EP4181313A1 - Hochfrequenzadapter zur verbindung einer hochfrequenzantenne mit einem antennenstecker - Google Patents
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- EP4181313A1 EP4181313A1 EP21208497.4A EP21208497A EP4181313A1 EP 4181313 A1 EP4181313 A1 EP 4181313A1 EP 21208497 A EP21208497 A EP 21208497A EP 4181313 A1 EP4181313 A1 EP 4181313A1
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Definitions
- the invention relates to a high-frequency adapter for connecting a high-frequency antenna to an antenna plug. Furthermore, the invention relates to a use.
- electromagnetic energy e.g. from a high-frequency generator
- a high-frequency antenna e.g. to a horn antenna
- the radio frequency waves are conducted from the antenna to the adapter via a waveguide. In this way, for example, moisture can get into the high-frequency adapter and lead to a malfunction of the adapter, e.g. to a short circuit of conductive parts.
- the high-frequency adapter can be set up in particular to forward high-frequency waves in a range of radar waves. At least some specifics of the adapter can be set up, for example, for part of the radar frequency range, for example for what is known as the K-band, which extends over a frequency range of 18 to 27 GHz. At least some of these specifics can also be adapted to other frequency ranges of the radar frequency range, for example by minor modifications.
- the adapter can be connected to a horn antenna and/or another high-frequency antenna on one side, for example.
- the adapter can be connected to an antenna connector in the form of a coaxial connector on another side, for example.
- the high-frequency waves can be transmitted or forwarded to the antenna by means of a waveguide, which can have a hollow-cylindrical shape. As such, the antenna may be located in an environment that may, in at least some cases, include moisture.
- the radio frequency waves are conducted from the antenna to the adapter via a waveguide.
- an impedance matching element can be arranged within the waveguide, which is set up for impedance matching to the high-frequency antenna.
- the impedances at the two ends of the adapter can differ from one another: In the coaxial area, the impedance can be around 50 - 75 ohms, for example, and in the area of the waveguide, the impedance can be around 700 ohms, for example.
- the impedance matching element can be designed, for example, in a stepped manner and significantly narrower than an inner diameter of the waveguide.
- the impedance matching element designed in this way is sometimes referred to as a fin.
- the impedance matching element can have a different shape for different frequency ranges.
- the impedance matching element can have electrical contact with the outer conductor of the coaxial system at at least one point in the area of the transition between the coaxial and waveguide system and on the base of the fin.
- the impedance matching element is electrically and mechanically connected to a conductive inner conductor.
- the inner conductor can be electrically connected directly or indirectly to the antenna plug. With a direct connection, the inner conductor can be routed to the end of the adapter that is opposite the antenna connection, so that in this case the antenna plug can be plugged onto this end of the inner conductor. In the case of an indirect connection, at least one further conductive component can be arranged on the inner conductor.
- the inner conductor can extend along a central axis of the waveguide.
- the high-frequency adapter also has a conductive, hollow-cylindrical jacket that connects to the waveguide.
- the jacket can be connected to the waveguide without gaps and/or tightly.
- the cladding can have a different material than the waveguide; for example, the jacket may include or consist of stainless steel, the waveguide may include or consist of copper. Both the waveguide and the sheath can advantageously be conductive in order to ensure electrical shielding and/or contribute to a defined impedance of the adapter.
- the cladding can be arranged parallel to the central axis of the waveguide.
- the high-frequency adapter also has an electrically insulating, hollow-cylindrical spacer element, which is arranged between the jacket and the inner conductor and thus insulates the inner conductor from the jacket and seals the waveguide in a fluid-tight manner.
- the waveguide and/or the jacket can have a rectangular, in particular a square, shape.
- the rectangular shape can affect the outer contour and/or the inner walls.
- the inner and/or outer corners can be rounded.
- the high-frequency adapter not only has a defined impedance in the area of the coaxial system, but is also robust against moisture that has diffused in and then condensed, because the spacer element can reduce or even prevent moisture from penetrating into parts of a high-frequency adapter that are susceptible to interference can prevent, and in particular can prevent a short circuit between the sheath and inner conductor. A possible point of condensation can thus be shifted to an area that is less sensitive to high-frequency waves.
- the spacer element can simplify the assembly of the high-frequency adapter, e.g. serve as an insertion aid during assembly and thereby help to prevent incorrect assembly.
- the adapter has proven to be particularly robust in experiments, especially with regard to vibrations, and has an increased longevity, e.g. due to the additional support of the inner conductor of the coaxial system.
- a first inner diameter of the cladding is smaller than a second inner diameter of the waveguide, so that a step is formed in the region of the connection between the waveguide and the cladding.
- the spacer element is at least partially arranged in the waveguide and forms a collar in the waveguide. This can lead to better mechanical cohesion of the adapter as well contribute to a better tightness against diffused moisture. In addition, this collar can prevent accumulation of condensate in the cavity.
- the spacer element comprises or consists of materials such as polytetrafluoroethylene, PTFE, polyetheretherketone, PEEK, polyethylene, PE, or polyvinylidene fluoride, PVDF, which are suitable for HF technology. These materials not only have dielectric properties, but also a certain toughness and elasticity, so that the spacer element nestles particularly tightly between the adjacent components of the adapter and in this way fills the technically necessary gap between the fin and the coaxial feed.
- the hole for the inner conductor also creates a guide for assembly in production, to which the relatively low friction - also during assembly - can contribute.
- at least some of the materials that can be used can be temperature-resistant and/or hydrophobic.
- the spacer element can be implemented as a turned plastic part.
- PTFE for example, can be used as the plastic. This type of production allows the spacer element to be manufactured particularly precisely.
- the radio frequency adapter further includes a process isolator disposed within the shell and through which a conductive element electrically connected to the inner conductor is passed.
- the process separation can be designed as a glass feedthrough, for example. It should be noted that—due to the spacer element—moisture can no longer condense on the process separation, in particular because the spacer element creates a seal with respect to the waveguide and other parts of the adapter.
- the conductive element is designed in one piece with the inner conductor. This can contribute to a particularly simple manufacture. This embodiment can be realized with and without the process separation.
- the conductive element has a similar coefficient of expansion as the process separation.
- the conductive element advantageously remains arranged in the process separation in a robust and long-term manner, even in the case of large fluctuations in temperature.
- the process separation comprises glass and/or ceramic and/or the conductive element comprises a nickel alloy, or these elements can be made of these materials.
- the conductive element is set up for direct connection to the antenna connector.
- the conductive element can be designed to be particularly robust and/or have a particularly conductive and/or corrosion-resistant coating, such as gold, at the connection points.
- the spacer element can particularly advantageously serve as an insertion aid during assembly and thereby contribute to preventing incorrect assembly.
- the method has the further step: arranging a process separation in the jacket, wherein a conductive element is passed through the process separation, which is set up for an electrical connection with the inner conductor.
- the high-frequency adapter can be particularly suitable, in particular, for level measurement, for topology determination and/or for limit level determination, because it can be used, for example, to implement a feedthrough between an antenna in a container and a high-frequency generator outside the container.
- the container can also be a process tank, for example, which is designed in particular for high temperatures and/or pressures.
- embodiments with a process separation can further increase the robustness of the high-frequency adapter.
- the high-frequency adapter 12 has a hollow-cylindrical waveguide 20 which is set up to forward high-frequency waves from and to a high-frequency antenna 80 (not shown).
- a conductive jacket 50 connects to the waveguide 20 .
- a conductive inner conductor 40 is arranged at least partially inside the jacket 50 and is electrically and mechanically connected to an impedance matching element 30 .
- the inner conductor 40 is separated from the jacket 50 by a cavity 18 .
- the cavity 18 can be designed as a rotationally symmetrical cavity, for example in the case of a round high-frequency adapter; with other shapes of the high-frequency adapter - eg rectangular, hexagonal, etc. - adapted accordingly or also cylindrical. In at least some cases, the cavity 18 may be infiltrated by moisture. This can significantly impair the functionality of the high-frequency adapter, up to and including failure of the adapter.
- the high-frequency adapter 10 is designed to connect a high-frequency antenna 80 (left side, not shown) to an antenna connector 90 (right side, not shown).
- the high-frequency adapter 10 has a hollow-cylindrical waveguide 20 which is set up to forward high-frequency waves from and to the high-frequency antenna 80 - which is arranged to the left of the waveguide 20 .
- a step-shaped impedance matching element 30 is arranged inside the waveguide 20 and is set up for impedance matching to the high-frequency antenna 80 .
- the high-frequency adapter 10 also has a conductive inner conductor 40 which is electrically and mechanically connected to the impedance matching element 30 , the inner conductor 40 being electrically indirectly connected to the antenna plug 90 - namely via a conductive element 45 .
- a conductive, hollow-cylindrical jacket 50 adjoins the waveguide 20 .
- the joint between the waveguide 20 and the cladding 50 can be tight, but in at least some cases it can also be faulty and/or due to long-term loads allow moisture to penetrate. In at least some embodiments, the seam may be omitted.
- the high-frequency adapter 10 also has an electrically insulating, hollow-cylindrical spacer element 60 which is arranged between the jacket 50 and the inner conductor 40 and thus insulates the inner conductor 40 from the jacket 50 and seals the waveguide 20 in a fluid-tight manner.
- the spacer 60 may also be non-fluid-tight.
- the spacer element 60 can be designed in such a way that it "occupies" the space where condensate could form and in this way can displace the condensate or reduce or prevent the formation of condensate. In this way, a malfunction of the high-frequency adapter 10 can advantageously be avoided even if moisture penetrates.
- the high-frequency adapter 10 also has a process separation 70 in order to further increase the robustness of the high-frequency adapter.
- the conductive element 45 is led through the process separation 70 .
- the conductive element 45 is electrically connected to the inner conductor 40 on one side.
- the conductive element 45 is adapted for connection to an antenna plug 90 (right side, not shown) via the end protruding from the process separation 70 and from a shroud 55 on the right.
- FIG 3 shows schematically a high-frequency adapter 10 according to an embodiment in a further longitudinal section.
- the same reference symbols as in FIG 2 same or similar items. while showing 3 It is particularly clear how the spacer element 60 insulates the inner conductor 40 from the jacket 50 and--in particular with the cooperation of a collar 62--also seals against the wall 50.
- the conductive element 45 is implemented with pointed ends in order to further simplify assembly.
- FIG. 1 schematically shows a high-frequency adapter 10 according to an embodiment in a perspective external view.
- the same reference symbols as in FIG 2 same or similar elements.
- the design of the impedance matching element 30 becomes clear, which in this exemplary embodiment is designed in a stepped manner and is significantly narrower than an inner diameter of the waveguide. That in this way designed impedance matching element 30 is sometimes referred to as a fin.
- This design can be particularly suitable for lower-frequency radar bands, for example for the K-band.
- the impedance matching element—and/or other components of the high-frequency adapter 10— can be configured at least slightly differently for other frequency ranges.
- figure 5 shows schematically a high-frequency adapter 10 according to a further embodiment in a longitudinal section.
- the same reference symbols as in FIG 2 same or similar elements.
- the conductive element 45 is designed in one piece with the inner conductor (40), so that an antenna plug 90 (on the right, not shown) is electrically connected directly to the antenna plug 90 .
- a first inner diameter 52 of the casing 50 (as, for example, also in 2 ) is smaller than a second inner diameter 22 of the waveguide 20, so that a step 25 is formed in the region of the connection between the waveguide and the jacket.
- a process separation 70 is arranged in the jacket 50, a conductive element 45 being guided through the process separation 70, which is set up for an electrical connection to the inner conductor 40.
- an electrically insulating spacer element 60 is arranged in a conductive jacket 50 .
- a conductive inner conductor 40 is inserted into the spacer element 60 .
- a waveguide 20 is connected, with an impedance matching element 30, which is arranged inside the waveguide 20.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzadapter zur Verbindung einer Hochfrequenzantenne mit einem Antennenstecker. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung.
- In der Hochfrequenztechnik, insbesondere in der Radartechnik, wird elektromagnetische Energie, z.B. von einem Hochfrequenzgenerator, an eine Hochfrequenzantenne, z.B. an eine Hornantenne, geleitet, um Hochfrequenzwellen aussenden und/oder empfangen zu können. Dies kann mittels eines Hochfrequenzadapters realisiert sein. In zumindest einigen Fällen werden die Hochfrequenzwellen über einen Hohlleiter von der Antenne an den Adapter geleitet. Beispielsweise auf diesem Weg kann Feuchtigkeit in den Hochfrequenzadapter gelangen und zu einer Störung der Funktion des Adapters führen, z.B. zu einem Kurzschluss von leitenden Teilen.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Eindringen von Feuchtigkeit in störungsanfällige Teile eines Hochfrequenzadapters zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
- Ein Aspekt betrifft einen Hochfrequenzadapter (kurz: Adapter) zur Verbindung einer Hochfrequenzantenne mit einem Antennenstecker. Der Hochfrequenzadapter weist auf:
- einen (insbesondere hohlzylindrischen) Hohlleiter, der zu einer Weiterleitung von Hochfrequenzwellen von und zu der Hochfrequenzantenne eingerichtet ist;
- ein Impedanz-Anpassungselement, das innerhalb des Hohlleiters angeordnet ist und das zu einer Impedanz-Anpassung an die Hochfrequenzantenne eingerichtet ist;
- einen leitfähigen Innenleiter, der elektrisch und mechanisch mit dem Impedanz-Anpassungselement verbunden ist, wobei der Innenleiter elektrisch direkt oder indirekt mit dem Antennenstecker verbunden ist;
- ein einen leitfähigen (insbesondere hohlzylindrischen) Mantel, der an den Hohlleiter anschließt; und
- ein elektrisch isolierendes hohlzylindrisches Abstandselement, das zwischen dem Mantel und dem Innenleiter angeordnet ist und so den Innenleiter von dem Mantel isoliert und den Hohlleiter fluiddicht abschließt.
- Der Hochfrequenzadapter kann insbesondere zur Weiterleitung von Hochfrequenzwellen in einem Bereich von Radarwellen eingerichtet sein. Zumindest einige Spezifika des Adapters können beispielsweise für einen Teil des Radarfrequenzbereichs eingerichtet sein, z.B. für das sog. K-Band, das sich über einen Frequenzbereich von 18 bis 27 GHz erstreckt. Zumindest ein Teil dieser Spezifika kann - z.B. durch geringfügige Modifikationen - auch an andere Frequenzbereiche des Radarfrequenzbereichs anpassbar sein. Der Adapter kann an einer Seite beispielsweise an eine Hornantenne und/oder eine andere Hochfrequenzantenne angeschlossen sein. Der Adapter kann an einer anderen Seite z.B. an einen Antennenstecker in Form eines Koaxialsteckers angeschlossen sein. Das Übermitteln oder Weiterleiten der Hochfrequenzwellen an die Antenne kann mittels eines Hohlleiters erfolgen, der eine hohlzylindrische Form aufweisen kann. Dabei kann die Antenne in einer Umgebung angeordnet sein, die in zumindest einigen Fällen Feuchtigkeit aufweisen kann.
- In zumindest einigen Fällen werden die Hochfrequenzwellen über einen Hohlleiter von der Antenne an den Adapter geleitet. Dabei kann für zumindest einige Frequenzbereiche ein Impedanz-Anpassungselement innerhalb des Hohlleiters angeordnet sein, das zu einer Impedanz-Anpassung an die Hochfrequenzantenne eingerichtet ist. Dabei können sich die Impedanzen an den beiden Enden des Adapters voneinander unterscheiden: Im koaxialen Bereich kann die Impedanz beispielsweise bei ca. 50 - 75 Ohm liegen, und im Bereich des Hohlleiters kann die Impedanz z.B. in einem Bereich von etwa 700 Ohm liegen. Für niederfrequentere Radarbänder, z.B. für das K-Band, kann das Impedanz-Anpassungselement zum Beispiel stufenförmig und deutlich schmaler als ein Innendurchmesser des Hohlleiters gestaltet sein. Das so gestaltete Impedanz-Anpassungselement wird gelegentlich als Finne bezeichnet. Das Impedanz-Anpassungselement kann für andere Frequenzbereiche eine andere Form aufweisen. Das Impedanz-Anpassungselement kann, zur Realisierung der Anpassung und/oder Abstrahlung, an mindestens einem Punkt im Bereich des Übergangs zwischen koaxialem und Hohlleitersystem sowie an der Grundfläche der Finne elektrischen Kontakt haben mit dem Außenleiter des koaxialen Systems.
- Das Impedanz-Anpassungselement ist elektrisch und mechanisch mit einem leitfähigen Innenleiter verbunden. Der Innenleiter kann elektrisch direkt oder indirekt mit dem Antennenstecker verbindbar sein. Dabei kann bei einer direkten Verbindung der Innenleiter bis zu dem Ende des Adapters geführt werden, das dem Antennenanschluss gegenüberliegt, so dass in diesem Fall der Antennenstecker auf dieses Ende des Innenleiters aufgesteckt werden kann. Bei einer indirekten Verbindung kann mindestens eine weitere leitfähige Komponente an dem Innenleiter angeordnet sein. Der Innenleiter kann sich entlang einer Mittelachse des Hohlleiters erstrecken.
- Der Hochfrequenzadapter weist weiterhin einen leitfähigen hohlzylindrischen Mantel auf, der an den Hohlleiter anschließt. Der Mantel kann lückenlos und/oder dicht an den Hohlleiter anschließen. Der Mantel kann ein anderes Material als der Hohlleiter aufweisen; beispielsweise kann der Mantel Edelstahl aufweisen oder daraus bestehen, der Hohlleiter kann Kupfer aufweisen oder daraus bestehen. Sowohl der Hohlleiter als auch der Mantel können vorteilhafterweise leitfähig sein, um eine elektrische Abschirmung zu gewährleiten und/oder zu einer definierten Impedanz des Adapters beitragen. Der Mantel kann parallel zu der Mittelachse des Hohlleiters angeordnet sein.
- Der Hochfrequenzadapter weist ferner ein elektrisch isolierendes hohlzylindrisches Abstandselement auf, das zwischen dem Mantel und dem Innenleiter angeordnet ist, und das so den Innenleiter von dem Mantel isoliert und den Hohlleiter fluiddicht abschließt.
- In einer Variation kann der Hohlleiter und/oder der Mantel eine rechteckige, insbesondere eine quadratische, Form aufweisen. Die rechteckige Form kann die Außenkontur und/oder die Innenwände betreffen. Die inneren und/oder äußeren Ecken kann abgerundet sein.
- Mit dieser Gestaltung, insbesondere durch das Abstandselement, weist der Hochfrequenzadapter nicht nur eine definierte Impedanz im Bereich des koaxialen Systems auf, sondern ist auch robust gegen eindiffundierte und dann kondensierende Feuchtigkeit, weil das Abstandselement ein Eindringen von Feuchtigkeit in störungsanfällige Teile eines Hochfrequenzadapters reduzieren oder sogar verhindern kann, und insbesondere einen Kurzschluss zwischen Mantel und Innenleiter verhindern kann. Eine mögliche Kondensationsstelle kann sich damit an einen für hochfrequente Wellen unempfindlicheren Bereich verschieben. Darüber hinaus kann das Abstandselement die Montage des Hochfrequenzadapters vereinfachen, z.B. als eine Einführhilfe bei der Montage dienen und dadurch zu einer Verhinderung von Fehlmontage beitragen. Ferner hat sich der Adapter in Experimenten als besonders robust erwiesen, insbesondere in Bezug auf Vibrationen, und weist eine erhöhte Langlebigkeit auf, z.B. durch die zusätzliche Abstützung des Innenleiters des koaxialen Systems.
- In einigen Ausführungsformen ist ein erster Innendurchmesser des Mantels kleiner als ein zweiter Innendurchmesser des Hohlleiters, so dass im Bereich des Anschlusses zwischen dem Hohlleiter und dem Mantel eine Stufe gebildet wird. Zudem ist das Abstandselement zumindest teilweise in dem Hohlleiter angeordnet und bildet einen Kragen in dem Hohlleiter. Dies kann sowohl zu einem besseren mechanischen Zusammenhalt des Adapters als auch zu einer besseren Dichtigkeit gegen eindiffundierte Feuchtigkeit beitragen. Zudem kann dieser Kragen eine Anlagerung von Kondensat in dem Hohlraum verhindern.
- In einigen Ausführungsformen weist das Abstandselement Materialien auf wie Polytetrafluorethylen, PTFE, Polyetheretherketon, PEEK, Polyethylen, PE, oder Polyvinylidenfluorid, PVDF, die HF-technisch geeignet sind, oder besteht aus diesem. Dabei weisen diese Materialien nicht nur dielektrische Eigenschaften auf, sondern auch eine gewisse Zähigkeit und Elastizität, so dass sich das Abstandselement besonders eng zwischen die benachbarten Komponenten des Adapters einschmiegt und auf diese Weise den technisch notwendigen Spalt zwischen Finne und koaxialer Zuführung ausfüllt. Durch die Bohrung für den Innenleiter entsteht zusätzlich eine Führung für den Zusammenbau in der Fertigung, wozu auch die relativ geringe Reibung - auch bei der Montage - beitragen kann. Darüber hinaus können zumindest einige der verwendbaren Materialien temperaturbeständig und/oder hydrophob sein.
- In einer Ausführungsform kann das Abstandselement als ein Kunststoff-Drehteil realisiert sein. Als Kunststoff kann beispielsweise PTFE verwendet werden. Durch diese Art der Herstellung kann das Abstandselement besonders präzise gefertigt werden.
- In einigen Ausführungsformen weist der Hochfrequenzadapter weiterhin eine Prozesstrennung auf, die innerhalb des Mantels angeordnet ist und durch die ein leitfähiges Element geführt ist, das mit dem Innenleiter elektrisch verbunden ist. Die Prozesstrennung kann z.B. als eine Glasdurchführung gestaltet sein. Es sei angemerkt, dass sich - durch das Abstandselement - an der Prozesstrennung auch keine Feuchtigkeit mehr niederschlagen kann, insbesondere weil das Abstandselement eine Abdichtung gegenüber dem Hohlleiter und andere Teile des Adapters realisiert.
- In einer Ausführungsform ist das leitfähige Element einstückig mit dem Innenleiter ausgeführt. Dies kann zu einer besonders einfachen Herstellung beitragen. Diese Ausführungsform kann mit und ohne die Prozesstrennung realisiert sein.
- In einer Ausführungsform weist das leitfähige Element einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten auf wie die Prozesstrennung. Dadurch bleibt vorteilhafterweise auch bei großen Schwankungen der Temperatur das leitfähige Element robust und langfristig in der Prozesstrennung angeordnet.
- In einigen Ausführungsformen weist die Prozesstrennung Glas und/oder Keramik auf, und/oder das leitfähige Element weist eine Nickellegierung auf, oder diese Elemente können aus diesen Materialien bestehen.
- In einer Ausführungsform ist das leitfähige Element zum direkten Anschluss an den Antennenstecker eingerichtet. Dabei kann das leitfähige Element besonders robust gestaltet sein und/oder an den Anschlusspunkten eine besonders leitfähige und/oder korrosionsfeste Beschichtung aufweisen, wie z.B. Gold.
- Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenzadapters, mit den Schritten:
- anordnen eines elektrisch isolierenden hohlzylindrischen Abstandselements in einem leitfähigen hohlzylindrischen Mantel; und
- einfügen eines leitfähigen Innenleiters in das Abstandselement; und
- anschließen eines Hohlleiters mit einem Impedanz-Anpassungselement, das innerhalb des Hohlleiters angeordnet ist, beispielsweise durch Einpressen in eine vorhandene Bohrung in dem Impedanz-Anpassungselement.
- Dabei kann das Abstandselement besonders vorteilhaft als eine Einführhilfe bei der Montage dienen, und dadurch zu einer Verhinderung von Fehlmontage beitragen.
- In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren den dem weiteren Schritt auf:
anordnen einer Prozesstrennung in dem Mantel, wobei durch die Prozesstrennung ein leitfähiges Element geführt ist, das für eine elektrische Verbindung mit dem Innenleiter eingerichtet ist. - Ein Aspekt betrifft eine Verwendung eines Hochfrequenzadapters wie oben und/oder nachfolgend beschrieben zur Verbindung einer Hochfrequenzantenne mit einem Antennenstecker. Der Hochfrequenzadapter kann besonders geeignet sein insbesondere zur Füllstandmessung, zur Topologiebestimmung und/oder zur Grenzstandbestimmung, weil damit z.B. eine Durchführung zwischen einer Antenne in einem Behälter und einen Hochfrequenzgenerator außerhalb des Behälters realisiert sein kann. Durch die robuster Ausführung des Hochfrequenzadapters kann der Behälter z.B. auch ein Prozesstank sein, der insbesondere für hohe Temperaturen und/oder Drücke ausgelegt ist. Darüber hinaus können Ausführungsformen mit einer Prozesstrennung die Robustheit des Hochfrequenzadapters weiter erhöhen.
- Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.
- Dabei zeigt:
- Fig. 1
- schematisch einen Hochfrequenzadapter gemäß dem Stand der Technik in einem Längsschnitt;
- Fig. 2
- schematisch einen Hochfrequenzadapter gemäß einer Ausführungsform in einem Längsschnitt;
- Fig. 3
- schematisch einen Hochfrequenzadapter gemäß einer Ausführungsform in einem weiteren Längsschnitt;
- Fig. 4
- schematisch einen Hochfrequenzadapter gemäß einer Ausführungsform in einer perspektivischen Außenansicht;
- Fig. 5
- schematisch einen Hochfrequenzadapter gemäß einer weiteren Ausführungsform in einem Längsschnitt;
- Fig. 6
- ein Flussdiagramm mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform.
-
Fig. 1 zeigt schematisch einen Hochfrequenzadapter 12 gemäß dem Stand der Technik in einem Längsschnitt. Der Hochfrequenzadapter 12 weist einen hohlzylindrischen Hohlleiter 20, der zu einer Weiterleitung von Hochfrequenzwellen von und zu einer Hochfrequenzantenne 80 (nicht dargestellt) eingerichtet ist. An den Hohlleiter 20 schließt sich ein leitfähiger Mantel 50 an. Zumindest teilweise innerhalb des Mantels 50 ist ein leitfähiger Innenleiter 40 angeordnet, der elektrisch und mechanisch mit einem Impedanz-Anpassungselement 30 verbunden ist. Der Innenleiter 40 ist von dem Mantel 50 durch einen Hohlraum 18 getrennt. Der Hohlraum 18 kann, z.B. bei einem runden Hochfrequenzadapter als ein rotationssymmetrischer Hohlraum gestaltet sein; bei anderen Formen des Hochfrequenzadapters - z.B. recheckig, sechseckig, etc. - entsprechend angepasst oder ebenfalls zylindrisch. In zumindest einigen Fällen kann in den Hohlraum 18 Feuchtigkeit eindringen. Dies kann die Funktionsfähigkeit des Hochfrequenzadapters deutlich verschlechtern, bis hin zu einem Ausfall des Adapters. -
Fig. 2 zeigt schematisch einen Hochfrequenzadapter 10 gemäß einer Ausführungsform in einem Längsschnitt. Der Hochfrequenzadapter 10 ist zur Verbindung einer Hochfrequenzantenne 80 (linke Seite, nicht dargestellt) mit einem Antennenstecker 90 (rechte Seite, nicht dargestellt) eingerichtet. Der Hochfrequenzadapter 10 weist einen hohlzylindrischen Hohlleiter 20 auf, der zu einer Weiterleitung von Hochfrequenzwellen von und zu der Hochfrequenzantenne 80 - die links von dem Hohlleiter 20 angeordnet ist - eingerichtet ist. Innerhalb des Hohlleiters 20 ist ein stufenförmiges Impedanz-Anpassungselement 30 angeordnet, das zu einer Impedanz-Anpassung an die Hochfrequenzantenne 80 eingerichtet ist. Der Hochfrequenzadapter 10 weist weiterhin einen leitfähigen Innenleiter 40 auf, der elektrisch und mechanisch mit dem Impedanz-Anpassungselement 30 verbunden ist, wobei der Innenleiter 40 elektrisch indirekt - nämlich über ein leitfähiges Element 45 - mit dem Antennenstecker 90 verbunden ist. An den Hohlleiter 20 schließt ein leitfähiger hohlzylindrischer Mantel 50 an. Die Fuge zwischen dem Hohlleiter 20 und dem Mantel 50 kann dicht sein, sie kann aber in zumindest einigen Fällen auch fehlerhafterweise und/oder durch langfristige Belastungen ein Eindringen von Feuchtigkeit zulassen. In zumindest einigen Ausführungsformen kann auf die Fuge verzichtet werden. Der Hochfrequenzadapter 10 weist ferner ein elektrisch isolierendes hohlzylindrisches Abstandselement 60 auf, das zwischen dem Mantel 50 und dem Innenleiter 40 angeordnet ist und so den Innenleiter 40 von dem Mantel 50 isoliert und den Hohlleiter 20 fluiddicht abschließt. In zumindest einigen Ausführungsformen kann das Abstandselement 60 auch nicht fluiddicht gestaltet sein. Das Abstandselement 60 kann so gestaltet sein, dass es den Raum "besetzt", an dem sich Kondensat bilden könnte, und auf diese Weise das Kondensat verdrängen kann bzw. die Bildung von Kondensat reduzieren oder unterbinden kann. Damit kann vorteilhafterweise auch im Falle des Eindringens von Feuchtigkeit eine Fehlfunktion des Hochfrequenzadapters 10 vermieden werden. Der Hochfrequenzadapter 10 weist zudem eine Prozesstrennung 70 auf, um die Robustheit des Hochfrequenzadapters weiter zu erhöhen. Das leitfähige Element 45 ist durch die Prozesstrennung 70 geführt. Das leitfähige Element 45 ist auf seiner einen Seite mit dem Innenleiter 40 elektrisch verbunden. Auf der anderen Seite ist das leitfähige Element 45 für eine Verbindung mit einem Antennenstecker 90 (rechte Seite, nicht dargestellt) eingerichtet, über das rechts aus der Prozesstrennung 70 und aus einer Ummantelung 55 herausragende Ende. -
Fig. 3 zeigt schematisch einen Hochfrequenzadapter 10 gemäß einer Ausführungsform in einem weiteren Längsschnitt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie inFig. 2 gleiche oder ähnliche Elemente. Dabei zeigtFig. 3 besonders deutlich, wie das Abstandselement 60 den Innenleiter 40 von dem Mantel 50 isoliert und - insbesondere unter Mitwirkung eines Kragens 62 - auch gegen die Wandung 50 eine Abdichtung realisiert. Das leitfähige Element 45 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit spitzen Enden realisiert, um die Montage weiter zu vereinfachen. -
Fig. 4 zeigt schematisch einen Hochfrequenzadapter 10 gemäß einer Ausführungsform in einer perspektivischen Außenansicht. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie inFig. 2 gleiche oder ähnliche Elemente. Insbesondere wird die Gestaltung des Impedanz-Anpassungselements 30 deutlich, das in diesem Ausführungsbeispiel stufenförmig und deutlich schmaler als ein Innendurchmesser des Hohlleiters gestaltet ist. Das auf diese Weise gestaltete Impedanz-Anpassungselement 30 wird gelegentlich als Finne bezeichnet. Diese Gestaltung kann insbesondere für niederfrequentere Radarbänder, z.B. für das K-Band, besonders geeignet sein. Für andere Frequenzbereiche kann das Impedanz-Anpassungselement - und/oder weitere Komponenten des Hochfrequenzadapter 10 - zumindest geringfügig anders gestaltet sein. -
Fig. 5 zeigt schematisch einen Hochfrequenzadapter 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einem Längsschnitt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie inFig. 2 gleiche oder ähnliche Elemente. Diese Ausführungsform weist keine Prozesstrennung 70 auf. Weiterhin ist das leitfähige Element 45 einstückig mit dem Innenleiter (40) ausgeführt, so dass ein Antennenstecker 90 (rechts, nicht dargestellt) elektrisch direkt mit dem Antennenstecker 90 verbunden ist. Weiterhin wird deutlich dass ein erster Innendurchmesser 52 des Mantels 50 (wie z.B. auch beiFig. 2 ) kleiner ist als ein zweiter Innendurchmesser 22 des Hohlleiters 20, so dass im Bereich des Anschlusses zwischen dem Hohlleiter und dem Mantel eine Stufe 25 gebildet wird. -
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm 100 mit einem Herstellungsverfahren für einen Hochfrequenzadapter 10 (siehe z.B.Fig. 2 bis Fig. 5 ) gemäß einer Ausführungsform. In einem optionalen Schritt 102 wird eine Prozesstrennung 70 in dem Mantel 50 angeordnet, wobei durch die Prozesstrennung 70 ein leitfähiges Element 45 geführt ist, das für eine elektrische Verbindung mit dem Innenleiter 40 eingerichtet ist. In einem Schritt 104 wird ein elektrisch isolierendes Abstandselement 60 in einem leitfähigen Mantel 50 angeordnet. In einem Schritt 106 wird ein leitfähiger Innenleiters 40 in das Abstandselement 60 eingefügt. In einem Schritt 108 wird ein Hohlleiter 20 angeschlossen, mit einem Impedanz-Anpassungselement 30, das innerhalb des Hohlleiters 20 angeordnet ist. -
- 10
- Hochfrequenzadapter
- 12
- Hochfrequenzadapter
- 15
- Mittelachse
- 18
- Hohlraum
- 20
- Hohlleiter
- 22
- Innendurchmesser des Hohlleiters
- 25
- Stufe
- 30
- Impedanz-Anpassungselement
- 40
- Innenleiter
- 45
- leitfähiges Element
- 50
- Mantel
- 52
- Innendurchmesser des Mantels
- 55
- Ummantelung
- 60
- Abstandselement
- 62
- Kragen des Abstandselements
- 70
- Prozesstrennung
- 80
- Antenne
- 90
- Antennenstecker
- 100
- Flussdiagramm
- 102 - 108
- Schritte
Claims (11)
- Hochfrequenzadapter (10) zur Verbindung einer Hochfrequenzantenne (80) mit einem Antennenstecker (90), der Hochfrequenzadapter (10) aufweisend:einen Hohlleiter (20), der zu einer Weiterleitung von Hochfrequenzwellen von und zu der Hochfrequenzantenne (80) eingerichtet ist;ein Impedanz-Anpassungselement (30), das innerhalb des Hohlleiters (20) angeordnet ist und das zu einer Impedanz-Anpassung an die Hochfrequenzantenne (80) eingerichtet ist;einen leitfähigen Innenleiter (40), der elektrisch und mechanisch mit dem Impedanz-Anpassungselement (30) verbunden ist, wobei der Innenleiter (40) elektrisch direkt oder indirekt mit dem Antennenstecker (90) verbindbar ist;einen leitfähigen Mantel (50), der an den Hohlleiter (20) anschließt; undein elektrisch isolierendes Abstandselement (60), das zwischen dem Mantel (50) und dem Innenleiter (40) angeordnet ist und so den Innenleiter (40) von dem Mantel (50) isoliert und den Hohlleiter (20) fluiddicht abschließt.
- Hochfrequenzadapter (10) nach Anspruch 1,wobei ein erster Innendurchmesser des Mantels (50) kleiner ist als ein zweiter Innendurchmesser des Hohlleiters (20), so dass im Bereich des Anschlusses zwischen dem Hohlleiter (20) und dem Mantel (50) eine Stufe gebildet wird, undwobei das Abstandselement (60) zumindest teilweise in dem Hohlleiter (20) angeordnet ist und einen Kragen (62) in dem Hohlleiter (20) bildet.
- Hochfrequenzadapter (10) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Abstandselement (60) Polytetrafluorethylen, PTFE, Polyetheretherketon, PEEK, Polyethylen, PE, oder Polyvinylidenfluorid, PVDF, aufweist oder aus diesem besteht. - Hochfrequenzadapter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend:
eine Prozesstrennung (70), die innerhalb des Mantels (50) angeordnet ist und durch die ein leitfähiges Element (45) geführt ist, das mit dem Innenleiter (40) elektrisch verbunden ist. - Hochfrequenzadapter (10) nach Anspruch 4,
wobei das leitfähige Element (45) einstückig mit dem Innenleiter (40) ausgeführt ist. - Hochfrequenzadapter (10) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei das leitfähige Element (45) einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizient wie die Prozesstrennung (70) aufweist. - Hochfrequenzadapter (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
wobei die Prozesstrennung (70) Glas und/oder Keramik, und/oder das leitfähige Element (45) eine Nickellegierung, aufweist oder daraus besteht. - Hochfrequenzadapter (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
wobei das leitfähige Element (45) zum direkten Anschluss an den Antennenstecker (90) eingerichtet ist. - Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenzadapters (10), mit den Schritten:anordnen eines elektrisch isolierenden hohlzylindrischen Abstandselements (60) in einem leitfähigen hohlzylindrischen Mantel (50); undeinfügen eines leitfähigen Innenleiters (40) in das Abstandselement (60); undanschließen eines Hohlleiters (20) mit einem Impedanz-Anpassungselement (30), das innerhalb des Hohlleiters (20) angeordnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 9, mit dem weiteren Schritt:
anordnen einer Prozesstrennung (70) in dem Mantel (50), wobei durch die Prozesstrennung (70) ein leitfähiges Element (45) geführt ist, das für eine elektrische Verbindung mit dem Innenleiter (40) eingerichtet ist. - Verwendung eines Hochfrequenzadapters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Verbindung einer Hochfrequenzantenne (80) mit einem Antennenstecker (90).
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