JPH0523606U - 水冷ホーンアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 水冷構造であり、水冷アンテナの外径並びに
断面積が小さく、かつマイクロ波信号の送受信を任意の
方向からできるアンテナ設置上の制約の少ない水冷ホー
ンアンテナを提供するものである。 【構成】 導波管として機能する第１及び第２の金属製
内管１，２と、夫々内管先端に設けられホーンアンテナ
として機能する拡径部３，４と、拡径部夫々の前面に設
けられた反射板５，６と、反射板夫々の金属製外管９側
面に設けられた開口７，８と、前記第１及び第２の金属
製内管、拡径部、反射板を取り囲む金属製外管とからな
り、第２の金属製内管は第１の金属製内管に平行で、中
間部に屈曲部１７を有し、第１の拡径部の前方で第１の
金属製内管と同軸となり、金属製内管と金属製外管の略
全体に仕切部材１０を介装し、これら両管の先端部で連
通した２つの冷却水路１１，１２を形成し、該冷却水路
の基端側に冷却水の給水口１３及び排出口１４を設けた
水冷ホーンアンテナ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、転炉、高炉等の雰囲気温度の高い炉内の溶鋼、スラグ、鉱石、コー クス等のレベルを、マイクロ波を利用して計測するマイクロ波レーダ方式の特に 炉内レベル計等に用いる炉内へ挿入されるマイクロ波アンテナに関するものであ る。

【０００２】

【従来の技術】

図７は従来のマイクロ波用アンテナを有するマイクロ波距離計を示す説明図で あり、図８は同マイクロ波距離計の使用状態を示す説明図である。 図において、２１はラッパ管状のホーンアンテナ、２２はホーンアンテナ２１ を備えたガン発振器等が内蔵されているマイクロ波距離計である。 ホーンアンテナ２１を備えたマイクロ波距離計２２によって、転炉２３の熔銑 レベルを測定する場合、マイクロ波距離計２２を転炉２３の炉頂の上方にメイン ランス２４と並設している。そして、ホーンアンテナ２１よりマイクロ波を転炉 ２３の溶鋼の湯面に放射し、溶鋼の湯面からの反射波をホーンアンテナ２１で受 信し、その後ＦＭＣＷ方式によって受信したはマイクロ波を信号処理して熔銑レ ベルを計測していた。

【０００３】 上記のような従来のマイクロ波用アンテナは、ラッパ管状のホーンアンテナ ２１であり、水冷装置が設けておらず、転炉２３において使用する場合、ホーン アンテナ２１は雰囲気温度があまり高くない炉頂の上方に設置されているので、 ホーンアンテナ２１の位置が計測すべき溶鋼の湯面から離れることになり、ホー ンアンテナ２１の指向性が拡がって不必要な場所からの反射波を検出し、ノイズ が増える一方、溶鋼の湯面からの反射波の信号が低下するため、Ｓ／Ｎ比が悪く なり、精度の良い計測が困難となるという問題があった。

【０００４】 これらの問題を解決するために、出願人は、先に特願平２ー１０６４８１号に て、二重管又は三重管構造を有した水冷ホーンアンテナ及び水冷ジャケット中に ２本の導波管、アンテナを有した送受信一体型の炉内レベル計の水冷ホーンアン テナを出願した。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

従来のマイクロ波レーダ方式の炉内レベル計の水冷ホーンアンテナにおいては 、次のような問題点がある。 １）送信用及び受信用２本のマイクロ波用アンテナを炉内に挿入するため、水 冷アンテナの炉内への挿入孔（断面積）が増加し、さらに炉体上方にアンテナを 挿入するための空間が必要であり、アンテナ設置上の制約が大きい。 ２）従来の水冷ホーンアンテナでは、アンテナを炉体上方より挿入するため、 アンテナの炉体水平面での位置を変えることができない。

【０００６】 本考案の目的は、上記の問題点を解決ためになされたものであり、水冷構造で あり、水冷アンテナの外径並びに断面積が小さく、かつマイクロ波信号の送受信 を任意の方向からできるアンテナ設置上の制約の少ない水冷ホーンアンテナを提 供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の水冷ホーンアンテナは、導波管として機能する第１の金属製内管と、 その第１の金属製内管先端に設けられホーンアンテナとして機能する第１の拡径 部と、その第１の拡径部の開口前面に設けられた第１の反射板と、第１の金属製 内管に平行で、中間部に屈曲部を有し、第１の拡径部の前方で第１の金属製内管 と同軸となる第２の金属製内管と、その第２の金属製内管先端に設けられホーン アンテナとして機能する第２の拡径部と、その第２の拡径部の開口前面に設けら れた第２の反射板と、第１及び第２の金属製内管，拡径部及び反射板を取り囲む 金属製外管とからなり、第１及び第２の開口は夫々前記反射板部分の金属製外管 の側面に設けられてなり、第１及び第２の金属製内管先端の拡径部夫々と金属製 外管が接合し、金属製内管と金属製外管の略全体に仕切部材を介装し、これら両 管の先端部で連通した２つの冷却水路を形成し、その冷却水路の基端側に冷却水 の給水口及び排出口を設けたことを特徴とするものである。 また、導波管として機能する第１及び第２の金属製内管内にパージガスを流通 させるためのガスパージ口を基端部に設けた水冷ホーンアンテナであり、 また、導波管として機能する金属製内管及びホーンアンテナとして機能する金 属製内管先端の拡径部断面が円形または方形または多角形である水冷ホーンアン テナである。

【０００８】

【作用】

本考案による水冷ホーンアンテナは、導波管として機能する第１及び第２の金 属製内管と、金属製内管の先端に設けられたホーンアンテナとして機能する第１ 及び第２の拡径部と、拡径部前面に設けられた第１及び第２の反射板と、これら を取り囲む金属製外管から構成され、第２の金属製内管の途中に設けられた屈曲 部により第１の拡径部及び反射板と、第２の拡径部及び第２の反射板とが同軸上 に配置されるので、水冷ホーンアンテナ全体の径を小さくすることができる。

【０００９】 また、本考案による水冷ホーンアンテナの導波管として機能する金属製内管を 伝播し、ホーンアンテナとして機能する金属製内管の先端部の拡径部から放射さ れたマイクロ波信号は、拡径部前面に設けられた反射板により方向を変えられ、 金属製外管に設けられた開口を通して外部へ放射され、外部から金属製外管の開 口へ入射したマイクロ波信号は反射板により方向を変えられ、拡径部へ入射し、 金属製内管内を伝播するので、一方の内管、拡径部、反射板を送信アンテナとし て使用し、他方を受信アンテナとして使用することにより、水冷アンテナ本体の 軸に対して角度を有する方向に対するマイクロ波信号の送受信を行うことができ る。

【００１０】 また、金属製内管、拡径部及び反射板は金属製外管により取り囲まれ、金属製 外管との間には仕切板及び整流板が設けられ冷却水路を形成しているので、冷却 水路に冷却水を流通させることにより、アンテナが炉内で受ける熱を抜熱し、ア ンテナを効果的に冷却し、高温の炉内におけるアンテナの使用を可能とする。

【００１１】 また、金属製内管基端部に設けられたガスパージ口よりガスを流入させること により、金属製内管内部、拡径部内面、反射板にガスパージを施し、アンテナの 冷却効果を落とさず、アンテナへの粉塵等の付着を防止する。 本水冷ホーンアンテナは上記のような作用により、転炉、高炉等の雰囲気温度 の高い炉内の溶鋼、スラグ、鉱石、コークス等のレベルをマイクロ波を利用して 計測する炉内レベル計用として、最適なものである。 次に本発明の実施例について述べる。

【００１２】

【実施例】

図１は、本考案による水冷ホーンアンテナの一実施例を示す構成図であり、図 ２は本実施例による水冷ホーンアンテナの下面図、図３は同じく水冷ホーンアン テナの側面図、図４〜図６は図１の夫々Ａ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線断面図で ある。 図１において、１は銅で形成された第１の金属製内管で基端部１８にフランジ １６を有し、図の左端のアンテナ先端部１９には拡径部３を有し、その拡径部３ の前面には内管の軸に対して４５゜の角度を有する反射板５が設置されている。 また図中２は第１の金属製内管１と平行に設置された第２の金属製内管で、第 １の金属製内管１と同様に基端部１８にフランジ１６を有し、アンテナ先端部 １９には拡径部４及び内管の軸に対して４５゜の角度を有する反射板６を有する が、中間部に屈曲部１７を有し、第２の金属製内管２、その拡径部４及び反射板 ６はアンテナ先端部１９で第１の金属製内管１、その拡径部３及び反射板５と同 軸上に配置されている。 図中９は第１の金属製内管１、第２の金属製内管２、夫々の拡径部３、４及び 夫々の反射板５、６を取囲み先端部が閉じられた鋼製の金属製外管で反射板５、 ６に相当する位置に開口７、８を有している。

【００１３】 本実施例による水冷ホーンアンテナでは、第１の金属製内管１は導波管として 機能し、金属製内管１の基端部１８から入力されたマイクロ波信号は導波管内を 伝播し、ホーンアンテナとして機能する第１の拡径部３から放射され、ホーンア ンテナ前面に設置された第１の反射板５により伝播方向を９０°変更され金属製 外管９に設けられた開口部７から水冷アンテナ外部へ放射され送信アンテナとし て機能する。

【００１４】 また、外部から開口部８へ入射した信号は第２の反射板６により方向を変更さ れ第２の拡径部４へ導入され、第２の金属製内管２内を伝播し、金属製内管２の 基端部１８から出力され、受信アンテナとして機能する。

【００１５】 また、本実施例による水冷ホーンアンテナでは、反射板５及び６は、水冷アン テナ本体の軸に対して４５゜の角度で設置し、水冷アンテナの軸に対して直角方 向へのマイクロ波の送受信を行い、水冷ホーンアンテナを炉体に対して水平方向 から挿入して使用した。

【００１６】 また、本実施例による水冷ホーンアンテナは、周波数１０ＧＨｚのマイクロ波 信号を使用するものとして、金属製内管の口径を２２mmとし、ホーンアンテナと して機能する拡径部は先端開口径１５０mm、ホーンの奥行２００mmを有し、アン テナゲイン約１８ｄＢを得た。また、金属製内管、拡径部及び反射板を取囲む金 属製外管９の直径は２５０mmとした。

【００１７】 図中１０は、内管１，２と外管９との間を仕切る鋼製の仕切板で、仕切板の内 側と、仕切板１０と外管との間とに冷却水路１１，１２を形成している。 図中１３、１４は、夫々冷却水路１１，１２の基端部１８に設けられた給水口 及び排水口である。 本実施例では冷却水路１１の基端部に設けられた給水口１３から冷却水を通水 させれば、冷却水は冷却水路１１を流れアンテナ先端部１９で冷却水路１２へ流 れ込み冷却水路１２の基端部１８の排水口１４から排水される。従って炉内に挿 入されたアンテナの金属製外管９、反射板５，６等が炉内から受ける熱は冷却水 路を流通する冷却水により抜熱され、本実施例による水冷アンテナは、炉内雰囲 気温度１５００℃以上の高温雰囲気中でも使用可能となった。

【００１８】 図中１５は、内管１及び２の基端部に設けられたガスパージ口でその内径は使 用されるマイクロ波信号の波長の１／４以下となるようにした。 ガスパージ口１５から窒素、空気、アルコン等のパージガスを流入させるとガ スは金属製内管１及び２の内部を流通し、拡径部３及び４の内面部をパージした 後、反射板５及び６へ吹き付けられ反射板のパージを行うのでアンテナ及び反射 板５へのスラグ等の飛散物の付着を防止し、アンテナのメインテナンスを容易と する。

【００１９】 また、本実施例ではアンテナの軸に対して直角方向への信号の送受信を行った が、反射板の角度を変更することにより水冷アンテナの軸に対して任意の方向に 対してマイクロ波の送受信を行い、炉体に対して斜の方向からアンテナを挿入す ることも可能である。

【００２０】 また、内管、拡径部は円形断面のものを使用したが、方形、多角形断面のもの を使用することも可能である。 また、本実施例では炉内レベル計用としての水冷ホーンアンテナについて述べ たが、マイクロ波レーダ方式の計測用としてレベル計には限定されず、他の用途 にも利用できることは言うまでもない。

【００２１】

【考案の効果】

本考案は、転炉、高炉等の雰囲気温度の高い炉内の溶鋼、スラグ、鉱石、コー クス等のレベルを計測するマイクロ波レーダ方式の炉内レベル計において用いら れる水冷構造を有する水冷ホーンアンテナであり、ホーンアンテナを同軸上に配 置することにより、水冷アンテナの外径、断面積を小さくすることが可能となる 。 さらに、本考案による水冷ホーンアンテナは、ホーンアンテナ前面に反射板 を設けることにより水冷アンテナの軸に対して任意の方向へのマイクロ波信号の 送受信を行うことができ、炉体に対して任意の方向から挿入することが可能とな り、アンテナ設置上の制約を減らすことができる。 また、アンテナを炉体に対して水平方向から挿入することが可能となり、炉体 に対するアンテナの水平面での位置を変更することが可能となる等従来のアンテ ナに比べ種々な点で有能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による水冷ホーンアンテナの一実施例を
示す構成図。

【図２】本実施例による水冷ホーンアンテナの下面図。

【図３】同じく本実施例による水冷ホーンアンテナの側
面図。

【図４】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図５】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図６】図１のＣ−Ｃ線断面図。

【図７】従来のマイクロ波用アンテナを有するマイクロ
波距離計を示す説明図。

【図８】従来のマイクロ波距離計の使用状態を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 第１の金属製内管、 ２ 第２の金属製内管、 ３ 第１の拡径部、 ４ 第２の拡径部、 ５ 第１の反射板、 ６ 第２の反射板、 ７ 第１の開口、 ８ 第２の開口、 ９ 金属製外管、 １０ 仕切板、 １１ 第１の冷却水路、 １２ 第２の冷却水路、 １３ 給水口、 １４ 排水口、 １５ ガスパージ口、 １６ フランジ、 １７ 屈曲部、 １８ 基端部、 １９ アンテナ先端部、 ２１ ホーンアンテナ、 ２２ マイクロ波距離計、 ２３ 転炉、 ２４ メインランス。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 導波管として機能する第１の金属製内管
   と、該第１の金属製内管先端に設けられホーンアンテナ
   として機能する第１の拡径部と、該第１の拡径部の開口
   前面に設けられた第１の反射板と、前記第１の金属製内
   管に平行で、中間部に屈曲部を有し、前記第１の拡径部
   の前方で第１の金属製内管と同軸となる第２の金属製内
   管と、該第２の金属製内管先端に設けられホーンアンテ
   ナとして機能する第２の拡径部と、該第２の拡径部の開
   口前面に設けられた第２の反射板と、前記第１及び第２
   の金属製内管，拡径部及び反射板を取り囲む金属製外管
   とからなり、前記第１及び第２の開口は夫々前記反射板
   部分の金属製外管の側面に設けられており、第１及び第
   ２の金属製内管先端の拡径部夫々と金属製外管が接合
   し、金属製内管と金属製外管の略全体に仕切部材を介装
   し、これら両管の先端部で連通した２つの冷却水路を形
   成し、該冷却水路の基端側に冷却水の給水口及び排出口
   を設けたことを特徴とする水冷ホーンアンテナ。
2. 【請求項２】 導波管として機能する第１及び第２の金
   属製内管基端部に該金属製内管内にパージガスを流通さ
   せるためのガスパージ口を設けた請求項１記載の水冷ホ
   ーンアンテナ。
3. 【請求項３】 導波管として機能する金属製内管断面及
   びホーンアンテナとして機能する金属製内管先端の拡径
   部断面が円形または方形または多角形であることを特徴
   とする請求項１及び２記載の水冷ホーンアンテナ。