形地扩展，并且其端部抵接基底侧，且其外侧抵接适配器元件208的突起的内侧，使得适配器元件208和吸收器200彼此定位或居中。

定心部分212并合到吸收器200的其它部分中。包括定心部分212的吸收器200围绕绝缘元件204和波导部件202。部分213也具有定心部分的功能。为此，定心部分213的内侧抵接波导部件202的外侧。

图4示出了根据另一实施例的具有吸收器200的传感器100的一部分的图，其中，吸收器包括绝缘套筒504。图5和6概略地示出了这种吸收器。在该示例性实施例中，吸收器200是环形的并且包括由塑料制成的绝缘层504。绝缘层504形成包含诸如碳纤维等吸收性填充物的套筒504。例如，绝缘层504由热塑性材料制成，例如PVDF(聚偏二氟乙烯)。此外，吸收器200还包括用于密封件402的凹槽506。

因此，提供了包括用于引导电磁波的波导104和具有吸收器200的RF适配器102的雷达传感器100，其中，吸收器200至少部分地围绕波导104，并且是用于吸收电磁波的电气部件202且同时是雷达传感器100的机械部件202，即具有本文提及和说明的电气功能和机械功能的部件。此外，在实施例中还提供了绝缘功能，特别是吸收器200的绝缘功能，也是波导部件202和适配器元件108的绝缘功能。

附图标记列表

100雷达传感器

102射频适配器

104波导

106壳体

108喇叭天线

110电路板

111RF芯片

200吸收器

202波导部件

204隔离元件

208适配器元件

210用于密封件的凹槽

212用于定心的吸收器部分

213用于定心的另一吸收器部分

214螺钉钻孔/螺钉孔口

218中心轴线

220用于密封件的凹槽

222螺钉钻孔/螺钉孔口

402密封件

502塑料套筒

504吸收性材料填充物

506凹槽

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年7月5日提交的欧洲专利申请22 183 105.0的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (14)

1.一种雷达传感器(100)，其包括：

用于引导电磁波的波导(104)；和

包括吸收器(200)的RF适配器(102)，其中，所述吸收器(200)至少部分地围绕所述波导(104)，并且是用于吸收电磁波的电气部件(202)且同时是所述雷达传感器(100)的机械部件(202)。

2.根据权利要求1所述的雷达传感器(100)，其中，所述雷达传感器(100)还包括电子单元(110、111)和适配器元件(208)，所述电子单元包括电路板(110)和射频(RF)部件(111)，所述适配器元件(208)被配置成使得所述电子单元(110、111)能够固定在所述适配器元件的第一侧并且所述吸收器(200)能够固定在所述适配器元件的第二侧。

3.根据权利要求2所述的雷达传感器(100)，其中，所述RF适配器(102)还包括绝缘元件(204)和波导部件(202)，其中，所述绝缘元件(204)布置在所述适配器元件(208)和所述波导部件(202)之间。

4.根据权利要求3所述的雷达传感器(100)，其中，所述吸收器(200)至少部分地围绕所述绝缘元件(204)和所述波导部件(202)。

5.根据权利要求3或4所述的雷达传感器(100)，其中，所述波导部件(202)是由金属制成的部件(202)，或者是金属化塑料部件。

6.根据权利要求1或2所述的雷达传感器(100)，其中，所述吸收器包括绝缘套筒(502)，所述绝缘套筒至少部分地填充有吸收材料。

7.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器(100)，其中，所述吸收器(200)具有与壳体(106)接界的界面。

8.根据权利要求3所述的雷达传感器(100)，其中，所述吸收器(200)在其外侧具有用于将所述吸收器(200)螺接至所述雷达传感器(100)的所述壳体(106)的螺纹，或者具有用于将所述吸收器(200)与所述雷达传感器(100)的所述壳体(106)装配在一起的配合件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器(100)，其中，所述吸收器(200)的表面是平面的。

10.根据权利要求3至5中任一项所述的雷达传感器(100)，其中，所述波导部件(202)包括用于容纳密封环的周向凹槽(210)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器(100)，其中，所述吸收器(200)包括用于容纳密封环的周向凹槽(220)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的雷达传感器(100)，其中，所述吸收器(200)包括周向定心部分(212、213)，所述周向定心部分被设置为使所述适配器元件(208)和/或所述波导部件(202)居中。

13.吸收器(200)作为雷达传感器(100)中的机械部件(202)的使用。

14.一种用于雷达传感器(100)的RF适配器(102)，其包括吸收器(200)，其中，所述吸收器(200)被配置为至少部分地围绕所述雷达传感器(100)的波导(104)；并且其中，所述吸收器(200)是用于吸收电磁波的电气部件(202)，且同时是所述雷达传感器(100)的机械部件(202)。