專利名稱：用于雷達裝置的喇叭天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于雷達裝置的喇叭天線，包括金屬本體，該金屬本體包括通向空心喇叭段的管狀空心波導(dǎo)段；介電填充體，該介電填充體填充喇叭段的內(nèi)部空間；以及介電罩體，該介電罩體圍繞金屬本體設(shè)置并覆蓋喇叭段的開孔處的填充體，作為喇叭天線的保護罩體。
背景技術(shù)：
US 6,661, 389中的圖7示出了這種喇叭天線。
通過喇叭天線(也稱為錐形天線)，可將由耦合的高頻(HF)能量產(chǎn)生的微波脈沖進行輻射。在安裝有這種天線的水平面(level)測量裝置中的組合發(fā)射與接收系統(tǒng)中，檢測由填充品反射的脈沖，并通過測量這些脈沖的傳播時間而估計與填充品的距離?；诶走_的水平面測量裝置(例如)用于連續(xù)測量液體的水平面，以及散裝貨物或這些產(chǎn)品的組合的水平。
對于不暴露在高的化學(xué)負(fù)載的天線，使用優(yōu)選由不銹鋼制成的金屬喇叭或圓錐。 對于高度腐蝕性處理環(huán)境或要測量的填充品出于純度原因不允許與金屬接觸的應(yīng)用情況， 已知的是，提供具有保護層的金屬喇叭天線，該保護層具有防腐保護功能并且是微波可穿透。
上述US 6，661，389在圖7中顯示了一種喇叭天線，所述喇叭天線包括優(yōu)選由鋁制成的金屬本體，金屬本體中形成管狀波導(dǎo)段和與其相鄰的錐形喇叭段。所述喇叭段的內(nèi)部空間填充有錐形介電填充體，所述填充體在從喇叭段到管狀波導(dǎo)段的過渡點的區(qū)域中具有臺階，使錐形填充體的尖端相對于對稱軸與相對于其包絡(luò)表面的其余部分呈輕微不同角度。所述金屬本體與置于其中的介電填充體由介電罩體完全封閉，此處，介電罩體為改性聚四氟乙烯(PTFE)材質(zhì)。所述罩體在其覆蓋填充體的輻射表面形成凸起的微波透鏡。在遠離輻射表面的部分，所述罩體由合成材料的套筒包圍，所述套筒通過0形圈與罩體密封。所述套筒設(shè)有外安裝螺紋，使整個喇叭天線可擰入法蘭或容器的開口內(nèi)。
圖7所示的實施例并沒有解決所述空心喇叭段與所述介電填充體的不同熱膨脹的問題。
US 6，661，389進一步在圖8中顯示了另一個喇叭天線，其中，所述金屬本體擰入容器的安裝法蘭的開口內(nèi)，所述喇叭段的開孔與所述開口平齊。所述介電填充體由三個不同部分進行組裝，其中一個部分為盤狀，將開口覆蓋和密封，與容器內(nèi)的環(huán)境隔離。其他部分具有截錐和尖錐的形狀，所述尖錐的外部尺寸為，其外壁與所述喇叭段的內(nèi)表面之間保留有最小間隙，因此可補償溫度影響造成的膨脹變化。
US 2009/0212996 Al公開了一種與前述喇叭天線相似的喇叭天線，不同之處在于所述介電填充體一體成形。所述介電填充體具有圓柱段，所述圓柱段插入管狀波導(dǎo)段，并通過密封和鎖定器具固定在其上，因此防止填充體從喇叭天線的喇叭段脫落。由于所述填充體的介電材料比金屬本體的熱膨脹系數(shù)高，所述介電填充體的外表面與所述喇叭段的內(nèi)表面之間設(shè)有周向間隙。喇叭段的開孔區(qū)域內(nèi)可設(shè)有填充體與金屬本體之間的替代或輔助密封或鎖定單元。
上述US 2009/0212996 Al與US 6，661，389的圖8所示的喇叭天線的主要缺點在于，其不伸入容器內(nèi)，從而使安裝法蘭或容器頂部的反射可能會對容器中的填充品的預(yù)期回波產(chǎn)生干涉。
US 6，661，389的圖7所示的喇叭天線的問題在于，所述空心喇叭段與介電填充體的熱膨脹不同。已知天線進一步在工藝側(cè)設(shè)計為兩個部分，可能會造成密封和清潔問題。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種喇叭天線，該喇叭天線用于伸入測量環(huán)境中并與高度腐蝕性處理環(huán)境隔離，可在(例如)-40°C至+80°C的大溫度范圍內(nèi)使用。
根據(jù)本發(fā)明，通過采用上述類型的喇叭天線可實現(xiàn)上述目的，即在喇叭段的內(nèi)表面與介電填充體的外表面之間設(shè)置周向間隙，用于補償所述介電填充體與所述喇叭段的不同熱膨脹，所述介電填充體包括以滑動方式嚙合在管狀波導(dǎo)段內(nèi)的圓柱段，以及所述填充體的端部設(shè)有延伸經(jīng)過喇叭開孔的邊緣的凸環(huán)，并通過至少一個彈簧支撐在設(shè)于金屬本體的肩部上，所述彈簧將介電填充體按壓在介電罩體上。
所述介電填充體的一端處于管狀波導(dǎo)段的中心，另一端靠近凸環(huán)，使介電填充體可縱向移動，以在整個工作溫度范圍下吸收不同天線材料的不同熱膨脹。所述彈簧將填充體按壓在罩體上，因此以機械方式將罩體保持穩(wěn)定，并在填充體與罩體之間不留間隙。所述彈簧處于天線開孔后面的遠距離位置，不會影響天線的輻射特性。
所述金屬本體優(yōu)選包括周向凹陷，所述凸環(huán)延伸到周向凹陷內(nèi)，周向凹陷的底部為彈簧提供了肩部。因此，凸環(huán)直徑與金屬本體直徑之間沒有變化或者至少沒有陡變。因此，更易于將罩體施加在金屬本體上并且不會對罩體的熱膨脹產(chǎn)生約束。
所述介電罩體優(yōu)選由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成，聚偏二氟乙烯具有優(yōu)良的腐蝕性化學(xué)品不透過性。
為了將喇叭天線安裝在容器或法蘭的開口內(nèi)，所述介電罩體可在介電罩體覆蓋填充體的端部與其附著在金屬本體上的相對端之間的區(qū)域內(nèi)具有外安裝螺紋。因此，介電罩體在金屬本體上的附著點(points of attachment)處于處理環(huán)境的外部并且喇叭天線與處理環(huán)境之間密封。所述介電罩體可由穿過介電罩體并延伸到金屬本體內(nèi)的有肩螺釘附著 (attached to)在金屬本體上。
為了將金屬本體與介電罩體對中，以及為了提供防止多余冷凝物向下位移到天線尖端的密封件，所述介電填充體可具有在金屬本體與介電罩體之間容納密封件的周向凹槽。
所述介電填充體優(yōu)選用于延伸到喇叭段開孔之外，并在該位置形成凸起的微波透鏡。由于作為罩體優(yōu)選材料的PVDF在微波頻率下具有較高介電損失，其在微波輻射通過的區(qū)域內(nèi)的厚度必須保持為最小值。因此，所述微波透鏡優(yōu)選形成于介電填充體內(nèi)，而不是罩體內(nèi)。


現(xiàn)在將通過示例根據(jù)附圖對本發(fā)明進行說明，唯一的附圖為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的穿過喇叭天線的橫斷面視圖。
具體實施方式
所示喇叭天線包括優(yōu)選由鋁制成的圓柱形金屬本體1，金屬本體中形成管狀波導(dǎo)段2和與其相鄰的錐形喇叭段3。所述金屬本體1附著在雷達液位傳送器的外殼4內(nèi)。如 (例如)US 7，453，393 B2所述，由位于外殼4內(nèi)的高頻模塊(未顯示)提供的微波能量信號傳送給波導(dǎo)過渡段5，所述波導(dǎo)過渡段5與加工在外殼4的壁中的圓形波導(dǎo)管6的短段連接。所述微波能量信號轉(zhuǎn)發(fā)給與圓形波導(dǎo)管6具有相同直徑的管狀波導(dǎo)段2。設(shè)有對中元件，以確保兩個波導(dǎo)管2，6對齊并進行良好電氣接觸，以減少反射，并將傳輸?shù)哪芰孔畲蠡?。所述信號從管狀波?dǎo)段2發(fā)送給喇叭段3。
所述喇叭段3填充有介電填充體7，所述介電填充體7為圓錐形，并與喇叭段3具有相同角度。合適的介電材料包括聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、Rexolite 和聚乙烯 (PE)。為了確保從空波導(dǎo)段2到填充喇叭段3平滑過渡，所述介電圓錐伸入具有短圓柱段 8的波導(dǎo)段2內(nèi)，從而實現(xiàn)填充波導(dǎo)段，所述介電圓錐在端部具有圓錐尖端9，對其長度進行優(yōu)化，以產(chǎn)生最小反射。所述圓柱段8以滑動方式嚙合在管狀波導(dǎo)段2內(nèi)，并作為介電填充體7的對中裝置(centering means)。
喇叭段3的內(nèi)表面與介電填充體7的外表面之間設(shè)有周向間隙10，使填充體7能進行自由縱向移動，以補償填充體7與金屬本體1的線性熱膨脹之間的差。所述介電填充體7延伸到喇叭段3的開孔外面，并在該位置形成凸起的微波透鏡11。在該區(qū)域內(nèi)，所述填充體7具有凸環(huán)12，所述凸環(huán)12延伸經(jīng)過喇叭開孔的邊緣并返回到圓柱形金屬本體1的外部內(nèi)的周向凹陷13內(nèi)。此處，所述凸環(huán)12通過波形墊圈形的彈簧14支撐在由凹陷13的底部形成的肩部15上。在該位置上，所述彈簧14隱藏于天線開孔后，無法影響天線的輻射特性。
所述喇叭天線由罩體16隔離在處理環(huán)境之外，所述罩體16由具有腐蝕化學(xué)品不可透過性的塑料材料制成。可使用不同材料，但目前已知的最佳材料為聚偏二氟乙烯 (PVDF)。所述罩體16包圍金屬本體1，并覆蓋填充體7延伸到喇叭段3的開孔之外的部分。 在靠近外殼4，遠離喇叭開孔的區(qū)域，所述罩體16由徑向延伸經(jīng)過介電罩體16直到金屬本體1內(nèi)的有肩螺釘17附著在金屬本體1上。所述罩體16具有外安裝螺紋18和六邊形剖面19，以擰在其在金屬本體1上的附著點與喇叭開孔之間的區(qū)域內(nèi)。因此，所述螺釘17處于處理環(huán)境之外，所述喇叭天線與處理環(huán)境之間密封。
0形圈20置于雷達外殼、喇叭與罩體之間的所有界面處，用于將天線內(nèi)部構(gòu)件與外部條件之間密封。所述0形圈20中的一個位于介電罩體16與金屬本體1之間的金屬本體1的周向凹槽21內(nèi)。
PVDF作為罩體16的優(yōu)選材料，在微波頻率下具有較高介電損失，使其在微波輻射穿過的區(qū)域內(nèi)的厚度必須保持為最小值。這也是微波透鏡11形成于介電填充體7內(nèi)而不是罩體16內(nèi)的原因。PVDF罩體16在天線開孔處的機械強度這樣設(shè)置用由波形墊圈14按壓在罩體16上的介電填充體7為PVDF罩體16提供襯墊。所述介電填充體7的一端處于管狀波導(dǎo)段2的中心，另一端處于圓柱形金屬本體1的凹陷13內(nèi)的凸環(huán)12的旁邊。因此，所述介電填充體7可縱向移動，以吸收整個工作溫度范圍內(nèi)的不同天線材料的不同熱膨脹。塑料與金屬之間的不同熱膨脹對喇叭天線提出了很大的挑戰(zhàn)。對于典型長度為100mm，覆蓋有 PVDF、填充有聚丙烯、溫度范圍為-40°C至+80°C的鋁質(zhì)金屬本體1，所述PVDF罩體16將膨脹大約1. 6mm，聚丙烯膨脹大約1. 0mm，鋁僅膨脹0. 25mm。
權(quán)利要求
1.一種用于雷達裝置的喇叭天線，包括-金屬本體(1)，所述金屬本體包括通向空心喇叭段(3)的管狀空心波導(dǎo)段0)，-介電填充體(7)，所述介電填充體填充喇叭段(3)的內(nèi)部空間，以及-介電罩體(16)，所述介電罩體作為喇叭天線的保護罩體圍繞金屬本體(1)設(shè)置并覆蓋喇叭段(3)的開孔處的填充體(7)，其特征在于-在所述喇叭段(3)的內(nèi)表面與所述介電填充體(7)的外表面之間設(shè)置有周向間隙 (10)，用于補償所述介電填充體(7)與所述喇叭段(3)的不同熱膨脹，-所述介電填充體(7)包括圓柱段(8)，所述圓柱段(8)以滑動方式嚙合在所述管狀波導(dǎo)段O)內(nèi)，以及-所述填充體(7)的端部設(shè)有凸環(huán)(12)，所述凸環(huán)(12)延伸經(jīng)過喇叭開孔的邊緣，并通過至少一個彈簧(14)支撐在設(shè)于金屬本體(1)的肩部(1 上，所述彈簧(14)將介電填充體(7)按壓在介電罩體(16)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喇叭天線，其特征在于，所述金屬本體(1)具有周向凹陷 (13)，所述凸環(huán)(12)延伸進入所述周向凹陷(13)內(nèi)并且所述周向凹陷(13)的底部形成所述肩部(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電罩體(16)由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電罩體(16)在其覆蓋填充體(7)的端部與其附著在金屬本體(1)上的相對端部之間的區(qū)域內(nèi)具有外安裝螺紋 (18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電罩體(16)由延伸穿過介電罩體(16)并進入金屬本體⑴內(nèi)的有肩螺釘(17)附著在金屬本體⑴上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的喇叭天線，其特征在于，所述金屬本體(1)具有周向凹槽(21)，所述周向凹槽在金屬本體(1)與介電罩體(16)之間容納密封件00)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電罩體(7)在其遠離圓柱段(8)的端部形成凸起的微波透鏡(11)。
全文摘要
一種用于雷達裝置的喇叭天線，包括具有通向空心喇叭段(3)的管狀空心波導(dǎo)段(2)的金屬本體(1)、填充喇叭段(3)的內(nèi)部空間的介電填充體(7)和介電罩體(16)。為了提供用于伸入測量環(huán)境、與高度腐蝕性處理環(huán)境隔離并可在大范圍溫度下使用的喇叭天線，在所述喇叭段(3)的內(nèi)表面與所述填充體(7)的外表面之間設(shè)置有周向間隙(10)，所述介電填充體(7)包括以滑動方式嚙合在管狀波導(dǎo)段(2)內(nèi)的圓柱段(8)，并且所述填充體(7)的端部設(shè)有延伸經(jīng)過喇叭開孔的邊緣的凸環(huán)(12)并通過彈簧(14)支撐在設(shè)于金屬本體(1)的肩部(15)上，所述彈簧(14)將填充體(7)按壓在罩體(16)上。
文檔編號H01Q1/42GK102544737SQ201110433668
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者加布里埃爾·塞班, 蒂莫·庫普蘭德 申請人:西門子公司