KR20170005013A - 안테나 어레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방출 표면(5)을 구비한 안테나(3) 및 컨테이너에 안테나 어레이(1)를 배열하기 위하여 패스닝 장치(9)에 안테나를 선회적으로 체결하기 위한 안테나 홀더(7) 또는 예를 들어, 재료 더미를 통한, 다른 체결 가능을 갖는 측정 장치용 안테나 어레이(1)에 관한 것으로, 안테나 홀더(7)는 클램핑 배열(11)에 의해 패스닝 장치(9)에 연결되고, 안테나 홀더(7)는 구의 구형 층의 형태이며, 구형 층은 서로에 대하여 평행하게 연장되는 상부 및 하부 표면들(71, 71)을 갖고, 구의 중심점(M)을 포함하며, 방출 표면(5)은 구형 층 내부에 배열된다.

Description

안테나 어레이{Antenna array}

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 의한 측정 장치용 안테나 어레이에 관한 것이다.

컨테이너에 안테나 어레이를 배열하기 위하여, 안테나, 안테나 전면 에지, 패스닝 장치에 안테나를 선회식으로 체결하기 위한 안테나 패스닝(fastening)을 포함하고, 안테나 패스닝은 클램핑 배열을 통해 패스닝 장치에 연결되는, 측정 장치들에 대한 다양한 안테나 어레이들이 종래 기술로 알려진다. 이러한 어레이는 예를 들어, 출원인의 유럽등록특허 제EP 1 615 007 B1호에 개시된다.

컨테이너 내에서 채움 레벨(fill level) 또는 매체(medium)의 한계를 결정하기 위한 측정 장치가 종래 기술로 알려진다. 컨테이너에서 측정 장치의 선회식 패스닝을 허용하는 안테나 어레이가 출원인의 상술한 특허 문헌에 개시된다. 추가로, 다양한 다른 터치-프리(touch-free) 작동 채움 레벨 측정 장치들이 예를 들어 초음파 원리 및/또는 레이더 원리 및/또는 마이크로파 원리에 기초하여 가능하다. 각각의 채움 레벨 측정 장치들이 컨테이너 뚜껑 또는 컨테이너 내의 매체의 최대로 기대되는 채움 레벨 상에 조립되고, 컨테이너 내부에서 이들은 매체 방향으로 측정 신호들을 전달한다. 매체의 표면에서, 이러한 측정 신호들은 측정 장치에 반사되고 이에 의해 검출된다. 반사된 측정 신호들의 주기(traveling period)로부터, 컨테이너 내의 매체의 채움 레벨이 결정될 수 있다.

추가로, 종래 기술에 의하면, 상기 채움 레벨이 초과될 때 검출되고, 검출하는 채움 레벨의 높이에서 조립되는 제한 측정 장치들이 알려진다. 특히, 벌크 제품들의 채움 레벨들 또는 채움 제한들을 검출할 때, 방출된 측정 신호들이, 예를 들어, 벌크 제품들의 콘(cone)의 최대 높이 또는 드레이닝 콘(draining cone)의 최저 높이를 향하는 것이 필요하다. 또한 컨테이너 내부에서 방사선이 장치들을 우회하는 것이 필요하다. 이러한 목적을 위하여 장치를 선회하는 것이 필요하다.

본원에서 종래 기술로 알려진 출원인의 안테나 어레이에서, 소위, 볼 소켓(ball socket)이 사용되는데, 이는 파라볼라 안테나(parabolic antenna)에서 측정 신호를 연결하기 위한 중공 컨덕터에서 파장 어뎁터(wave adapter)에 근접하여 배열된다. 종래 기술로 알려진 어레이는 안테나가 컨테이너의 내부로 너무 멀리 돌출되어, 안테나 배열을 조정하는 경우에, 컨테이너 내부에서 광범위한 선회 범위가 요구된다는 단점들이 있다. 특히, 튜브들 또는 소켓들 내에 안테나를 배열하는 경우에, 이는 이러한 안테나들의 사용을 악화시키거나 이들의 사용을 불가능하게 한다.

본 발명의 목적은 종래 기술로 알려진 안테나 어레이들을 보다 개선하여 이러한 문제들을 해결하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1항의 특징들을 나타내는 안테나 어레이에서 달성된다. 이로운 추가 개선들이 종속항들에 개시된다.

하기와 같이 본원발명은 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 다음을 도시한다:
도 1은 혼(horn) 안테나를 구비한 안테나 어레이의 제1의 예시적인 구현예이다.
도 2는 평면 안테나를 구비한 안테나 어레이의 제2의 예시적인 구현예이다.
도 3은 도 1 및 2의 상세 확대도이다.
도 4는 도 2에 의한 예시적인 구현예의 하부 평면도이다.

본 발명에 의한 측정 장치용 안테나 어레이는 예를 들어, 안테나 전면 에지를 구비한 안테나, 예를 들어, 상술한 벌크 제품들의 더미(heap) 상부에서 예를 들어, 컨테이너 또는 패스닝에 안테나 어레이를 배열하기 위하여 패스닝 장치에 안테나를 선회식으로 체결하기 위한 안테나 패스닝을 포함하고, 안테나 어레이는 클램핑 배열을 통해 패스닝 장치에 연결된다. 본 발명에 의하면, 안테나 패스닝은 구의 구형 층(spherical layer)으로 구현되고, 구형 층은 서로에 대하여 평행하게 연장되어, 구의 중심을 나타내며, 상부 및/또는 하부 표면들 및 구형 층 내부에 배열된 방출 표면들(emission surfaces)을 포함한다.

본 발명에서, 안테나의 방출 초기 방향에 대하여 수직하게 배열되는 표면이 안테나의 방출 표면으로 고려되는데, 방출 초기 방향에서 정면을 향하여 안테나를 기하학적으로 제한한다. 예를 들어, 혼 안테나에서, 이는 안테나 혼의 원주 방향 에지에 의해 규정된 표면을 나타내고, 파라볼라 안테나에서, 파라볼라 반사기의 원주 방향 에지에 의해 규정된 표면을 나타내고, 평면 안테나에서 방사선 소자 레벨을 나타낸다.

본 발명에서, 구형 층은 구의 부분으로, 두 개의 평면 및 평행 표면들에 의해 한정되고, 이하, 또한 상부 표면 및 하부 표면이라 칭해지는 양 표면들을 구비하며, 구를 교차(intersect)한다.

상술한 구현예는 본 발명에 의한 안테나 어레이의 안테나가 컨테이너 내부에서 추가 공간을 필요로 하지 않고, 패스닝 장치에서 선회하는 것을 허용한다. 이런식으로 본 발명에 의한 안테나 어레이를 일반적으로 사용하는 것이 가능한데, 특히, 컨테이너 내부에서 안테나가 임의로 선회하는 것에 대하여 측면 공간을 제공하지 않고 튜브들 또는 소켓들 내에 이를 장착하는 것이 가능하다.

패스닝 장치에서 안테나 어레이의 특히 간단한 체결은 클램핑 배열이 패스닝 튜브 장치 및 두 개의 부분 내에 바람직하게 구현되는 클램핑 플랜지에 의해 형성될 때 개선된다.

이러한 클램핑 배열의 특히 간단한 구현예는 패스닝 장치 및 클램핑 플랜지가 각각 안테나 패스닝에 대한 리세스(recess)를 갖고, 이의 내부 표면은 상응하여, 바람직하게 적어도 국부적으로 원뿔형 방식으로 또는 구의 세그먼트로 구현될 때 얻어진다.

원뿔형 또는 구형 세그먼트 형태의 구현예에 의해, 패스닝 장치에서 각각의 개구를 매칭(matching)하는 것은 예를 들어, 컨테이너에 안테나 어레이를 체결하기 위한 클램핑 또는 나사 플랜지(threaded flange)로 구현될 수 있고, 클램핑 플랜지에 의해, 안테나 패스닝이 밀봉 및 선회 방식으로 클램핑 배열 내에 유지되어, 이에 의해 고정될 수 있다. 특히, 이 방법에 의해 컨테이너로부터 패스닝 장치를 분리하거나 풀지 않고 안테나의 정렬(alignment)을 실행하는 것이 가능하다.

바람직한 구현예에서, 안테나 패스닝은 안테나의 최대 선회각을 제한하기 위한 제한 정지구(limiting stop)를 포함한다.

본 발명에서, 각은 안테나가 패스닝 장치 표면에 수직하여 그 둘레로 선회될 수 있는 안테나의 선회각으로 고려된다.

이러한 제한 정지구는 바람직하게 안테나 패스닝의 외부에 배열되고, 예를 들어, 바람직하게 구의 방사 방향으로 연장되는 원주 방향 브레이스(brace)로 구현될 수 있다. 이러한 정지구는 특히 안테나 패스닝이 최대 허용 선회각 이상으로 이동하는 것을 방지한다. 이러한 최대 허용 선회각은 예를 들어, 상기 각 이상으로 선회되는 경우에 실링 기능은 더 이상 보장되지 않고, 안테나의 기능이 저하될 수 있다는 사실에 기인하여 미리 결정될 수 있다. 이러한 안테나 기능의 저하는 예를 들어, 안테나에 의해 방출되는 측정 신호가 더 이상 컨테이너 내부로 전달되지 않고 패스닝 장치 방향으로 전달되는 것을 야기할 수 있다.

극히 실제적 고려 사항으로, 최대 선회각은 25°를 초과하지 않아야 한다. 특히, 최대 선회각을 15°, 바람직하게 10°로 제한하는 것이 유리하다.

[주: 제한은 종속항의 목적이고, 종래 기술이 이미 다른 특징들을 나타내는 경우의 대비책이다.]

안테나를 선회시키기 위한 충분한 선택지들을 위하여, 특히 안테나 어레이의 안정도 및 실링 특성들에 관하여, 구형 층의 높이는 바람직하게 구 직경의 1/2 내지 1/4 범위이다. 이러한 구현예를 통해, 구형 층의 충분한 재킷(jacket) 표면이 제공되는데, 이는 클램핑 배열과 함께, 선회 운동 및 실링 기능을 허용한다.

구의 중심은 바람직하게 안테나 방출 초기 방향으로 구형 층 내에 중심적으로 위치된다. 이런식으로, 클램핑 배열에서 안테나 패스닝의 우수한 클램핑 특징들이 보장되고 조정에 대한 우수한 선택들이 제공된다.

안테나의 방출 표면은 안테나 방출 초기 방향에서 볼 때, 바람직하게 중심점 이전에 위치되는데, 이런식으로, 패스닝 장치에 대하여 선회하는 경우에서도, 안테나가 패스닝 장치의 물질 내로 방출하지 않지만 컨테이너 내부로 방출하는 것이 달성되기 때문이다.

안테나 어레이의 다른 개선에서, 클램핑 배열은 예를 들어, O-링으로 구현되는 실링 장치들을 포함한다. 실링 장치는 예를 들어, 패스닝 장치와 클램핑 플랜지 사이에 배열되고, 안테나 패스닝에 의해 작동되어 실링 장치에 의해, 실링 효과와 클램핑 효과가 모두 얻어진다.

도 1은 안테나(3)를 구비한 안테나 어레이(1)의 제1의 예시적인 구현예로, 안테나(3)는 도 1의 예시적인 구현예에 의하면, 혼 안테나로 구현된다. 혼 안테나(3)의 방출 표면(5)은 도 1에 도시된 예시적인 구현예에서 안테나 혼의 정면 에지에 의해 규정되고 혼 안테나(3)의 방출 초기 방향(A)에 대하여 수직하게 배열된다. 혼 안테나(3)는 광학 소자인, 렌즈(31)에 의해 정면에서 닫힌다.

후면에서, 혼 안테나(3)는 측정 전자기기(electronic)(4)에서 생성된 측정 신호와 중공 컨덕터(30)를 통해 공급된다. 중공 컨덕터는 대안적으로 또는 부가적으로 유전 매체(dielectric medium)(예를 들어, PP 또는 PTFE)로 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있다.

본 발명의 예시적인 구현예에서, 혼 안테나(3)는 방출 초기 방향(A)에서 볼 때 안테나(3)의 정면 영역에 구현되는 안테나 패스닝(7)과 일체(one piece)로 구현된다.

안테나 패스닝(7)은 구형 층의 형태로 구현된다. 본 출원에서 구형 층은 양 표면들을 갖는, 두 개의 평면 및 평행한 표면들에 의해 제한된 구의 부분으로 이해되는데, 본원에서 또한 상부 표면 또는 하부 표면으로 지칭되고, 구를 교차한다.

안테나 패스닝(7)은 클램핑 배열(11)을 통해 체결되는데, 본 발명의 예시적인 구현예에서 클램핑 배열(11)은 패스닝 장치(9)와 클램핑 플랜지(13)의 조합에 의해 형성된다. 본 발명의 경우에 도시된 바와 같이, 패스닝 장치(9)는 안테나 어레이(1)가 컨테이너에 체결될 수 있는 플랜지로 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 클램핑 플랜지와 같이, 대안적인 구현예에 의하면, 나사산 플랜지 또는 용접 플랜지(welded flange) 또한 가능하다.

본 발명의 예시적인 구현예에서, 클램핑 플랜지(13)는 클램핑 스크류들(clamping screws)(14)을 통해 패스닝 장치(9)에 연결된다. 클램핑 스크류들(14)을 조이는 것에 의해, 클램핑 플랜지(13)가 패스닝 장치(9) 방향으로 압박을 받고 따라서 안테나 패스닝(7)이 이에 고정된다. 클램핑 플랜지(13)와 패스닝 장치(9) 모두 안테나 패스닝(7)에 대응하여 구현되고, 그 안에 배열되는 리세스들을 갖는다. 클램핑 효과를 얻기 위하여, 클램핑 플랜지(13)와 패스닝 장치(9) 모두 안테나 패스닝(7)을 둘러싸는 것이 중요하다. 본 발명의 경우에, 둘러싸는 것(encompassing)은 클램핑 플랜지(13)와 패스닝 장치(9)에 의해 형성된 리세스의 최대 직경이 배열 내에 있는 것을 나타낸다.

본 발명의 예시적인 구현예에서, 안테나 패스닝(7)의 구형 부분 아래에 있는 구의 중심점(M)이 안테나 패스닝(7)의 구형 층 내에 위치하는 것으로 구현된다. 안테나 패스닝의 높이(h)는 본 발명의 예시적인 구현예에서 하부 구 직경의 대략 1/3에 장착된다.

도 2는 안테나(3)를 구비한 안테나 어레이(1)의 제2의 예시적인 구현예로, 도 2의 예시적인 구현예에 의하면, 안테나(3)는 평면 안테나는 나란히 배열된 다수의 패치 소자들(patch elements)(32)을 포함하는 평면 안테나로 구현된다.

따라서, 도 2에 도시된 예시적인 구현예에서, 안테나(3)의 방출 표면(5)은 패치 소자들(32)이 배열되는 레벨(level)에 의해 규정된다. 그렇지 않으면, 도 2에 도시된 예시적인 구현예는 도 1의 예시적인 구현예와, 평면 안테나로서 안테나(3)의 각각의 구현예에서, 안테나(3) 공급이 중공 컨덕터(30)를 통해 발생하지 않고 평면 안테나(3)가 측정 전자기기(4)에 연결되는 공급 라인(33)을 통해 발생한다는 것만 서로 다르다.

이 점에서, 도 2에 도시된 예시적인 구현예는 또한 평면 안테나의 덮개(cover)를 포함할 수 있다.

도 3은 도 1 및 2의 상세 확장도로, 클램핑 플랜지(13)과 패스닝 장치(9)의 조합이 특히 명확하게 도시되고, 이에 의해 얻어진 안테나 패스너(7)에 대한 클램핑 효과가 명확하게 도시된다. 이미 설명한 바와 같이, 클램핑 플랜지(13)는 클램핑 스크류들(14)을 통해 패스닝 장치(9)에 연결되어, 컨테이너로부터 패스닝 장치(9)를 풀지 않고도 안테나 패스닝(7)의 임의의 선회가 가능하다. 도 3은 클램핑 배열(11)에 대하여 안테나 패스닝(7)의 최대 선회각(α)을 한정하는 제한 정지구(16)을 추가로 도시한다. 본 발명의 예시적인 구현예에서, 제한 정지구(16)는 안테나 패스닝(7)에 형성되고, 방사 방향으로 연장되는 원주 방향 브레이스로 구현된다.

또한, 도 3에 실링 장치(18)가 제공되는데, 이에 대하여 도 1 및 2에는 선명한 가시성의 이유로 인하여 도시되지 않았고, 클램핑 플랜지(13)와 패스닝 장치(9) 사이에 배열되어 실링 및 클램핑 효과가 안테나 패스닝(7)에 의해 얻어진다. 실링 장치(18)는, 본 발명의 예시적인 구현예에서, 0-링으로 나타나는데, 이러한 목적을 위하여 안테나 패스닝(7)에 인접한 패스닝 장치(9)의 원주 방향 단(step)에 배열된다. 클램핑 플랜지(13)는 이 원주방향 단에 대응하여 구현되는 브레이스를 포함하고, 실링 장치(18)에 추가 압력을 인가하여 이를 압축하여 향상된 실링 효과들이 얻어진다.

도 4는 도 1 또는 2의 배열에 대한 하부 평면도이다. 도 4에 도시된 도면에서, 도 2의 개별적인 패치 소자들(32)이 선명함을 이유로 도시되지 않았다. 대신, 도 4는 안테나 패스닝(7) 내에 제공되는 세척 노즐들(rinsing nozzles)(20)을 도시한다. 세척 노즐들(20)은 세척 노즐들(20)로부터 방사 방향 내부로 나란하게 배열되는, 안테나(3)를 세정하고 냉각시키기 위한 공기 흐름을 생성하도록 구현되고 배열된다.

본 발명의 예시적인 구현예에서, 여섯 개의 개별적인 세척 노즐들(20)이 도시되지만, 안테나를 통과하는 공기 흐름을 생성하기 위하여 더 많거나 더 작은 세척 노즐들 또는 원주 방향으로 구현되는 세척 채널을 구비한 구현예들 또한 가능하다.

도 1에 의한 예시적인 구현예에서, 세척 노즐들은 렌즈들(31)이 오염으로부터 세척되도록 배열된다.

이 점에서, 안테나 및 평면 안테나를 구비한 도 1 및 2에 도시된 예시적인 구현예에 추가하여, 본 발명의 궁극적인 발상으로부터 벗어나지 않고, 다른 형태의 안테나들, 특히 렌즈와 조합하거나 조합하지 않은 다른 형태의 안테나들이 또한 가능하다는 것이 주지되어야 한다.

참조 부호 목록
1 안테나 어레이
3 안테나
5 방출 표면
7 안테나 패스닝
9 패스닝 장치
11 클램핑 배열
13 클램핑 플랜지
14 클램핑 스크류
16 제한 정지구
18 실링 장치
20 세척 노즐들
30 중공 컨덕터
31 렌즈
32 패치 소자들
71 상부 표면
72 하부 표면
M 중심점
h 높이
A 방출 초기 방향
α 선회각

Claims (12)

1. - 방출 표면(5)을 구비한 안테나(3),
   - 패스닝 장치(9)에 안테나의 선회적으로 체결하기 위한 안테나 패스닝(7)으로서, 상기 안테나 패스닝(7)은 클램핑 배열(11)에 의해 패스닝 장치(9)에 연결되는, 안테나 패스닝 (7)을 포함하는 측정 장치용 안테나 어레이(1)로서,
   상기 안테나 패스닝(7)은 구의 구형 층(spherical layer)으로 구현되고, 구형 층은 서로에 대하여 평행하게 연장되는 상부 표면들 및 하부 표면들(71, 71)을 포함하고, 구의 중심점(M)을 포함하고, 방출 표면(5)이 구형 층 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
2. 제1항에 있어서, 클램핑 배열(11)은 패스닝 장치(9) 및 클램핑 플랜지(13)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
3. 제2항에 있어서, 패스닝 장치(9)는 안테나 패스닝(7)에 대한 제1 리세스(first recess)를 포함하고, 이의 내부 표면은 적어도 부분적으로 원뿔 형식 또는 구의 세그먼트들(segments)의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
4. 제2항 또는 3항에 있어서, 클램핑 플랜지(13)는 적어도 부분적으로 원뿔 형식으로 구현되거나 구의 세그먼트로 구현되는 내부 표면을 구비한 제2 리세스(second recess)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 패스닝(7)은 최대 선회각(α)를 제한하기 위한 제한 정지구(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
6. 제 5항에 있어서, 제한 정지구(16)는 바람직하게 구의 방사 방향으로 연장되는 브레이스(brace)로 구현되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
7. 제5항 또는 6항에 있어서, 최대 선회각(α)은 25°, 바람직하게 15°, 보다 바람직하게 10°인 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
8. 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 구형 층의 높이(h)는 바람직하게 구 직경의 1/2 내지 1/4 범위인 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
9. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나의 초기 방출 방향에서, 구의 중심점(M)은 구형 층의 중심에 위치되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
   
10. 제9항에 있어서, 방출 표면(5)은 안테나의 초기 방출 방향(A)에서, 중심점(M)의 정면에 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
    
11. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 배열(11)은 실링 장치(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).
    
12. 제 2항 및 10항에 있어서, 실링 장치(18)는 패스닝 장치(9)와 클램핑 플랜지(13) 사이에 배열되고 안테나 패스닝(7)에 따라 작동하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이(1).

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