KR102061134B1 - 기밀 도파관 커플링, 고주파수 모듈, 충진-레벨 레이더 및 이용 - Google Patents

기밀 도파관 커플링, 고주파수 모듈, 충진-레벨 레이더 및 이용 Download PDF

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Abstract

고주파수 모듈로부터의 전자기 신호를 도파관으로 연결하기 위한 기밀 도파관 커플링이 제공되며, 상기 도파관 커플링은 캐리어 상에 배치되며 상기 신호를 방사하기 위해서 사용되는 평면형 방사체 요소를 포함한다. 상기 도파관 커플링은 기밀 방식으로 상기 도파관을 밀봉하는 유전체 밀봉 요소를 포함한다. 이 방식에서, 폭발 방지가 제공될 수 있다.

Description

기밀 도파관 커플링, 고주파수 모듈, 충진-레벨 레이더 및 이용 {Gas-tight waveguide coupling, high-frequency module, fill-level radar and use}
본 발명은 충진-레벨 (fill-level) 측정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고주파수 (high-frequency) 모듈로부터의 전자기 신호를 도파관 (waveguide)으로 연결하기 위한 기밀 (gas-tight) 도파관 커플링에 관련되며, 기밀 도파관 커플링을 포함하는 고주파수 모듈에 관련되며, 고주파수 모듈을 포함하는 충진-레벨 레이더에 관련되며 그리고 필드 디바이스 내에서 기밀 도파관 커플링을 사용하는 것에 관련된다.
필드 디바이스들 (field devices), 특히 충진 레벨들 또는 경계 위치들을 측정하기 위해서 센서들과 함께 사용되는 필드 디바이스들은 지연 측정들을 종종 기반으로 한다. 지연 측정들에서, 레이더 신호들 또는 인도된 마이크로파 펄스들의 신호 지연들이 결정된다. 원하는 측정 값은 이 신호 지연들로부터 그 후에 결정된다.
상기 신호들은 특별한 주파수 및 유지시간을 가진다. 레이더 신호들 및 마이크로파 신호들은 고주파수 기술 (HF 기술) 범위로 할당될 수 있다. 신호들이 고주파수 범위에 있기 때문에, 2 GHz까지의 주파수 범위 내의 신호들은 인도된 마이크로파 신호들로서 보통 사용되며 5 GHz 내지 79 GHz 그리고 그 이상 범위의 신호들은 레이더 신호들로서 사용된다.
안전의 이유들을 위해서, 필드 디바이스의 전자 기기들은 폭발-방지되는 방식으로 측정 주변 (예를 들면, 충진 매체 (filling medium)로 채워진 컨테이너 내부)으로부터 분리될 필요가 있다. 상기 분리는 예를 들면 기밀 밀봉 (gas-tight seal)으로 구성된다. 이것은 폭발 물질 또는 가스 혼합체들이 컨테이너 내부로부터의 필드 디바이스의 전자 장치들에 도달하여 거기에서 발화하는 것을 방지할 수 있다.
EP 2,093,846 A1은 필드 디바이스 용의 기밀 가이드 피드스루 (feed-through)를 개시하며, 이것은 이런 유형의 폭발 방지를 제공할 수 있다. 이 가이드 피드스루 (guide feed-through)는 동축 형상이며 그리고 예를 들면 5 내지 28 GHz 사이의 주파수 범위에서 사용된다.
본 발명의 목적은 폭발 방지를 갖추며, 60 GHz를 넘는 전송 주파수들에 적합한 필드 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 첫 번째 모습에 따라서, 고주파수 모듈로부터의 전자기 신호를 도파관으로 연결하기 위한 기밀 (gas-tight) 도파관 커플링 (또한 도파관 연결로 언급된다)이 제공된다. 이 환경에서, 상기 전자기 신호는 상기 고주파수 모듈에 의해서 생성되며, 상기 도파관 커플링의, 캐리어 상에 배치된 평면형 방사체 (radiator) 요소에 의해서 방사되며, 그리고 그 후에 상기 도파관에 의해서 전송된다.
상기 도파관 커플링은 기밀 방식으로 상기 도파관 (104, 105)을 밀봉하는 유전체 밀봉 요소 (111)를 포함한다.
상기 도파관의 주 영역은 예를 들면 원통 형상이다. 그러나, 그것은 또한 직사각형 도파관일 수 있다. 예를 들면, 상기 도파관은 상기 주 영역을 따라서 일정한 내부 직경이다.
상기 평면형 방사체 요소에 의해서 방사된 상기 전자기 신호는 또한 전송 신호로 언급될 수 있을 것이다. 상기 평면형 방사체 요소는 수신 신호를 수신하기 위해서 또한 더 구성될 수 있을 것이며, 상기 수신 신호는 특히 충진 물질 표면 상에 반사되었던 반사된 전송 신호이다 (지연-기반의 충진-레벨 측정 디바이스의 경우임). 상기 평면형 방사체 요소는 또한 복수의 방사체 요소들의 어레이의 형상일 수 있다.
상기 캐리어는 예를 들면 회로 기판이다.
상기 방사된 신호들을 전송하기 위해서 구성된 상기 도파관은 기밀 방식으로 상기 캐리어에 연결될 수 있다. 상기 도파관 커플링은 유전체 밀봉 요소를 더 포함하며, 이 유전체 밀봉 요소는 상기 도파관을 그 내부에서 기밀 방식으로 밀봉한다. 다른 말로 하면, 이 밀봉 요소는 상기 평면형 방사체 요소의 영역 내에 위치한 상기 도파관의 전면 영역을 프로브 말단의 (또는 상기 도파관의) 영역 내에, 즉, 상기 측정 환경의 방향에 위치한 상기 도파관의 후면 영역으로부터 분리한다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 유전체 밀봉 요소는 회로 기판으로 만들어지며, 예를 들면, 밀링된다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 유전체 밀봉 요소는 원통 또는 직사각형 플라스틱 재질 파트이다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 유전체 밀봉 요소는 원뿔, 피라미드, 이중-원뿔-형상의 또는 이중-피라미드-형상의 플라스틱 재질 파트이며, 이것은 상기 밀봉 요소가 기밀 방식으로 상기 도파관에 연결되는 원통형 영역을 더 포함한다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 유전체 밀봉 요소는 계단형 표면 (stepped surface)을 포함한다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 밀봉 요소가 기밀 방식으로 상기 도파관에 연결된 상기 밀봉 요소의 영역은 금속 코팅을 포함하여, 상기 도파관으로의 기밀 납땜된 또는 접착성 연결을 형성하도록 한다. 도파관으로의 접착성 연결의 경우에, 상기 금속 코팅은 여전히 제공될 수 있을 것이다 (그러나, 반드시 그럴 필요는 없다). 특히, 접착제 그 자체는 금속성일 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 유전체 밀봉 요소는 2차 (secondary) 방사체를 포함하며, 이 방사체는 상기 밀봉 요소에 부착되거나 또는 상기 밀봉 요소에 통합되며 그리고 상기 평면형 방사체 요소로부터 방사된 상기 신호를 수신하고 그리고 그것을 다시 방사한다. 그 2차 방사체는 상기 반사된 수신 신호를 또한 수신하고 그리고 그것을 상기 평면형 방사체 요소의 방향으로 방사한다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 평면형 방사체 요소는, 상기 방사된 신호가 처음에는 상기 도파관의 시작 영역에 위치하며 그리고 상기 도파관의 주 영역의 방향으로 이전하는 방식으로, 상기 도파관의 상기 시작 영역 내에 또는 상기 시작 영역으로부터의 상향에 인접하여 배치된다.
본 발명에서 본질적인 것은 상기 도파관의 시작 영역이 상기 평면형 방사체 요소 쪽으로 넓어진다는 것이다. 다른 말로 하면, 상기 도파관의 주 영역으로의 전이 (transition) 영역에서 (즉, 상기 시작 영역과 주 영역이 만나는 포인트에서), 상기 도파관의 상기 시작 영역의 내부 직경은 상기 주 영역의 내부 직경과 정확하게 동일하며, 상기 시작 영역의 상기 내부 직경은 상기 평면형 방사체 요소를 향하여 더 커진다.
이것은 상기 평면형 방사체 요소는 상대적으로 큰 방사체 표면을 가지며 그래서 상대적으로 큰 직경을 가진다는 것을 의미한다. 그 결과, 상기 신호의 품질이 개선될 수 있다.
아래에서, 상기 도파관의 "시작 영역" 및 "주 (main) 영역"의 용어들이 다시 정의될 것이다. 상기 도파관의 상기 시작 영역은 상기 평면형 방사체 요소가 위치한 영역 내 상기 도파관의 말단에 위치한다. 이 시작 영역은 상기 평면형 방사체 요소 쪽으로 넓어지며 그리고 상기 도파관의 상기 주 영역의 방향에서 가늘어진다. 다른 말로 하면, 상기 시작 영역의 상기 내부 직경은 상기 주 영역의 방향에서 계속해서 또는 점진적으로 (불연속으로) 더 작아진다. 상기 시작 영역의 최소의 직경은 상기 시작 영역과 상기 주 영역 사이의 인터페이스에 위치한다. 이 포인트에서, 상기 시작 영역의 직경과 상기 주 영역의 직경은 동일하다.
상기 도파관의 주 영역은 예를 들면 일정한 내부적인 직경을 가지며 상기 시작 영역과 상기 주 영역 사이의 인터페이스로부터 상기 도파관의 다른 말단까지 확장한다.
예를 들면, 상기 주 영역은 원형 또는 직사각형의 내부 횡단면을 가진다.
상기 평면형 방사체 요소에 의해서 방사된 상기 (전송) 신호는 상기 시작 영역에 의해서 한정된 신호 수송을 담당하는 내부 공간을 통해서 상기 평면형 방사체 요소의 방사 방향에서 그리고 상기 도파관의 상기 주 영역으로 이전하며, 그리고 그 후에 상기 도파관 말단 또는 도파관 출력단을 향하여 계속된다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 도파관의 상기 주 영역은 상기 신호의 상기 방사 방향에서 상기 평면형 방사체 요소로부터의 어떤 거리에 배치된다. 다른 말로 하면, 상기 신호는 상기 도파관의 주 영역에 진입하기 이전에 상기 도파관의 상기 시작 영역 내부의 특정 거리를 처음에 커버한다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 도파관의 상기 시작 영역 내부는 원뿔형 진행 (conical progression)을 따라간다. 다른 말로 하면, 상기 도파관의 상기 시작 영역에 의해서 한정된 내부 공간은 깔때기 형상이다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 시작 영역의 내부는 쌍곡선 진행 (hyperbolic progression)을 따라간다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 시작 영역의 내부는 계단형 진행을 따라간다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 평면형 방사체 요소의 내부 직경은 상기 도파관의 원통형 주 영역의 내부 직경보다 더 크다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 평면형 방사체 요소의 직경은 상기 도파관의 상기 시작 영역의 최대 내부 직경의 반보다 더 작으며, 또는 심지어는 3분의 1보다 더 작다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 도파관 연결은 79 GHz의 신호의 주파수에서 5 %보다 더 큰, 예를 들면 심지어는 8 %보다 더 큰 상대 대역폭을 가진다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 평면형 방사체 요소는 마이크로스트립 라인에 의해서 공급되는 직사각형, 원형, 타원형 또는 삼각형의 패치 요소이다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 도파관은 상기 유전체 밀봉 요소가 그 위에 놓여있는 내부, 주변 웨브를 포함한다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 도파관은 상기 캐리어가 그 위에 놓여있는 외부, 주변 웨브를 포함한다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 상기 유전체 밀봉 요소는 상기 도파관의 시작 영역 내에 배치된다.
본 발명의 추가의 모습에 따라, 필드 디바이스, 예를 들면 충진-레벨 (fill-level) 측정 디바이스를 위해 측정 신호를 생성하는 고주파수 모듈이 제공되며, 이 고주파수 모듈은 위에서 개시된 그리고 아래에서 개시되는 도파관 커플링을 포함한다.
본 발명의 추가의 모습에 따라, 위에서 개시된 그리고 아래에서 개시되는 고주파수 모듈을 포함한 충진-레벨 레이더가 제공된다.
본 발명의 추가의 모습에 따라, 위에서 개시된 그리고 아래에서 개시되는 도파관 커플링을 필드 디바이스에서 이용하는 것이 제공된다. 상기 필드 디바이스는 예를 들면 지연 측정들을 하는 충진-레벨 측정 디바이스로, 그 지연 측정들로부터 충진 레벨을 결정하기 위한 것이다. 이 목적을 위해서 사용된 신호들은 마이크로파 또는 레이더 신호들과 같은 전자기 신호들일 수 있다. 특히, 이 신호들은 펄스파일 수 있다. 그러나, 연속적인 신호들 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 첫 번째 중심적인 아이디어는, 필드 디바이스의 도파관은 그 도파관의 시작 영역 (즉, 상기 전송 신호가 연결되는 곳인 영역)이 측정 환경으로부터 기밀 방식으로 밀봉된다는 점에서 폭발 방지를 포함한다는 것이다. 이것은 한편으로는 그 도파관이 평면형 방사체 요소 (신호 소스)의 캐리어 재질에 기밀 방식으로 연결되며, 그리고 다른 한편으로는, 그 도파관 내부 영역에 접착되거나 또는 납땜되는 밀봉 부분 (밀봉 요소)을 포함한다는 점에서 성취된다.
본 발명의 추가의 모습은 상기 평면형 방사체 요소로부터 상기 도파관으로의 전이가 상기 평면형 방사체 요소 쪽으로, 예를 들면, 원뿔형으로, 점진적으로 또는 쌍곡선으로 넓어진다는 것이다.
본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 커플링의 횡단면 도면이다.
도 2는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 도파관 커플링의 횡단면 모습이다.
도 3은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 도파관 커플링의 횡단면 모습이다.
도 4는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 도파관 커플링의 횡단면 모습이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 밀봉 요소를 보여준다.
도 6은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 유전체 밀봉 요소를 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충진-레벨 측정 디바이스를 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도파관 커플링에서 사용될 수 있는 평면형 방사체 요소들의 네 가지 예들을 보여준다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 커플링의 횡단면 모습을 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 커플링을 보여준다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 커플링의 캐리어 및 하우징의 내부를 보여준다.
도 12는 도 11의 하우징 내부 그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 밀봉 요소를 보여준다.
상기 도면들은 개략적인 것이며 크기에 맞추어진 것이 아니다. 유사한 참조 번호들이 상이한 도면들에서 사용된다면, 그 참조 번호들은 비슷한 또는 유사한 요소들을 표시될 수 있을 것이다. 그러나, 비슷한 또는 유사한 요소들이 상이한 참조 번호들로 또한 표시될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 커플링 (100)의 횡단면 모습이다. 이 포인트에서, 상기 도면들에서 보이는 도파관 커플링은 예를 들면 고주파수 모듈에 연결된다는 것에 유의해야 한다. 그러나, 또한 상기 고주파수 모듈은 여기에서 그리고 다음에는 도파관 커플링으로서 언급되는 상기 디바이스 (100)의 일부일 수 있다.
특히, 상기 도파관 커플링은 측정 프로브의 일부일 수 있다. 대안으로, 그것은 측정 프로브의 연속적인 도파관이 연결될 수 있는 참조번호 105의 영역 내의 인터페이스를 포함한다.
상기 도파관 커플링 (100)은 고 주파수들에 적합한 하우징 (114)을 포함한다. 이 HF 하우징 (1140은 상기 도파관 (104, 105)을 포함한다. 다른 말로 하면, 상기 도파관 (104, 105)은 상기 HF 하우징에 통합된다.
또한, 적어도 안전성의 이유들만이 아니라 더 나은 밀봉의 이유들을 위해서 상기 하우징은 측면 벽들 (106, 107) 그리고 후면 벽 (108)을 포함할 수 있다. 상기 도파관 (104, 105)은 캐리어 (101)의 밑면에 배치된 평면형 방사체 요소 (102)의 방향으로, 다시 말하자면 상기 HF 하우징의 내부에 후면 벽 (108)을 통해서 인도한다. 상기 캐리어 (101)의 상단 측면 상에, 접지 평면으로 취급될 수 있는 금속 코팅이 존재한다.
상기 HF 하우징 (114)은 예를 들면 회전상 대칭적으로 또는 직사각형으로 만들어질 수 있다. 회전상 대칭적인 구성인 경우에, 두 개의 중심이 같게 배치된, 회전상 대칭적인 영역들 (106. 107 및 104, 105)이 제공된다.
내부의 회전상 대칭적인 영역 (104, 105)은 상기 도파관의 시작 영역 9104) 그리고 상기 도파관의 주 (main) 영역 (105)으로 구성된다.
상기 두 영역들은 상기 신호들을 전송하는 것을 담당하는 도파관을 한정한다.
도 1의 실시예에서, 상기 시작 영역 (104)의 내부는 계단형 형상이다 (이 경우에는 두 개의 계단들을 포함하며; 그러나, 그 이상의 계단들이 또한 존재할 수 있다). 상기 외부 영역 (104)의 계단형 내부 표면 (113)은 상기 평면형 방사체 요소 (102)의 방향에서 넓어지며 상기 도파관의 상기 주 영역 (105)의 방향에서 가늘어진다. 상기 주 영역이 상기 시작 영역과 만나는 곳인 상기 도파관의 주 영역 (105)의 상단 말단에, 밀봉 요소 (111)가 존재하며, 이것은 예를 들면 유전체 물질로 구성되며 그리고 상기 도파관 (105)의 내부 벽에 닿는 포인트에서 금속-코팅된다 (참조번호 112 참조).
도 1의 실시예에서, 이 밀봉 요소 (111)는 이중 원추의 형상이며, 두 개의 원추 사이에 원통 형상의 영역을 포함한다. 상기 밀봉 요소가 상기 도파관의 주 영역 (105)의 내부 벽에 납땜되거나 또는 용접될 수 있도록, 이 원통 형상 영역의 외부 표면은 금속 코팅된다.
상기 밀봉 요소 (111)는 또한 그 위에 접착제 처리가 될 수 있다.
내부 링 사이에 공동 (109, 110)이 존재할 수 있을 것이며, 이는 상기 도파관 (104, 105), 그리고 상기 하우징의 외부 링 (106, 107)에 의해서 형성된다.
도파관 커플링 (100)은 도파관 연결로 사용될 수 있을 것이다. 다른 말로 하면, 도파관은 하단 영역 (105)에 연결될 수 있을 것이다.
상기 도파관 연결 (100)은 기밀 (gas-tight)로 만들어질 수 있으며 그리고 대략 79 GHz의 주파수 범위에서의 스트립 도체 기술에 결부된 마이크로파 모듈과 함께 사용하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 도파관 연결은 상기 HF 하우징 (114)에 통합된다.
회로 기판일 수 있는 상기 캐리어 (101)는 상기 HF 하우징 (114)에 기밀 방식으로 연결된다. 예를 들면, 상기 HF 하우징은 상기 캐리어에 접착된다.
이 방식에서, 상기 내부 공동들 (109, 104, 110)은 기밀 방식으로 주변으로부터 밀봉될 수 있다.
위에서 그리고 다음에서 개시되는 밀봉 요소는 플라스틱 재질 파트, 세라믹 파트 또는 유리 파트일 수 있다. 이 밀봉 요소는 상기 도파관의 주 영역에 접착되거나 납땜된다.
신호-생성 전자기기들로부터 상기 도파관으로의 전이 (transition)는 마이크로스트립 라인 및 그것에 연결된 패치 안테나에 의해서 제공되며, 이는 평면형 방사체 요소를 형성한다.
상기 도파관이 상기 평면형 구조 쪽으로 넓어지는 것은 원뿔형, 쌍곡선형 또는 계단형이다. 특히, 상기 도파관 및 상기 HF 하우징은 단일의 조각 내에 형성될 수 있을 것이다.
이것은 거의 개별적인 파트들을 포함하지 않는 간단한 그리고 비용-효율적인 기계적인 구조의 결과를 가져온다. 상기 설비는 낮은 스루풋 감쇄 (throughput attenuation) 및 높은 반사 감쇄를 가지는 양호한 고-주파수 특성들을 가진다.
다음에서, 마이크로스트립으로부터 도파관으로의 전이가 예로서 개시될 것이다.
평면형 방사체 요소 (102) (예를 들면, 패치 안테나)의 형상인 평면형 구조가 상기 회로 기판에 부착되며, 그리고 주로 캐리어 플레이트 (101)에 직각으로 방사한다. 전송될 주파수 범위에 따라 치수가 정해진 상기 도파관 (104, 105)은 이 평면형 구조 위에 위치한다. 이 도파관은 상기 회로 기판 쪽으로 충분하게 넓어져서, 도파관 벽들이 상기 평면형 구조로부터 충분한 거리에 위치하도록 하여 상기 벽들로부터의 전송 신호에 미치는 영향이 줄어들도록 한다.
상기 도파관 벽들에 의해서 파열되지 않도록 하기 위해서 상기 평면형 구조가 충분하게 작게 만들어질 수 있도록 하는 방식으로, 도파관으로의 다른 커플링들은 상기 회로 기판 물질의 높은
Figure 112015012018293-pct00001
을 필요로 한다. 그러나, 높은
Figure 112015012018293-pct00002
은 상기 설비의 감소된 상대 대역폭 (relative bandwidth)의 결과가 될 수 있으며, 이는 약 1 % 및 3 % 사이일 수 있다. 이것은 광대역 (broadband) 레이더 시스템에 대한 결점일 수 있다. "상대 대역폭"은 전송 신호의 대역폭 대 중심 주파수의 비율을 의미하는 것으로 이해된다.
상기 평면형 요소쪽으로 상기 도파관이 넓어진 결과로, 낮은
Figure 112015012018293-pct00003
을 가진 회로 기판이 사용될 수 있으며, 이는 상대 대역폭이 대략 8 %까지 증가될 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우에,
Figure 112015012018293-pct00004
은 예를 들면 1.8 내지 3.5 사이이다.
상기 평면형 요소 (102)는 예를 들면 직사각형 패치 요소 (1021), 원형 패치 요소 (1022), 타원형 패치 요소 (1023) 또는 삼각형 패치 요소 (1024)일 수 있다 (도 8 참조).
상기 패치 요소는 공급 라인 또는 라인들 (801, 802) (마이크로스트립 라인들)에 의해 어댑터 네트워크를 경유하여 직접 또는 (전자기적 커플링을 경유하여) 간접적으로 공급될 수 있다. 간접적인 공급의 예는 도 8의 왼쪽 위에서 보인다.
상기 평면형 요소로 향하여 도파관이 넓어지는 것은 원뿔형 모습, 점진적인 모습 또는 쌍곡선 모습일 수 있다.
도 2는 쌍곡선으로 넓어지는 예를 보여주며, 도 3은 처음에 원뿔형으로 넓어지다가 원통형 영역 (121)이 이어지며, 그 말단은 상기 캐리어 플레이트 (101)에 접착된 예를 보여주며, 그리고 도 4는 완전하게 원통형으로 넓어지는 (120) 예를 보여준다.
도 2는 상기 방사체 요소 (102)의 직경 (125)이 상기 도파관의 시작 영역 (104)의 최대 직경 (124)보다 아주 더 작다는 것을 더 보여준다. 대조적으로, 상기 도파관의 시작 영역의 최소의 내부 직경 (123)은 상기 도파관의 주 영역의 내부 직경에 대응한다.
이것은 본 실시예들 모두에 적용된다.
아래에서, 기밀 분리 (폭발 방지)의 모습이 더욱 상세하게 개시된다:
HF 모듈 (또는 일반적인 전자 회로)은 폭발 방지의 이유들을 위해서 기밀 방식으로 주변으로부터 분리된다. 기밀 분리는 예를 들면 상기 전자 장치들을 캡슐화함으로써 제공될 수 있을 것이다. 그러나, 고-주파수 분야에서, 그리고 특히 마이크로파 기술에서, 캡슐화는 회로의 HF 특성들에 주요한 영향을 끼친다. 이 이유로 인해서, 상기 HF 하우징 (114)은 캐리어 플레이트 (101) 위에 공기가 존재하는 방식으로 상기 캐리어 플레이트 (예를 들면 회로 기판)에 단단하게 접착된다. 이 어셈블리는 그러면 결국 캡슐화된다. 상기 HF 신호는 기밀 커플링에 의해서 상기 하우징 및 캡슐화를 통해 예를 들면 충진 재질의 방향으로 외부로 지나간다.
특히 60 GHz 그리고 그 위의 주파수 범위에서, 도파관 내 기밀의 통행로가 사용될 수 있다. 이 통행로는 유전체 밀봉 요소 (111)가 도파관에 접착되거나 또는 처음에는 부분적으로 금속-코팅되며 그 이후에는 납땜되어 성취된다.
이 환경에서, 상기 유전체 (111)는 여러 모습을 취할 수 있다. 예를 들면, 이것은 평면형 디스크 모습인 회로 기판 재질일 수 있으며, 이는 도파관으로의 납땜 연결을 위한 금속 코팅된 가장자리 받침대를 포함한다. 이것은 예를 들면 도 4에서 보인다.
이 목적을 위해서, 원형 디스크는 회로 기판으로부터 제조될 수 있을 것이다 (예를 들면, Rogers RT Duroid 5880, Rogers RO 3003 등과 같은 PTFE 또는 PTFE/세라믹 혼합물로 만들어진 HF 기판들). 이 디스크들은 그래서 예를 들면 보통의 회로 기판 프로세스에서 생산될 수 있는 금속 코팅된 가장자리를 포함한다.
옵션으로, 회로 기판 제조 프로세스 동안에 2차 (secondary) 방사체가 슬릿들이나 금속 코팅된 구조들의 모습인 디스크에 적용될 수 있다.
상기 디스크는 상기 도파관의 넓어진 부분 또는 원통형 부분의 어느 하나에 통합될 수 있다.
이 포인트에서, 비록 도면들에서 보이지는 않지만, 일반적으로 상기 밀봉 요소 (111)가 반드시 상기 주 영역 (105) 내에 배치될 필요는 없지만, 상기 넓어진 영역 (104) 내에 또한 배치될 수 있을 것이라는 것에 유의해야 한다.
또한 상기 유전체 밀봉 요소는 도파관으로의 납땜 연결을 위해 외주 위 금속 코팅을 포함하는 원통 플라스틱 재질 파트의 형상일 수 있으며 (도 6 참조), 그리고 특히 그것은 이 경우에 상기 도파관의 원통 파트 (주 영역)에 부착될 수 있을 것이다.
또한 상기 밀봉 요소는 원통형 목 그리고 도파관으로의 납땜 연결을 위한 외주 위 금속 코팅을 포함하는 이중-원뿔-형상의 플라스틱 재질 파트의 형상일 수 있으며 그리고 상기 원통 파트 내 배치를 위해 구성될 수 있을 것이다 (도 1 및 도 2 참조).
또한 상기 밀봉 요소는 도파관으로의 납땜 연결을 위해 외주 위 금속 코팅을 포함하는 계단형 원통 플라스틱 재질 파트의 형상일 수 있다 (도 3 참조).
도 2는 상기 밀봉 요소의 구성을 이중의 원통으로서 보여주지만 (도 1과 유사함), 이는 (직경들이 동일한 도 1에 대비하여) 원통 베이스보다 더 큰 직경인 두 개의 원통들 사이의 중간 영역을 가진다.
도 5 및 도 6은 유전체 밀봉 요소 (111)의 두 예들을 보여준다. 도 5의 경우에, 상기 유전체 밀봉 요소는 그 유전체 밀봉 요소의 상단의 측면 및/또는 아래쪽 상에 환상의 금속 코팅 (112)을 포함한다. 이 유형의 코팅 (112)은 예를 들면 도 2 및 도 4에서 또한 볼 수 있다.
도 6의 실시예에서, 도 1 및 도 3의 실시예들에 또한 제공된 것과 같이 상기 밀봉 요소 (111)는 그 밀봉 요소의 외주 표면 상의 외주 코팅 (112)을 포함한다.
상기 밀봉 요소 (111)는 2차 방사체 (121)를 더 포함할 수 있을 것이며, 이것은 상기 밀봉 요소 (111)의 (도 6에서와 같이) 상단 상에 그리고/또는 밑면 상에 또는 내부에 위치한다. 상기 2차 방사체는 평면형 방사체 요소 (102)에 의해서 공급되기에 소용이 되다. 이것은 상기 평면형 방사체 요소 (102)가 상기 신호를 방사한다는 점에서 발생하며, 이 신호는 상기 2차 방사체로 공급되며, 이 2차 방사체는 대응하는 신호를 상기 도파관 (104)의 주 영역으로 방사한다.
도 7은 고-주파수 모듈 (701)을 포함하는 충진-레벨 측정 디바이스 (700)를 보여준다. 고-주파수 모듈 (701)은 전송 신호를 생성하며, 이 신호는 그 후에 상기 도파관 (104, 105)으로 공급된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 커플링 (100)의 횡단면 모습을 보여준다. 이 실시예에서, 상기 밀봉 요소 (111)는 상기 도파관 (104, 105)의 넓어진 시작 영역 (104) 내에 위치한다. 더욱이, 상기 밀봉 요소 (111)는 도 1 내지 도 4의 실시예들에서 상기 시작 영역 (104) 내에 또한 배치될 수 있다.
상기 밀봉 요소는 예를 들면 회로 기판 재질로 만들어진 분리기 판이다. 상기 밀봉 요소는 적어도 0.5 mm의 두께일 수 있으며 그리고 Rogers RO 5880 회로 기판 재질로 만들어질 수 있다.
상기 분리기 플레이트는 직사각형 또는 정사각형 형상일 수 있다. 이것은 상기 도파관의 시작 영역 (104)이 또한 직사각형 또는 정사각형 횡단면이라면 특히 편리하다. 대안으로, 상기 시작 영역 (104)의 횡단면의 또한 공 모양 (원형)이라면, 상기 밀봉 요소 (111)는 또한 원형의 횡단면일 수 있다.
상기 도파관의 주 영역 (105)의 횡단면은 또한 원형일 수 있다. 이것은 도 10 및 도 12에서 보일 수 있다.
(도 9에서 보이지 않는) 평면형 방사체 요소를 포함하는 상기 캐리어 (101) 그리고 상기 밀봉 요소 (111) 사이의 거리는 예를 들면 0.2 내지 0.3 mm 이지만, 또한 더 크거나 더 작을 수 있다. 상기 밀봉 요소의 두께는 예를 들면 대략 0.5 mm이다.
회로 기판으로서 형성된 상기 캐리어 (101)는 하우징 (114)에 접착되고 그리고/또는 납땜될 수 있다. 납땜된 연결들은 예를 들면 검정으로 보이는 영역들 (1030, 1031, 1032 및 1033)에 제공될 수 있을 것이다.
상기 납땜 연결들은 상기 하우징과 상기 캐리어 (101) 사이의 전기적인 접점을 위해서 또한 사용될 수 있다.
도 9에서 볼 수 있는 것처럼, 상기 밀봉 요소 (111)의 직경 또는 최대 가장자리 길이는 상기 도파관의 주 영역 (105)의 내부 직경보다 더 크다. 상기 방사 요소의 직경 또는 최대 가장자리 길이는 예를 들면 상기 도파관의 주 영역 (105)의 내부 직경에 대략 대응한다.
도 10으로부터 또한 알 수 있는 것처럼, 상기 하우징 (114)은 실질적으로 직사각형 구조이다. 안정성을 증가시키기 위해서, 상기 하우징은 상기 도파관 주위에 두껍게 된 부분 (1001)을 포함할 수 있다. 상기 도파관은 나사산이 제공될 수 있는 (도 10 참조) 두껍게 된 부분 (1002)을 또한 비슷하게 가질 수 있을 것이며, 이 두껍게 된 부분은 상기 도파관이 상기 하우징이나 상기 하우징의 두껍게 된 부분으로부터 나가는 포인트이다.
그 후에, 상기 도파관 (105)은 감소된 외부 직경 (1003)으로 계속된다. 대조적으로, 상기 도파관의 주 영역의 내부 직경은 일정하다.
도파관의 시작 영역 (104)이 도파관의 주 영역 (105)으로 전이하는 곳에서, 상기 도파관은 내부, 주변 웨브 (peripheral web) (1004)를 포함하며, 그 주변 웨브 (web) 위에 상기 유전체 밀봉 요소 (111)가 놓여진다. 또한, 외부, 주변 웨브 (1005)가 상기 도파관의 말단에, 즉, 상기 도파관의 시작 영역 (104)의 시작 부분에 배치되어 제공되며, 그리고 상기 캐리어 (101) 위에 놓여진다. 이 두 웨브들 (1004, 1005) 사이에 함몰부 (1011)가 존재하며, 이 곳에서 상기 밀봉 요소 (111)는 상기 하우징에 납땜되고 그리고/또는 접착될 수 있다.
그 위에 상기 캐리어 (101)가 놓여지는 웨브들 (1005, 1006, 1007)은 또한 납땜된 또는 접착된 영역들 (1030, 1031, 1032, 1033)과 나란히 제공된다.
상기 하우징은 탭들 또는 핀들 (1008, 1009)을 더 포함하며, 이것들은 상기 캐리어의 위치를 정하기 위해서 캐리어 (101) 내 대응 홀들을 통해서 지나간다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 커플링 (100)의 투시 모습을 보여준다. 도 9의 실시예를 대조함으로써, 이 경우에 외부 나사산이 상기 도파관의 참조번호 1002의 영역에 제공되며, 그래서 상기 도파관 커플링을 컨테이너 플랜지로 나사로 조이도록 한다. 그렇지 않다면, 상기 두 실시예들은 동일하다.
상기 커플링의 도파관의 주 영역 (105)으로 계속되는, 즉, 상기 주 영역에 부착되기 위해 연결 도파관 상으로 나사 조임하기 위해서 상기 외부 나사산이 사용될 수 있다.
상기 두껍게 된 부분 (1001)이 주로 원형이라는 것을 도 10으로부터 볼 수 있다.
도 11은 상기 하우징 (114)의 내부 그리고 상기 캐리어 (101)의 아래쪽, 즉, 상기 하우징 내부로 향하는 측면을 보여준다
특히 이 실시예에서 직사각형 형상인 평면형 방사체 요소 (1021)는 상기 캐리어 상에 배치된다. 상기 평면형 방사체 요소 (1021)의 더 긴 세로방향 측면은 상기 도파관의 주 영역의 내부 직경에 실질적으로 대응하는 가장자리 길이이다.
상기 외부, 주변 웨브 (1005)가 정사각형 형상이라는 것을 특히 도 11로부터 알 수 있다.
도 12는 도 11의 하우징의 추가 도면 그리고 밀봉 요소 (111)의 추가 도면이다. 내부, 주변 웨브 (1004)는 원형의 형상이며 그리고 상기 외부 웨브 (1005)와 동심으로 (concentric) 배치된다는 것을 도 12로부터 알 수 있다. 상기 밀봉 요소 (111)는 정사각형 형상이며 그리고 그것이 하단, 내부 주변 웨브 (1004) 상에 놓여질 수 있도록 상기 외부 웨브 (1005)의 크기에 적응된다.
이 포인트에서, 상기 외부, 주변 웨브 (1005)는 연속적일 필요는 없지만, 상기 평면형 방사체 요소로의 공급 라인 (801) (도 11 참조)이 지나가는 중단된 부분을 포함할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
완전함을 위해서, "포함한다" 및 "가진다"는 것은 다른 요소들이나 단계들의 가능성을 배제하지 않으며, 그리고 "하나" 또는 "어떤"은 복수의 가능성을 배제하지 않는다는 것에 유의해야 한다. 상기 실시예들 중 하나를 참조하여 개시되었던 특징들이나 단계들이 상기-개시된 다른 실시예들의 다른 특징들이나 단계들과 결합하여 또한 사용될 수 있을 것이라는 것에 또한 유의해야 한다. 청구항들에서의 참조 번호들은 제한하는 것으로서 취급되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 고주파수 모듈 (701)로부터의 전자기 신호를 도파관 (104, 105)으로 연결하기 위한 기밀 (gas-tight) 도파관 커플링 (100)으로서,
    상기 도파관 커플링은:
    캐리어 (101) 상에 배치되며 상기 신호를 방사하기 위해서 사용되는 평면형 방사체 요소 (102);
    하우징 (106, 107, 108)을 포함하며,
    상기 하우징은 상기 캐리어 (101)에 기밀 방식으로 연결되며 그리고
    상기 하우징은,
    그 하우징에서 나가며 그리고 상기 방사된 신호를 전송하기 위해 구성된 도파관 (104, 105) 그리고
    안정성을 증가시키도록 구성된, 상기 도파관 주위에 두껍게 된 부분 (1001, 1002)을 포함하며,
    상기 캐리어 (101)는 회로 기판으로서 형성되며, 상기 하우징 (114)에 기밀 방식으로 부착되고,
    상기 도파관 (104, 105)은 시작 영역 및 일정한 내부 직경을 구비하며 상기 시작 영역에 이어서 연결된 주 영역을 포함하며, 상기 시작 영역은 기밀 방식으로 상기 도파관 (104, 105)을 밀봉하는 유전체 밀봉 요소 (111)를 포함하며,
    상기 도파관의 상기 주 영역으로의 전이 영역 (transition region) 내 상기 도파관의 시작 영역 (104)의 내부 직경 (123)은 상기 주 영역의 내부 직경 (123)과 동일하며, 그리고 상기 평면형 방사체 요소 (102) 쪽으로 더 커지며;
    상기 유전체 밀봉 요소의 직경은 상기 도파관 (104, 105)의 주 영역의 내부 직경 (123)보다 더 크며,
    상기 평면형 방사체 요소의 직경 (125)은 상기 도파관 (104, 105)의 주 영역의 내부 직경 (123)보다 더 큰, 도파관 커플링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 밀봉 요소 (111)는 회로 기판으로 만들어진, 도파관 커플링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전체 밀봉 요소 (111)는 원통 또는 직사각형 플라스틱 재질 파트인, 도파관 커플링.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전체 밀봉 요소 (111)는 원뿔-형상, 피라미드 형상, 이중-원뿔-형상 또는 이중-피라미드 형상 플라스틱 재질 파트이며, 이는 상기 밀봉 요소가 기밀 방식으로 상기 도파관에 연결되는 원통형 또는 직사각형 영역을 더 포함하는, 도파관 커플링.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전체 밀봉 요소 (111)는 계단형 표면 (stepped surface)을 포함하는, 도파관 커플링.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밀봉 요소 (111)가 기밀 방식으로 상기 도파관에 연결된 상기 밀봉 요소의 영역은 금속 코팅을 포함하여, 상기 도파관 (105)으로의 기밀 납땜된 또는 접착성 연결을 형성하도록 하는, 도파관 커플링.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밀봉 요소 (111)는 2차 방사체 (121)를 포함하며, 이 방사체는 상기 평면형 방사체 요소 (102)에 의해 피드되며 그리고 상기 도파관으로 대응 신호를 방사하는, 도파관 커플링.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도파관 (104, 105)은 상기 방사된 신호를 상기 도파관의 시작 영역 (104)에 의해 한정된 공간으로부터 상기 도파관의 주 영역 (105)에 의해 한정된 공간을 따라서 전송하도록 구성되며,
    상기 평면형 방사체 요소 (102)는 상기 시작 영역 (104) 내에 또는 상기 시작 영역 (102)으로부터의 상향에 인접하여 배치되는, 도파관 커플링.
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도파관은 상기 하우징 (106, 107, 108)에 통합되며 그리고 상기 하우징 (106, 107, 108) 및 상기 도파관 (104, 105)은 하나의 부분으로 형성된, 도파관 커플링.
  11. 충진-레벨 (fill-level) 측정 디바이스 (700)를 위해 측정 신호를 생성하는 고주파수 모듈 (701)로서, 상기 고주파수 모듈은:
    제1항 또는 제2항에 따른 도파관 커플링 (100)을 포함하는, 고주파수 모듈.
  12. 제11항에 따른 고주파수 모듈을 포함한 충진-레벨 레이더 (700).
  13. 제1항 또는 제2항에 따른 도파관 커플링을 포함하는 필드 디바이스.
  14. 삭제
  15. 삭제
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