DE4345242A1 - Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät - Google Patents

Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät

Info

Publication number
DE4345242A1
DE4345242A1 DE4345242A DE4345242A DE4345242A1 DE 4345242 A1 DE4345242 A1 DE 4345242A1 DE 4345242 A DE4345242 A DE 4345242A DE 4345242 A DE4345242 A DE 4345242A DE 4345242 A1 DE4345242 A1 DE 4345242A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
antenna
conversion circuit
connection
frequency conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE4345242A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Burger
Johanngeorg Dr Otto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Priority to DE4331353A priority Critical patent/DE4331353C2/de
Priority to DE4345242A priority patent/DE4345242A1/de
Priority claimed from DE4331353A external-priority patent/DE4331353C2/de
Publication of DE4345242A1 publication Critical patent/DE4345242A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D9/00Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D9/00Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
    • H03D9/06Transference of modulation using distributed inductance and capacitance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/32Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal

Description

Die Erfindung betrifft eine Frequenzumsetzungsschaltung zur Verwendung in ei­ nem Radar-Abstandsmeßgerät insbesondere Füllstandsmeßgerät.
Zur berührungslosen Abstandsmessung mit Mikrowellen sind besonders das Pulsra­ dar und das Frequenzmodulation-Dauerstrichradar (FMCW-Radar) bekannt. Beim Pulsradar werden periodisch kurze Mikrowellen-Sendeimpulse ausgesendet, die von dem zu messenden Objekt reflektiert und nach einer abstandsabhängigen Laufzeit als Echosignal wieder empfangen werden. Die zeitliche Lage des Echo­ signals innerhalb jeder Sende/Empfangs-Periode entspricht beim Pulsradar un­ mittelbar dem Abstand des zu messenden Objekts. Bei dem FMCW-Radar wird eine kontinuierliche Mikrowelle ausgesendet, die periodisch linear frequenzmodu­ liert ist, beispielsweise nach einer Sägezahnfunktion. Die Frequenz jedes emp­ fangenen Echosignals weist daher gegenüber der Augenblicksfrequenz, die das Sendesignal im Zeitpunkt des Empfangs hat, eine Frequenzdifferenz auf, die von der Laufzeit des Echosignals abhängt. Die Frequenzdifferenz zwischen Sendesi­ gnal und Empfangssignal, die durch Mischung beider Signale und Auswertung des Fourierspektrums des Mischsignals gewonnen werden kann, entspricht somit dem Abstand der reflektierenden Oberfläche des Objekts von der Sende/Empfangs- Antenne.
Bei der Abstandsmessung mit Radar wird angestrebt, mehrere im Ausbreitungsweg der Mikrowellen in kurzem Abstand hintereinander angeordnete Objekte, die etwa gleiches Reflexionsvermögen aufweisen, auflösen zu können, um das zu messende Objekt, insbesondere die Füllstandsoberfläche, von Behältereinbauten oder der­ gleichen unterscheiden zu können. Für eine geforderte Abstandsauflösung von 15 cm darf die Länge der Sendeimpulse bei einem Pulsradar höchstens 1 ns be­ tragen. Bei Anwendung des FMCW-Verfahrens muß für dieselbe Abstandsauflösung die Frequenz des Sendesignals um mindestens 1 GHz verändert werden können, z. B. von 4,8 GHz auf 5,8 GHz. Höhere Sendefrequenzen von beispielsweise 24 GHz sind insofern vorteilhaft, als durch die verbesserte Bündelung in kleineren oder schmaleren Behältern gemessen werden kann, ein höherer Gewinn mit klei­ neren Antennen erzielt wird und die Hochfrequenzdurchführung an Behältern mit hohem Innendruck vereinfacht wird. Gegen die Anwendung erhöhter Sendefrequen­ zen spricht allerdings der damit verbundene erhöhte Aufwand. Ferner gibt es Anwendungen, bei denen die Verwendung einer niedrigeren Sendefrequenz günsti­ ger ist, beispielsweise bei zur Schaumbildung neigenden Flüssigkeitsoberflä­ chen. Es besteht somit ein Bedarf für Radar-Abstandsmeßgeräte, die mit erhöh­ ter Sendefrequenz arbeiten können; zugleich besteht aber weiterhin der Bedarf für Radar-Abstandsmeßgeräte, die mit vergleichsweise niedriger Sendefrequenz von beispielsweise 5,8 GHz arbeiten.
Die verfügbaren Füllstandsmeßgeräte sind jedoch jeweils für einen bestimmten Frequenzbereich ausgelegt. Durch den vorgegebenen Frequenzbereich herkömmli­ cher Abstandsmeßgeräte werden ihre Einsatzmöglichkeiten eingeschränkt.
Durch die Erfindung wird es nun durch mäßigen Aufwand erreicht, den Einsatzbe­ reich vorhandener Radar-Abstandsmeßgeräte, insbesondere Füllstandsmeßgeräte, zu wesentlich höheren Frequenzen hin zu erweitern. Ausgegangen wird von einem Radar-Abstandsmeßgerät, mit einem Radarmodul, das z. B. einen Generator zur Erzeugung von Mikrowellen in einem relativ niedrigen Frequenzbereich, einen Strahlteiler, einen Mischer, einen Koppler und eine Auswerte-Schaltung auf­ weist. Der Strahlteiler besitzt einen mit dem Ausgang des Generators verbunde­ nen Eingang und zwei Ausgänge. Der Mischer weist einen Ausgang und zwei Ein­ gänge auf, von denen der erste mit einem der Ausgänge des Strahlteilers und der zweite mit einem der drei Anschlüsse des Kopplers verbunden ist. Der ande­ re Ausgang des Strahlteilers ist mit einem weiteren Anschluß des Kopplers ver­ bunden. Der dritte Anschluß des Kopplers bildet einen Antennenanschluß, an den eine Sende/Empfangs-Antenne angeschlossen werden kann, die für den relativ niedrigen Frequenzbereich, beispielsweise 5,8 GHz, ausgelegt ist. Mittels dieser Sende/Empfangs-Antenne können Sendewellen mit einer innerhalb dieses Frequenzbereichs liegenden Frequenz zur Oberfläche eines Gegenstandes ausge­ sendet werden, dessen Abstand von der Antenne gemessen werden soll. Über die­ selbe Antenne werden die an der Oberfläche des Gegenstandes reflektierten Echowellen empfangen. An den Ausgang des Mischers ist schließlich die Auswer­ te-Schaltung des Radarmoduls angeschlossen, die aus den dort abgegebenen Si­ gnalen die Laufzeit der Mikrowellen zur Oberfläche des Gegengstandes ermittelt und daraus deren Abstand bestimmt.
Unter Verwendung desselben, unveränderten Radarmoduls, das für eine relativ niedrige Sendefrequenz ausgelegt ist, wird es nun durch die Erfindung ermög­ licht, bedarfsweise bei einer deutlich höheren Sendefrequenz zu arbeiten. Durch die Erfindung wird eine Frequenzumsetzungsschaltung geschaffen, die zwi­ schen dem Antennenanschluß des unveränderten Radarmoduls und einer vorzugs­ weise für den höheren Frequenzbereich ausgelegten Sende/Empfangs-Antenne ein­ gefügt werden kann. Diese Frequenzumsetzungsschaltung enthält einen bidirek­ tionaIen Signalweg zwischen einem an den Antennenanschluß des Radarmoduls an­ schließbaren Ein/Ausgangs-Anschluß und einem eigenen Antennenanschluß sowie einen Lokaloszillator und einen Mischer, der sowohl die Frequenz f₁ der Signa­ le am Ein/Ausgangs-Anschluß durch Mischung mit der Frequenz f₂ des Lokaloszil­ lators in die höhere Frequenz f₃ umsetzt, mit der die Signale am eigenen An­ tennenanschluß abgegeben werden, als auch die Frequenz f₃ der an diesem An­ tennenanschluß empfangenen Signale durch Mischung mit der Frequenz f₂ des Lokaloszillators in die Frequenz f₁ umsetzt, mit der die Signale an den Ein/ Ausgangs-Anschluß abgegeben werden. Obwohl die Sendewellen, mit denen die Ab­ standsmessung erfolgt, in einem Frequenzbereich liegen, der um ein Mehrfaches höher liegt als die Arbeitsfrequenz des Radarmoduls, werden in diesem Radar­ modul nur Signale mit seiner Arbeitsfrequenz verarbeitet. Es sind daher kei­ nerlei Änderungen dieses Radarmoduls erforderlich. Der Aufwand zur Realisie­ rung der Frequenzumsetzungsschaltung ist erheblich geringer als der für eine Neukonzeption des gesamten Abstandsmeßgeräts. Er ist auch geringer als bei einer allenfalls in Betracht kommenden Anwendung einer Frequenzumsetzung innerhalb einer bestehenden Gesamtkonzeption des Abstandsmeßgeräts. So enthält die Frequenzumsetzungsschaltung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lediglich einen Lokaloszillator, einen Mischer, vorzugsweise ein Tiefpaßfilter und bei Bedarf ein Hochpaßfilter. Von den drei Anschlüssen des Mischers ist der erste mit dem Ausgang des Lokaloszillators, der zweite mit dem einen Anschluß des Tiefpaßfilters und der dritte mit dem einen Anschluß des Hochpaßfilters verbunden. Der zweite Anschluß des Tiefpaßfilters wird mit dem Antennenanschluß des Radarmoduls verbunden, und die Sende/Empfangs-Antenne wird an den zweiten Anschluß des Hochpaßfilters angelegt, der den Antennenan­ schluß der zwischengefügten Frequenzumsetzungsschaltung bildet. Die Grenzfre­ quenz des Tiefpaßfilters liegt vorzugsweise am oberen Ende des niedrigen Fre­ quenzbereichs, und die des Hochpaßfilters vorzugsweise am unteren Ende des höheren Frequenzbereichs. Bei dieser Ausführung "sieht" das vorhandene Ab­ standsmeßgerät nur Signale innerhalb des ersten Frequenzbereichs, und die Sende/Empfangs-Antenne wird nur mit Signalen innerhalb des zweiten Frequenz­ bereichs betrieben.
Die Frequenzbereiche um 5,8 GHz und 24,125 GHz sind Industriebänder, bei denen die Möglichkeit besteht, Radar-Füllstandsmeßgeräte außerhalb von geschlossenen metallischen Behältern zu betreiben. Vorteilhaft sind daher Ausführungen, bei denen das Radarmodul mit der Frequenz von 5,8 GHz arbeitet und die Frequenzum­ setzungsschaltung diesen Wert auf eine erhöhte Sendefrequenz von etwa 24 GHz umsetzt.
Weitere Merkrnale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung einer vorteilhaften Ausführungsform anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 das Prinzip eines mit Mikrowellen arbeitenden Füllstandsmeßgerätes; und
Fig. 2 das Blockschaltbild eines erfindungsgemaßen Füllstandsmeßgerätes.
Fig. 1 zeigt als bevorzugte Anwendung die Messung des Füllstandes in einem Be­ hälter 10, der bis zu einer Höhe H mit einem Füllgut 12 gefüllt ist.
Zur Messung des Füllstands H ist oberhalb des Behälters 10 eine Antenne 14 an­ gebracht, mit der eine elektromagnetische Welle zur Oberfläche des Füllguts 12 gesendet und die an dieser Oberfläche reflektierte Echowelle empfangen werden kann. Die ausgesendete elektromagnetische Welle wird durch eine Sendeschaltung 16 erzeugt, deren Ausgang sowohl mit einem Frequenzmischer 18 als auch mit einem Zirkulator 19 verbunden ist, an den die Antenne 14 angeschlossen ist. Der Fre­ quenzmischer 18 ist ferner mit dem Zirkulator 19 und mit einer Empfangs- und Auswerte-Schaltung 20 verbunden, die aus dem der Antenne 14 von der Sende­ schaltung 16 zugeführten Sendesignal und dem von der Antenne 14 gelieferten Empfangssignal die Entfernung E zwischen der Antenne 14 und der Oberfiäche des Füllguts 12 ermittelt. Da der Abstand D der Antenne 14 vom Boden des Behälters 10 bekannt ist, ergibt die Differenz zwischen diesem Abstand D und der gemes­ senen Entfernung E den gesuchten Füllstand H.
Zur Erzielung von geringeren Störreflexionen muß mit relativ kurzen Wellen ge­ arbeitet werden, die im Mikrowellenbereich liegen. Die Antenne 14 ist natür­ lich für die Aussendung und den Empfang von so kurzen Wellen ausgebildet; sie ist beispielsweise mit einem Hornstrahler ausgestattet, wie in Fig. 1 angedeu­ tet ist.
Für die Messung der Entfernung E kann jedes aus der Radartechnik bekannte Ver­ fahren angewendet werden. Alle diese Verfahren beruhen darauf, die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Antenne zur reflektierenden Oberfläche und zurück zur Antenne zu messen. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elek­ tromagnetischen Wellen bekannt ist, kann aus der gemessenen Laufzeit die zu­ rückgelegte Strecke berechnet werden.
Ein bekanntes Radarverfahren ist das Pulsradar, bei dem periodisch kurze Sen­ deimpulse ausgesendet werden und in einer sich an jede Aussendung eines Sende­ impulses anschließenden Empfangsphase die Echosignale mit der Frequenz des Sendeimpulses erfaßt werden. In diesem Fall stellt die im Verlauf jeder Emp­ fangsphase empfangene Signalamplitude über der Zeit unmittelbar die Echofunk­ tion dar. Jeder Wert dieser Echofunktion entspricht der Amplitude eines in ei­ nem bestimmten Abstand von der Antenne reflektierten Echos. Die Lage des Nutz­ echos in der Echofunktion zeigt daher unmittelbar die zu messende Entfernung an.
Die direkte Messung der Laufzeit wird bei dem Frequenzmodulations-Dauerstrich­ verfahren (FMCW-Verfahren) vermieden. Bei diesem Verfahren wird eine kontinu­ ierliche Mikrowelle ausgesendet, die periodisch linear frequenzmoduliert ist, beispielsweise nach einer Sägezahnfunktion. Die Frequenz jedes empfangenen Echosignals weist daher gegenüber der Augenblicksfrequenz, die das Sendesignal im Zeitpunkt des Empfangs hat, eine Frequenzdifferenz auf, die von der Lauf­ zeit des Echosignals abhängt. Die Frequenzdifferenz zwischen Sendesignal und Empfangssignal, die durch Mischung beider Signale und Auswertung des Fourier­ spektrums des Mischsignals gewonnen werden kann, entspricht somit dem Abstand der reflektierenden Fläche von der Antenne.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbild ist innerhalb einer Umrahmung ein Radarmodul 1 von herkömmlicher Bauart dargestellt. Das Radarmodul 1 kann aus Einzelkomponenten aufgebaut sein, ist jedoch vorzugsweise als Gesamtschaltung auf einem Substrat realisiert. Im Inneren des Radarmoduls 1 ist ein Generator zur Erzeugung von Mikrowellen der Frequenz f₁ vorgesehen, die innerhalb ei­ nes ersten Frequenzbereichs liegt und beispielsweise 5,8 GHz beträgt.
Das Radarmodul 1 ist mit einem Antennenanschluß A versehen, an den in herkömm­ liche Weise und bei Bedarf eine für die Frequenz f₁ geeignete Sende/Empfangs- Antenne angeschlossen werden kann. An einem Ausgang 9 des Radarmoduls 1 sind die von diesem abgegebenen Meßwerte verfügbar.
Die bisher beschriebene Anordnung bildet unter der Voraussetzung, daß an den Antennenanschluß A des Radarmoduls 1 eine für die Frequenz f₁ ausgelegte Sende/Empfangs-Antenne angelegt ist, ein herkömmliches Füllstandsmeßgerät.
Gemäß der in Fig. 2 veranschaulichten Erfindung ist aber vorgesehen, am Anten­ nenanschluß A des Radarmoduls 1 anstelle der für die Frequenz f₁ ausgelegten Sende/Empfangs-Antenne bei Bedarf eine Frequenzumsetzungsschaltung 2 anzu­ schließen, die ihrerseits eine für einen weitaus höheren Frequenzbereich aus­ gelegte Sende/Empfangs-Antenne 7 speist, die wiederum als Hornantenne darge­ stellt ist. Der Gegenstand, dessen Abstand S von dieser Antenne 7 gemessen werden soll, ist symbolisch gegenüber der Hornöffnung dargestellt und mit 8 bezeichnet. Bei einem Füllstandsmeßgerät ist die Oberfläche des Gegenstandes 8 durch die Oberfläche des Füllgutes gebildet (Fig. 1). Die Frequenz f₃, mit der die Sende/Empfangs-Antenne 7 betrieben wird, kann mehr als das Dreifache der Frequenz f₁ betragen und liegt vorzugsweise bei etwa 24 GHz.
Die Frequenzumsetzungsschaltung 2 kann sehr einfach aufgebaut sein. Bei der bevorzugten, in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform besteht sie aus einem Mischer 4, einem Lokaloszillator 5, einem Tiefpaßfilter 3 sowie einem Hochpaßfilter 6. Das Tiefpaßfilter 3, dessen Grenzfrequenz etwas höher liegt als die Frequenz f₁, beispielsweise bei 7 GHz, wird an seinem ersten Anschluß mit einem Ein/ Ausgangs-Anschluß C verbunden, der mit dem Antennenanschluß A des Radarmoduls 1 verbunden werden kann, und an seinem zweiten Anschluß mit einem der drei An­ schlüsse des Mischers 4 verbunden ist. Der zweite Anschluß des Mischers 4 ist mit dem ersten Anschluß des Hochpaßfilters 6 verbunden, dessen Grenzfrequenz etwas niedriger als die Frequenz f₃ liegt, beispielsweise bei 23 GHz. Der zweite Anschluß des Hochpaßfilters 6 bildet den Antennenanschluß B für die Sende/Empfangs-Antenne 7. Der dritte Ansch1uß des Mischers 4 wird schließlich durch den Lokaloszillator 5 mit einer Frequenz gespeist, deren Wert das Verhältnis der Frequenzen f₁ und f₃ zueinander bestimmt. Wenn die Frequenz f₁ 5,8 GHz und die Frequenz f₃ 24 GHz beträgt, so muß die Frequenz des Lokal­ oszillators 5 18,2 GHz betragen.
Das am Ein/Ausgangs-Anschluß C der Frequenzumsetzungsschaltung 2 ankommende Signal der Frequenz f₁ gelangt über den Tiefpaß 3 zu dem Mischer 4 und wird mit der Frequenz f₂ des Lokaloszillators 5 gemischt, wodurch in bekannter Weise die Frequenzen
f₃ = f₂ + f₁
und
f₄ = f₂ - f₁
entstehen. Der Mischer 4 muß für die jeweils benötigte Bandbreite ausgelegt sein. Die Frequenzumsetzungsschaltung 2 bildet einen bidirektionalen Signalweg zwischen dem Ein/Ausgangs-Anschluß C und dem Antennenanschluß B. In reziproker Weise gelangen die von der Oberfläche des Gegenstands 8 reflektierten Signale vom Antennenanschluß B und über das Hochpaßfilter 6 mit der Frequenz f₃ zu dem Mischer 4 und werden mit der Frequenz f₂ des Lokaloszillators 5 durch Mischung umgesetzt, wobei die Frequenzen
f₅ = f₃ + f₂
und
f₆ = f₃ - f₂
entstehen.
Es wird nun die Arbeitsweise des Füllstandsmeßgerätes beschrieben.
Das am Antennenanschluß A des Radarmoduls 1 abgegebene Mikrowellensignal der Frequenz f₁ wird durch die Frequenzumsetzungsschaltung 2 in die Frequenz f₃ umgesetzt und von der Sende/Empfangs-Antenne 7 gegen die Oberfläche des Gegen­ stands 8 abgestrahlt. Das von der Oberfläche des Gegenstands 8 zurückreflek­ tierte Echosignal R wird von der Sende/Empfangs-Antenne 7 aufgenommen und durch die Frequenzumsetzungsschaltung 2 in die Frequenz f₁ zurücktransfor­ miert. Es erscheint am Antennenanschluß A des Radarmoduls 1 und wird der wei­ teren Verarbeitung in dessen Auswerte-Schaltung zugeführt. Diese Auswerte- Schaltung ermittelt insbesondere aus der zeitlichen Lage des Echosignals in­ nerhalb jeder Sende/Empfangs-Phase die Laufzeit der Mikrowellen zwischen einem Bezugspunkt der Sende/Empfangs-Antenne 7 und der Oberfläche des Gegenstandes 8, um aus der Laufzeit über die bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mi­ krowellen den Abstand S bzw. - bezogen auf die Füllstandsmessung nach Fig. 1 - den Füllstand H zu bestimmen.
In der Frequenzumsetzungsschaltung 2 bildet der Mischer 4 für den Sendevorgang durch additive Mischung die Frequenz f₃ = f₂ + f₁. Die gleichzeitig erzeugte Frequenz f₄ = f₂- f₁ wird durch das Hochpaßfilter 6 unterdrückt, das nur die Frequenz f₃ zur Sende/Empfangs-Antenne 7 durchläßt. Die von dieser Antenne 7 empfangenen Echosignale R der Frequenz f₃ durchlaufen das Hochpaßfilter 6 unbehindert und gelangen zum Mischer 4, der sie auf die Frequenz f₆ = f₃ - f₂ heruntermischt. Die Frequenz f₆ stimmt mit der Frequenz f₁ überein, wie durch Einsetzen in die vorstehende Gleichung für f₆ leicht verifiziert werden kann. Die auf die Frequenz f₁ heruntergemischten Echosignale durchlaufen nun un­ behindert das Tiefpaßfilter 3, welches alle höheren Frequenzen vom Antennenan­ schluß A des Radarmoduls 1 fernhält. Der Radarmodul 1 "sieht" also nur Signale der Frequenz f₁, während die Sende/Empfangs-Antenne 7 nur mit Mikrowellensi­ gnalen der Frequenz f₃ betrieben wird.
Es ist somit ersichtlich, daß keinerlei Veränderungen des vorhandenen Radar­ moduls 1 erforderlich sind, um mit diesem eine Füllstandsmessung bei einer wesentlich höheren Frequenz auszuführen als diejenige, für die es konzipiert wurde.
Die beschriebene Ausführungsform des Abstandsmeßgeräts wird im Puls-Verfahren betrieben. Anstelle des für diese Betriebsart ausgelegten Radarmoduls 1 kann ein herkömmliches Radarmodul verwendet werden, das nach dem Frequenzmodula­ tions-Dauerstrichverfahren (FMCW) arbeitet, oder auch jedes andere Radarmodul, das über einen gemeinsamen Sende/Empfangs-Anschluß verfügt. Die angegebenen Frequenzwerte sind zwar für Füllstandsmessungen besonders zweckmäßig, jedoch kommen je nach beabsichtigter Anwendung andere Frequenzwerte in Betracht.
Bei Verwendung eines Hohlleitersystems mit Hornantenne erübrigt sich das Hoch­ paßfilter 6 der Frequenzumsetzungsschaltung 2, da ein Hohlleitersystem Hoch­ paßcharakter besitzt.

Claims (7)

1. Frequenzumsetzungsschaltung zur Verwendung in einem Radar-Abstandsmeßgerät, insbesondere Füllstandsmeßgerät, das ein Radarmodul (1) mit einem Antennen­ anschluß (A) für eine Sende/Empfangsantenne aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen bidirektionalen Signalweg zwischen einem an den Antennenanschluß (A) des Radarmoduls (1) anschließbaren Ein/Ausgangs-Anschluß (C) und einem eigenen Antennenanschluß (B) sowie einen Lokaloszillator (5) und einen Mischer (4) aufweist, der sowohl die Frequenz f₁ der Signale am Ein/Ausgangs-Anschluß (C) durch Mischung mit der Frequenz f₂ des Lokaloszillators (5) in eine höhere Frequenz f₃ umsetzt, mit der die Signale am eigenen Antennenanschluß (B) ab­ gegeben werden, als auch die Frequenz f₃ der an diesem Antennenanschluß (B) empfangenen Signale (R) durch Mischung mit der Frequenz f₂ des Lokaloszil­ lators (5) in die Frequenz f₁ umsetzt, mit der die Signale an den Ein/Aus­ gangs-Anschluß (C) abgegeben werden.
2. Frequenzumsetzungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (4) drei Anschlüsse aufweist, von denen der erste mit dem Ausgang des Lokaloszillators (5), der zweite mit einem der zwei Anschlüsse eines Tiefpaßfilters (3), dessen anderer Anschluß mit dem Ein/Ausgangs-Anschluß (C) verbunden ist, und der dritte mit dem eigenen Antennenanschluß (B) verbunden ist.
3. Frequenzumsetzungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der dritte Anschluß des Mischers (4) über ein Hochpaßfilter (6) mit dem eigenen Antennenanschluß (B) verbunden ist.
4. Frequenzumsetzungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters (3) am oberen Ende eines ersten Fre­ quenzbereichs in der Nähe der Frequenz f₁ liegt, mit dem das Radarmodul (1) arbeitet.
5. Frequenzumsetzungsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters (6) am unteren Ende eines zweiten Frequenzbereichs in der Nähe der Frequenz f₃ liegt.
6. Frequenzumsetzungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des zweiten Frequenzbereichs mindestens etwa den doppelten Wert der Frequenz des ersten Frequenzbereichs aufweist.
7. Frequenzumsetzungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz f₁ am Anschluß (A) des Radarmoduls (1) etwa 5,8 GHz und die Frequenz f₃ am Antennenanschluß (B) etwa 24 GHz beträgt.
DE4345242A 1993-09-15 1993-09-15 Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät Ceased DE4345242A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4331353A DE4331353C2 (de) 1993-09-15 1993-09-15 Radar-Abstandsmeßgerät
DE4345242A DE4345242A1 (de) 1993-09-15 1993-09-15 Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4331353A DE4331353C2 (de) 1993-09-15 1993-09-15 Radar-Abstandsmeßgerät
DE4345242A DE4345242A1 (de) 1993-09-15 1993-09-15 Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4345242A1 true DE4345242A1 (de) 1995-04-06

Family

ID=6497792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4345242A Ceased DE4345242A1 (de) 1993-09-15 1993-09-15 Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5659321A (de)
EP (1) EP0669006A1 (de)
JP (1) JP2688289B2 (de)
CA (1) CA2149328C (de)
DE (1) DE4345242A1 (de)
WO (1) WO1995008128A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009077435A2 (de) * 2007-12-18 2009-06-25 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg VORRICHTUNG ZUR ERMITTLUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINES FÜLLSTANDS VON ZUMINDEST EINEM MEDIUM IN EINEM BEHÄLTER GEMÄß EINER LAUFZEITMESSMETHODE UND/ODER EINER KAPAZITIVEN MESSMETHODE
DE112004001982B4 (de) * 2003-10-20 2020-11-26 Rosemount Tank Radar Ab Radarfüllstandsmessgerät mit Antennenanordnung zur verbesserten Radarfüllstandsmessung

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19703237C1 (de) * 1997-01-29 1998-10-22 Siemens Ag Radar-Abstandsmesser
ATE274707T1 (de) * 1997-06-27 2004-09-15 Eads Deutschland Gmbh Füllstandmessradargerät
CA2255111C (en) * 1997-12-05 2004-11-23 Grove U.S. L.L.C. Aerial work platform with pothole and/or obstacle detection and avoidance system
US6166681A (en) * 1998-08-18 2000-12-26 Usx Corporation Measuring the thickness of materials
CA2251208A1 (en) 1998-11-12 2000-05-12 Claude Perreault Fully automatic plating wax collecting device and method thereof
US6782328B2 (en) * 1999-01-21 2004-08-24 Rosemount Inc. Measurement of concentration of material in a process fluid
US6477474B2 (en) 1999-01-21 2002-11-05 Rosemount Inc. Measurement of process product dielectric constant using a low power radar level transmitter
US6662649B1 (en) * 1999-03-19 2003-12-16 Simmons Sirvey Corporation Material level monitoring and reporting
US6320532B1 (en) * 1999-05-27 2001-11-20 Rosemount Inc. Low power radar level transmitter having reduced ground loop errors
US6300897B1 (en) * 1999-07-02 2001-10-09 Rosemount Inc. Stabilization in a radar level gauge
US6295018B1 (en) 1999-09-27 2001-09-25 Rosemount Inc. Low power radar level instrument with enhanced diagnostics
US6561693B1 (en) 2000-09-21 2003-05-13 Lockheed Martin Corporation Remote temperature sensing long wave length modulated focal plane array
DE10049995A1 (de) * 2000-10-10 2002-04-11 Endress Hauser Gmbh Co Füllstandsmessgerät
US7099662B2 (en) * 2000-11-21 2006-08-29 Vega Grieshaber Kg Transceiver unit with interference-reducing antenna
US6677891B2 (en) 2001-01-19 2004-01-13 Vega Grieshaber Kg Method and device for transmitting and receiving electromagnetic waves
US6640628B2 (en) * 2001-01-19 2003-11-04 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Level-measuring device
AU2003281416A1 (en) * 2002-07-08 2004-01-23 Saab Marine Electronics Ab Level gauging system
JP2005112155A (ja) * 2003-10-08 2005-04-28 Hitachi Ltd サスペンション装置
US6988404B2 (en) 2003-12-11 2006-01-24 Ohmart/Vega Corporation Apparatus for use in measuring fluid levels
DE102005058015B4 (de) * 2005-12-05 2015-12-03 Vega Grieshaber Kg Füllstandradarfrequenzumsetzer
US7924217B2 (en) * 2008-06-03 2011-04-12 Rosemount Tank Radar Ab High sensitivity frequency modulated radar level gauge system
US8260319B2 (en) * 2008-06-10 2012-09-04 Rosemount Tank Radar Ab Wireless transceiver
US8933835B2 (en) * 2012-09-25 2015-01-13 Rosemount Tank Radar Ab Two-channel directional antenna and a radar level gauge with such an antenna
RU2567866C2 (ru) * 2014-03-24 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Способ измерения расстояния от излучателя до контролируемого объекта на основе чм локатора
DE102016117920B4 (de) * 2016-09-22 2018-04-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Frequenzwandler-Schaltung für ein Radar-basiertes Messgerät
CN111624603B (zh) * 2019-02-28 2022-12-30 华为技术有限公司 一种雷达测量方法及装置
CN110319797B (zh) * 2019-08-13 2021-06-22 中国科学院声学研究所东海研究站 一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法
US11762086B2 (en) * 2021-03-02 2023-09-19 GM Global Technology Operations LLC Generating a high frequency FMCW radar from low frequency FMCW radar

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3134243A1 (de) * 1980-08-29 1982-07-01 Coal Industry (Patents) Ltd., London Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der position eines gegenstandes in einem begrenzten raum
US5212835A (en) * 1989-02-06 1993-05-18 Kokan Densetsu Kogyo Kabushiki Kaisha Frequency-conversion mixer

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4044353A (en) * 1976-08-06 1977-08-23 Simmonds Precision Products, Inc. Microwave level gaging system
DE2748124C2 (de) * 1977-10-27 1983-01-13 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Anordnung zur Entfernungsmessung nach dem FM-CW-Radarprinzip
JPS5491079U (de) * 1977-12-09 1979-06-27
US4255730A (en) * 1978-10-24 1981-03-10 Hitachi, Ltd. Microwave integrated circuit device
JPS5596691A (en) * 1979-01-19 1980-07-23 Nec Corp Ring laser oscillator
FR2496274A1 (fr) * 1980-12-12 1982-06-18 Trt Telecom Radio Electr Procede de mesure de distance par radar a onde entretenue modulee en frequence, appareil pour la mise en oeuvre du procede et application a la determination precise du niveau de liquide dans un reservoir
SE456538B (sv) * 1984-06-01 1988-10-10 Saab Marine Electronics Sett och anordning for nivametning med mikrovagor
US4973966A (en) * 1988-05-23 1990-11-27 Abraham Zeewy Apparatus for determining the speed of motion of slowly moving objects
JPH0683100B2 (ja) * 1988-11-24 1994-10-19 株式会社横尾製作所 マイクロ波信号受信装置
WO1992014124A1 (de) * 1991-02-12 1992-08-20 Krohne Messtechnik Gmbh & Co. Kg Elektrische schaltung für ein gerät zur füllstandmessung von industrietanks u. dgl.
US5229774A (en) * 1991-02-15 1993-07-20 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha FM radar system
EP0535196B1 (de) * 1991-04-18 1996-10-02 Endress + Hauser Gmbh + Co. Verfahren und anordnung zur abstandsmessung nach dem rückstrahlprinzip radar

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3134243A1 (de) * 1980-08-29 1982-07-01 Coal Industry (Patents) Ltd., London Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der position eines gegenstandes in einem begrenzten raum
US5212835A (en) * 1989-02-06 1993-05-18 Kokan Densetsu Kogyo Kabushiki Kaisha Frequency-conversion mixer

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112004001982B4 (de) * 2003-10-20 2020-11-26 Rosemount Tank Radar Ab Radarfüllstandsmessgerät mit Antennenanordnung zur verbesserten Radarfüllstandsmessung
WO2009077435A2 (de) * 2007-12-18 2009-06-25 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg VORRICHTUNG ZUR ERMITTLUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINES FÜLLSTANDS VON ZUMINDEST EINEM MEDIUM IN EINEM BEHÄLTER GEMÄß EINER LAUFZEITMESSMETHODE UND/ODER EINER KAPAZITIVEN MESSMETHODE
WO2009077435A3 (de) * 2007-12-18 2009-09-11 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg Vorrichtung zur ermittlung und/oder überwachung zumindest eines füllstands von zumindest einem medium in einem behälter gemäss einer laufzeitmessmethode und/oder einer kapazitiven messmethode
US8410793B2 (en) 2007-12-18 2013-04-02 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Apparatus for ascertaining and/or monitoring at least one fill level of at least one medium in a container according to a travel-time measuring method and/or a capacitive measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
US5659321A (en) 1997-08-19
EP0669006A1 (de) 1995-08-30
WO1995008128A1 (de) 1995-03-23
JP2688289B2 (ja) 1997-12-08
JPH07508837A (ja) 1995-09-28
CA2149328A1 (en) 1995-03-23
CA2149328C (en) 1998-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4345242A1 (de) Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät
EP2331916B1 (de) Mit mikrowellen arbeitendes füllstandsmessgerät
EP0670048B1 (de) Verfahren zur füllstandsmessung nach dem radarprinzip
DE19723978C2 (de) Verfahren zur Messung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach dem Radarprinzip
EP1285239B1 (de) Füllstandsmessgerät
EP0848829B1 (de) Vorrichtung zur abstandsmessung
EP0882957B1 (de) Verfahren zur Messung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach dem Radarprinzip
EP0535196B1 (de) Verfahren und anordnung zur abstandsmessung nach dem rückstrahlprinzip radar
DE4241910A1 (de) Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmeßgerät
EP1325289A1 (de) Füllstandsmessgerät
DE19734713A1 (de) Radar-Entfernungsmeßeinrichtung
DE102008050329A1 (de) Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät
DE4331353C2 (de) Radar-Abstandsmeßgerät
DE2542628A1 (de) Radar zur entfernungsmessung
DE102013104699A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes mittels einer Helixantenne
EP0848830B1 (de) Vorrichtung zur abstandsmessung
EP2031416A1 (de) Mikrowellen-Näherungssensor und Verfahren zur Ermittlung des Abstands zwischen einem Messkopf und einem Zielobjekt
DE19902076B4 (de) Sensor zum Messen eines Abstands zu einem Objekt
DE3342057C2 (de)
DE102009027368A1 (de) Mischerüberwachung
DE888567C (de) Radargeraet mit Ausschaltung der festen Echos
DE2433203B2 (de) Frequenzumtast-Doppler-Radarsystem zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung
DE102004022516B4 (de) Hornantenne
DE1616452B2 (de) FM-Radar-Entfernungsmeßgerät mit Schwebungshubverminderung
DE3239501A1 (de) Verfahren zum messen kurzer entfernungen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
AC Divided out of

Ref country code: DE

Ref document number: 4331353

Format of ref document f/p: P

AC Divided out of

Ref country code: DE

Ref document number: 4331353

Format of ref document f/p: P

OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
AC Divided out of

Ref country code: DE

Ref document number: 4331353

Format of ref document f/p: P

8131 Rejection