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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Füllstandsmessgerät-Parabolantenne mit
den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. auf ein
Füllstandsmessgerät mit einer
solchen Parabolantenne.
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Allgemein
bekannt sind Füllstandsmessgeräte mit einer
Füllstandsmessgerät-Parabolantenne, welche
mit Radarwellen oder Mikrowellen arbeiten, um den Füllstand
eines Mediums in einem Behältnis zu
ermitteln. Die Parabolantenne eines solchen Füllstandsmessgeräts ist dabei
innenseitig einer Behälterwandung
angeordnet.
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Wie
aus der 2 ersichtlich,
besteht eine solche Parabolantenne aus einem Parabolspiegel 2 und
einer Erreger- und/oder Empfängeranordnung 3, welche
als kombinierte Baugruppe in dem Brennpunkt des Parabolspiegels
angeordnet sind. Der Parabolspiegel 2 weist einen Parabolspiegelrand 20 auf.
Der Parabolspiegel 2 hat ein großes Verhältnis aus Brennweite f zu Durchmesser
D, d. h., es handelt sich um einen flachen Parabolspiegel 2.
Das Verhältnis
von Brennweite f zu Durchmesser D beträgt beispielsweise 0,6. Der
Erreger 3 ist weit außerhalb
des durch den Parabolspiegelrand 20 aufgespannten Innenraums
des Parabolspiegels 2 mit Hilfe eines Hohlleiters 4 angeordnet.
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Vorteilhaft
bei einer solchen Anordnung sind die geringen Ausleuchtungsverluste,
welche einen bestmöglichen
Antennengewinn ermöglichen.
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Nachteilhaft
bei einer solchen Anordnung ist die Überstrahlung des Parabolspiegels 2,
welche zu unerwünschten
Nebenkeulen, sogenannten sidelobes bzw. backlobes führt. Durch
die sidelobes und backlobes entstehen Störreflexionen durch Behälterwände und
Behälterdecke
des Behältnisses,
innerhalb dem der Para bolspiegel 2 eingebaut ist. Außerdem kann
ein langes Erregersystem auf Vibrationen empfindlich reagieren.
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Allgemein
bekannt ist außerdem
eine Parabolantenne mit einem Parabolspiegel 2, innerhalb dessen
ein Erreger 3 angeordnet ist, wie dies aus 3 ersichtlich ist. Der Parabolspiegel 2 einer
solchen Parabolantenne weist ein kleines Verhältnis von Brennweite f zu Durchmesser
D mit beispielsweise f/D = 0,2 auf. Dies bedeutet, dass der Parabolspiegel 2 sehr
tief ist und der Erreger 3, der wiederum mittels eines
Hohlleiters 4 innerhalb des Parabolspiegels 2 angeordnet
ist, sich auf der gleichen Ebene wie der Parabolspiegelrand 20 oder
sogar axial innerhalb des Parabolspiegels 2 befindet.
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Vorteilhaft
an einer solchen Anordnung ist, dass das Erregersystem bzw. der
Erreger 3 innerhalb des Parabols bzw. Parabolspiegels 2 geschützt angeordnet
ist. Außerdem
ist eine Überstrahlung
des Parabolspiegels 2 nicht möglich. Nachteilhafterweise wird
ein solcher Parabolspiegel 2 jedoch nicht komplett ausgeleuchtet,
was zu einem geringeren Antennengewinn führt.
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Gattungsfremd
sind aus der Richtfunktechnik, beispielsweise aus "Dr. Daniel Wojtkowiak,
Consider Antenna Options For Minimal Interference, Microwaves & RF, Mai 2004,
Seiten 76 – 86", Parabolspiegel
mit einer zylindrischen Erweiterung bekannt, wie dies aus 4 ersichtlich ist. Bei dieser
Parabolantenne handelt es sich um einen Parabolspiegel 2 mit
einem relativ großen
f/D-Verhältnis.
Nachteilhaft bei einer solchen Anordnung wäre die Überstrahlung des Parabolspiegels 2,
welche zu unerwünschten Nebenkeulen,
sogenannten sidelobes bzw. backlobes führt. Zur Vermeidung von Nebenkeulen
ist an dem Parabolspiegelrand 20 ein Kragen angeordnet, welcher
sich in axialer Richtung parallel zu einer zentralen Parabolspiegelachse
X umlaufend erstreckt. Der Kragen erstreckt sich vom Parabolspiegelrand 20 dabei
so weit, dass der Erreger 3 sich innerhalb eines Raums
befindet, welcher von dem Kragen 9 umschlossen ist. Der
Kragen 9 ist innenseitig, d. h. in Richtung des Erre gers 3 mit
einem absorbierenden Schaumstoff beschichtet oder besteht aus einem
solchen, so dass auf den Kragen 9 treffende Wellen absorbiert
werden.
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Im
Vergleich zu einer Parabolantenne gemäß 2 besteht der Vorteil, dass Nebenkeulen vermieden
werden. Jedoch gehen Wellenanteile, welche vom Erreger 3 in
den Bereich seitlich des Parabolspiegels ausgesendet werden, verloren.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Füllstandsmessgerät-Parabolantenne
bzw. ein Füllstandsmessgerät mit einer
solchen vorzuschlagen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Füllstandsmessgerät-Parabolantenne mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Füllstandsmessgerät mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
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Vorteilhafterweise
besteht die Füllstandsmessgerät-Parabolantenne demgemäß aus einem Parabolspiegel
mit einem Parabolspiegelrand, wobei der Parabolspiegelrand in einen
zusätzlichen
Kragen mit einem außenseitigen
Kragenrand übergeht.
Außerdem
weist die Parabolantenne einen Erreger bzw. Erreger und/oder Empfänger auf.
Hervorzuheben ist dabei, dass der Parabolspiegel und der Kragen
einstückig
ausgebildet ineinander übergehen
und der Erreger und/oder Empfänger
innerhalb eines von dem Parabolspiegel und/oder von dem Kragen aufgespannten
Innenraums angeordnet ist. Der Erreger und/oder Empfänger ist
daher in axialer Richtung innerhalb des Kragenrands angeordnet.
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Vorteilhaft
ist demgemäß ein Füllstandsmessgerät mit einer
solchen Parabolantenne, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger innerhalb des
Innenraums, der durch den Parabolspiegel, den Kragenrand und die
durch den Kragenrand aufgespannte Fläche ausgebildet wird, angeordnet
ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Vorteilhaft
ist eine Parabolantenne, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger in
axialer und vorderseitiger Richtung aus dem derart aufgespannten
Innenraum nicht herausragt.
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Der
teilweise innerhalb eines Parabolspiegelrands, der den Übergang
zwischen dem Parabolspiegel und dem Kragen ausbildet, angeordnete
Erreger und/oder Empfänger
ragt vorteilhafterweise in axialer Richtung teilweise aus dem Bereich
des Parabolspiegelrands bzw. des schüsselförmigen flachen Parabolspiegels
heraus und in den Bereich hinein, welcher als Raum zwischen den
Wandungen des Kragens ausgebildet wird. D. h., ein Teil des Erregers und/oder
Empfängers
ist in axialer Richtung innerhalb des Parabolspiegels und ein anderer
Teil innerhalb des Kragens angeordnet.
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Vorteilhafterweise
ist der Kragen zumindest innenseitig derart ausgestaltet, dass er
ein die Strahlen des Erregers absorbierendes Material aufweist.
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Vorteilhafterweise
weist der Parabolspiegel ein Verhältnis von Brennweite zu Durchmesser
kleiner 1 auf, insbesondere kleiner oder gleich 0,6 auf. Besonders
bevorzugt werden Verhältniswerte
zwischen 0,2 und 0,3, insbesondere im Bereich von ca. 0,27.
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Vorteilhaft
ist eine solche Parabolantenne, bei welcher der Parabolspiegel und
der Kragen einen Innenraum aufspannen, welcher durch ein Radom abgedeckt
ist und dabei Erreger und/oder Empfänger geschützt aufnimmt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform gehen
der Parabolspiegel und der Kragen am Parabolspiegelrand einstückig ausgebildet
ineinander über.
Der Parabolspiegelrand ist in einfacher Ausführungsform kein Übergang
zwischen zwei eigenständigen
Bauelementen sondern ein Übergang
des geometrischen Wandungs verlaufs von einem konkaven Parabolspiegel
zu einer insbesondere geradlinig weiter verlaufenden Kragenwandung.
Vorteilhafterweise ist der Kragen konisch oder zylindrisch ausgebildet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung einer beispielhaften Parabolantenne;
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2 eine
Schnittdarstellung durch eine Parabolantenne mit großem Verhältnis von
Brennweite zu Durchmesser gemäß dem Stand
der Technik;
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3 eine
Schnittdarstellung einer Parabolantenne mit kleinem Verhältnis von
Brennweite zu Durchmesser; und
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4 schematisch
eine Antennenanordnung aus dem Bereich der Telekommunikation.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung durch eine beispielhafte Parabolantennenanordnung 1 eines
Füllstandsmessgeräts. Die
eigentliche Parabolantenne besteht dabei aus einem Parabolspiegel 2 mit
einem umlaufenden Parabolspiegelrand 20. Der Parabolspiegelrand 20 geht über in einen
zusätzlichen
Kragen 9 mit einem außenseitigen
Kragenrand 90. Die Wandung des Kragens 9 erstreckt
sich dabei vorteilhafterweise in etwa achsparallel zu einer zentralen
Parabolspiegelachse X des Parabolspiegels 2. Die Parabolantenne
umfasst außerdem
einen Erreger und/oder Empfänger 3,
welcher auf der Parabolspiegelachse X angeordnet ist und von der
rückseitigen
Wandung des Parabolspiegels 2 mit einem beabstandenden
und wellenleitenden Element, insbesondere einem Antennenrohr bzw.
Hohlleiter 4 beabstandet und angeordnet ist. Der Hohlleiter 4 geht rückseitig
in eine Wellenleiteranordnung aus zumindest einem Wellenleiter 5 über, an
dessen rückseitigem
Endabschnitt ein Anschluss 6 für eine Sende- /Empfangseinrichtung
angeordnet ist. Die Sende-/Empfangseinrichtung
umfasst eine Elektronik und Komponenten zum Erzeugen einer elektromagnetischen
Welle, insbesondere Radar- oder Mikrowelle. Eine erzeugte elektromagnetische
Welle wird von dem Anschluss 6 durch den Wellenleiter 5 und das
Hohlleiter 4 zu dem Erreger 3 übertragen. Vom Erreger 3 aus
wird die Welle in Richtung des Parabolspiegels abgestrahlt und von
diesem in achsparalleler Richtung zur Parabolspiegelachse X reflektiert. Nachdem
die derart ausgesendete elektromagnetische Welle auf ein Füllgut getroffen
ist bzw. auf eine andere geeignete Oberfläche getroffen ist, wird die Welle
von dem Füllgut
bzw. der Oberseite der Oberfläche
reflektiert und in der Regel zumindest teilweise von dem Parabolspiegel 2 aufgenommen.
Die Wandung des Parabolspiegels 2 reflektiert die zurückreflektierten
Wellenanteile zu dem Empfänger 3 der
Erreger- und Empfängeranordnung 3.
Von dem Empfänger 3 wird
die aufgenommene Welle über
den Hohlleiter 4 und den Wellenleiter 5 über den
Anschluss 6 zu der Empfangseinrichtung der Sende-/Empfangseinrichtung übertragen
und in dieser aufgenommen. Die Elektronik der Sende-/Empfangseinrichtung
oder einer weiteren, nachgeschalteten Auswerteeinrichtung bestimmt
die Zeitdifferenz zwischen Aussenden der elektromagnetischen Welle und
Empfangen der vom Füllgut
bzw. der Oberfläche reflektierten
elektromagnetischen Welle. Daraus lässt sich der Füllstand
des Füllguts
in einem Behältnis
bestimmen.
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Zur
Befestigung der Parabolantenne 1 in einer Behältniswandung,
insbesondere einem Behälterflansch 8,
weisen die rückseitigen
Komponenten im Bereich des Wellenleiters 5 eine Befestigungseinrichtung 7,
z.B. mit einem Flansch, in für
sich bekannter Art und Weise auf. Hervorzuheben ist die Anordnung
des Erregers und/oder Empfängers 3.
Dieser befindet sich so weit innerhalb der Anordnung aus Parabolspiegel 2 und
Kragen 9, dass der Erreger und/oder Empfänger 3 teilweise
innerhalb des Parabolspiegelrands 20 und teilweise außerhalb
des Parabolspiegelrands 20 angeordnet ist. D. h., ein Teil ragt
in den Bereich des Parabolspiegels 2 hinein und ein Teil
ragt in den Raum zwischen der Wandung des Kragens 9 heraus.
Dabei wird der Erreger und/oder Empfänger 3 vorzugsweise
vollständig
innerhalb des Kragenrands 90 aufgenommen. Gemäß erster
Versuche wird bei einer beispielhaften typischen Antennenanordnung
für ein
Füllstandsmessgerät ein Verhältnis aus
Brennweite f und Durchmesser D für
einen noch relativ flachen Spiegel bevorzugt, beispielsweise mit
einem f/D-Verhältnis
von f/D = 0,27.
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Eine
derart konstruierte Parabolantenne kombiniert einerseits die Vorteile
der verschiedenen für
sich bekannten Parabolantennen, vermeidet aber zugleich deren Nachteile.
Dadurch, dass der Erreger 3 bzw. der Empfänger 3 leicht über den
Parabolspiegelrand 20 herausragt, beispielsweise 10 mm,
wird eine komplette Ausleuchtung des Parabolspiegels 2 gewährleistet.
Durch die Anordnung des Kragens mit einer zylindrischen oder konischen
Form wird der Erreger und/oder Empfänger 3 jedoch vollständig innerhalb
des Antennensystems aufgenommen und ist somit geschützt. Außerdem werden
bei voller Ausleuchtung sidelobes und backlobes bestmöglich verhindert.
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– Es ist
darüber
hinaus eine integrale einstückige
Ausbildung aus Parabolspiegel 2 und Kragen 9 vorgesehen,
wobei der Parabolspiegelrand 20 dann den Übergangsbereich
bezeichnet, welcher zwischen diesen liegt. Optional kann der Kragen 9 aus demselben
oder einem dazu verschiedenen anderen Material als der Parabolspiegel 2 bestehen.
Möglich ist
insbesondere eine innenseitige Beschichtung oder ein vollständiges Kragenmaterial
zum Absorbieren von elektromagnetischen Wellen, welche auf die Innenwandung
des Kragens 9 treffen.
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Die
bevorzugte Parabolantenne mit dem zusätzlich angebrachten Kragen 9 als
verbreitertem Antennenrand bietet gegenüber einem herkömmlichen Parabolantennensystem
somit eine Vielzahl von Vorteilen. Eine Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen
zur Seite (sidelobes) und nach hinten (backlobes) wird unterdrückt. Dies
bringt besonders beim Einsatz der Parabolantenne in Verbindung mit
einem Füllstandsmessgerät zum Messen
des Füllstands
in engen Behältern
große
Vorteile, da weniger Störreflexionen
im Nahbereich erfasst werden.
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Vorteilhaft
ist auch, dass geringere Ausleuchtungsverluste ermöglicht werden.
Der Erreger kann so eingestellt werden, dass der komplette Parabolspiegel 2 ausgeleuchtet
wird, ohne dabei überstrahlt
zu werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gefahr einer
Beschädigung
des Erregers und/oder Empfängers 3 beim
Transport oder bei der Montage durch die Anordnung innerhalb der
Spiegelanordnung stark verringert wird. Auch bei einem Einsatz dieses
Parabolspiegels mit dem Kragen um den Erreger und/oder Empfänger herum
in einem Behälter
bieten sich Vorteile, beispielsweise bei einer Befüllung des
Behälters
von der Seite her, da dann durch die Außenwandung von Parabolspiegel
und Kragen ein Schutz des Erregers und/oder Empfängers 3 gegen Beschädigung durch
eingefülltes
Füllgut
verhindert wird.
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Vorteilhafterweise
kann das komplette Antennensystem bei Bedarf mit einer einfachen,
ebenen Schutzhülle,
einem sogenannten Radom, im einfachsten Fall beispielsweise mit
einer PTFE-Scheibe (PTFE:
Polytetrafluorethylen) oder einem ggfs. gewölbten Deckel abgedeckt bzw. überzogen
werden. Insbesondere kann ein Innenraum, welcher durch den Parabolspiegel 2 und
den Kragen 9 aufspannt wird, abgedeckt werden.
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Vorteilhafterweise
ermöglicht
eine solche Parabolantenne eine kurze Bauweise in insbesondere axialer
Richtung der Parabolspiegelachse X und somit einen kleinen Totbereich
bei Füllstandsmessungen.
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Erste
Versuche zeigen, dass der Aufbau einer solchen Parabolantenne mit
verschiedenen Verhältnissen
von Brennweite f zu Durchmesser D vorteilhaft umsetzbar ist. Eine
Beschränkung
auf die genannten Wertbereiche ist daher nicht erforderlich.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die Parabolantenne in ihrem Inneren mit einem
dielektrischen Material ausgefüllt
sein. Dies führt
zu einer Druckabstützung
des Radoms. Der Wert der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen
Materials soll dabei kleiner etwa 3 sein. Vorzugsweise kann ein
aufgeschäumtes,
verlustarmes Material hierfür
verwendet werden, z.B. Eccostock-Lok der Fa. Emerson & Cuming mit einer
Dielektrizitätskonstanten
von 1,7. In 1 ist die Füllung 10 der Parabolantenne
gezeigt.
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- 1
- Parabolantennenanordnung
- 2
- Parabolspiegel
- 20
- Parabolspiegelrand
- 3
- Erreger
und/oder Empfänger
- 4
- Hohlleiter
- 5
- Wellenleiter
- 6
- Anschluss
für Sende-/Empfangseinrichtung
- 7
- Befestigungseinrichtung/Flansch
- 8
- Behälterflansch
- 9
- Kragen
an 20
- 10
- dielektrisches
Material
- 90
- Kragenrand,
außenseitig
- X
- Parabolspiegelachse
- D
- Durchmesser
von 20
- f
- Brennweite