TW201724655A - 號角天線 - Google Patents

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約翰尼斯 法爾克
克勞斯 奇恩茲樂
弗烈茲 蘭克
羅蘭 包爾
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維嘉葛瑞夏伯兩合公司
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Abstract

一種用於一雷達量測裝置，尤其是用於一雷達等級量計的號角天線(1)，包括有：一天線號角(3)，在發射主要方向在前方發射；一後方進給裝置(5)；以及一填充件(7)，其至少部分地填充該號角天線(1)，並且在該前方將該號角天線(1)密封，而在該填充件(7)及該天線號角(3)之間配置有至少一密封件(9)，而該密封件(9)係配置在與該號角天線(1)的發射主要方向(HA)垂直的徑向方向(R)上，至少部分地在該天線號角(3)之外部，或者在該天線號角(3)之擴展(V)的外部。

Description

號角天線
根據請求項1之標的，本發明係有關於一種號角天線，用於一雷達量測裝置，尤其是用於一雷達等級量計。
雷達量測裝置係已知的先前技術，尤其是雷達等級量計，其係基於聲學測井而偵測位於容器中的填充物品之填充等級，尤其是液體或散裝物品。此種雷達等級量計係設置有號角天線，例如藉由該號角天線，在該填充物品之方向上發射耦接的HF訊號，並且因此反射。在雷達等級量計之組合收發訊號系統中，偵測到由該填充物品所反射之微波脈衝，且藉由量測該等脈衝的經過時間，而決定從該填充位準量計至該填充物品之間的距離。
一般而言，號角天線顯示一簡單及堅固的設計，非常良好的有效性，且它們可以用具備成本效益的方式來製造。然而，只要天線號角的內部變髒時，在該號角天線之性能上具有負面的效應。
因此，從先前技術中已知的是，保護此種填充等級量計的天線遠離藉由積極量測環境所致使的污漬 及腐蝕。此例如藉由下述而達成，在前方以泡囊來覆蓋該天線或是以一介質(例如合成材料)來填充該號角。
儘管以泡囊來覆蓋號角天線能夠保持污漬及腐蝕性的介質離開該天線號角，然而，此種號角天線仍不適合使用於加壓的環境或是真空中。
因此，在先前技術中有一種號角天線，其中該天線號角完全地以固體介質(例如合成材料)來填充。此處，在天線號角及填充件之間的間隙必須以壓密方式來密封，以使得防止任何非所欲之介質從進給方向貫穿並且到達電子。在先前技術中，通常使用O形環作為在天線號角以及在發射主要方向上之前方該天線之區域的介電質之間的密封件。然而，在天線之內部，這些O形環產生在其中進給的電磁波之反射，會將一部分插入的能量反射回到來源，例如，中空的導體，進而導致惡化的回波損耗，並因此降低天線的產率。因此，減低了天線之效能。
反射的能量在雷達裝置中產生所謂的虛擬回波，其導致天線振鈴的增加。
已經確認的是，此類型的反射原因在於，主要是在該天線號角的O形環及填充件之間不同的介電值所導致的，因此O形環的材料會直接地影響天線的特性。如果於此處對用於各種用途的天線使用不同的密封件及/或O形環，則天線的性能即會改變。而這會被視為是不利的。
於下定義本發明之目的。
本發明之目的在於進一步研發先前技術中已知的天線，以使得任何天線振鈴儘可能地被最小化，並消除在天線內部中非所欲之反射。再者，將防止天線針對各種材料的密封件之任何敏感度。
上述目的可由本案所請請求項1之號角天線的特徵所達成。
有利的是進一步研發係該等附屬項之目的。
根據本發明是關於一種用於一雷達量測裝置，尤其是用於一雷達等級量計的號角天線，其包含：一天線號角，在前方方向上發射雷達；一後方進給裝置；以及一填充件，其至少部分地填充該號角天線，並且朝著該前方將該號角天線密封，而在該填充件及該天線號角之間配置有至少一密封件。根據本發明的一號角天線，其特徵在於，該密封件係配置在與該號角天線的發射主要方向垂直的徑向方向上，至少部分地在該天線號角之外部，或者在該天線號角之擴展的外部。由於事實上在號角天線中耦接的電磁波典型地係在填充件之內部傳播，因而該填充件通常係由介電材料所製成，而傳播方向通常係由椎形設計之天線號角所預先決定，藉由將密封件至少部分地配置該號角天線之外部及/或在該天線號角之擴展的外部，而更為明顯的功能於此處可藉由在該填充件的材料以及該密封件的材料之間的邊界所產生之反射而產生。
理想地，密封件完全地配置在該號角天線之輪廓的外部，以使得在該填充件及該密封件之間的邊界完全地避免此種反射。
此處應提到的是，在本申請案的意義上，將密封件至少部分地配置該號角天線之外部或是在該天線號角之擴展的外部應被理解為，使得該密封件至少部分地配置在線性延展之外部，或者針對該天線號角之輪廓的中斷之例子，該密封件部分地配置在此輪廓的線性延展之外部。
原則上，可以使用任何適合的材料作為墊片，用於密封該天線號角及該填充件之間的間隙。然而，當密封件係以O形環來實施時，可以達成一尤其簡單的實施例，因為在複數個實施例及材料中，此種O形環於市場上自由地提供。
當該等密封件配置在一溝槽中時，可以產生有關密封件於天線號角及填充件之預設配置，以及在該天線號角之外部及/或該天線號角之擴展的外部之巧妙配置。而此種溝槽可以設置在例如該天線號角中及/或該填充件中。
例如，在密封件附近，該天線號角可以至少顯示在徑向方向上向外地指向的附著物。此種附著物可以用例如以下述來實施，在徑向方向上向外地突出的階狀物，具有在發射主要方向上延伸的一周圍凸緣及/或周圍溝槽。藉由此種附著物，使用簡單的手段，可以產生用於一個以上的密封件之容納座，在本發明之意義上， 其配置在該天線號角之外部及/或該天線號角之虛擬擴展或連續之外部。
藉由向外地突出之階狀物，可以進一步產生該填充件的機械支承，且因此可以確保天線整體之增加的強度，以對抗壓力。
額外地或可選擇地，在該密封件的附近，該填充件可以顯示一溝槽，用於至少部分地容納該密封件。此可以是有利的，例如當該天線號角顯示一附著物，在該發射主要方向上之前方的區域中向外地突出，其也可以以填充件之材料來填充，然而，位在該天線號角之虛擬擴展的外部。用於容納該密封件的溝槽可以配置在該填充件的此種區域中，則能以簡單方式產生密封配置。
在該天線號角及該填充件之間可以進一步配置一周圍定心環，以使確保該填充件儘可能對稱地及定心地配置在天線號角之內部。也可以配置定心環在該天線號角之向外地突出的溝槽中，而該定心環也可能以O形環來實施，確保一簡單的設計。
為了要確保在該填充件中電磁波的中央耦接，此處可以配置定心環在例如面向該進料之填充件的端剖面中。在此方式中確保此填充件係以相關於該進料之定心方式而對準。
1‧‧‧號角天線
3‧‧‧天線號角
5‧‧‧進給裝置
7‧‧‧填充件
9‧‧‧密封件
11‧‧‧階狀物
12‧‧‧凸緣
15‧‧‧定心環
16‧‧‧定心支柱
17‧‧‧空氣間隙
19‧‧‧暴露表面
31‧‧‧天線號角之第一溝槽
32‧‧‧天線號角之第二溝槽
33‧‧‧天線號角之第三溝槽
71‧‧‧填充件之第一溝槽
72‧‧‧填充件之第二溝槽
75‧‧‧附著物
91‧‧‧第一O形環
92‧‧‧第二O形環
HA‧‧‧發射主要方向
R‧‧‧徑向方向
V‧‧‧擴展
在下述中，本發明係基於例示實施例並參考所附之圖式而更為詳細的解說。
除非明定，否則相同的參考數字表示具有相同功能之相類似的結構元件。其中：第1圖係第一例示實施例的號角天線在發射主要方向上之縱剖面視圖。
第2圖係一供選擇實施例第1圖的號角天線位在發射主要方向上之前方的區域。
第3圖係一供選擇實施例第1圖的號角天線位在發射主要方向上之後方的剖面。
第4圖係當電磁波傳播時在本發明中採取的措施所產生效果之視覺化。
第1圖顯示號角天線1在發射主要方向HA上之縱剖面視圖。號角天線1的天線號角3基本上係以椎形設計的金屬套來實施，於其上在發射主要方向HA上之前方配置一向外地突出的階狀物11，其具有在發射主要方向HA上延伸的周圍凸緣12。此處藉由向外地突出的階狀物11以及凸緣12，在天線號角3的前方形成圓柱形剖面，在本例示實施例中，與天線號角3相類似地，係幾乎完全地以填充件7來填充。在發射主要方向HA上可見的，填充件7在後方區域係以椎形地實施，而在進給裝置5之方向上延伸的頂尖，形成在號角天線1的後方，位在中空導體的前方。
在發射主要方向HA上之前方，填充件7包含：凸形的暴露表面19，其藉由透鏡效應而有助於號角天線1的方向特性。填充件7經由第一O形環91及第二 O形環92而朝向周圍凸緣12沿圓周地密封，在本例示實施例中，其配置在位於填充件7的兩周圍溝槽71、72中。如同在第1圖視圖中指出，兩溝槽71、72以及配置於其中的O形環91、92兩者，係至少部分地配置在天線號角3的線性擴展V之外部。在本例示實施例中，第一O形環91係大約50%配置在該擴展V之外部，第二O形環92係完全地配置在該擴展V之外部，以使得在填充件7以及O形環91、92之間的邊界，電磁波的反射顯著地減低。
藉由階狀物11，進一步達成下述：填充件7在往後方向上設置有周圍強化件，允許號角天線1產生增加之抗壓性。
為了要產生填充件7相關於進給裝置5(以中空導體來實施)之中央對準，在天線號角3以及填充件7之間進一步設置周圍定心環15，在本例示實施例中，也是以O形環來實施。為了要也減低在此定心環15之反射或整體地避免定心環15，假如可行的話，使定心環15包含天線號角3之向外徑向地突出的第三溝槽33，以使得定心環15也至少部分地與電磁波的傳播區域間隔一距離。為了要確保填充件7在天線號角3之內部精確地對準，在本例示實施例中，在天線號角3以及向外地徑向地突出之階狀物11之間的過渡段，設置向內地沿圓周地突出之定心支柱16，在號角天線1的前方剖面調整在填充件7及天線號角3之間的距離。
第2圖顯示第1圖之號角天線1的前方剖面之供選擇實施例。
第2圖的供選擇實施例係顯示具有增加之壁厚度的周圍凸緣12，以使得第一溝槽31及第二溝槽32可以沿圓周地設置在凸緣12中，以使容納第一O形環91及第二O形環92。
在此方式中，此時可以實施填充件7的材料，而不需要任何溝槽，允許進一步減低潛在的邊界反射。相對於第1圖所顯示之例示實施例，根據第2圖，O形環91、92兩者係配置在天線號角3之擴展V的外部，以使得此處可以產生尤其有效的干涉減低。第2圖更清晰地顯示周圍定心支柱16，其確保在前方區域與天線號角3相關之填充件7的對準。
第3圖顯示從發射主要方向HA可見，第1圖的號角天線1之後方剖面的可供選擇實施例。
根據第3圖的實施例是基本上不同的，以使得填充件7相關於天線號角3之任何定心，尤其是與實施為中空導體的進給裝置5相關，並非藉由配置在向外地突出之溝槽中的O形環來達成，而是藉由沿圓周地設置在填充件7中的附著物75來達成。此種附著物75也可以產生與進給裝置5相關的填充件7之中央對準，藉由它，在填充件7及天線號角3之間的填充件7之整體長度的範圍上，可以調整限定的空氣間隙17。相較於具有配置於其中的O形環之周圍溝槽，適當的附著物75導致縮減的生產費用，因此，可以用較低的成本產生同等良好的效果。
第4圖顯示在號角天線1之內部的電磁波之傳播的例子。在第4圖所顯示的傳播係使用號角天線1之例子來敘述，該號角天線1在前方具有根據第1圖的剖面，以及根據第3圖的後方剖面。從第4圖的圖式可以辨別，在O形環91、92以及附著物75，在號角天線1之內部，只有電磁波的傳播之次要干涉是可辨別的，以使得非常良好地達成根據本發明之效果。
1‧‧‧號角天線
3‧‧‧天線號角
5‧‧‧進給裝置
7‧‧‧填充件
9‧‧‧密封件
11‧‧‧階狀物
12‧‧‧凸緣
15‧‧‧定心環
16‧‧‧定心支柱
17‧‧‧空氣間隙
19‧‧‧暴露表面
33‧‧‧天線號角之第三溝槽
71‧‧‧填充件之第一溝槽
72‧‧‧填充件之第二溝槽
91‧‧‧第一O形環
92‧‧‧第二O形環
HA‧‧‧發射主要方向
R‧‧‧徑向方向
V‧‧‧擴展

Claims (10)

  1. 一種用於一雷達量測裝置，尤其是用於一雷達等級量計的號角天線(1)，包括有：一天線號角(3)，在發射主要方向在前方發射；一進給裝置(5)，位在後方；以及一填充件(7)，其至少部分地填充該號角天線(1)，並且在該前方將該號角天線(1)密封，而在該填充件(7)及該天線號角(3)之間配置有至少一密封件(9)，其特徵在於：該密封件(9)係配置在與該號角天線(1)的該發射主要方向(HA)垂直的徑向方向(R)上，至少部分地在該天線號角(3)之外部，或者在該天線號角(3)之擴展(V)的外部。
  2. 如請求項1之號角天線(1)，其中該密封件(9)係以一O形環(91、92)來實施。
  3. 如請求項1或2之號角天線(1)，其中該密封件(9)係配置在一溝槽(71、72、31、32)中。
  4. 如請求項1至3中任一項之號角天線(1)，其中該天線號角(3)在該密封件(9)之附近至少包含：在該徑向方向(R)上向外地指向的附著物(11)。
  5. 如請求項4之號角天線(1)，其中該附著物(11)係以在該徑向方向(R)上向外地突出的一階狀物(11)來實施，其包含在該發射主要方向(HA)上延伸的一周圍凸緣(12)及/或一周圍溝槽(31、32、33)。
  6. 如請求項1至5中任一項之號角天線(1)，其中該填充件(7)包含：在該密封件(9)之附近的一溝槽(71、72)，其係用於至少部分地容納該密封件(9)。
  7. 如請求項1至6中任一項之號角天線(1)，其中一周圍定心環(15)配置在該天線號角(3)以及該填充件(7)之間。
  8. 如請求項7之號角天線(1)，其中該定心環(15)係以一O形環(91、92)來實施。
  9. 如請求項7或8之號角天線(1)，其中該定心環(15)係配置在該天線號角(3)的一周圍第三溝槽(33)中。
  10. 如請求項1至9中任一項之號角天線(1)，其中至少二O形環(91、92)配置在該發射主要方向(HA)上之前方剖面，以及一定心環(15)配置在該發射主要方向(HA)上之後方剖面。
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