KR102057154B1 - 도파로 커플링, 고주파 모듈, 충전 레벨 레이더, 및 사용 방법 - Google Patents

도파로 커플링, 고주파 모듈, 충전 레벨 레이더, 및 사용 방법 Download PDF

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베가 그리이샤버 카게
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Abstract

본 발명은 도파로 커플링에 관한 것이고, 상기 도파로 커플링은 평면 방사체 요소를 포함하며, 상기 평면 방사체 요소는 전송 신호를 상기 도파로 커플링의 도파로 내로 결합한다. 상기 도파로는, 상기 도파로의 내부 벽이 신호 품질을 그다지 손상시키지 않고 상기 평면 방사체 요소가 비교적 큰 직경을 지닐 수 있도록 상기 평면 방사체 요소의 방향에서 확장되어 있다.

Description

도파로 커플링, 고주파 모듈, 충전 레벨 레이더, 및 사용 방법{Waveguide coupling, high-frequency module, filling level radar, and use}
본 발명은 충전 레벨 측정에 관한 것이다. 구체적으로 기술하면, 본 발명은 고주파 모듈로부터의 전자기파 신호를 도파로 내로 결합하는 도파로 커플링; 도파로 커플링을 포함하는 고주파 모듈; 고주파 모듈을 포함하는 충전 레벨 레이더; 및 필드 장치에서의 도파로 커플링의 사용 방법;에 관한 것이다.
필드 장치들, 구체적으로 기술하면 충전 레벨들 또는 경계선 위치들을 측정하기 위해 센서들과 함께 사용되는 필드 장치들이 종종 지연 측정들에 기반하여 동작한다. 지연 측정들에서는, 레이더 신호들 또는 유도된 마이크로파 펄스들의 신호 지연들이 결정된다. 원하는 측정값은 이러한 신호 지연들로부터 차후에 결정된다.
상기 신호들은 특정 주파수 및 지속기간을 지닌다. 상기 레이더 신호들 및 상기 마이크로파 신호들은 고주파(high-frequency; HF) 기술 범위로 할당될 수 있다. 고주파 범위에 있는 신호들로서, 2 ㎓에 이르는 주파수 범위에 있는 신호들은 일반적으로 유도된 마이크로파 신호들로서 사용되고, 5 ㎓ 내지 79 ㎓ 범위 이상에 있는 신호들은 레이더 신호들로서 사용된다.
안전상의 이유로, 상기 필드 장치의 전자 회로들이 방폭(防爆) 방식으로 측정 환경(예를 들면 충전 매체로 채워진 용기 내부)에서 분리될 필요가 있을 수 있다. 그러한 분리는 예를 들면 기밀 시일(gas-tight seal)로 이루어진다. 이는 폭발물들이나 가스 혼합물들이 상기 용기 내부로부터 상기 필드 장치의 전자 회로들에 이르러서 발화하는 것을 방지할 수 있다.
EP 2 093 846 A1에는 이러한 유형의 방폭 기능을 제공할 수 있는 필드 장치용의 기밀 유도 피드-스루(gas-tight guide feed-through)가 개시되어 있다. 상기 유도 피드-스루는 동축 형태를 이루고 있으며 예를 들면 5 ㎓ 내지 28 ㎓ 주파수 범위에서 사용된다.
본 발명의 목적은 60 ㎓ 이상의 전송 주파수들에 적합한 방폭 기능을 지니는 필드 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시태양에 의하면, 고주파 모듈로부터의 전자기파 신호를 도파로 내로 결합하는 도파로 커플링(또한 '도파로 접속부(waveguide connection)'이라고도 언급됨)이 제공되어 있다. 이와 관련하여, 상기 전자기파 신호는 상기 고주파 모듈에 의해 생성되고, 상기 도파로 커플링의 평면 방사체 요소에 의해 방사되며 그 다음에 상기 도파로의 개시(start) 영역에 의해 한정된 체적으로부터 상기 도파로의 본선(main) 영역에 의해 한정된 체적을 따라 상기 도파로에 의해 전송된다.
상기 도파로의 본선 영역은 예를 들면 원통 형태를 이루고 있다. 그러나, 상기 도파로의 본선 영역은 또한 직사각형 도파로일 수 있다. 예를 들면, 상기 도파로는 상기 본선 영역을 따라 일정한 내부 직경을 지닌다.
상기 평면 방사체 요소는, 상기 방사된 신호가 초기에는 상기 도파로의 개시 영역에 위치해 있으며 상기 도파로의 본선 영역의 방향에서 전파하는 방식으로 상기 도파로의 개시 영역에 배치되거나 상기 개시 영역으로부터 직접적인 상향 전송으로 배치되어 있다.
가장 중요한 점은 상기 도파로의 개시 영역이 상기 평면 방사체 요소를 향해 확장되어 있다는 점이다. 다시 말하면, 상기 도파로의 본선 영역으로의 변환 영역에서(다시 말하면 상기 개시 영역 및 본선 영역이 만나는 지점에서), 상기 도파로의 개시 영역의 내부 직경은 상기 본선 영역의 내부 직경과 완전히 동일하지만, 상기 개시 영역의 내부 직경은 상기 평면 방사체 요소를 향하는 쪽으로 더 크게 된다.
이것이 의미하는 것은 상기 평면 방사체 요소가 비교적 큰 방사체 표면, 결과적으로는 비교적 큰 직경을 지닐 수 있다는 것을 의미한다. 결과적으로는, 상기 신호의 품질이 개선될 수 있다.
상기 평면 방사체 요소에 의해 방사되는 전자기파 신호는 또한 전송 신호라고도 언급될 수 있다. 상기 평면 방사체 요소는 또한 수신 신호를 수신하도록 더 구성될 수 있으며, 상기 수신 신호는 그 중에서도 충전 재료 표면상에서 반사된 반사 전송 신호(지연 기반 충전 레벨 측정 장치의 경우)이다. 상기 평면 방사체 요소는 또한 복수 개의 방사체 요소들의 어레이의 형태를 이룰 수 있다.
이하에서는, 상기 도파로의 "개시 영역(start region)" 및 "본선 영역(main body)"이라는 용어들이 다시 정의될 수 있다. 상기 도파로의 개시 영역은 상기 도파로의 단부에 위치해 있으며 상기 도파로의 단부 영역에서는 상기 평면 방사체 요소가 위치해 있다. 이러한 개시 영역은 상기 평면 방사체 요소를 향하는 쪽으로 확장되어 있음으로써 상기 도파로의 본선 영역의 방향에서 테이퍼져 있다. 다시 말하면, 상기 개시 영역의 내부 직경은 상기 본선 영역의 방향에서 연속적으로 또는 단계적으로(불연속적으로) 작아지게 된다. 상기 개시 영역의 최소 직경은 상기 개시 영역 및 상기 본선 영역 간의 경계면에 위치해 있다. 여기서, 상기 개시 영역 및 상기 본선 영역의 내부 직경들은 동일하다.
상기 도파로의 본선 영역은 예를 들면 일정한 내부 직경을 지니고 상기 개시 영역 및 상기 본선 영역 간의 경계면에서부터 상기 도파로의 다른 단부에 이르기까지 연장되어 있다.
예를 들면, 상기 본선 영역은 라운드 또는 직사각형 내부 단면을 지닌다.
상기 평면 방사체 요소에 의해 방사되는 (전송) 신호는, 상기 평면 방사체 요소의 방사 방향에서 상기 개시 영역에 의해 한정된 신호 운반 기능을 담당하는 내부 체적을 통해 그리고 상기 도파로의 본선 영역 내로 이동한 다음에, 계속 상기 도파로 단부 또는 도파로 출력을 향하는 쪽으로 이동한다.
본 발명의 한 실시 예에 의하면, 상기 도파로의 본선 영역은 상기 신호의 방사 방향에서 상기 평면 방사체 요소로부터 떨어져 있는 거리에 배치되어 있다. 다시 말하면, 상기 신호가 초기에는 상기 도파로의 본선 영역에 진입하기 전에 상기 도파로의 개시 영역 내부로 특정 거리만큼 이동한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 도파로의 개시 영역 내부에서는 원뿔 형상의 연속 진행이 이루어진다. 다시 말하면, 상기 도파로의 개시 영역에 의해 한정된 내부 체적은 깔대기(funnel) 형상을 이룬다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 개시 영역의 내부는 쌍곡선 형상의 연속 진행이 이루어진다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 개시 영역의 내부는 계단 형상의 연속 진행이 이루어진다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 평면 방사체 요소의 내부 직경은 상기 도파로의 원통 본선 영역의 내부 직경보다 크다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 평면 방사체 요소의 직경은 상기 도파로의 개시 영역의 최대 내부 직경의 1/2, 또는 1/3보다 작다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 도파로 접속부는 79 ㎓ 신호 주파수에서 5%보다 큰, 예를 들면 8%보다 큰 상대 대역폭을 지닌다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 평면 방사체 요소는 마이크로스트립 선로에 의해 신호를 공급받는, 직사각형, 라운드, 타원형 또는 삼각형 패치 요소이다.
본 발명의 다른 한 실시태양에 의하면, 필드 장치, 예를 들면 충전 레벨 측정 장치의 측정 신호를 생성하기 위한 고주파 모듈이 제공되며, 상기 고주파 모듈은 위에서 개시한 바와 같은 그리고 이하에서 개시되는 바와 같은 도파로 커플링을 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시태양에 의하면, 위에서 개시한 바와 같고 이하에서 개시되는 바와 같은 고주파 모듈을 포함하는 충전 레벨 레이더가 제공된다.
본 발명의 다른 한 실시태양에 의하면, 필드 장치에서 위에서 개시한 바와 같은 그리고 이하에서 개시되는 바와 같은 도파로 커플링을 사용하는 방법이 제공된다. 상기 필드 장치는 예를 들면 지연 측정들로부터 충전 레벨을 결정하도록 지연 측정들을 취하는 충전 레벨 측정 장치이다. 이러한 목적을 위해 사용된 신호들은 마이크로파 또는 레이더 신호들과 같은 전자기파 신호들일 수 있다. 구체적으로 기술하면, 이러한 신호들은 펄스화될 수 있다. 그러나, 연속 신호들이 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시예에 의하면, 상기 도파로 커플링이 기밀 구조로 이루어져 있다. 상기 도파로 커플링은, 캐리어(carrier) 상에 배치되어 있으며 상기 신호를 방사하는데 도움이 되는, 위에서 개시한 평면 방사체 요소를 포함한다. 상기 캐리어는 예를 들면 회로 보드(circuit board)이다.
상기 방사된 신호들을 전송하도록 구성된 도파로는 기밀 방식으로 상기 캐리어에 접속될 수 있다. 상기 도파로 커플링은, 내부에서 기밀 방식으로 상기 도파로를 시일링하는 유전 시일링 요소를 부가적으로 포함한다. 다시 말하면, 이러한 시일링 요소는 상기 평면 방사체 요소의 영역에 위치해 있는 도파로의 정면 영역을 프로브 단부(또는 상기 도파로)의 영역에, 다시 말하면 측정 환경의 방향에 위치해 있는 상기 도파로의 배면으로부터 분리시킨다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 유전 시일링 요소는 회로 보드로 이루어지고, 예를 들면 회로 보드로부터 밀링(milling)된다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 유전 시일링 요소는 원통 플라스틱 재료 부분이다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 유전 시일링 요소는 원뿔 형상 또는 2중 원추(double cone) 형상의 플라스틱 재료 부분이며, 상기 원뿔 형상 또는 2중 원추 형상의 플라스틱 재료 부분은 상기 시일링 요소가 기밀 방식으로 상기 도파로에 접속되어 있는 원통 영역을 부가적으로 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 유전 시일링 요소는 계단 형상의 표면을 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 시일링 요소가 기밀 방식으로 상기 도파로에 접속되어 있는 상기 시일링 요소의 영역은 상기 도파로에 대한 기밀 납땜 접속을 형성하도록 하는 금속 피막을 포함한다. 상기 도파로에 대한 접착제 접속의 경우에, 상기 금속 피막이 여전히 제공된다(그러나 반드시 금속 피막이 제공될 필요는 없다.) 구체적으로 기술하면, 상기 접착제 자체는 금속성일 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 유전 시일링 요소는 2차 방사체를 포함하며, 상기 2차 방사체는 상기 시일링 요소에 부착되거나 또는 상기 시일링 요소에 통합되고 상기 평면 방사체 요소로부터 방사된 신호를 수신하고 이를 다시 방사한다. 상기 2차 방사체는 또한 반사 수신 신호를 수신하고 이를 상기 평면 방사체 요소의 방향에서 방사한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 유전 시일링 요소는 기밀 방식으로 상기 도파로를 시일링한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 도파로는 상기 유전 시일링 요소가 배치되어 있는 내부 주변 웹을 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 유전 시일링 요소는 상기 도파로의 개시 영역에 배치되어 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 의하면, 상기 도파로는 상기 캐리어가 배치되어 있는 외부 주변 웹을 포함한다.
본 발명의 주요 핵심 사상은 필드 장치의 도파로의 개시 영역(다시 말하면 전송 신호가 커플링되는 영역)이 측정 환경으로부터 기밀 방식으로 밀봉된다는 점에서 필드 장치의 도파로가 방폭 기능을 포함한다는 것이다. 이는 필드 장치의 도파로가 한편으로는 상기 평면 방사체 요소(신호 소스)의 캐리어 재료에 기밀 방식으로 접속되어 있고 다른 한편으로는 내부 영역 내에 접착 또는 납땜되는 시일링 부분(시일링 요소)을 포함한다는 점에서 이루어지게 된다.
본 발명의 다른 한 실시태양은 상기 평면 방사체 요소에서부터 상기 도파로에 이르기까지의 변환이 상기 평면 방사체 요소를 향해 예를 들면 원뿔 형상으로, 단계적으로 또는 쌍곡선 형상으로 확장된다는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 도파로 커플링의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 한 실시 예에 따른 도파로 커플링의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 한 실시 예에 따른 도파로 커플링의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 한 실시 예에 따른 도파로 커플링의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시 예에 따른 유전 시일링 요소를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 한 실시 예에 따른 유전 시일링 요소를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 충전 레벨 측정 장치를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 도파로 커플링에서 사용될 수 있는 평면 방사체 요소들을 4가지 예로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 한 실시 예에 따른 도파로 커플링의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시 예에 따른 도파로 커플링을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시 예에 따른 도파로 커플링의 캐리어 및 하우징의 내부를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 유전 시일링 요소 및 도 11의 하우징 내부를 보여주는 도면이다.
첨부도면들은 개략적으로 도시된 것이며 일정 비율로 도시된 것이 아니다. 동일한 참조번호들이 서로 다른 도면들에서 사용되는 경우에, 그러한 참조번호들은 동일하거나 유사한 요소들을 나타낼 수 있다. 그러나, 동일하거나 유사한 요소들이 또한 서로 다른 참조번호들로 나타나 있을 수 있다.
도 1에는 본 발명의 한 실시 예에 따른 도파로 커플링(100)의 단면도가 도시되어 있다. 여기서 유념해야 할 점은 첨부도면들에 도시된 도파로 커플링들이 예를 들어 고주파 모듈에 접속되어 있다는 점이다. 그러나, 상기 고주파 모듈은 또한 여기에서 그리고 이하에서 도파로 커플링으로서 언급되는 장치(100)의 일부일 수 있다. 이 경우에는, 상기 장치(100)가 또한 도파로 커플링을 포함하는 고주파 모듈로서 언급될 수도 있다.
구체적으로 기술하면, 상기 도파로 커플링은 측정 프로브의 일부일 수 있다. 변형적으로는, 상기 도파로 커플링은 참조번호 105 영역에 인터페이스(interface)를 포함하며, 상기 인터페이스에는 상기 측정 브로브의 연속된 도파로가 접속될 수 있다.
상기 도파로 커플링(100)은 고주파(HF)들에 적합한 하우징(114)을 포함한다. 이러한 고주파(HF) 하우징(114)은 도파로(104, 105)를 포함한다. 다시 말하면, 상기 도파로(104, 105)는 상기 고주파(HF) 하우징에 통합된다.
더욱이, 상기 하우징은 적어도 안정성의 이유 때문뿐만 아니라 더 나은 시일링의 이유 때문에 측벽들(106, 107) 및 후면벽(108)을 포함할 수 있다. 상기 도파로(104, 105)는 캐리어(101)의 하측 면상에 배치되어 있는 평면 방사체 요소(102)의 방향에서, 다시 말하면 상기 고주파(HF) 하우징의 내부에서 상기 후면벽(108)을 관통한다. 상기 캐리어(101)의 상측 면상에서는, 접지면으로서 기능을 할 수 있는 금속 피막(metal coating)이 존재한다.
상기 고주파(HF) 하우징(114)은 예를 들면 회전 대칭이나 직사각형으로 이루어질 수 있다. 회전 대칭 구성의 경우에, 2개의 동심으로 배치된 회전 대칭 영역(106, 107; 104, 105)이 결과적으로 제공된다.
내부 회전 대칭 영역(104, 105)은 상기 도파로의 개시 영역(104) 및 상기 도파로의 본선 영역(main region)(105)으로 이루어진다.
상기 2개의 영역은 상기 신호들을 전송하는 기능을 담당하는 도파로를 정의한다.
도 1의 실시 예에서는, 상기 개시 영역(104)의 내부가 계단 형상을 지닌다(이 경우에는 상기 개시 영역(104)의 내부가 2개의 계단을 지니지만, 더 많은 계단이 또한 존재할 수 있다). 계단 형상의 내부 표면(113)은 상기 평면 방사체 요소(102)의 방향에서 확장되어 있으며 상기 도파로의 본선 영역(105)의 방향에서 테이퍼져 있다. 상기 도파로의 본선 영역(105)의 상측 단에서는, 상기 본선 영역이 상기 개시 영역과 마주치는 지점에 시일링 요소(111)가 존재하며, 상기 시일링 요소(111)는 예를 들면 유전체로 이루어지고 상기 시일링 요소(111)가 상기 도파로(105)의 내부 벽과 접촉하는 지점에 금속으로 피복되어 있다(참조번호 112 참조).
도 1의 실시 예에서는, 이러한 시일링 요소(111)가 2개의 원추 사이에 원통 영역을 포함하는 2중 원추(double cone)의 형태를 이루고 있다. 이러한 원통 영역의 외부 면은 상기 시일링 요소가 상기 도파로의 본선 영역(105)의 내부 벽 상에 납땜 또는 용접될 수 있도록 금속으로 피복되어 있다.
상기 시일링 요소(111)는 또한 상기 도파로의 본선 영역(105)의 내부 벽 상에 접착될 수 있다.
상기 도파로(104, 105)에 의해 형성된 내부 링 및 상기 하우징의 외부 링(106, 107) 사이에는 캐비티(cavity)(109, 110)가 존재할 수 있다.
상기 도파로 커플링(100)은 도파로 접속부로서 사용될 수 있다. 다시 말하면, 도파로는 하부 영역(105)에 접속될 수 있다.
상기 도파로 접속부(100)는 기밀 방식으로 이루어질 수 있으며 약 79 ㎓ 주파수 범위에서 조도체(條導體; strip conductor) 기술을 포함하는 마이크로파 모듈과 함께 사용하도록 구성될 수 있다. 구체적으로 기술하면, 상기 도파로 접속부는 고주파(HF) 하우징(114)에 통합된다.
회로 보드일 수 있는 캐리어(101)는 기밀 방식으로 고주파(HF) 하우징(114)에 접속된다. 예를 들면, 상기 고주파(HF) 하우징은 상기 캐리어에 접착된다.
이러한 방식으로, 내부 캐비티들(109, 104, 110)은 기밀 방식으로 상기 환경으로부터 밀봉될 수 있다.
위에서 개시하였고 그리고 이하에서 개시되는 시일링 요소는 플라스틱 재료 부분, 세라믹 부분 또는 유리 부분일 수 있다. 이러한 시일링 요소는 상기 도파로의 본선 영역 내에 접착 또는 땜납된다.
신호 생성 전자 회로로부터 상기 도파로로의 변환은 마이크로스트립 선로 및 상기 평면 방사체 요소를 형성하는 상기 마이크로스트립 선로에 접속된 패치 안테나에 의해 제공된다.
상기 평면 구조를 향한 상기 도파로의 확장은 원뿔, 쌍곡선 또는 계단 형상을 이룬다. 구체적으로 기술하면, 상기 도파로 및 상기 고주파(HF) 하우징은 일체형 부품으로 형성될 수 있다.
이는 개별 부품들을 거의 포함하지 않는 간단하고 비용효과적인 기계적 구조를 초래한다. 이러한 장치는 낮은 처리 감쇠량 및 높은 반사 감쇠량과 함께, 양호한 고주파 특성을 지닌다.
이하에서는, 마이크로스트립-도파로 변환이 예를 들어 개시될 것이다.
평면 방사체 요소(102)(예를 들면 패치 안테나)의 형태를 이루는 평면 구조는 상기 회로 보드에 부착되어 있으며, 주로 캐리어 플레이트(101)에 직교하여 방사한다. 전송하게 될 주파수 범위에 따라 치수화되는 도파로(104, 105)는 이러한 평면 구조상에 배치된다. 이러한 도파로는 도파로 벽들로부터의 전송 신호에 대한 영향력이 감소되도록 도파로 벽들이 상기 평면 구조로부터 충분히 떨어진 거리에 있는 회로 보드를 향해 충분히 확장된다.
도파로 내로의 다른 커플링들은, 상기 평면 구조가 도파로 벽들에 의해 방해받지 않을 정도로 충분히 작게 이루어질 수 있는 방식으로 회로 보드 재료의 높은
Figure 112015003084511-pct00001
을 필요로 한다. 그러나, 높은
Figure 112015003084511-pct00002
은 예를 들면 1% 내지 3%일 수 있는 상기 장치의 상대 대역폭이 감소하게 되는 결과를 초래할 수 있다. 이는 광대역 레이더 시스템의 결점일 수 있다. "상대 대역폭(relative bandwidth)"은 전송 신호의 중심 주파수에 대한 대역폭의 비율을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
상기 평면 요소를 향한 도파로의 확장 결과로서, 낮은
Figure 112015003084511-pct00003
을 지니는 회로 보드 기판이 사용될 수 있는데, 이것이 의미하는 것은 상기 상대 대역폭이 약 8%에 이르기까지 상승하게 될 수 있음을 의미한다. 이러한 경우에,
Figure 112015003084511-pct00004
은 예를 들면 1.8 내지 3.5이다.
상기 평면 요소(102)는 예를 들면 직사각형 패치 요소(1021), 라운드 패치 요소(1022), 타원형 패치 요소(1023) 또는 삼각형 패치 요소(1024)(도 8 참조)일 수 있다.
상기 패치 요소는 어댑터 네트워크를 통해 직접적으로나 (전자기식 커플링을 통해) 간접적으로 신호 공급 선로 또는 선로들(801, 802)(마이크로스트립 라인들)에 의해 신호를 공급받는다. 간접적인 신호 공급의 일례가 도 8의 좌측 상에 도시되어 있다.
상기 평면 요소를 향한 상기 도파로의 확장은 원뿔, 단계 또는 쌍곡선 형상을 이룰 수 있다.
도 2에는 쌍곡선 형상의 확장의 일례가 도시되어 있으며, 도 3에는 초기에 원뿔 형상의 확장에 이어 단부가 캐리어 플레이트(101)에 접착되어 있는 원통 영역(121)으로 이어지는 일례가 도시되어 있고, 도 4에는 완전한 원뿔 형상의 확장(120)의 일례가 도시되어 있다.
도 2에는 상기 방사체 요소(102)의 직경(125)이 상기 도파로의 개시 영역(104)의 최대 직경(124)보다 훨씬 작은 것으로 또한 도시되어 있다. 그와는 대조적으로, 상기 도파로의 개시 영역의 최소 내부 직경(123)은 상기 도파로의 본선 영역의 내부 직경에 상응한다.
이는 상기 실시 예들 모두에 적용된다.
이하에서는, 기밀 분리(방폭) 실시태양이 좀더 구체적으로 개시될 것이다.
고주파(HF) 모듈(또는 일반적으로는 전자 회로)는 방폭의 이유 때문에 기밀 방식으로 상기 환경으로부터 분리된다. 기밀 분리는 예를 들면 전자 회로들을 캡슐화함으로써 제공될 수 있다. 그러나, 고주파 필드에서, 구체적으로는 마이크로파 기술에서, 캡슐화가 상기 회로의 고주파(HF) 특성들에 주요한 영향을 미친다. 이러한 이유 때문에, 상기 고주파(HF) 하우징(114)은 상기 캐리어 플레이트(101) 상에 공기가 존재하는 방식으로 상기 캐리어 플레이트(예를 들면, 회로 보드)에 밀착 상태로 접착된다. 그리고나서, 이러한 조립체가 다시금 캡슐화된다. 고주파(HF) 신호는 상기 하우징 및 캡슐화를 통한 기밀 커플링의 도움으로, 외부로 예를 들면 충진 재료의 방향에서 외부로 전달된다.
구체적으로는, 60 ㎓ 이상의 주파수 범위에서, 도파로의 기밀 통과가 사용될 수 있다. 이러한 통과는 유전 시일링 요소(111)가 상기 도파로 내에 접착되거나 초기에는 부분적으로 금속 피복된 다음에 납땜되기 때문에 이루어진다.
이와 관련하여, 유전체(111)는 다수의 형태를 채용할 수 있다. 예를 들면, 상기 유전체는 상기 도파로에 대한 납땜 접속을 위한 금속 피복된 에지 잔여부분을 포함하는, 회로 보드 재료의 평면 디스크의 형태를 이룰 수 있다. 이는 예를 들면 도 4에 도시되어 있다.
이를 위해, 라운드 디스크는 회로 보드 기판(예를 들면 Rogers RT Duroid 5880, Rogers RO 3003 등등과 같은 PTFE 또는 PTFE/세라믹 혼합체들로 이루어진 고주파(HF) 기판들)으로부터 제조될 수 있다. 따라서, 이러한 디스크들은 예를 들면 통상의 회로 보드 프로세스에서 만들어질 수 있는 금속 피복된 에지를 포함한다.
옵션으로는, 2차 방사체가 상기 회로 보드 제조 프로세스 동안 슬릿들 또는 금속 피복된 구조들의 형태로 상기 디스크에 적용될 수 있다.
상기 디스크는 상기 도파로의 확장된 부분 또는 원통 부분에 통합될 수 있다.
여기서 유념해야 할 점은 일반적으로 상기 시일링 요소(111)가 반드시 상기 본선 영역(105)에 배치되지 않아도 되고, 또한 상기 확장 영역(104)에 배치될 수도 있지만 이러한 것이 상기 도면들에 도시되어 있지 않다는 점이다.
상기 유전 시일링 요소는 또한 상기 도파로에 대한 납땜 접속을 위한 외주면 상의 금속 피막(도 6 참조)을 포함하는 원통 플라스틱 재료 부분의 형태를 이룰 수 있고, 구체적으로 기술하면 상기 유전 시일링 요소는 이러한 경우에 상기 도파로의 원통 부분(본선 영역)에 부착될 수 있다.
상기 시일링 요소는 또한 상기 도파로에 대한 납땜 접속을 위한 외주면 상의 금속 피막 및 원통형의 경부(頸部; neck)를 포함하는 2중 원추 형상의 플라스틱 재료 부분의 형태를 이룰 수 있으며 상기 원통 부분에 배치하도록 구성될 수 있다(도 1 및 도 2 참조).
상기 시일링 요소는 또한 상기 도파로에 대한 납땜 접속을 위한 외주면 상의 금속 피막을 포함하는 계단 형상의 원통 플라스틱 재료 부분의 형태를 이룰 수 있다(도 3 참조).
도 2에는 (도 1과 마찬가지로) 2중 원통으로서 상기 시일링 요소를 구성한 것이 도시되어 있지만 (직경들이 동일한 도 1과는 대조적으로) 2개의 원통 간의 중간 영역이 원통 베이스보다 큰 직경을 지니는 것이 도시되어 있다.
도 5 및 도 6에는 유전 시일링 요소(111)의 2가지 예가 도시되어 있다. 도 5의 경우에 상기 유전 시일링 요소는 상부 측 및/또는 하부 측 상에 환상 금속 피막(112)을 포함한다. 이러한 타입의 피막(112)은 예를 들면 도 2 및 도 4에서도 볼 수 있는 것이다.
도 6의 실시 예에서는, 상기 시일링 요소(111)가 도 1 및 도 3의 실시 예들에서도 제공된 바와 같이 외주면 상에 주변 피막(112)을 포함한다.
상기 시일링 요소들(111)은 (도 6에서와 같이) 상기 시일링 요소(111)의 상측 면상에 그리고/또는 상기 시일링 요소(111)의 하측 면상에 또는 상기 시일링 요소(111)의 내부에 위치해 있는 2차 방사체(121)를 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 2차 방사체는 상기 평면 방사체 요소(102)에 의해 신호를 공급받는데 도움이 된다. 이는 상기 평면 방사체 요소(102)가 신호를 방사하고 이러한 신호가 상기 2차 방사체에 공급됨에 따라 상기 2차 방사체가 해당 신호를 상기 도파로(104)의 본선 영역 내에 방사하기 때문에 이루어진다.
도 7에는 고주파 모듈(701)을 포함하는 충전 레벨 측정 장치(700)가 도시되어 있다. 상기 고주파 모듈(701)은 전송 신호를 생성하며, 상기 전송 신호는 차후에 상기 도파로(104, 105)에 공급된다.
도 9에는 본 발명의 한 실시 예에 따른 도파로 커플링(100)의 단면도가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서는, 상기 시일링 요소(111)가 상기 도파로(104, 105)의 확장 개시 영역(104)에 배치되어 있다. 더군다나, 상기 시일링 요소(111)는 또한 도 1 - 도 4 실시 예들에서와 같이 상기 개시 영역(104)에 배치될 수 있다.
상기 시일링 요소는 예를 들면 회로 보드 재료로 이루어진 분리판(separator plate)이다. 상기 시일링 요소는 적어도 0.5 ㎜ 두께를 지닐 수 있으며 Rogers RO 5880 회로 보드 재료로 이루어질 수 있다.
상기 분리판은 직사각형 또는 정사각형의 형태를 이룰 수 있다. 이는 상기 도파로의 개시 영역(104)이 또한 직사각형 또는 정사각형의 단면을 지니는 경우에 특히 유리하다. 변형적으로는, 상기 시일링 요소(111)가 예를 들면 상기 개시 영역(104)의 단면이 또한 라운드(원형)인 경우에 라운드 단면을 지닐 수도 있다.
상기 도파로의 본선 영역(105)의 단면은 또한 라운드일 수도 있다. 이는 예를 들면 도 10 및 도 12에서 볼 수 있다.
상기 시일링 요소(111) 및 상기 평면 방사체 요소(도 9에는 도시되지 않음)를 포함하는 캐리어(101) 사이의 거리는 예를 들면 0.2 ㎜ 내지 0.3 ㎜이지만, 그보다는 크거나 작을 수도 있다. 상기 시일링 요소의 두께는 예를 들면 약 0.5 ㎜이다.
회로 보드로서 형성되는 캐리어(101)는 상기 하우징(114) 상에 접착 및/또는 납땜될 수 있다. 납땜된 접속부들은 예를 들면 흑색으로 도시된 영역들(1030, 1031, 1032, 1033)에 제공될 수 있다.
상기 납땜된 접속부들은 또한 상기 하우징 및 상기 캐리어(101) 사이의 전기 접점용으로 사용될 수 있다.
도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 시일링 요소(111)의 직경 또는 최대 에지 길이는 상기 도파로의 본선 영역(105)의 내부 직경보다 크다. 상기 방사체 요소의 직경 또는 최대 에지 길이는 예를 들면 상기 도파로의 본선 영역(105)의 내부 직경에 대략 상응한다.
또한 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 하우징(114)은 실질적으로 직사각형 구조를 지닌다. 안정성을 증가시키기 위해, 상기 하우징은 상기 도파로 주위에 비후부(肥厚部; thickening)(1001)를 포함할 수 있다. 상기 도파로는 또한 마찬가지로 비후부(1002)를 지닐 수 있으며, 상기 비후부(1002)에는 상기 도파로가 상기 하우징 또는 하우징 비후부를 탈출하는 지점에 나사산(thread)이 제공될 수 있다.
그 후에, 상기 도파로(105)는 외부 직경(1003)이 감소한 상태에 계속 있게 된다. 그와는 대조적으로, 상기 도파로의 본선 영역의 내부 직경은 일정하다.
상기 도파로의 개시 영역(104)이 상기 도파로의 본선 영역(105)으로 변환되는 경우에, 상기 도파로는 상부에 상기 유전 시일링 요소(111)가 배치되는 내부 주변 웹(1004)을 포함한다. 더욱이, 외부 주변 웹(1005)이 제공되며 상기 외부 주변 웹(1005)은 상기 도파로의 단부에, 다시 말하면 상기 도파로의 개시 영역(104)의 개시 측에 배치되고, 상기 캐리어(101)가 상부에 배치된다. 이러한 2개의 웹(1004, 1005) 사이에는 함몰부(陷沒部; depression)(1011)가 존재하며, 상기 함몰부(1011)에서는 상기 시일링 요소(111)가 상기 하우징에 납땜 및/또는 접착될 수 있다.
상기 캐리어(101)가 상부에 배치되는 웹들(1005, 1006, 1007)은 또한 다른 납땜 또는 접착된 영역들(1030, 1031, 1032, 1033)과 나란하게 제공된다.
상기 하우징은 탭들 또는 핀들(1008, 1009)을 부가적으로 포함할 수 있으며 상기 탭들 또는 핀들(1008, 1009)은 상기 캐리어의 배치를 위해 상기 캐리어(101) 내의 대응되는 홀들에 관통된다.
도 10에는 본 발명의 한 실시 예에 따른 도파로 커플링(100)의 사시도가 도시되어 있다. 도 9의 실시 예와 대비하여 볼 때, 이 경우에는 외부 나사산이 용기 플랜지 내로 상기 도파로 커플링을 나사 고정하도록 상기 도파로의 영역(1002) 내에 제공된다. 그 외에는, 상기 2가지 실시예가 동일한다.
상기 외부 나사산은 또한 상기 도파로 커플링의 도파로의 본선 영역(105)에 계속 있게 되는, 다시 말하면 상기 도파로 커플링의 도파로의 본선 영역(105)에 부착되는 접속 도파로 상에 나사 고정하는데 사용될 수 있다.
도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 비후부(1001)가 대체로 원형이다.
도 11에는 상기 하우징(114)의 내부 및 상기 캐리어(101)의 하측 부, 다시 말하면 상기 하우징의 내부와 대면하는 측이 도시되어 있다.
구체적으로 기술하면, 평면 방사체 요소(1021), 본 실시 예에서는 직사각형의 형태를 이루는 평면 방사체 요소(1021)가 상기 캐리어 상에 배치된다. 상기 평면 방사체 요소(1021)의 좀더 긴 길이방향 측은 상기 도파로의 본선 영역의 내부 직경에 실질적으로 상응하는 에지 길이를 지닌다.
특히, 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 외부 주변 웹(1005)은 정사각형의 형태를 이룬다.
도 12에는 도 11의 하우징 및 시일링 요소(111)가 부가적으로 도시되어 있다. 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 내부 주변 웹(1004)은 원형의 형태를 이루고 있으며 상기 외부 웹(1005)과 동심으로 배치되어 있다. 상기 시일링 요소(111)는 정사각형의 형태를 이루고 있으며 상기 시일링 요소(111)가 하부에 있는 내부 주변 웹(1004) 상에 배치될 수 있도록 상기 외부 웹(1005)의 크기에 맞춰진다.
여기서 유념해야 할 점은 상기 외부 주변 웹(1005)이 계속 있게 되지 않아도 되며 상기 평면 방사체 요소에 대한 신호 공급 선로(801)(도 11 참조)가 통과되는 개입 중단 기능(interruption)을 포함할 수 있다는 점이다.
완벽을 기하기 위해, 여기서 유념해야 할 점은 "포함하는" 및 "지니는"이 다른 요소들 또는 단계들의 존재가능성을 배제하지 않고, "어떤" 또는 "한"이 복수의 존재가능성을 배제하지 않는다는 점이다. 여기서 부가적으로 유념해야 할 점은 위의 실시 예들 중 하나를 참조하여 개시된 특징들 또는 단계들이 위에 개시된 다른 실시 예들의 다른 특징들 또는 단계들과 함께 사용될 수 있다는 점이다. 청구항들에서의 참조번호들은 한정하는 것으로 취급되어서는 아니 된다.

Claims (15)

  1. 고주파 모듈(701)로부터의 전자기파 신호를 도파로(104, 105) 내로 결합하는 도파로 커플링(100)으로서,
    상기 도파로 커플링은,
    상기 신호를 방사하는 평면 방사체 요소(102);
    상기 도파로의 개시 영역(104)에 의해 한정된 체적으로부터 상기 도파로의 본선 영역(105)에 의해 한정된 체적을 따라 상기 방사된 신호를 전송하도록 구성된 도파로(104, 105);
    상기 평면 방사체 요소가 배치되어 있는 캐리어(101); 및
    상기 캐리어(101)에 기밀 방식으로 접속되어 있는 하우징(106, 107, 108);
    을 포함하고,
    상기 평면 방사체 요소(102)는 상기 개시 영역(104)에 배치되거나 상기 개시 영역(104)으로부터 직접적인 상향 전송으로 배치되며,
    상기 도파로의 본선 영역으로의 변환 영역에서의 상기 도파로의 개시 영역의 내부 직경(123)이 상기 본선 영역의 내부 직경(123)과 동일하고, 상기 평면 방사체 요소를 향해 더 크게 되며,
    상기 도파로(104, 105)는 상기 캐리어(101)가 배치되어 있는 외부 주변 웹(1005)을 포함하는, 도파로 커플링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도파로(104, 105)의 본선 영역(105)은 상기 신호의 방사 방향에서 상기 평면 방사체 요소(102)로부터 떨어져 있는 거리에 배치되어 있는, 도파로 커플링.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개시 영역의 내부(113)는 원뿔 형상의 연속 진행이 이루어지는, 도파로 커플링.
  4. 제1항에 있어서, 상기 개시 영역의 내부(113)는 쌍곡선 형상의 연속 진행이 이루어지는, 도파로 커플링.
  5. 제1항에 있어서, 상기 개시 영역의 내부(113)는 계단 형상의 연속 진행이 이루어지는, 도파로 커플링.
  6. 제1항에 있어서, 상기 평면 방사체 요소(102)의 직경(125)이 상기 도파로의 본선 영역의 내부 직경(123)보다 큰, 도파로 커플링.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도파로 커플링은 상기 도파로(104, 105)를 기밀 방식으로 시일링하는 하는 유전 시일링 요소(111)를 포함하는, 도파로 커플링.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도파로(104, 105)는 상기 유전 시일링 요소(111)가 배치되어 있는 내부 주변 웹(1004)을 포함하는, 도파로 커플링.
  9. 제7항에 있어서, 상기 유전 시일링 요소(111)는 상기 도파로의 개시 영역(104)에 배치되어 있는, 도파로 커플링.
  10. 제1항에 있어서, 상기 평면 방사체 요소(102)의 직경(125)은 상기 도파로의 개시 영역의 최대 내부 직경(124)의 1/2, 또는 1/3보다 작은, 도파로 커플링.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 충전 레벨 측정 장치의 측정 신호를 생성하는 고주파 모듈(701)에 있어서,
    상기 고주파 모듈은,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 도파로 커플링(100);
    을 포함하는, 고주파 모듈.
  14. 제13항에 따른 고주파 모듈(701)을 포함하는 충전 레벨 레이더(700).
  15. 필드(field) 장치(700)에서 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 도파로 커플링(100)을 사용하는 방법.
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