DE102015111595A1 - Level gauge for determining and monitoring a level - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Füllstandmessgerät zur Ermittlung eines Füllstands mittels Laufzeiten von EM-Wellen, mit einem Antennenelement, umfassend einen Hohlleiter (2), wobei eine erste Stirnfläche des Hohlleiters geschlossen und eine zweite Stirnfläche des Hohlleiters geöffnet ist, ein Koppelelement (P1) zum Aus- und Einkoppeln von EM-Wellen, wobei EM-Wellen, die über das Koppelelement (P1) auskoppeln, über die zweite Stirnfläche ausgesendet werden, einen Hornstrahler (8) zum Ausstrahlen und Fokussieren von EM-Wellen, wobei eine Eintrittsöffnung (9) des Hornstrahlers (8) in die zweite Stirnfläche (7) des Hohlleiters (5) mündet, so dass die von dem Hohlleiter (5) übertragenen EM-Wellen von dem Hornstrahler (8) ausgestrahlt werden, wobei der Hohlleiter und/oder der Hornstrahler mindestens eine Diskontinuität (14) zum Reflektieren der durch den Hohlleiter bzw. den Hornstrahler geführten EM-Wellen aufweisen, so dass die an der mindestens einen Diskontinuität (14) und der ersten Stirnfläche reflektierten EM-Wellen und die von dem Koppelelement ausgesendeten EM-Wellen überlagern und eine Gesamtwelle erzeugen, deren Hauptkeule begünstigt und deren Nebenkeulen unterdrückt sind.The invention relates to a level measuring device for determining a level by means of maturities of EM waves, comprising an antenna element, comprising a waveguide (2), wherein a first end face of the waveguide is closed and a second end face of the waveguide is open, a coupling element (P1) for off - And coupling of EM waves, wherein EM waves, which decouple via the coupling element (P1) are transmitted via the second end face, a horn (8) for emitting and focusing EM waves, wherein an inlet opening (9) of the Horn radiator (8) in the second end face (7) of the waveguide (5) opens, so that the of the waveguide (5) transmitted EM waves from the horn (8) are emitted, wherein the waveguide and / or the horn antenna at least one Have discontinuity (14) for reflecting the guided by the waveguide or the horn antenna EM waves, so that at the at least one discontinuity (14) and the superimposed on the first end face reflected EM waves and emanating from the coupling element EM waves and produce a total wave whose main lobe favors and their side lobes are suppressed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllstandmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstands eines Mediums in einem Behälter mittels Laufzeiten von elektromagnetischen Wellen (EM-Wellen).The invention relates to a level measuring device for detecting and monitoring a level of a medium in a container by means of maturities of electromagnetic waves (EM waves).

Herkömmliche Pulsradar-Füllstandsmessgeräte weisen regelmäßig eine Sendeeinrichtung mit einer an eine Steuerung angeschlossenen Pulserzeugungseinrichtung auf. Die Pulserzeugungseinrichtung erzeugt für jede Messung ein Sendesignal, welches aus Mikrowellenpulsen einer fest vorgegebenen Mittenfrequenz besteht und eine vorgegebene Pulswiederhohlrate aufweist. Die Mikrowellenpulse weisen beispielsweise fest vorgegebene Mittenfrequenzen von 26 GHz oder 78 GHz auf. Die Antenne ist oberhalb des höchsten zu messenden Füllstands am Behälter montiert, in Richtung des Füllguts ausgerichtet und sendet die Sendesignale in den Behälter. Nachfolgend empfängt die Antenne die an dem Füllgut in Richtung des Füllstandsmessgeräts zurück reflektierten Signalanteile nach einer von der Entfernung des Füllguts abhängigen Laufzeit als Empfangssignale. Letztere werden einer an die Sendeeinrichtung und die Antenne angeschlossenen Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, die anhand der Empfangssignale den Füllstand bestimmt.Conventional pulse radar level gauges regularly have a transmitting device with a pulse generating device connected to a controller. The pulse generating device generates a transmission signal for each measurement, which consists of microwave pulses of a fixed predetermined center frequency and has a predetermined pulse repetition rate. For example, the microwave pulses have fixed center frequencies of 26 GHz or 78 GHz. The antenna is mounted above the highest level to be measured on the container, aligned in the direction of the medium and sends the transmission signals in the container. Subsequently, the antenna receives the signal components reflected back on the filling material in the direction of the filling level measuring device according to a time dependent on the removal of the filling material as received signals. The latter are supplied to a signal processing device connected to the transmitting device and the antenna, which determines the fill level on the basis of the received signals.

Dabei werden regelmäßig Messkurven abgeleitet, die die Amplituden der Empfangssignale als Funktion von deren für den Weg zum Füllgut und zurück benötigten Laufzeit wiedergeben. Aus den Laufzeiten der Maxima dieser Messkurven kann nun anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellenpulse die Entfernung des Füllguts vom Füllstandsmessgerät bestimmt werden.In this case, regularly measured curves are derived, which reflect the amplitudes of the received signals as a function of their required for the way to the medium and back time. From the propagation times of the maxima of these measuring curves, the distance of the filling material from the level measuring device can now be determined on the basis of the propagation speed of the microwave pulses.

Zur Füllstandsmessung werden heute eine Vielzahl unterschiedlicher häufig als Echoerkennungsverfahren bezeichnete Auswertungsverfahren eingesetzt, mit denen anhand der Messkurven das jeweils darin enthaltene, auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführende Maximum ermittelt wird. Dabei kann beispielsweise das erste auftretende Maximum oder das die größte Maximalamplitude aufweisende Maximum als das gesuchte auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführende Maximum der jeweiligen Messkurve bestimmt werden. Aus der Laufzeit dieses Maximums wird anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellenpulse die Entfernung der Füllgutoberfläche vom Füllstandsmessgerät abgeleitet, die dann anhand der Einbauhöhe der Antenne in den Füllstand – also die Füllhöhe des Füllguts im Behälter – umrechenbar ist.For level measurement, today a variety of different often referred to as echo detection method evaluation method is used with which the basis of the measured curves each contained therein, is determined to be due to the reflection on the product surface maximum. In this case, for example, the first maximum occurring or the maximum having the maximum maximum amplitude can be determined as the sought-after maximum of the respective measured curve attributable to the reflection on the product surface. Based on the propagation speed of the microwave pulses, the distance of the product surface from the fill level measuring device is derived from the transit time of this maximum, which can then be converted into the fill level based on the installation height of the antenna, ie the filling level of the product in the container.

Das Maximum resultiert aus einer Hauptkeule des Antennendiagramms. Neben der Hauptkeule weist das Antennendiagramm mehrere Nebenkeulen auf, die sich mit Nebenamplituden in der Messkurve bemerkbar machen. Liegen die Nebenamplituden zeitlich nah an der Hauptamplitude, die von der Hauptkeule herrühren, wird die Hauptamplitude verfälscht, wodurch der Messwert des Füllstands ebenfalls verfälscht wird.The maximum results from a main lobe of the antenna pattern. In addition to the main lobe, the antenna pattern has several side lobes, which become noticeable with secondary amplitudes in the measurement curve. If the side amplitudes are close in time to the main amplitude, which originate from the main lobe, the main amplitude is falsified, as a result of which the measured value of the fill level is likewise falsified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Füllstandmessgerät vorzuschlagen, welches in der Lage ist den Füllstand genauer zu bestimmen.The invention has for its object to provide a level gauge, which is able to determine the level more accurate.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein Füllstandmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstands eines Mediums in einem Behälter mittels Laufzeiten von elektromagnetischen Wellen (EM-Wellen), mit einem Antennenelement, umfassend einen Hohlleiter, wobei eine erste Stirnfläche des Hohlleiters geschlossen und eine zweite Stirnfläche des Hohlleiters geöffnet ist, ein Koppelelement zum Aus- und Einkoppeln von EM-Wellen, wobei das Koppelelement in einen Innenraum des Hohlleiters hineinragt, so dass EM-Wellen, die über das Koppelelement auskoppeln, über die zweite Stirnfläche ausgesendet werden und EM-Wellen, die über die zweite Stirnfläche des Hohlleiters empfangen werden, an das Koppelelement einkoppeln, einen Hornstrahler zum Ausstrahlen und Fokussieren von EM-Wellen, wobei eine Eintrittsöffnung des Hornstrahlers in die zweite Stirnfläche des Hohlleiters mündet, so dass die von dem Hohlleiter übertragenen EM-Wellen von dem Hornstrahler ausgestrahlt und die von dem Hornstrahler empfangenen EM-Wellen in den Hohlleiter fokussiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter und/oder der Hornstrahler mindestens eine Diskontinuität zum Reflektieren der durch den Hohlleiter bzw. den Hornstrahler geführten EM-Wellen aufweisen, so dass die an der mindestens einen Diskontinuität (14) und der ersten Stirnfläche reflektierten EM-Wellen und die von dem Koppelelement direkt ausgesendeten EM-Wellen überlagern und eine Gesamtwelle erzeugen, deren Hauptkeule begünstigt und deren Nebenkeulen unterdrückt sind.The object of the invention is achieved by the subject matter of the invention. The invention relates to a level measuring device for detecting and monitoring a level of a medium in a container by means of maturities of electromagnetic waves (EM waves), comprising an antenna element, comprising a waveguide, wherein a first end face of the waveguide closed and opened a second end face of the waveguide is a coupling element for coupling and decoupling of EM waves, wherein the coupling element protrudes into an interior of the waveguide, so that EM waves, which decouple via the coupling element, are emitted via the second end face and EM waves, via the second end face of the waveguide are received, coupled to the coupling element, a horn for emitting and focusing EM waves, wherein an inlet opening of the horn radiates into the second end face of the waveguide, so that the EM waves transmitted from the waveguide emitted from the horn and that of the horns Tracers received EM waves are focused into the waveguide, characterized in that the waveguide and / or the horn have at least one discontinuity for reflecting the guided through the waveguide or the horn antenna EM waves, so that at the at least one discontinuity ( 14 ) and the first end face reflected EM waves and superimpose the emitted directly from the coupling element EM waves and produce a total wave whose main lobe favors and their sidelobes are suppressed.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine in den Innenraum des Hohlleiters hineinragende Länge des Koppelelements dermaßen gewählt, dass die Hauptkeule begünstigt und die Nebenkeulen unterdrückt sind. Ferner wird dadurch weniger Energie zurückreflektiert, weshalb eine gute Antennenanpassung erreicht wird.According to an advantageous development, a protruding into the interior of the waveguide length of the coupling element is chosen so that the main lobe favors and the side lobes are suppressed. Furthermore, this reflects less energy back, which is why a good antenna matching is achieved.

Gemäß einer vorteilhaften Variante weist der Hornstrahler eine Bündelungseinrichtung zum Begünstigen der Hauptkeule auf.According to an advantageous variant, the horn radiator has a bundling device for promoting the main lobe.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Hornstrahler eine Parallelisierungseinrichtung zum Unterdrücken der Nebenkeulen auf.According to an advantageous embodiment, the horn antenna has a parallelizing device for suppressing the side lobes.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Hornstrahler eine Linse, insbesondere eine dielektrische Linse zum Begünstigen der Hauptkeule und zum Unterdrücken der Nebenkeulen auf. According to an advantageous embodiment, the horn antenna on a lens, in particular a dielectric lens for promoting the main lobe and for suppressing the side lobes.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung ist das Koppelelement als eine Leiterbahn auf einer Leiterkarte ausgestaltet.According to a favorable development, the coupling element is designed as a conductor track on a printed circuit board.

Gemäß einer günstigen Variante ist der Hohlleiter als eine kreisförmige Leiterbahn auf der Leiterkarte ausgestaltet, dessen Durchmesser mindestens einer halben Wellenlänge der EM-Wellen entspricht.According to a favorable variant of the waveguide is designed as a circular conductor on the circuit board whose diameter corresponds to at least half a wavelength of the EM waves.

Gemäß einer günstigen Ausführungsform ist der Hohlleiter an der Stelle, an dem das Koppelelement in den Hohlleiter hineinragt, und an einer dem Koppelelement gegenüberliegenden Stelle unterbrochen.According to a favorable embodiment, the waveguide is interrupted at the point at which the coupling element projects into the waveguide and at a point opposite the coupling element.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist die mindestens eine Diskontinuität als eine Änderung des Durchmessers des Hohlleiters und/oder des Hornstrahlers ausgestaltet.According to a favorable embodiment, the at least one discontinuity is configured as a change in the diameter of the waveguide and / or the horn radiator.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine Diskontinuität als ein Material mit einer anderen Dielektrizitätszahl ausgestaltet.According to an advantageous embodiment, the at least one discontinuity is designed as a material with a different dielectric constant.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Hohlleiter mit einem Dielektrikum, insbesondere Kunststoff gefüllt, wobei das Dielektrikum eine Dielektrizitätszahl aufweist, der annähernd eine Dielektrizitätszahl einer Leiterkarte entspricht, auf der das Koppelelement angeordnet ist.According to a further embodiment, the waveguide is filled with a dielectric, in particular plastic, wherein the dielectric has a dielectric constant which corresponds approximately to a dielectric constant of a printed circuit board on which the coupling element is arranged.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

1: einen Längsschnitt eines Antennenelements nach dem Stand der Technik, 1 FIG. 3: a longitudinal section of a prior art antenna element, FIG.

2: einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Antennenelements, 2 FIG. 3: a longitudinal section of an antenna element according to the invention, FIG.

3: eine Draufsicht auf eine Leiterkarte eines erfindungsgemäßen Antennenelements entsprechend 2, und 3 : A top view of a printed circuit board of an antenna element according to the invention 2 , and

4: eine Draufsicht auf eine Leiterkarte entsprechend 3, bei dem die kreisförmige Leiterbahn zwei Unterbrechungen aufweist. 4 : a plan view of a circuit board accordingly 3 in which the circular track has two breaks.

1 zeigt einen Längsschnitt eines Antennenelements 1 eines Füllstandsmessgeräts (nicht dargestellt) nach dem Stand der Technik. Das Füllstandmessgerät dient der Ermittlung und Überwachung eines Füllstands eines Mediums (nicht dargestellt) in einem Behälter (nicht dargestellt) mittels Laufzeiten von elektromagnetischen Wellen (EM-Wellen). Das Antennenelement 1 umfasst einen Hohlleiter 2, wobei eine erste Stirnfläche 3 des Hohlleiters 2 geschlossen und eine zweite Stirnfläche 4 des Hohlleiters 2 geöffnet ist. Ein Koppelelement 5 ragt in einen Innenraum 6 des Hohlleiters 2, und dient zum Aus- und Einkoppeln von EM-Wellen. EM-Wellen, die über das Koppelelement 5 auskoppeln werden über die zweite Stirnfläche 4 ausgesendet und EM-Wellen, die über die zweite Stirnfläche 4 des Hohlleiters 2 empfangen werden, koppeln an das Koppelelement 5 ein. 1 shows a longitudinal section of an antenna element 1 a fill level measuring device (not shown) according to the prior art. The level gauge is used to determine and monitor a level of a medium (not shown) in a container (not shown) by means of periods of electromagnetic waves (EM waves). The antenna element 1 includes a waveguide 2 , wherein a first end face 3 of the waveguide 2 closed and a second end face 4 of the waveguide 2 is open. A coupling element 5 juts into an interior 6 of the waveguide 2 , and is used for coupling and decoupling of EM waves. EM waves passing over the coupling element 5 disengage over the second end face 4 sent out and em waves that go beyond the second end face 4 of the waveguide 2 are received, couple to the coupling element 5 one.

Ferner umfasst das Antennenelement 1 einen Hornstrahler 7 zum Ausstrahlen und Fokussieren von EM-Wellen, wobei eine Eintrittsöffnung 8 des Hornstrahlers 7 in die zweite Stirnfläche 4 des Hohlleiters 2 mündet. Die von dem Hohlleiter 2 übertragenen EM-Wellen werden von dem Hornstrahler 7 ausgestrahlt und die von dem Hornstrahler 7 empfangenen EM-Wellen werden in den Hohlleiter 2 fokussiert.Furthermore, the antenna element comprises 1 a horn 7 for emitting and focusing EM waves, wherein an entrance opening 8th the horn radiator 7 in the second end face 4 of the waveguide 2 empties. The of the waveguide 2 transmitted EM waves are from the horn 7 aired and that of the horn 7 received EM waves are in the waveguide 2 focused.

2 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Antennenelements 1. Das Koppelelement (nicht dargestellt) ist als eine Leiterbahn auf einer Leiterkarte 12 ausgestaltet. Die Leiterkarte 12 ist dermaßen in dem Hohlleiter 2 angeordnet, dass EM-Wellen des Koppelelements in den Hohlleiter 2 ein und auskoppeln können. 2 shows a longitudinal section of an antenna element according to the invention 1 , The coupling element (not shown) is as a conductor track on a printed circuit board 12 designed. The circuit board 12 is so in the waveguide 2 arranged that EM waves of the coupling element in the waveguide 2 can be coupled in and out.

Ferner weist der Hornstrahler 7 drei Diskontinuitäten 14 auf. Eine an dem Koppelement erzeugt EM-Welle breitet sich in Richtung des Hornstrahlers 7 aus. Diese EM-Wellen werden an den drei Diskontinuitäten 14 zurück in Richtung der ersten Stirnfläche 3 reflektiert. Nach einer nochmaligen Reflektion an der ersten Stirnfläche 3 breiten sich die EM-Wellen wieder in Richtung des Hornstrahlers 7 und überlagern sich mit den EM-Wellen, die in dem Augenblick von dem Koppelelement 5 auskoppeln zu einer Gesamtwelle, wobei die Gesamtwelle von dem Hornstrahler 7 ausgestrahlt wird.Furthermore, the horn radiator points 7 three discontinuities 14 on. An EM wave generated on the coupling element propagates in the direction of the horn radiator 7 out. These EM waves become at the three discontinuities 14 back towards the first face 3 reflected. After a second reflection on the first face 3 the EM-waves spread again in the direction of the horn 7 and interfere with the EM waves coming from the coupling element at the moment 5 decouple to a total wave, with the total wave from the horn 7 is broadcast.

Der Abstand zwischen der ersten Stirnfläche 3 und den Diskontinuitäten 14 ist dermaßen gewählt, dass ein Antennendiagramm der Gesamtwelle eine ausgeprägte Hauptkeule und so gut wie gar keine Nebenkeulen aufweist.The distance between the first end face 3 and the discontinuities 14 is chosen so that an antenna diagram of the overall wave has a pronounced main lobe and virtually no side lobes.

Ferner weist der Hornstrahler 7 eine Bündelungseinrichtung 9 zum Bündeln der Gesamtwelle und eine Parallelisierungseinrichtung 10 zu Parallelisieren der Gesamtwelle, und eine dielektrische Linse 11 zum Fokussieren der Gesamtwelle auf. Die Bündelungseinrichtung 9, die Parallelisierungseinrichtung 10, und die dielektrische Linse 11 dienen dazu die Hauptkeule des Antennendiagramms des Antennenelements 1 zu verstärken und die Nebenkeulen des Antennendiagramms zu unterdrücken.Furthermore, the horn radiator points 7 a bundling device 9 for bundling the total wave and a parallelization device 10 to parallelize the overall wave, and a dielectric lens 11 for focusing the overall wave. The bundling device 9 , the parallelizer 10 , and the dielectric lens 11 serve to the main lobe of the antenna pattern of the antenna element 1 to amplify and suppress the sidelobes of the antenna pattern.

Die Bündelungseinrichtung 9 sorgt für eine gute Ausformung der Hauptkeule. Die Parallelisierungseinrichtung 10 sorgt für eine weitgehende Unterdrückung von Nebenkeulen. Die dielektrische Linse 11 ist mit einer scharfen „Spitze“ nach unten (nicht dargestellt) ausgestaltet, um Kondensat gut ablaufen zu lassen, da Wassertropfen die Radarwellen streuen und dämpfen.The bundling device 9 ensures a good shape of the main lobe. The parallelizer 10 ensures a substantial suppression of sidelobes. The dielectric lens 11 is designed with a sharp "tip" down (not shown) to drain condensate well because drops of water scatter and dampen the radar waves.

Der Hohlleiter 2 weist einen konischen Bereich auf, der aufgeweitet ist, wodurch der Leistungsanteil höherer Moden begünstigt wird. Eine besonders effektive Unterdrückung der Nebenkeulen und Begünstigung der Hauptkeule wird durch ein Zusammenspiel aus den Diskontinuitäten 14, Bündelungseinrichtung 9, Parallelisierungseinrichtung 10 und der Linse 11 erreicht. Die Diskontinuitäten 14 sorgen für eine Wandlung der verschiedenen Moden zu einer stark ausgeprägten einzelnen Mode, beispielsweise einer TE11-Mode.The waveguide 2 has a conical area that is widened, which favors the performance of higher modes. A particularly effective suppression of sidelobes and favoring the main lobe is through an interplay of discontinuities 14 , Bundling device 9 , Parallelization device 10 and the lens 11 reached. The discontinuities 14 provide for a conversion of the different modes to a strong individual mode, such as a TE11 mode.

3 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterkarte 12 eines erfindungsgemäßen Antennenelements entsprechend 2. Das Koppelelement 5 ist als eine Leiterbahn 16 auf der Leiterkarte 12 ausgestaltet. Eine kreisförmige Leiterbahn 16 umgibt das Koppelelement 5 ermaßen, dass eine Spitze des Koppelelements 5 in der Mitte der kreisförmigen Leiterbahn 16 angeordnet ist. 3 shows a plan view of a printed circuit board 12 an antenna element according to the invention accordingly 2 , The coupling element 5 is as a track 16 on the circuit board 12 designed. A circular track 16 surrounds the coupling element 5 Measure that a tip of the coupling element 5 in the middle of the circular track 16 is arranged.

Eine Länge L des Koppelelements 5 beträgt ein Viertel der Wellenlänge der aus dem Koppelelement 5 ausgekoppelten EM-Wellen. Ein Durchmesser der kreisförmigen Leiterbahn 16 beträgt mindestens einer halben Wellenlänge der aus dem Koppelelement 5 ausgekoppelten Wellen. Ist der Hohlleiter (siehe 2) mit einem dielektrischen Material gefüllt, dann muss der Durchmesser der kreisförmigen Leiterbahn 16 mindestens λ / 2·1/√DK betragen, wobei DK die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials ist.A length L of the coupling element 5 is a quarter of the wavelength of the coupling element 5 decoupled EM waves. A diameter of the circular track 16 is at least half a wavelength of the coupling element 5 decoupled waves. Is the waveguide (see 2 ) filled with a dielectric material, then the diameter of the circular conductor must be 16 at least λ / 2 · 1 / √ DK where DK is the dielectric constant of the dielectric material.

Hierdurch sind größere Bandbreiten bei der vorliegenden Erfindung möglich. Ferner werden einerseits die Erzeugung höherer Moden begünstigt und andererseits die Verluste vermindert. Im Stand der Technik beträgt der Durchmesser der kreisförmigen Leiterbahn höchstens einer Viertelwellenlänge der aus dem Koppelelement 5 ausgekoppelten Wellen. An das Koppelement 5 ist eine Zuleitung angeordnet, über die das Koppelelement 5 mit einer Radar- Sensorelektronik verbunden ist.As a result, larger bandwidths in the present invention are possible. Furthermore, on the one hand the generation of higher modes are favored and on the other hand the losses are reduced. In the prior art, the diameter of the circular conductor track is at most a quarter wavelength of the coupling element 5 decoupled waves. To the coupling element 5 a supply line is arranged, via which the coupling element 5 is connected to a radar sensor electronics.

4 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterkarte 12 eines Antennenelements entsprechend 3, bei dem die kreisförmige Leiterbahn zwei Unterbrechungen aufweist, welche die kreisförmige Leiterbahn in zwei Abschnitte 16a und 16b unterteilt ist. Das Koppelelement 5 ragt von einer ersten Unterbrechung in das Innere der kreisförmigen Leiterbahn. Die zweite Unterbrechung ist an einer dem Koppelelement 5 gegenüberliegende Stelle der kreisförmigen Leiterbahn angeordnet. Hierdurch wird die Grundmode fast vollständig unterdrückt und die Hauptkeule wird überwiegend aus höheren Moden zusammengesetzt. Da die höheren Moden geringere Unterscheide in der Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweisen, lassen sich die Diskontinuitäten derart dimensionieren, dass eine sehr kurze Antenne mit der gleichen Nebenkeulenunterdrückung einer langen Antenne nach dem Stand der Technik erreicht wird. Dies bewirkt, dass für ein Gerät ein kompaktes, handliches und billiges Gehäuse mit weniger Kunststoff und Metall konstruiert werden kann. 4 shows a plan view of a printed circuit board 12 an antenna element accordingly 3 in which the circular track has two interruptions which divide the circular track into two sections 16a and 16b is divided. The coupling element 5 protrudes from a first interruption in the interior of the circular track. The second interruption is at one of the coupling element 5 opposite point of the circular conductor track arranged. As a result, the fundamental mode is almost completely suppressed and the main lobe is composed mainly of higher modes. Since the higher modes have smaller differences in propagation speed, the discontinuities can be dimensioned to achieve a very short antenna with the same sidelobe suppression of a long prior art antenna. This results in a device that can be constructed into a compact, handy and inexpensive housing with less plastic and metal.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Antennenelement antenna element
22
Hohlleiter waveguide
33
Erste Stirnfläche First face
44
Zweite Stirnfläche Second face
55
Koppelelement coupling element
66
Innenraum inner space
77
Hornstrahler horn
88th
Eintrittsöffnung inlet opening
99
Bündelungseinrichtung converger
1010
Parallelisierungseinrichtung Parallelisierungseinrichtung
1111
Linse lens
1212
Leiterkarte PCB
1313
Durchmesser diameter
1414
Diskontinuität discontinuity
1515
Abstand distance
1616
Kreisförmige Leiterbahn Circular trace
16a16a
Erster Abschnitt first section
16b16b
Zweiter Abschnitt second part
LL
Länge length

Claims (11)

Füllstandmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstands eines Mediums in einem Behälter mittels Laufzeiten von elektromagnetischen Wellen (EM-Wellen), mit einem Antennenelement (1), umfassend einen Hohlleiter (2), wobei eine erste Stirnfläche (3) des Hohlleiters (2) geschlossen und eine zweite Stirnfläche (4) des Hohlleiters (2) geöffnet ist, ein Koppelelement (5) zum Aus- und Einkoppeln von EM-Wellen, wobei das Koppelelement (5) in einen Innenraum (6) des Hohlleiters (2) hineinragt, so dass EM-Wellen, die über das Koppelelement (5) auskoppeln, über die zweite Stirnfläche (4) ausgesendet werden und EM-Wellen, die über die zweite Stirnfläche (4) des Hohlleiters (2) empfangen werden, an das Koppelelement (5) einkoppeln, einen Hornstrahler (7) zum Ausstrahlen und Fokussieren von EM-Wellen, wobei eine Eintrittsöffnung (8) des Hornstrahlers (2) in die zweite Stirnfläche (4) des Hohlleiters (2) mündet, so dass die von dem Hohlleiter (2) übertragenen EM-Wellen von dem Hornstrahler (7) ausgestrahlt und die von dem Hornstrahler (7) empfangenen EM-Wellen in den Hohlleiter (2) fokussiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (2) und/oder der Hornstrahler (7) mindestens eine Diskontinuität (14) zum Reflektieren der durch den Hohlleiter (2) bzw. den Hornstrahler (7) geführten EM-Wellen aufweisen, so dass die an mindestens einen Diskontinuität (14) und der ersten Stirnfläche (3) reflektierten EM-Wellen und die von dem Koppelelement (5) ausgesendeten EM-Wellen überlagern und eine Gesamtwelle erzeugen, deren Hauptkeule begünstigt und deren Nebenkeulen unterdrückt sind.Level measuring device for determining and monitoring a level of a medium in a container by means of transit times of electromagnetic waves (EM waves), with an antenna element ( 1 ), comprising a waveguide ( 2 ), wherein a first end face ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) closed and a second end face ( 4 ) of the waveguide ( 2 ), a coupling element ( 5 ) for coupling and decoupling of EM waves, wherein the coupling element ( 5 ) in an interior ( 6 ) of the waveguide ( 2 protrudes, so that EM waves, which via the coupling element ( 5 ), over the second end face ( 4 ) and em waves which are transmitted via the second end face ( 4 ) of the waveguide ( 2 ), to the coupling element ( 5 ), a horn ( 7 ) for emitting and focusing EM waves, wherein an inlet opening ( 8th ) of the horn ( 2 ) in the second end face ( 4 ) of the waveguide ( 2 ), so that the of the waveguide ( 2 ) transmitted EM waves from the horn ( 7 ) and those of the horn ( 7 ) received EM waves in the waveguide ( 2 ), characterized in that the waveguide ( 2 ) and / or the horn ( 7 ) at least one discontinuity ( 14 ) for reflecting through the waveguide ( 2 ) or the horn ( 7 ) have guided EM waves, so that the at least one discontinuity ( 14 ) and the first end face ( 3 ) reflected EM waves and those of the coupling element ( 5 ) superimpose emitted EM waves and produce a total wave whose main lobe is favored and whose side lobes are suppressed. Füllstandmessgerät nach Anspruch 1, wobei eine in den Innenraum (6) des Hohlleiters (2) hineinragende Länge des Koppelelements (5) dermaßen gewählt ist, dass die Hauptkeule begünstigt und die Nebenkeulen unterdrückt sind. Level gauge according to claim 1, wherein one in the interior ( 6 ) of the waveguide ( 2 ) projecting length of the coupling element ( 5 ) is chosen so that the main lobe favors and the side lobes are suppressed. Füllstandmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hornstrahler (7) eine Bündelungseinrichtung (9) zum Begünstigen der Hauptkeule aufweist.Level gauge according to claim 1 or 2, wherein the horn ( 7 ) a bundling device ( 9 ) to favor the main lobe. Füllstandmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hornstrahler (2) eine Parallelisierungseinrichtung (10) zum Unterdrücken der Nebenkeulen aufweist.Level gauge according to at least one of the preceding claims, wherein the horn ( 2 ) a parallelization device ( 10 ) for suppressing the sidelobes. Füllstandmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hornstrahler (2) eine Linse (11), insbesondere eine dielektrische Linse zum Begünstigen der Hauptkeule und zum Unterdrücken der Nebenkeulen aufweist.Level gauge according to at least one of the preceding claims, wherein the horn ( 2 ) a lens ( 11 ), in particular a dielectric lens for promoting the main lobe and suppressing the sidelobes. Füllstandmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (5) als eine Leiterbahn auf einer Leiterkarte (12) ausgestaltet ist.Level gauge according to at least one of the preceding claims, wherein the coupling element ( 5 ) as a trace on a printed circuit board ( 12 ) is configured. Füllstandmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hohlleiter (2) als eine kreisförmige Leiterbahn (16) auf der Leiterkarte (12) ausgestaltet ist, dessen Durchmesser (13) mindestens einer halben Wellenlänge der EM-Wellen entspricht.Level gauge according to at least one of the preceding claims, wherein the waveguide ( 2 ) as a circular track ( 16 ) on the printed circuit board ( 12 ) whose diameter ( 13 ) corresponds to at least half a wavelength of the EM waves. Füllstandmessgerät nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Hohlleiter (2) an der Stelle an dem das Koppelelement (5) in den Hohlleiter (2) hineinragt und an einer dem Koppelelement (5) gegenüberliegenden Stelle unterbrochen ist.Level gauge according to claim 6 or 7, wherein the waveguide ( 2 ) at the point where the coupling element ( 5 ) in the waveguide ( 2 ) protrudes and at a the coupling element ( 5 ) opposite point is interrupted. Füllstandmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Diskontinuität (14) als eine Änderung des Durchmessers des Hohlleiters (2) und/oder des Hornstrahlers (7) ausgestaltet ist.Filling level measuring device according to at least one of the preceding claims, wherein the at least one discontinuity ( 14 ) as a change in the diameter of the waveguide ( 2 ) and / or the horn ( 7 ) is configured. Füllstandmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Diskontinuität (14) als ein Material mit einer anderen Dielektrizitätszahl ausgestaltet ist. Filling level measuring device according to at least one of the preceding claims, wherein the at least one discontinuity ( 14 ) is designed as a material having a different dielectric constant. Füllstandmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hohlleiter mit einem Dielektrikum, insbesondere Kunststoff gefüllt ist, und wobei das Dielektrikum eine Dielektrizitätszahl aufweist, der annähernd eine Dielektrizitätszahl einer Leiterkarte entspricht, auf der das Koppelelement angeordnet ist.Filling level measuring device according to at least one of the preceding claims, wherein the waveguide is filled with a dielectric, in particular plastic, and wherein the dielectric has a dielectric constant which approximately corresponds to a dielectric constant of a printed circuit board, on which the coupling element is arranged.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3450931A1 (en) * 2017-08-28 2019-03-06 VEGA Grieshaber KG Hollow line coupling for a fill level radar

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6353418B1 (en) * 1999-08-10 2002-03-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Horn antenna having a dielectric insert with a wide-based cone section
DE10051297A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-25 Endress Hauser Gmbh Co Microwave level measurement device has microwave generator, transmit and receive antennas, reception and evaluation circuit that determines level from transition time of microwaves
US20020053238A1 (en) * 1998-03-18 2002-05-09 Vega Grieshaber Kg. Fluid level measuring device measuring fluid level in a container at high temperatures and/or high pressures and/or in a chemically aggressive environment using microwaves
DE102004022516A1 (en) * 2004-05-05 2005-12-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg horn antenna
DE102008046054A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-18 Krohne Meßtechnik GmbH & Co KG Wave transition and horn antenna
EP2418465A1 (en) * 2010-07-19 2012-02-15 VEGA Grieshaber KG Amplitude profiling in fill level measuring devices
EP2515376A1 (en) * 2011-04-18 2012-10-24 VEGA Grieshaber KG Filling level measuring device antenna cover

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020053238A1 (en) * 1998-03-18 2002-05-09 Vega Grieshaber Kg. Fluid level measuring device measuring fluid level in a container at high temperatures and/or high pressures and/or in a chemically aggressive environment using microwaves
US6353418B1 (en) * 1999-08-10 2002-03-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Horn antenna having a dielectric insert with a wide-based cone section
DE10051297A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-25 Endress Hauser Gmbh Co Microwave level measurement device has microwave generator, transmit and receive antennas, reception and evaluation circuit that determines level from transition time of microwaves
DE102004022516A1 (en) * 2004-05-05 2005-12-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg horn antenna
DE102008046054A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-18 Krohne Meßtechnik GmbH & Co KG Wave transition and horn antenna
EP2418465A1 (en) * 2010-07-19 2012-02-15 VEGA Grieshaber KG Amplitude profiling in fill level measuring devices
EP2515376A1 (en) * 2011-04-18 2012-10-24 VEGA Grieshaber KG Filling level measuring device antenna cover

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3450931A1 (en) * 2017-08-28 2019-03-06 VEGA Grieshaber KG Hollow line coupling for a fill level radar
US11099050B2 (en) 2017-08-28 2021-08-24 Vega Grieshaber Kg Waveguide coupling for a fill level radar

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