KR102076215B1

KR102076215B1 - 충전 레벨 레이더를 위한 모드 변환기

Info

Publication number: KR102076215B1
Application number: KR1020157020120A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 슐타이스; 클라우스 킨쯜레; 클라우스 킨?레; 말고르짜타 얀손
Original assignee: 베가 그리이샤버 카게
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2020-02-11
Also published as: EP2796840B1; KR20160002676A; US20150362354A1; CN105229430A; HUE039082T2; TW201510489A; TWI686590B; WO2014173951A1; US10078001B2; EP2796840A1; CN105229430B

Abstract

레벨 레이더(level radar)(12)를 위한 모드 변환기(30)는 : 고-주파 신호를 상기 모드 변환기로 도입하기 위한 입력 라인(20); 다수의 나선형 전기 도체들(68)을 포함하는 나사선(helix) 구조(58)로서, 상기 나사선 구조(58) 내부로 상기 입력 라인(20)의 도체(46)가 돌출되는, 나사선 구조(58); 및 상기 나사선 구조(58)를 둘러싸는 도파관(waveguide)(49)을 포함한다. 상기 나사선 구조(58)는 상기 입력 라인(20)으로부터의 고-주파 신호를 상기 도파관(49)에서의 H01 모드로 변환시키도록 구성된다.

Description

충전 레벨 레이더를 위한 모드 변환기{Mode converter for fill level radar}

본 발명은 레이더를 사용하는 충전 레벨 측정에 관한 것이다. 구체적으로 기술하면, 본 발명은 충전 레벨 레이더를 위한 모드 변환기; 충전 레벨 레이더; 모드 변환기를 위한 변환기 본체(body); 및 변환기 본체 제조 방법;에 관한 것이다.

레이더를 사용하는 레벨 측정은 거리 측정에 기초한다. 상기 거리 측정으로, 컨테이너에서 충전물 표면으로의 레이더 신호 또는 고주파 신호의 전달시간이 판단되며, 그리고 레이더 장치의 방출장치(예를 들어, 혼 안테나(horn antenna))로부터 상기 충전물까지의 거리가 도출된다.

일반적으로 레이더 장치들에서, 레이더 신호의 기본 모드는 여기(excitation)된다. 원형 도파관에서, 기본 모드는 H11 모드(또한 TE11 모드라고도 함)이다. 도파관 또는 파이프 직경이 고유성(uniqueness) 범위보다 크다면, 그 직경이 증가함에 따라 점점 더 많은 모드들이 전파가능하다. 예를 들어, 82.5 mm의 파이프 직경과 25 GHz의 주파수를 가진 233 개의 모드들이 전파가능하다.

특히 스탠드 파이프들 또는 바이패스 라인(bypass line)들에서의 레벨 측정에 대해, 플랜지 연결부들의 영향, 파이프 배출구들의 영향, 그리고 (홀들 또는 슬릿(slit)들과 같은)개구부들의 혼합의 영향은 측정의 정확도를 감소시킬 수 있다. 서로 다른 모드들은 그 유형의 간섭 위치들에서 서로 다른 강도들로 반사되기 때문이다.

서로 다른 모드들의 서로 다른 전파 속도들은 분산(dispersion)으로 이어질 수 있다; 즉, 서로 다른 전달시간들은, 서로 다른 타이밍들을 가지는 다수의 에코(echo)들이 동일한 충전 레벨에 의해 생산됨을 의미한다. 또한, 보강적(constructive)이고 상쇄적(destructive)인 중첩들은 진폭 변동으로 이어지며, 이는 또한 측정 부정확성들을 야기할 수도 있다.

본 발명의 목적은 충전 레벨 레이더 측정의 정확도를 개선시키는 것이다.

이 목적은 독립 청구항들의 특징들에 의해서 달성된다. 본 발명의 추가적 실시 예들은 종속항들로부터 그리고 이어지는 설명으로부터 얻어질 수 있다.

본 발명의 일 양상은, TEM 가이드 파를 H01 모드로 전환시키도록 구성된, 충전 레벨 레이더를 위한 모드 변환기에 관한 것이다. 상기 모드 변환기는 충전 레벨이 측정될 컨테이너에(예를 들어, 바이패스 라인에 또는 스탠드 파이프에) 부착될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 모드 변환기는 : 고-주파 신호를 상기 모드 변환기로 도입하기 위한 입력 라인; 다수의 나선형 전기 도체들을 포함하는(또는 다수의 나선형 전기 도체들로 구성된) 나사선 구조로서, 상기 나사선 구조 내부로 상기 입력 라인의 도체가 돌출되는, 나사선 구조; 및 상기 나사선 구조를 둘러싸는 도파관을 포함한다. 상기 나사선 구조는 상기 입력 라인으로부터의 고-주파 신호(예를 들어, TEM 가이드 파)를 상기 도파관에서의 H01 모드로 변환시키도록 구성된다. 또한 상기 모드 변환기는 역으로 H01 신호를 상기 입력 라인에서의 고-주파 신호로 변환시킬 수 있다는 것이 이해될 것이다.

예를 들어 제어 시스템에 연결된, 즉 상기 레벨 레이더의 고-주파 부분에 연결된 케이블을 경유하여, 상기 고-주파 신호는 상기 입력 라인으로 도입될 수 있으며, 상기 모드 변환기에 의해 H01 모드로 전환되며, 그 후 스탠드 또는 바이패스 파이프에 연결된다. 충전물에 의해 반사된 고-주파 신호는 상기 모드 변환기에 의해 다시 TEM 가이드 파로 전환되며, 그 후 상기 반사된 고-주파 신호가 상기 고-주파 부분에서 재처리되고 평가될 수 있는 상기 케이블 또는 상기 입력라인으로 다시 공급된다.

H01 모드(또는 H01 파형)는 도파관의 중심과 가장자리(또는 내부)에서의 전기장 중 어떠한 부분도 가지지 않은 유일한 모드(고차-모드인 H02-H0n 모드들을 제외)이다. 따라서 H01 모드가 파이프(예를 들어, 스탠드 파이프)를 통해 전파할 때, 슬릿들, 홀들, 배출구들 또는 파이프 연결부들에 의해 방해받을 수 있는 어떠한 종 전류(longitudinal current)들도 상기 파이프 내에 흐르지 않는다. 일반적으로 H01 모드는 전파할 수 있도록 경계선을 필요로 하지만, 그 경계선의 비-이상화에 아주 조금만 영향을 받는다.

따라서 상기 모드 변환기를 사용하여, 플랜지 연결부들, 파이프 배출구들, 그리고 개구부들의 혼합의 영향이 감소될 수 있으며, 특히 스탠드 파이프 및 바이패스 응용들에서 감소될 수 있다. 이렇게 하면, 보다 나은 측정 정확도를 얻을 수 있다.

H01 모드의 추가적 이점은 그것의 낮은 손실이다. H01 모드는 모든 도파관 파형들 중 가장 낮은 감쇠(attenuation)를 가질 수 있다.

상기 입력 라인은 내부 도체 및 도전성 케이싱(casing)을 포함하는 동축 라인일 수 있다. 상기 내부 도체를 경유하여, 상기 고-주파 신호는 상기 모드 변환기에 커플링(coupling)될 수 있으며, 상기 반사된 신호는 아웃-커플링 될 수 있다. 이와 관련해서, 상기 내부 도체는 상기 나사선 구조 내부로 돌출한다. 상기 동축 라인의 케이싱 또는 외부 도체는, 상기 나사선 구조가 배치된 상기 도파관을 제공하는, 금속 안테나 구조(예를 들어, 하우징)에 연결될 수 있다. 상기 나사선 구조는 상기 내부 도체 또는 상기 외부 도체에 연결되지 않는다.

(예를 들어, 실린더 형태인) 상기 나사선 구조는 다수의 나선형 또는 코일형 도체들을 포함하며, 상기 도체들은 예를 들어 도체 스트립들의 모양이다. 상기 전기적 도체들은 상기 나사선 구조의 중심축에 대해 대칭이도록 배열되며, 코일 형상으로 상기 중심축 주위에서 연장한다. 대개 오직 H01만이 상기 코일형 구조에 의해 여기되며, 다른 모든 전파 모드들은 최적의 방법으로 억제된다.

상기 전기적 도체들 또는 도체 스트립들의, 길이, 각도, 폭, 두께, 그리고 공간들의 수는 상기 나사선 구조의 전달 특성들 및 변환 특성들에 영향을 미친다. 무엇보다도, 상기 전기적 도체들은 도전성이어야 하지만, 상호 접속될 필요는 없다.

상기 모드 변환기의 도파관(예를 들어, 원형 도파관)은 거리를 두고 상기 나사선 구조를 둘러싼다. 예를 들어, 상기 나사선 구조와 상기 도파관 내부 간에 공기 또는 유전 매체로 충전된 영역이 있도록, H01의 전기장이 상기 영역에서 형성할 수 있도록, 거리를 두고 상기 나사선 구조를 둘러싼다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 입력 라인의 도체는 상기 나사선 구조 길이의 10% 이상, 40%이상, 또는 50% 이상만큼 상기 나사선 구조 내부로 돌출된다. 이러한 방식으로, TEM 가이드 파는 상기 입력 라인으로부터 상기 나사선 구조의 내부로 방출될 수 있으며, 그 후 상기 나사선 구조가 적용되는 상기 도파관의 일부에서 H01 모드로 변환될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 입력 라인의 상기 도체는 동축 케이블의 내부 도체이거나, 또는 동축 케이블의 상기 내부 도체에 연결된다. 예를 들어, 상기 모드 변환기는 플러그를 포함할 수 있으며, 동축 케이블의 단부는 상기 플러그에 나사로 결합되거나 플러깅(plugged)될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 도파관은 상기 레벨 레이더의 하우징에 의해 형성된다. 상기 하우징은 커버를 포함할 수 있으며, 상기 입력 라인의 도체는 상기 커버를 통해 상기 도파관 내로 돌출된다. 예를 들어, 동축 케이블의 플러그는 상기 커버에 부착될 수 있다. 상기 하우징은 개구부를 더 포함할 수 있으며, 레벨 레이더를 위한 혼 안테나는 상기 개구부에 고정될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 나사선 구조는 상기 도파관 내에 배치된 유전체 본체(또한 이하에서 변환기 본체라고도 함)에 의해 수반된다. 상기 나사선 구조 및 상기 유전체 본체는, 한편은 나사선 구조를 수반하며 다른 한편은 상기 모드 변환기의 상기 하우징에 고정된, 변환기 본체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 변환기 본체는 상기 하우징에서의 상기 개구부를 통해 돌출될 수 있고, 상기 혼 안테나를 이용하여 상기 하우징에 고정되는 방식으로 형성될 수 있다. 이렇게 하여, 상기 변환기 본체는 충전 레벨이 측정될 상기 컨테이너로부터 상기 모드 변환기의 내부(즉, 상기 도파관)를 봉쇄하며, H01 모드로 변환된 상기 고-주파 신호를, 예를 들어 스탠드 또는 바이패스 파이프로, 안내한다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 유전체 본체는 그 외측에 상기 나사선 구조를 수반한다. 예를 들어 플라스틱 물질로 이루어진, 상기 유전체 본체는, 예를 들어, 상기 나사선 구조가 적용된 곳의 바깥쪽에 실린더형 부분을 포함할 수 있다. 그러나 상기 유전체 본체는 속이 비어있을 수도 있고, 상기 나사선 구조는 그 내부에 적용되는 것도 또한 가능하다. 상기 유전 본체의 유전체 물질은 예를 들어, PP, PTFE, PEEK(폴리에텔에텔 케톤(polyether ether ketone)), 유리 또는 세라믹 물질일 수 있다.

"실린더" 및 "실린더형 부분" 이란 용어는, 그 관련 구성요소들이 실질적으로 실린더형임을 의미한다. 예를 들어, 그러한 구성요소들은 (그 제조의 결과로) 약간 원추형일 수 있고, 상기 구성요소들의 중심축에 대해 약 1도 내지 2도의 경사를 가진 외측 또는 내측 표면들을 가질 수 있다.

본 발명의 추가적 양상은 상기에서 그리고 이하에서 개시된 바와 같은 모드 변환기를 포함하는 레벨 레이더에 관한 것이다. 상기 모드 변환기뿐만 아니라, 상기 레벨 레이더는 예를 들어, 상기 모드 변환기에 직접 부착되거나 또는 상기 모드 변환기로부터 떨어져 있는 제어시스템을 포함할 수 있다. 또한 상기 제어 시스템은 고-주파 신호를 생성할 수 있으며, 반사된 고-주파 신호를 평가(evaluation)할 수 있다. 상기 제어 시스템은 동축 케이블을 경유하여 상기 모드 변환기에 연결될 수 있다.

본 발명의 추가적 양상은 상기에서 그리고 이하에서 개시된 바와 같은 모드 변환기를 위한 변환기 본체에 관한 것이다. 상기 변환기 본체는, 동시에 도파관을 형성하는 상기 모드 변환기의 하우징 내로 도입될 수 있으며, 상기 변환기 본체에 적용된 나사선 구조는 상기 도파관에서 수납된다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 변환기 본체는 : 다수의 나선형 전기 도체들로 구성된 나사선 구조; 상기 나사선 구조에 의해 둘러싸인 실린더형 부분을 포함하는 유전체 본체; 및 상기 실린더형 부분 내에서 입력 라인의 도체를 수납하기 위한 소켓을 포함한다. 상기 소켓은 (옵션으로 축 방향) 홀 또는 개구부일 수 있으며, 상기 도체는 상기 실린더형 부분의 축을 따라 상기 홀 또는 개구부 안으로 삽입될 수 있다.

상기 유전체 본체의 제1 실린더형 부분은 상기 나사선 구조를 수반하는 역할을 할 수 있고, 축 방향 개구부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동축 케이블의 상기 내부 도체가 상기 개구부 안으로 도입될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 변환기 본체는 하우징을 봉쇄하기 위해 제2 실린더형 부분을 더 포함한다. 상기 제2 실린더형 부분에서, 상기 나사선 구조를 포함하는 상기 제1 실린더형 부분이 수납된다. 상기 제2 실린더형 부분은 상기 제1 실린더형 부분보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 상기 제2 실린더형 부분은 그 외측에 하나 이상의 함몰부(depression)들을 포함할 수 있으며, 상기 함몰부에서, 하나 이상의 차단 링들(sealing rings)이 수납될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 변환기 본체는 상기 변환기 본체를 상기 하우징에 받치기(bracing) 위해 상기 제1 실린더형 부분 및 상기 제2 실린더형 부분 사이에 원추형 부분을 더 포함한다. 상기 변환기 본체가 상기 하우징 밖으로 돌출되는 상기 하우징에서의 상기 개구부는, 대응하는 원추형 내부 면을 가질 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 변환기 본체는 방출 콘(cone)을 더 포함한다. 상기 방출 콘은 상기 변환기 본체가 상기 하우징에 고정될 수 있게 하는 숄더(shoulder)가 상기 제2 실린더형 부분 상에 형성되도록 상기 제2 실린더형 부분에 연결된다. 예를 들어, 상기 개구부보다 작은 직경을 가진 플랜지(flange)를 포함하는 혼 안테나(antenna horn)는 상기 하우징 내의 상기 개구부를 경유하여 고정될 수 있다. 이 때, 상기 제2 실린더형 부분의 숄더는 상기 플랜지에 떠받쳐질 수 있다.

본 발명의 추가적 양상은 예를 들어 상기에서 그리고 이하에서 개시된 바와 같은 모드 변환기를 위한 변환기 본체에 관한 것이다. 또한 본 방법의 특징들은 상기 변환기 본체의 특징들도 될 수 있으며, 역으로 상기 변환기 본체 또는 상기 모드 변환기의 특징들은 본 방법의 특징들도 될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 방법은 : 캐리어 본체를 제공하는 단계; 및 상기 캐리어 본체의 바깥쪽에 다수의 나선형 스트립들을 금속증착 함으로써, 나사선 구조를 상기 캐리어 본체에 부착시키는 단계를 포함한다. 이는, 예를 들어, 3D MID 제조 방법(MID=moulded interconnect devices)을 사용하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 나사선 구조를 (예를 들어 폴리아미드(polyimide)로 만들어진) 박막에 적용하는 것도 가능하다. 상기 적용된 구조를 가진 막은 단순히 상기 캐리어 본체에 감겨질 수 있으며, 또는 붙여질 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 캐리어 본체는 레이저 직접 성형법(LDS=laser direct structuring)에 의한 금속증착에 적합한 플라스틱 물질로 만들어지며, 그리고/또는 상기 나사선 구조는 LDS에 의해 상기 캐리어 본체에 적용될 수 있다. 상기 물질은 예를 들어 Ensinger의 "TECACOMP PEEK LDS"

일 수 있다.

LDS에 적합한 물질은 레이저 빔을 사용하여 활성화될 수 있는 금속 산화 첨가물을 포함할 수 있다. 상기 레이저 빔이 상기 캐리어 본체의 물질을 활성화시키는 위치들에서, 핵들은 금속 코팅이 용액에서 증착될 수 있는 곳에 형성된다. 따라서 상기 나사선 구조는 레이저 빔을 사용하여 상기 캐리어 본체에 적용될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 변환기 본체 전체는 플라스틱 물질로 만들어진다. 특히, 상기 변환기 본체 전체의 플라스틱 물질은 단일 부품(piece)으로 형성될 수 있으며, 그리고/또는 상기 전체 변환기 본체는 LDS에 적합한 플라스틱 물질로 구성될 수 있다.

그러나 또한 상기 변환기 본체는 다수의 부품들로 형성될 수도 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 방법은 : 상기 캐리어 본체를 추가 플라스틱 물질 본체에 부착하는 단계로서, 상기 캐리어 본체가 상기 나사선 구조가 적용된 상기 변환기 본체의 제1 실린더형 부분을 형성하도록 부착되고, 상기 추가 플라스틱 물질 본체가 적어도 하나의 원추형 부분을 형성하도록 하고, 상기 원추형 부분에 의해 상기 변환기 본체가 하우징에 고정될 수 있는, 부착 단계를 더 포함한다.

상기 추가의, 제2 플라스틱 물질 본체는, 예를 들어 상기 캐리어 본체의 플라스틱 물질보다 더 적합한 유전 특성들을 가진, 그리고/또는 예를 들어 자신의 안정성 때문에 충전 레벨이 측정되는 상기 컨테이너의 잠재적인 공격적 내용물에 저항하기 적합한, 추가 제2 플라스틱 물질 본체로 이루어질 수 있다.

대체로, 상기 변환기 본체의 유전 특성들은 상기 캐리어 본체와 상기 제2 플라스틱 물질 본체에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 캐리어 본체는 일체 실린더이여서, 상기 변환기 본체는 단지 상기 나사선 구조 내부의 상기 제1 실린더형 부분에 상기 캐리어 본체의 플라스틱 물질만을 포함하도록 한다. 예를 들어 상기 일체 실린더는 상기 추가 플라스틱 물질 본체의 대응 나사산에 나사 고정될 수 있는 나사산(thread)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 실린더는 항상 일체 실린더를 의미한다는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 일실시 예에서, 상기 캐리어 본체는 적어도 부분적으로 속이 빈 실린더이다. 상기 캐리어 본체는 상기 추가 플라스틱 물질 본체 상에 올려짐으로써 상기 추가 플라스틱 물질 본체에 부착될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 실린더형 부분에서, (적어도 부분적으로) 상기 변환기 본체는, 상기 캐리어 본체의 속이 빈 실린더에 의해 둘러싸여진, 상기 추가 플라스틱 물질 본체의 플라스틱 물질을 포함하는 코어(core)로 형성될 수 있다.

아래에서, 본 발명의 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 기술된다.

본 발명의 효과는 본 명세서에 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레벨 레이더를 포함하는 컨테이너를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모드 변환기의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모드 변환기의 입체도(three-dimensional view)이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변환기 본체의 입체도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 변환기 본체의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 변환기 본체의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 변환기 본체의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변환기 본체 제조 방법의 흐름도이다.
동일하거나 유사한 부분들은 유사 참조번호들로 제공된다.

도 1은 컨테이너(10) 내의 충전 레벨을 측정하는 레벨 레이더(12)를 포함하는 컨테이너(10)를 도시한다. 상기 레벨 레이더(12)는 바이패스 라인(14)의 상단에 부착되며, 상기 바이패스 라인(14) 내의 액체(16)는 상기 컨테이너(10) 내부의 액체 높이와 정확히 같다.

상기 레벨 레이더(12)는 방출장치(18)를 포함하며, 상기 방출장치(18)는 동축 라인(20)을 경유하여 상기 레벨 레이더(12)의 제어 시스템(22)에 연결된다. 상기 제어 시스템(22)이 상기 방출장치(18)에 직접 부착되거나 또는 그로부터 떨어져서 위치하는 것도 가능하다.

상기 액체(16)의 표면으로부터 상기 방출장치(18)의 거리를 측정하기 위해, 상기 제어 시스템(22)은 상기 동축 라인(20)을 경유하여 상기 방출장치(18)로 운반되는 고-주파 신호의 펄스들을 생성한다. 상기 방출장치(18)는 레이더 펄스들(24)로서 상기 바이패스 라인(14)으로 고-주파 신호의 펄스들을 방사한다. 그 후, 상기 레이더 펄스들(24)은 상기 액체의 표면에서 반사되고, 다시 상기 방출장치(18)에 의해 수신된다. 상기 반사된 레이더 펄스들은 반사된 고-주파 신호로서 상기 방출장치(18)에 의해 상기 동축 라인(20)으로 공급되며, 다시 상기 제어 시스템(22)으로 전송된다. 그 후, 상기 제어 시스템(22)은 상기 펄스들 간의 전달 시간 차이들로부터 그 거리를 판단한다. 그러나 또한 상기 거리는 FMCW와 같은 다른 방법에 의해 판단될 수도 있다. FMCW에서, 상기 거리는 송신 및 수신 신호 간의 주파수 이동(shift)으로 판단된다.

고-주파 신호는 TEM 가이드 파로서 상기 동축 라인(20)으로 전달된다. 상기 방출장치(18)는 모드 변환기(30)를 포함한다. 상기 모드 변환기(30)는 상기 TEM 가이드 파를 나중에 레이더 신호로서 방출되는 도파관의 H01 모드로 변환하도록 구성된다. 반대로, 상기 모드 변환기(30)는 H01 모드의 반사된 신호를 수신하는 대로 그것을 다시 TEM 가이드 파로 변환할 수 있다.

H01 모드는, 일반적으로 금속으로 만들어지며 상기 레이더 신호를 위한 도파관을 형성하는, 상기 바이패스 파이프(14)의 가장자리에서의 전기장 중 어떠한 부분도 가지지 않기 때문에, 상기 바이패스 파이프(14) 내의 교란들(disruptions)에 의해 방해받을 수 있는 어떠한 종 전류(longitudinal current)들도 상기 바이패스 파이프(14) 내에 흐르지 않는다. 따라서 H01 모드는 그러한 교란들(disruptions)에 의해 방해받지 않거나, 또는 아주 조금만 방해받는다. 그리고 이는 상기 반사된 고-주파 신호의 신호 품질을 증가시킨다.

도 2는 방출장치(18)를 도시하며, 특히, 모드 변환기(30)를 더 자세히 도시한다. 상기 모드 변환기(30)는 하우징(32)을 포함한다. 상기 하우징(32)의 일단(one end)은 개구부(34)를 가지며, 변환기 본체(36)는 상기 개구부(34)를 통해 상기 하우징(32) 내부로 삽입된다. 상기 하우징(32)의 타단부(other end)에서, 상기 하우징(32)은 커버(38)를 사용하여 밀폐되며, 예를 들어 상기 커버(38)는 나사로 상기 하우징(32)에 고정된다.

상기 커버(38)는 개구부(40) 또는 홀(40)을 포함하며, 상기 동축 라인(20)은 상기 개구부(40) 또는 홀(40)을 통해 상기 하우징(32)의 내부(42)로 통과된다. 상기 홀(40) 내에서, 3.5 mm의 플러그처럼 참조번호 44의 플러그는 예를 들어, 상기 동축 라인(20)을 위한 케이블이 연결될 수 있는 곳에 부착될 수 있다. 상기 동축 라인(20)의 내부 도체(46)는 상기 하우징의 내부로, 그리고 상기 변환기 본체(36) 내부로 돌출된다. 이를 위해, 상기 변환기 본체(36)는 상기 내부 도체(46)를 위한 소켓(48)을 포함한다. 상기 내부 도체(46)는 상기 모드 변환기(30)의 입력 도체로 간주될 수 있다.

상기 하우징(32), 상기 커버(38) 및 상기 변환기 본체(36)는 A축에 대해 실질적으로 회전 대칭이다. 상기 커버(38) 내의 홀(40), 상기 플러그(44), 그리고 상기 하우징(32)의 반대편 개구부(34)는 상기 A축을 따라 배열된다.

내부에 상기 변환기 본체(36)(또는 상기 본체(36)의 전방부)와 상기 내부 도체(46)가 배열된 원형 도파관(49)이 상기 하우징(32)의 내부에 형성되도록, 상기 하우징(32)의 내부(42)는 실린더형이다(상기 실린더 축은 상기 A축과 일치한다).

혼 안테나(50)는 상기 개구부(34)를 포함하는 하우징(32)의 말단에 부착되고, 상기 하우징(32)에 고정시키기 위해 상기 혼 안테나(50)의 일단에 제1 플랜지(flange)(52)를 포함하며, 컨테이너(10)에(예를 들어, 상기 바이패스 라인(14)에) 고정시키기 위해 상기 혼 안테나(50)의 타단부에 제2 플랜지(54)를 포함한다. 상기 혼 안테나(50)는 상기 플랜지(52)에 의해 상기 하우징(52)에 나사 고정될 수 있다.

상기 혼 안테나(50)는 상기 개구부(34)의 외부 직경 보다 약간 작은 직경에서부터 외측 개구부(57)까지 바깥쪽으로 넓어지는 원추형 부분(56)을 포함한다. 상기 혼 안테나(50)는 그것의 개방면에서, 또는 상기 외측 개구부(57)를 포함하는 면에서 원하는 파이프 직경(예를 들어 상기 바이패스 라인(14)의 원하는 파이프 직경)에 맞게 조정될 수 있거나, 또는 상기 혼 안테나(50)는 상기 바이패스 라인(14)과 동일한 직경을 가질 수도 있다. 상기 파이프 직경은 82.5 mm 일 수 있다.

또한 상기 혼 안테나(50)는 상기 A축에 대해 회전대칭일 수도 있다.

상기 변환기 본체(36) 상에는 상기 동축 케이블(20)로부터의 TEM 가이드 파를 상기 도파관(49)의 H01 모드로, 또는 그 역으로 변환시키도록 구성된 나사선 구조(helix structure)(58)가 있다.

도 3은 상기 나사선 구조(58)를 포함하는, 그리고 상기 고-주파 신호가 안내되는 참조번호 60, 62, 64의 볼륨들을 포함하는 상기 변환기 본체(36)를 3차원으로 더 자세히 도시한다. 상기 참조번호 60의 볼륨은 상기 내부 도체(46)와 상기 동축 케이블(20)의 케이싱(casing) 사이의 공간이며, 상기 내부 도체(46)를 통해 상기 TEM 가이드 파가 상기 모드 변환기(30)로 진입한다(그리고 상기 모드 변환기(30)를 떠난다). 상기 참조번호 60의 볼륨은 예를 들어 유전체 플라스틱 물질로 충전될 수 있다.

상기 참조번호 62의 볼륨은 상기 변환기 본체(36)와 상기 하우징(32)의(또는 상기 도파관(49)의) 내면 사이의, 또는 상기 나사선 구조(58)와 상기 하우징(32)의(또는 상기 도파관(49)의) 내면 사이의 공기 영역이다. H01 모드로 변환되는 전기장은 상기 참조번호 62의 볼륨에서 형성할 수 있다.

상기 참조번호 64의 볼륨은, 상기 레이더 신호가 상기 컨테이너(10) 또는 상기 바이패스 라인(14) 내부로 쏘아지게 하는, 또는 상기 반사된 신호가 포커싱되고 상기 도파관(49)으로 다시 전달되게 하는, 상기 혼 안테나(50)의 내부이다.

상기 나사선 구조(58)를 포함하는 상기 변환기 본체(36)의 확대도가 추가적으로 도 4에 도시된다. 상기 나사선 구조(58)는 상기 A축을 나선형 또는 코일 형상으로 둘러싸는 것과 동일한 방식으로 형성된, 다수의 도전성 스트립들(68)을 포함한다. 상기 나사선 구조(58) 또는 상기 스트립들(69)은 상기 변환기 본체(36)의 대부분을 제공하는 참조번호 70의 본체 위에 배열되며, 상기 참조번호 70의 본체는 플라스틱 물질 및/또는 유전체 물질로 이루어진다.

상기 변환기 본체(36)의 입력단(72)에서, 상기 변환기 본체(36)는 상기 커버(38)의 홀을 거쳐 상기 변환기 본체의 중심을 제공하는 원추형 선단(conical end)(74)을 포함한다. 또한 상기 동축 라인(20)은 상기 변환기 본체(36)의 입력단(72) 내에 위치되지만, 상기 내부 도체(46)는 여전히 상기 나사선 구조(58) 내부로 약 중간쯤까지 돌출될 수 있다.

상기 변환기 본체(36)의 원추형 선단(74)은 상기 나사선 구조(58)가 배치된 제1 실린더형 부분(76)까지 넓혀진다.

출력단(78)에서, 그 후 상기 변환기 본체(36)는 다시 실린더형이 되도록 점점 넓어져서 원추형 부분(80)이 된다. 이 제2 실린더형 부분(82)은 상기 제1 실린더형 부분(76)보다 더 큰 지름을 가진다.

이와 관련해서, 상기 원추형 부분(80)은 상기 컨테이너(10) 내의 컨테이너 압력에 대한 압력 브레이싱(bracing)을 제공한다. 상기 하우징(32)의 개구부(34)는 상기 원추형 부분(80)을 수납하도록 그에 상응하는 원추형 부분을 가진다.

상기 제2 실린더형 부분(82)은 밀폐를 위해 사용된다. 상기 제2 실린더형 부분(82)은 상기 변환기 본체(36) 주위에서 반경방향으로(radially) 연장되는 두 개의 환형 그루브들(annular grooves)(84)을 포함한다. 밀폐부들(86)은 상기 그루브들(84)에 배치된다. 상기 밀폐부들(86)은 두 개 이상의 (예를 들어, FKM 또는 FFKM(Kalrez)로 이루어진) O링(O-ring)들일 수 있다.

상기 제2 실린더형 부분(82) 후에, 상기 변환기 본체(36)는 폭이 점점 가늘어져서, 상기 혼 안테나(50) 또는 상기 플랜지(52)에 대해 지지되는 숄더(88)를 형성한다. 이 방법으로, 상기 변환기 본체(36)는 상기 컨테이너(10) 내의 진공 또는 부압에 의해 떨어지거나 상기 하우징(32)의 밖으로 당겨지는 것이 방지된다.

상기 변환기 본체(36)는 점점 가늘어진 후에 콘 팁(cone tip)(90)을 포함한다. H01 파는 상기 콘 팁(90)을 경유하여, 상기 혼 안테나(50) 내부로 연결된다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 적용된 나사선 구조(58)를 포함하는 상기 변환기 본체(36)는 하나의 부품(piece), 두 개의 부품들 또는 다수의 부품들로 형성될 수 있다.

도 5는 상기 나사선 구조(58)가 캐리어 본체(94)로서 제1 물질로 이루어진 파이프 또는 속이 빈 실린더(92)에 적용될 수 있음을 도시한다. 그 후 상기 파이프(92)는 제2 물질의 추가 본체(96)위로 올려진다. 상기 파이프(92) 및 상기 추가 본체(96)는 함께 상기 변환기 본체(36)의 유전체 본체(70)를 형성한다.

상기 제1 물질은, Ensinger의 "TECACOMP PEEK LDS"

물질과 같은, LDS에 적합한 물질일 수 있다. 상기 제2 물질은 Ensinger의 "TECAPEEK Natur"

와 같은, 표준 PEEK 일 수 있다.

도 6은 상기 나사선 구조(58)가 캐리어 본체(94)로서 제1 물질의 일체 실린더(solid cylinder)(98)에 적용될 수 있음을 도시한다. 상기 나사선 구조(58)를 포함하는 상기 변환기 본체(36)의 입력면 전체(72)는 상기 제1 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 나사산(thread)(100)을 경유하여, 제2 물질의 상기 제2 본체(96)에 연결될 수 있다. 상기 물질들은 도 5의 물질들과 동일한 물질들일 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 2-부분 구성의 잠재적 이점은, 상기 나사선 구조(58)를 포함하는 부분 또는 상기 캐리어 본체(94)만이 LDS에 적합한 물질로 제조되어야한다는 것과, 그리고 유리하게는, 나머지 또는 상기 추가 본체(96), 즉 특히 상기 매질(medium)에 접촉하는 적응 콘(adaption cone)의 일부는, 예를 들어 선삭(turning)에 의한 가공에 의해, 반-제품으로부터, (비공지된 첨가물들이 없는) "PEEK natur" 또는 PTFE처럼 산업적으로 공지되고 허용된 물질로부터 제조될 수 있다는 것이다.

도 7은 상기 변환기 본체(36)에 대한 단일-부품 구조를 도시한다; 이와 관련해서, 상기 변환기 본체 전체(70)는 도 5 및 도 6의 상기 제1 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

도 8은 변환기 본체(36)가 제조될 수 있는 방법에 대한 흐름도이다.

참조번호 110의 단계에서, 상기 나사선 구조를 위한 캐리어 본체(94)가 제공된다; 예를 들어, 상기 캐리어 본체(94)는 속이 빈 실린더(92), 일체 실린더(98) 또는 전체 변환기 본체(36)의 형태로, LDS에 적합한 물질들로부터 사출-성형(injection-moulded)될 수 있다. 또한 반-제품으로부터의 절단 가공도 가능하다.

참조번호 112의 단계에서, 상기 나사선 구조(58)는 금속증착에 의해 상기 캐리어 본체(94)에 적용된다. 예를 들어, 상기 나사선 구조(58)는 레이저를 사용하여 LDS에 적합한 물질의 캐리어 본체(94) 상에 미리 그려질 수 있다. 그리고 그 후 상기 나선형 스트립들(68)은 상기 레이저에 의해 준비된 위치들에서 (예를 들어 무전해 화학적 용액(electroless chemical bath)에서) 증착될 수 있다.

상기 캐리어 본체(94)가 상기 변환기 본체(36)의 유전체 본체 전체(70)를 제공한다면, 본 방법은 참조번호 112 단계 후에 종료한다.

그렇지 않다면, 참조번호 114의 추가 단계에서, 제2 물질의 추가 플라스틱 물질 본체(96)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 플라스틱 물질 본체(96)는 절단 가공에 의해 상기 제2 물질의 반-제품으로부터 제조될 수 있다. 또한 상기 제2 물질로부터 상기 추가 플라스틱 물질 본체(96)의 사출-성형도 가능하다.

그 후, 참조번호 116의 단계에서, 상기 캐리어 본체는 상기 추가 플라스틱 물질 본체(96)에 부착된다. 예를 들어, 상기 캐리어 본체(94)는 일체 실린더(98)일 수 있으며, 상기 추가 플라스틱 물질 본체(96)에 나사고정 될 수 있다. 또한 상기 캐리어 본체(94)가 속이 빈 실린더(92)이고, 상기 캐리어 본체(94)가 상기 추가 플라스틱 물질 본체(96)에 올려지는 것도 가능하다.

추가로, "포함하는" 등과 같은 표현들은 다른 요소들이나 단계들의 가능성을 배제하지 않으며, 그리고 "하나"는 복수의 가능성을 배제하지 않는다는 것을 유의해야한다. 또한, 상기 실시 예들 중 하나를 참조하여 개시된 특징들이나 단계들은 또한 상기-개시된 다른 실시 예들의 다른 특징들이나 단계들과 결합하여서도 사용될 수 있음을 유의해야한다. 청구항들에서의 참조 번호들은 제한하는 것으로서 취급되어서는 안 된다.

Claims

레벨 레이더(level radar)(12)를 위한 모드 변환기(30)에 있어서,
상기 모드 변환기(30)는 :
고-주파 신호를 상기 모드 변환기로 도입하기 위한 입력 라인(20);
다수의 나선형 전기 도체들(68)을 포함하는 나사선(helix) 구조(58)로서, 상기 나사선 구조(58) 내부로 상기 입력 라인(20)의 도체(46)가 돌출되고, 상기 도체는 동축 케이블(20)의 내부 도체(46)인, 나사선 구조(58); 및
상기 나사선 구조(58)를 둘러싸는 도파관(waveguide)(49)을 포함하며,
상기 나사선 구조(58)는 상기 입력 라인(20)으로부터의 고-주파 신호를 상기 도파관(49)에서의 H01 모드로 변환시키도록 구성되는, 모드 변환기.
제1 항에 있어서,
상기 도체(46)는 상기 나사선 구조(58) 길이의 10% 이상 상기 나사선 구조(58) 내부로 돌출되는, 모드 변환기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 도파관(49)은 상기 레벨 레이더(12)의 하우징(housing)(32)에 의해 형성되는, 모드 변환기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 나사선 구조(58)는 상기 도파관(49) 내에 배치된 유전체 본체(70)에 의해 수반되며,
상기 유전체 본체(70)는 그 외측에 상기 나사선 구조(58)를 수반하는, 모드 변환기.
제1 항 또는 제2 항에 따른 모드 변환기(30)를 포함하는 레벨 레이더(12).
제1 항 또는 제2 항에 따른 모드 변환기(30)를 위한 변환기 본체(36)에 있어서,
상기 변환기 본체(36)는 :
다수의 나선형 전기 도체들(68)을 포함하는 나사선 구조(58);
상기 나사선 구조(58)에 의해 둘러싸진 제1 실린더형 부분(76)을 포함하는 유전체 본체(70); 및
동축 케이블(20)의 내부 도체(46)를 수납하기 위한, 상기 제1 실린더형 부분(76)내의 소켓(48)을 포함하는, 변환기 본체.
제6 항에 있어서,
상기 변환기 본체(36)는, 상기 제1 실린더형 부분(76)보다 더 큰 직경을 가진 제2 실린더형 부분(82)을 더 포함하며,
상기 제2 실린더형 부분(82)에서, 상기 나사선 구조(58)를 포함하는 상기 제1 실린더형 부분(76)이 수납되는, 변환기 본체.
제7 항에 있어서,
상기 변환기 본체(36)는 상기 제1 실린더형 부분(76) 및 상기 제2 실린더형 부분(82) 사이에 원추형 부분(80)을 더 포함하는, 변환기 본체.
제7 항에 있어서,
상기 변환기 본체(36)는 :
방출 콘(emission cone)(90)을 더 포함하며,
상기 방출 콘(90)은 숄더(shoulder)(88)가 상기 제2 실린더형 부분(82) 상에 형성되도록 상기 제2 실린더형 부분(82)에 연결되는, 변환기 본체.
제6 항의 변환기 본체(36)를 제조하는 방법에 있어서,
상기 방법은 :
캐리어 본체(94)를 제공하는 단계; 및
상기 캐리어 본체(94)의 바깥쪽에 다수의 나선형 스트립들(68)을 금속증착(metallization) 함으로써, 상기 캐리어 본체(94)에 나사선 구조(58)를 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
제10 항에 있어서,
상기 캐리어 본체(94)는 레이저 직접 성형법(laser direct structurin)에 의한 금속증착에 적합한 플라스틱 물질로 만들어지는, 방법.
제11 항에 있어서,
상기 변환기 본체(36)는 플라스틱 물질로 만들어지는, 방법.
제10 항에 있어서,
상기 방법은 :
상기 캐리어 본체(94)를 추가 플라스틱 물질 본체(96)에 부착하는 단계로서,
상기 캐리어 본체(94)는, 상기 캐리어 본체(94)가 상기 나사선 구조(58)가 적용된 상기 변환기 본체(36)의 제1 실린더형 부분(76)을 형성하도록 부착되고,
상기 추가 플라스틱 물질 본체(96)가 적어도 원추형 부분(80)을 형성하도록 하고,
상기 원추형 부분(80)에 의해 상기 변환기 본체(36)가 하우징(32)에 고정될 수 있는, 부착 단계를 더 포함하는, 방법.
제13 항에 있어서,
상기 캐리어 본체(94)는 일체 실린더(98)이여서, 상기 변환기 본체(36)는 단지 상기 나사선 구조(58) 내부의 상기 제1 실린더형 부분에 상기 캐리어 본체의 플라스틱 물질만을 포함하도록 하거나; 또는
상기 캐리어 본체(94)는 속이 빈 실린더(92)이고, 상기 캐리어 본체는 상기 추가 플라스틱 물질 본체 상에 올려짐으로써 상기 추가 플라스틱 물질 본체(96)에 부착되는, 방법.