KR20180082475A - 안테나 장치 및 안테나 장치의 작동 방법 - Google Patents

안테나 장치 및 안테나 장치의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

제어 유닛(111) 및 분석 유닛을 포함하는 안테나 장치(201, 203)이 설명되는데, 제어 유닛(111)은 적어도 하나의 송신기 유닛(202, 204, 207)에 의해 송신 신호를 송신하도록 구성되고, 분석 유닛은 적어도 하나의 수신기 유닛(205, 206, 207)에 의해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하도록 구성된다. 안테나 장치는 토폴로지 측정을 위해 사용되며, 품질 측정에 대해 문턱값으로부터의 이탈이 존재한다면 전용의 충전 레벨 측정으로 전환할 수 있다.

Description

안테나 장치 및 안테나 장치의 작동 방법
본 발명은 측정 기술 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자기파에 의해 충전 레벨(fill level)을 측정하는 것과 관련되어 있다.
토폴로지 검출식 충전 레벨 측정 장치(topology-detecting fill level measurement device)들이 용기 내에서 충전 소재 또는 벌크 소재의 충전 레벨을 파악하는 데에 사용될 수 있다. 상기 측정 장치들은 충전 소재 표면 및/또는 벌크 소재 표면을 전자 신호에 의해 샘플링하며, 충전 소재 아래의 표면 영역이 알려져 있다는 가정 하에 충전 소재의 부피를 규명하기 위해, 및/또는 질량 또는 밀도가 알려져 있을 때 그로부터 도출될 수 있는 다른 변수들을 규명하기 위해, 샘플링으로부터 도출된 충전 소재 및/또는 벌크 소재의 3차원 표면 토폴로지와 관련된 정보를 활용할 수도 있다. 샘플링을 위해, 전자기파로부터의 빔(beam)이 충전 소재 또는 벌크 소재 위로 안내되며, 반사 거동이 모니터링되고 다양한 각도에서 분석된다.
DE 10 2007 039 397 B3은 복수의 송신기들과 복수의 수신기들 및 연관된 장치를 구비한 안테나 그룹을 작동시키는 방법을 설명하고 있다. WO 20154/052699 A1은 복수의 음향 송신기/수신기 어레이들에 의해 용기의 내용물을 분석하기 위한 방법과 관련되어 있다. WO 2015/120885 A1은 대상물의 특성을 검출하기 위한 측정 장치 및 방법과 관련되어 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 안테나 장치, 충전 레벨 측정 장치 및 안테나 장치의 작동 방법이 설명될 수 있다.
충전 레벨들의 효율적인 측정을 용이하게 하는 것이 요구될 수 있다.
독립 청구항들은 본 발명의 주제를 정의한다. 본 발명의 다른 실시예들은 종속 청구항들 및 이어지는 설명에서 찾아볼 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 제어 유닛, 분석 유닛, 적어도 하나의 제1 송신기 유닛 및 적어도 하나의 제1 수신기 유닛을 포함하는 안테나 장치가 설명된다. 제어 유닛은 적어도 하나의 제1 송신기 유닛에 의해 송신 신호를 송신하도록 구성되며, 분석 유닛은 적어도 하나의 제1 수신기 유닛에 의해 적어도 하나의 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 이에 더하여, 제어 유닛은 수신된 적어도 하나의 수신 신호로부터 대상물의 표면의 프로필이 분석 유닛에 의해 파악될 수 있게 적어도 하나의 제1 송신기 유닛을 작동시키도록 구성된다. 일례에서, 제어 유닛과 분석 유닛은 서로를 제어하기 위해 링크될 수 있다. 다른 예에서, 제어 유닛과 분석 유닛은 서로 독립적으로 작동될 수 있다. 분석 유닛은 또한 대상물의 표면의 프로필을 검출할 때 에러를 식별하도록 구성되며, 에러를 식별하면 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 대신에, 분석 유닛이 송신기 유닛으로부터 및/또는 수신기 유닛으로부터 대상물의 표면의 거리를 파악하도록 제어 유닛 및/또는 송신기 유닛을 구동하도록 구성되어 있다. 이 거리는 특정 가능한 단일한 공간 방향(spatial direction), 예컨대 대상물 표면에 실질적으로 수직한 방향 및/또는 안테나 장치가 결함의 경우에 고착된 방향에서 측정될 수 있다. 에러 이벤트에서, 거리 측정을 대신하여 또는 거리 측정에 더하여, 열악한 측정 품질을 나타내거나 결함을 드러내는 에러 메시지가 또한 출력될 수 있다. 이 에러 메시지는 디스플레이 상에 출력되거나 비퍼(beeper)를 통해 음향적으로 출력될 수 있다.
바꾸어 말해, 대상물의 표면 또는 표면의 프로필을 검출하도록 구성된 토폴로지 측정 장치는, 측정 장치에서 에러가 발생한 경우에 실질적으로 단일한 공간 방향으로만 전용적인 거리 측정을 수행하도록 전환될 수 있다. 에러는 기계적인 결함일 수 있으며 측정 품질의 저하일 수도 있다. 예를 들어, 제1 작동 모드에서 표면의 프로필을 파악함으로써 충전 레벨이 규명되도록 하는 측정 방법은, 특정 가능한 위치에서의 거리 측정에 의해 충전 레벨이 규명되는 제2 작동 모드로 전환될 수 있다. 이것은 복수의 거리 측정들로부터 표면의 프로필을 파악하는 것이 단일한 거리 측정으로부터 거리를 파악하는 것으로 전환된다는 것을 의미할 수 있다. 에러가 발생하면, 충전 레벨은 토폴로지 측정으로부터 거리 측정으로의 전환 이후에 거리 측정에 의해 규명될 수 있는데, 이는 충전 레벨 측정값 당 측정들의 수를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서 충전 레벨을 연산하기 위해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하는 것으로부터 단일한 수신 신호를 수신하는 것으로 전환하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제어 유닛, 분석 유닛, 적어도 하나의 제1 송신기 유닛 및 적어도 하나의 제1 수신기 유닛을 포함하는 안테나 장치가 제공된다. 제어 유닛은 적어도 하나의 송신기 유닛에 의해 예컨대 전자기파인 송신 신호를 송신하도록 구성된다. 분석 유닛은 적어도 하나의 제1 수신기 유닛에 의해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하도록 구성된다. 적어도 하나의 제1 수신기 유닛 및/또는 복수의 수신기 유닛들은 실질적으로 동시적으로 또는 지연 방식으로 수신 신호를 수신할 수 있다.
분석 유닛은 대상물의 표면을 검출하기 위해 적어도 2개의 수신 신호들로부터 적어도 2개의 특정 가능한 공간 방향들에 대해 적어도 2개의 반향 곡선(echo curve)들을 파악하도록 구성된다. 대상물의 표면을 검출하기 위해, 대상물의 표면 프로필에 대한 측정 결과는, 예컨대 파악되는 중인 표면 상의 다양한 지점들로부터의 복수의 거리들 및 그로부터 규명되고 있는 측정된 값에 의해 파악될 수 있다. 분석 유닛은 또한 적어도 2개의 서로 다른 공간 각(spatial angle)에 대한 수신 신호들의 측정 결과들로부터 적어도 2개의 수신 신호들에 대한 품질 측정을 파악하도록 구성된다. 품질 측정은 예컨대 수신 신호의 강도 또는 수신 신호의 신호대 잡음비일 수 있다. 품질 측정이 품질 측정에 대한 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하면, 따라서 품질 측정에 대한 문턱값이 초과되거나 충족되지 않으면, 분석 유닛은 또한 적어도 2개의 수신 신호들에 대해 송신기 유닛에게 송신 신호의 에너지를 증가시키도록 지시하고 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대해 단일한 반향 곡선을 파악하도록 구성된다.
바꾸어 말해, 토폴로지 측정의 품질 또는 대상물의 표면의 프로필의 측정의 품질이 파악될 수 있다. 측정의 품질이 특정 가능한 값에 상응하지 않으면, 토폴로지 측정은 전용의 충전 레벨 측정으로 전환될 수 있다. 전용의 충전 레벨 측정의 경우에, 토폴로지 측정에 대해 서로 다른 공간 방향들에 대해 수신되고, 및/또는 센서에서, 안테나 장치에서, 및/또는 충전 레벨 측정 장치에서, 그리고 특히 분석 유닛에서 연산되는 반향 곡선들이 모니터링되는 한편, 측정된 값, 예컨대 충전 레벨에 도달하기 위해 단 하나의 반향 곡선만이 단일한 공간 방향으로부터 수신되고 및/또는 연산된다. 단일한 공간 방향은 충전 레벨 표면에 실질적으로 수직하게 연장될 수 있다. 다만, 단일한 공간 방향은 이 방향에서 수신된 신호의 에너지가 다른 수신 방향들에 비하여 최대값이 되도록 선택될 수도 있다. 하나의 공간 방향으로의 수신 신호를 파악하기 위해, 2개의 공간 방향들로 초점이 맞춰진 송신 신호와 이에 상응하여 초점이 맞춰진 수신 신호가 이용될 수 있다. 따라서 낮은 확산도를 가진 신호들이 이용될 수 있다. 렌즈 또는 혼(horn) 안테나가 상응하는 초점 맞추기를 위해 이용될 수 있다. 상응하는 위상각으로 설정된 복수의 유사성 송신 신호(analogous transmission signal)들의 표적화된 겹침에 의한 유사성 빔 형성(analogous beamforming)이 또한 적절한 초점 맞추기를 보장할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 제1 송신기 유닛에 의해 송신 신호를 송신하는 단계와, 적어도 하나의 제1 수신기 유닛에 의해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하는 단계를 포함하는 안테나 장치의 작동 방법이 제공된다. 이 방법은 수신된 적어도 2개의 수신 신호들로부터 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 단계와, 대상물의 표면의 프로필을 파악할 때 발생하는 에러를 식별하는 단계를 더 제공한다. 에러의 발생을 식별하는 단계에 응답하여, 이 방법은, 분석 유닛이 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 대신 송신기 유닛으로부터 및/또는 수신기 유닛으로부터 대상물의 표면의 거리를 파악하도록 제어 유닛이 작동되는 것을 제공한다.
일실시예에서, 적어도 하나의 송신기 유닛에 의해 송신 신호를 송신하는 단계와, 적어도 하나의 수신기 유닛에 의해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하는 단계를 포함하는 안테나 장치의 작동 방법이 제공된다. 이 방법은 또한, 대상물의 표면을 검출하기 위해, 적어도 2개의 특정 가능한 공간 방향들에 대한 적어도 2개의 반향 곡선들이 적어도 2개의 수신 신호들로부터 파악되는 것을 제공할 수 있다. 또한, 이 방법은 적어도 2개의 수신 신호들에 대한 품질 측정을 파악하며, 송신 신호 및/또는 수신 신호의 에너지를 증가시킨다; 품질 측정이 적어도 2개의 수신 신호들에 대한 품질 측정에 대한 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하면, 이 방법은 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대해 단일한 반향 곡선을 파악한다.
다른 예에서, 단일한 송신기 유닛과 단일한 수신기 유닛을 포함하는 조정 유닛을 물리적으로 조정하는 것에 의한 기계적 샘플링의 경우에, 송신 신호 및 대상물 표면 상의 반사의 결과로서 송신 신호로부터 나타나는 연관된 수신 신호는 서로 다른 공간 방향들에 대해 시간적인 연속 상태(temporal succession)로 송신되거나 및/또는 수신될 수 있다. 이를 대체하여 또는 이에 더하여, 디지털 빔 형성(digital beamforming, DBF)에 의해 대상물 표면을 샘플링하는 것을 가능하게 하게 위해, 복수의 송신기 유닛들 및/또는 복수의 수신기 유닛들을 이용하는 안테나 어레이(antenna array)가 활용될 수 있다. 디지털 빔 형성에는 수학적인 방법에 의한 샘플링이 개입된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 안테나 장치를 포함하는 충전 레벨 측정 장치가 제공된다. 이 충전 레벨 측정 장치는 프로세서를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 프로그램 및 프로그램 요소를 구비한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있는데, 그 코드/요소는 프로세서에 의해 실행될 때 안테나 장치의 작동 방법을 수행한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 안테나 장치는 적어도 하나의 제2 수신기 유닛을 포함한다. 또한, 분석 유닛은 적어도 하나의 제1 수신기 유닛 및 적어도 하나의 제2 수신기 유닛 각각에 의해 적어도 2개의 수신 신호들 중 하나를 수신하도록 구성된다. 그리고 품질 측정이 품질 측정에 대해 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하면, 분석 유닛은 추가 송신 신호를 송신할 수 있다. 일실시예에서, 이 송신은 적어도 하나의 제1 수신기 유닛 및 적어도 하나의 제2 수신기 유닛 중 하나에 의해 일어날 수 있다. 예를 들어, 분석 유닛은 또한 제어 유닛이 그러한 추가 신호를 송신하도록 지시할 수도 있다. 신호를 송신하는 데에 이용되기 위해, 수신기 유닛은 송신기/수신기 유닛으로서 디자인될 수도 있다. 분석 유닛은 추가 신호의 송신을 트리거링하기 위해 송신기 유닛을 이용할 수 있다. 추가 송신 신호를 송신하는 것은 송신 신호의 에너지가 증가되도록 하는 2개의 신호들의 겹침으로 귀결될 수 있다. 그러나 그리고 나서 분석 유닛은 실질적으로 단일한 반향 곡선만이 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대해 파악되는 것을 제공한다.
신호 품질은 용기 내의 오염물질에 의해 손상될 수 있다. 에너지를 증가시키는 것은 그런 요염물질에도 불구하고 충전 레벨이 규명되도록 할 수 있으며, 대상물의 표면 프로필의 제한된 파악만은 가능하게 할 수 있다. 다른 예에서, 고에너지 측정은 토폴로지 측정과 같은 다른 측정을 검증하기 위한 타당성 측정(plausibility measurement)을 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 제2 또는 복수의 송신기 유닛들이 이용될 수 있는데, 이들은 시분할 다중통신 모드(time-division multiplexing mode), 주파수 분할 다중통신 모드(frequency-division multiplexing mode) 및/또는 코드 분할 다중통신 모드(code-division multiplexing mode)를 용이하게 하며 그런 모드로 작동될 수 있다. 제어 유닛이 시분할 다중통신 패턴에 대응하는 타이밍 패턴에 따라 송신기 유닛들을 활성화할 수 있거나, 상기 유닛이 상응하는 주파수 신호 또는 코드에 의해 송신 신호를 변조할 수 있다. 또한, 추가적으로 또는 대체적으로, 서로 다른 공간 방향들로부터 반향 곡선들을 규명하기 위해 공간 각을 기계적으로 조정하는 것을 가능하게 하는 기계적 조정 유닛이 제공될 수 있다. 이에 더하여, 신호 에너지는 추가 송신기 유닛, 수신기 유닛 및/또는 송신기/수신기 유닛에 의해 추가 송신 신호를 보내는 것에 의해서만 증가될 수 있는 것이 아니다; 충전 레벨 측정이 단일한 공간 방향으로만 수행되는 경우 송신 에너지가 증가되도록 해주는 에너지 조정 유닛이 제공될 수도 있다. 서로로부터 반파장보다 작거나 동일한 거리에서의 송신기 요소들, 수신기 요소들 및/또는 송신기/수신기 요소들의 배치는 신호 연산 동안에 우수한 결과들로 귀결될 수 있다. 시분할 다중통신 모드에 의해, 요소들 사이의 거리들의 인공적인 감소가 또한 실제 어레이들로부터 형성된 가상 어레이들에 의해 에뮬레이트될 수 있다. 가상 어레이는, 시분할 다중통신 방식에 따라 작동되는 송신기 유닛들 및 수신기 유닛들의 위치들에 의해, 타이밍 패턴에 대항하여 수학적으로 오프셋되어 일시적으로 순차적인 작동이 시간상 한 지점에서의 가상 안테나의 작동으로서 나타나도록 형성된다. 안테나 장치, 충전 레벨 측정 장치, 송신기 유닛 및/또는 2-라인 장치로서의 분석 유닛의 디자인은 전력이 2-와이어 라인을 통해 공급되도록 할 수 있으며, 데이터가 같은 라인을 통해 전송되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 안테나 장치는, 적어도 하나의 제1 송신기 유닛 및/또는 적어도 하나의 제1 수신기 유닛을 기계적으로 조정함으로써 대상물의 표면의 프로필을 파악하기 위해, 적어도 하나의 제1 송신기 유닛 및/또는 적어도 하나의 제1 수신기 유닛을 기계적으로 조정하기 위한 조정 유닛을 포함한다. 일례에서, 제어 유닛은 기계적으로 조정된 안테나 장치의 위치를 파악할 수 있는 각도 검출 유닛 또는 각도 검출 부품에 연결될 수 있다. 제어 유닛은 또한, 토폴로지를 파악하기 위해, 수신된 수신 신호들 및 특히 그로부터 도출된 반향 곡선들이 그 위치에 링크되도록 구성될 수도 있다. 에러가 식별되면, 분석 유닛은 또한 특정 가능한 위치로 조정 유닛을 견고하게 고정하도록 구성되며, 및/또는 에러가 예컨대 모터 고장의 경우와 같이 조정 유닛이 더 이상 움직일 수 없게 되었을 때, 상기 유닛은 안테나 장치의 위치를 파악하도록 구성된다. 에러의 경우, 분석 유닛은 또한 에러 메시지를 출력하도록 구성되고 및/또는 상기 견고하게 고정된 위치에 있는 송신기 유닛으로부터 및/또는 수신기 유닛으로부터 대상물의 표면의 거리를 파악하도록 구성된다. 안테나 장치의 규명된 위치는 송신기 유닛으로부터 및/또는 수신기 유닛으로부터 대상물 표면의 거리가 파악될 때 대상물 표면에 대한 관계에서 수직한 위치로부터의 잠재적인 이탈들을 보상하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예들이 도면들을 참조로 이하에서 설명된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 충전 레벨 측정 장치를 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 선형 파라볼릭 안테나 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 2차원 안테나 어레이의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 예시적인 실시예에 따른 선형적으로 배열된 요소들을 포함하는 안테나 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 안테나 장치의 작동 방법의 플로우 다이어그램이다.
도면들에 도시된 것들은 개략적인 것이며 축적에 맞지는 않는다. 도 1 내지 도 5의 이어지는 설명에서, 동일한 참조 부호들이 동일하거나 동등한 요소들에 대해 사용되고 있다.
보편성을 잃지 않는 차원에서, 도면들의 이어지는 설명은 실질적으로 선형 안테나(201)를 언급할 수 있다. 다만, 설명 및 이론들이 2차원 어레이 안테나에 맞추어 적용될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 충전 레벨 측정 장치(105) 또는 토폴로지 검출식 레이더 측정 장치(105)를 나타내고 있다. 측정 장치(105), 즉 필드 장치(105), 특히 충전 레벨 측정 장치(105)는 서로 다른 각도 범위들(101, 102, 103) 또는 메인 수신 방향들(101, 102, 103)로부터 반향 신호들 또는 반향 곡선들을 검출할 수 있다. 충전 레벨 측정 장치(105)는 제어 유닛(111)과 분석 유닛(123)을 포함하며 2-라인 연결부(130)를 통해 전력을 공급받는다. 2-라인 연결부는 예컨대 규명된 충전 레벨을 중앙 제어실(도 1에는 나타내지 않음)로 전달하기 위한 데이터 전송에 사용될 수도 있다. 각도 범위들(101, 102, 103)은 조정 가능한 메인 빔 방향들 또는 조정 가능한 메인 수신 방향들의 일례로서 고려된다. 0° 에서 180° 까지의 각도 범위(122)가 안테나 장치(201, 203)의 조정 및 배향에 따라 도 1에 나타낸 배치에 의해 검출될 수 있다. 안테나 홀더(108)를 회전시킴으로써, 대상물(104)의 3차원 표면(120) 전체가 검출될 수 있다. 한 공간 방향으로 규명된 각 반향 곡선에 대해, 대상물(104)의 표면 상의 상대적인 지점으로부터의 거리, 예컨대 벌크 소재(104) 또는 충전 소재(104)로부터의 거리가 규명된다. 이들 거리 값들을 수치적으로 통합함으로써, 그리고 벌크 소재(104) 또는 충전 소재(104) 아래의 평면형 표면(106), 특히 평면형 용기 베이스(106)를 상정할 때, 벌크 소재 비축분(107)의 부피가 규명될 수 있다.
기계적인 샘플링을 위해, 충전 레벨 측정 장치(105)는 안테나(201, 203) 또는 안테나 장치(201, 203)를 고정하기 위한 안테나 베이스(109)를 구비한 안테나 홀더(108)를 포함한다. 안테나 베이스(109)와 안테나 홀더(108)는 조정 유닛을 형성하는데, 이는 제어 유닛(111)에 의해 배향될 수 있다. 조정 유닛(109, 108)은 모터에 의헤 제어될 수 있다. 이런 식으로, 모터 제어식 평면형 안테나 또는 모터 제어식 혼(horn) 안테나가, 안테나 장치가 안테나 베이스(109) 상에 어떤 형식으로 장착되는지에 따라 실현될 수 있다. 충전 레벨 측정 장치(105)의 디자인에 따라, 안테나 베이스(109)는 안테나 베이스(109)에 부착된 안테나 장치(201, 203)의 메인 빔 방향을, 예컨대 안테나 홀더(108)를 회전축 둘레로 회전시키거나 및/또는 틸트 각(122) 둘레로 틸팅시킴으로써 기계적으로 조정하는 것을 가능하게 한다. 이 회전이 화살표(110)로 나타내어져 있으며, 틸트가 화살표(122)로 나타내어져 있다.
기계적인 회전(110) 및/또는 틸팅(122)에 더하여 또는 이를 대체하여, 안테나(201, 203) 또는 안테나 장치(201, 203)의 메인 빔 방향(101, 102, 103) 또는 메인 수신 방향(101, 102, 103)은 디지털 빔 형성 방식에 의해 보충되거나 대체될 수 있다.
적어도 하나의 송신기 유닛과 적어도 두 개의 수신기 유닛을 포함하는 안테나 어레이가 사용된다면, 복수의 메인 빔 방향들 및/또는 메인 수신 방향들 및 특히 이 복수의 공간 방향들로부터의 복수의 반향 곡선들이 측정시마다 규명될 수 있다. 벌크 소재(104) 또는 다른 대상물(104)의 표면(120)을 샘플링할 수 있도록, 송신 신호가 안테나 장치의 송신기 유닛으로부터 실질적으로 모든 공간 방향들로 보내어진다. 등방성 방사기에 의해 관심 영역이 말하자면 조명된다. 안테나 장치의 수신기 유닛들에 의해 수신된 신호들을 분석함으로써, 수신 신호가 임의의 원하는 공간 방향(101, 102, 103)에서 파악될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 각도 범위들에서 벌크 소재(104)의 표면(120)을 검출하기 위해 단 한 번의 측정에 의해 다양한 각도 범위들(101, 102, 103)에서 수신 신호가 형성될 수 있다. 수신 신호는 서로 다른 각도 범위들에서 수신 빔을 검출함으로써 충전 소재의 표면(120) 위로 안내될 수 있다. 디지털 빔 형성 방식들이 서로 다른 공간 영역들을 검출하는 데에 사용되며, 벌크 소재(104)의 표면(120)이 실질적으로 기계적인 각도 조정(122) 또는 회전(110) 없이도 샘플링될 수 있다.
디지털 빔 형성을 활용하기 위해, 복수의 송신기 유닛들 및 수신기 유닛들을 포함하는 안테나 장치(201, 203)가 사용되는데, 이 장치는 안테나 지지부(109) 또는 안테나 베이스(109)에 부착되어 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 선형 파라볼릭 안테나 장치(201) 또는 선형 평면형 안테나 장치(201)의 사시도이다. 송신기 유닛들(202) 및 수신기 유닛들(205)이 도 2에 나타낸 바와 같이 참조 부호 210으로 표시된 좌표계(210)의 y축에 선형적으로 평행하도록 배치되어 있으므로, 안테나 장치(201)는 선형 어레이(201)로서 지목될 수 있다. 송신기 유닛들(202)과 수신기 유닛들(205)의 그룹화는 안테나 그룹으로 지목될 수 있다. 원하는 빔 형성을 획득하고 특정 가능한 영역에서 벌크 소재(104)의 표면(120)을 샘플링할 수 있도록 송신기 요소들(202) 또는 송신기 유닛들(202)은 제어 유닛(111)에 의해 구동되며 수신기 요소들(205) 또는 수신기 유닛들(205)은 분석 유닛(123)에 의해 작동된다. 회전 가능한 안테나 홀더(108)와 조합되어, 파라볼릭 트로프(trough)(201) 또는 선형 어레이(201)가 안테나 지지부(109) 상에서의 사용을 위해 장착될 수 있다. 선형 어레이(201)는 송신기 유닛들(202) 또는 안테나 요소들(202)에 의해 방사되고 및/또는 수신기 유닛들(205)에 의해 수신된 전자기파들의 기계적인 초점 맞추기를 좌표계(210)에 나타낸 x 방향으로 수행할 수 있다. 선형 렌즈(209) 또는 선형 하이퍼볼릭 부분(209)이 기계적 초점 맞추기를 위해 제공된다. 상응하는 신호들은 수신된 신호들이 분석 부품(123) 또는 분석 유닛(123)에서 DBF에 의해 검출된 후에만 좌표계(210)의 y 방향 또는 선형 방향(402)으로 초점 맞춰진다. 이런 식으로, y 방향으로 안테나(121)의 메인 수신 방향의 표적화된 제어 역시 있을 수 있다. 전용의 송신기 유닛들(202) 및 전용의 수신기 유닛들(205) 대신, 동일한 위치에서 동시에 송신하고 수신할 수 있는 송신기/수신기 유닛들(207)이 사용될 수도 있다. 송신기 유닛들(202, 204) 및 수신기 유닛들(205, 206)은 송신기/수신기 유닛들(207)로 대체될 수 있다. 개별적인 송신기 유닛들(202, 204, 207) 및/또는 수신기 유닛들(205, 206, 207)은 서로로부터 d0의 거리에 있으며, 그리드(grid) 상에서 배향되어 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 2차원(2D) 안테나 어레이(203) 또는 2D 평면형 안테나 장치(203)를 나타내고 있다. 2차원 안테나 어레이는 예컨대 좌표계(210')에 표시된 x 방향 및 y 방향으로, 2개의 공간 방향들로 연장부를 갖고 있다. 도 3은 안테나 어레이(203) 상의 송신기 유닛들(204)과 수신기 유닛들(206)의 배열을 보여주고 있다. 전용의 송신기 유닛들(204) 및 전용의 수신기 유닛들(206) 대신, 동일한 위치에서 송신과 수신을 동시에 하는 송신기/수신기 유닛들(207)이 이용될 수 있다. 개별적인 송신기 유닛들 및/또는 수신기 유닛들은 서로로부터 거리 d0 만큼 떨어져 있다. 일례에서, 복수(i)의 서로 다른 그리드 거리(di)가 하나의 송신기 유닛 및/또는 수신기 유닛 내에 실현되는 것도 제공될 수 있는데, 여기서 거리들(di)은 d0와 다르다. 안테나 어레이(203)는 강성 안테나 홀더(108) 및 강성 안테나 지지부(109)와 조합되어 사용될 수 있다. 정적인 안테나 홀더(108)과 조합되어, 2차원 안테나 어레이(203)는 정적인 배치에도 불구하고 2개의 공간 방향들에서 샘플링하는 것을 가능하게 한다. 2차원 안테나 어레이(203)는 x축을 따라, 그리고 y축을 따라 복수의 송신기 유닛들(204) 및/또는 수신기 유닛들(206)을 포함한다. 상기 유닛들은 대칭축들(250, 251)에 대해 대칭이 되도록 배치된다. 송신기 유닛들(204, 207)과 수신기 유닛들(206, 207)은 그리드 간격 d0로 그리드형 방식으로 배치된다. 상기 그리드 간격은 예컨대 사용되는 송신 신호의 파장의 절반에 대응하는데, 이 신호는 제어 유닛(111)에 의해 각각의 송신기 유닛들(202, 204)에서 트리거링된다. 거리 규준(distance criterion)에 의해 특정된 거리 λ/2에 부합함으로써 그레이팅 로브(grating lobe)를 감소시킬 수 있다. 2차원 안테나 어레이(203) 또는 선형 안테나 어레이(201)를 구동하고 및/또는 분석하도록 구성된 적절하게 로드된 프로그램이 2차원 디지털 빔 형성 방식에 따라, 그리고 사용된 안테나 디자인(201, 203)에 따라 수신기 유닛들(205, 206, 207)에 의해 수신된 신호들을 링크한다.
디지털 빔 형성(DBF)의 목적을 위해, 그리고 특히 가상 어레이를 형성하기 위해, 송신기 유닛들(202, 204)은 시분할 다중통신 방식에 따라 송신 신호를 송신하도록 순차적으로 또는 하나 하나씩 트리거링된다. 디지털 빔 형성을 성취하기 위해, 특별히 코딩된 송신 신호, 즉 직교 신호 형태(orthogonal signal form)가 시분할 다중통신 방식의 대체제로서 활용될 수 있다. 코딩된 송신 신호가 개별적인 송신기들(202, 204), 특히 개별적인 송신기 위치들을 식별하는 데에 사용된다면, 송신기 유닛들(202, 204)은 동시적으로 송신하도록 트리거링될 수 있다. 측정 사이클이 동시적인 트리거링에 의해 감소될 수 있다. 코딩은 동시적인 송신에도 불구하고 개별적인 송신기 유닛들(202, 204) 각각에 의해 생성된 신호들을 식별할 수 있도록 하기 위해 신호원의 위치를 파악하는 것을 가능하게 한다. 시분할 다중통신 방식 및 코딩은 모두 수신 신호를 복수의 송신기 유닛들(202, 204, 207) 중 특정한 송신기 유닛(202, 204, 207)에 명확하게 할당하는 데에 사용될 수 있다.
디지털 빔 형성 방식을 이용할 때 바람직하지 않은 그레이팅 로브를 피하기 위해, 2개의 인접한 안테나 요소들(202, 204, 205, 206, 207) 사이의 물리적인 거리 d0는 사용된 레이더 신호들, 송신 신호들 및/또는 수신 신호들의 파장의 절반보다 크지 않도록(파장의 절반과 같거나 더 작도록) 선택된다. 이 제한은 충전 레벨 측정 기술에 사용된 79 GHz의 영역에서 레이더 신호들에 기초하는 많은 수의 안테나 요소들(202, 205, 204, 206)로 이끌 수 있다.
또한, 시분할 다중통신에서 개별적인 송신기 요소들(202, 204)을 사용할 때, 충전 레벨 측정 장치들(105)은 활용 가능한 반도체 부품들의 제한된 출력을 고려하여 벌크 소재(104)의 방향으로 제한적인 송신 출력 또는 송신 에너지만으로 방사할 수 있다. 방사 중 더 이상 디지털 빔 형성이 없으며, 따라서 벌크 소재 또는 대상물(104)의 표면(120) 전체가 송신기 유닛들(202, 204, 207)에 의해 조사되거나 조명되어야만 한다. 약한 반사 매체 속성을 가진 벌크 소재가 이런 약한 방사에 의해 측정되어야 한다면, 상기 벌크 소재(104)에 의해 반사된 신호가 너무 약해서 검출이 실질적으로 더 이상 불가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 선형적으로 배치된 송신기 유닛들(202) 및 송신기/수신기 유닛들(207)을 포함하는 안테나 장치(201) 또는 물리적 어레이(201)의 평면도이다. 송신기/수신기 유닛들(207)은 수신만 할 수 있는 전용의 수신기 유닛들(206) 대신 사용된다. 송신기/수신기 유닛들(207)은 그 구동에 따라 송신기 유닛(202)으로서 또는 수신기 유닛(205)으로서 작동될 수 있다. 따라서 안테나 장치(201)는 송신기/수신기 유닛들(207)만으로 만들어질 수 있는데, 그 한 부분은 송신기 유닛들(202)로서 작동될 수 있고 다른 부분은 수신기 유닛들(205)로서 작동될 수 있다. 결과적으로, 예컨대 제어 유닛(111) 또는 분석 유닛(123)에 의해 제어되는 어레이(203) 내에서 송신기 유닛들(202) 및 수신기 유닛들(205 또는 204 및 206)의 배치를 전자적으로 변경하는 것이 가능할 수 있다.
송신기/수신기 유닛들(207) 및 수신기 유닛들(205)은 y 방향으로 참조 라인(402)에 대한 관계에서 선형적인 방식으로 직사각 파라볼릭 트로프 내에 배치된다. y 방향은 직사각 선형 안테나의 4 변 중 더 긴 쪽과 평행하게 연장된다. 이 예에서, 송신기/수신기 유닛들(207)과 수신기 유닛들(205)은 사용되는 송신 신호의 파장에 관련된 그리드 상에서 배향된다. 송신기/수신기 유닛들(207) 및 수신기 유닛들(205)의 특정 가능한 위치들은 그리드에 의해 파악된다. 2개의 인접한 요소들 사이, 즉 수신기 유닛들(204, 206), 송신기 유닛들(202, 205) 및/또는 송신기/수신기 유닛들(207) 사이의 거리 d0는 실질적으로 한 파장, 즉 d0 = λ이며, 따라서 거리 규준을 충족하지 않는다. 참조 라인(400) 상의 참조점(401)으로부터 진행하여, 2개의 제1 수신기 유닛들(205)이 참조 라인(400)에 대한 관계에서 대칭되며 d0/2 및 -d0/2 및/또는 λ/2 및 -λ/2인 지점들에 배치된다; 그러나 모든 그리드 위치들이 요소들(202, 204, 205, 206, 207)에 의해 점유되지는 않는다. 참조 라인(400)은 안테나 장치(201)에 대한 대칭 축(400)이다. 다음의 2개의 수신기 유닛들(205)은 3d0/2 및 -3d0/2에 위치한다. 다음 2개의 수신기 유닛들은 5d0/2 및 -5d0/2에 위치하며, 최외곽의 수신기 유닛들(205)은 7d0/2 및 -7d0/2에 위치한다. 따라서, 인접한 수신기 요소들(205)은 d0 또는 λ의 규칙적인 거리에 있다.
수신기 유닛들(205)로부터 송신기/수신기 유닛들(207)로의 이행의 관점에서, 인접한 요소들은 마찬가지로 d0의 거리에 있다. 9d0/2 및 -9d0/2 또는 9λ/2 및 -9λ/2의 특정 가능한 지점들에 송신기/수신기 유닛들(207)이 있다. 최외곽 송신기/수신기 유닛들(207)은 12d0/2 및 -12d0/2 또는 12λ/2 및 -12λ/2의 특정 가능한 지점들에 위치하며 따라서 규칙적인 구조에서 이탈한다.
도 3으로부터 2차원 물리적 어레이(203)는 상응하는 규칙적인 구조를 가지며, 상기 어레이는 x 방향으로 참조 라인(250) 상에서, 그리고 y 방향으로 참조 라인(251) 상에서 배향되는데, 이는 안테나 어레이(203)의 표면 영역의 도심(centroid)에 있는 참조점(252)으로 귀결될 수 있다.
도 3 및 도 4는 참조점들(401, 252) 어디에도 물리적 송신기 유닛(202, 204), 물리적 수신기 유닛(205, 206) 또는 물리적 송신기/수신기 유닛(207)이 배치되어 있지 않은 것을 나타내고 있다. 도 4는 이와 같이 8개의 수신기 유닛들(205)과 4개의 송신기/수신기유닛들(207)을 구비한 선형 안테나 어레이를 포함하고 있다.
도 4로부터의 안테나 장치(201)는 다양한 작동 모드들로 구동될 수 있다. 제어 유닛(111)과 분석 유닛(123)은, 예컨대 로드되는 상응하는 프로그램에 의해 작동 모드들에 적합화될 수 있다.
제1 작동 모드는 복수의 송신기 유닛들(202, 207) 중 하나만이 구동되고, 송신기 유닛(202, 207)에 의해 송신된 송신 신호가, 반사에 이어 수신 신호로서 복수의 수신기 유닛들(205) 중 하나에 의해서만 수신되는 것을 제공할 수 있다. 이 작동 모드에서, 조정 유닛(108, 109)에 의한 안테나 장치의 기계적인 조정은 수신 신호들이 다양한 공간 각도들로부터 수신되고 대상물(104)(도 4에서는 도시하지 않음)의 표면이 샘플링되는 것을 보장할 수 있다. 일례에서, 모터에 의해 제어되는 혼 안테나가 사용될 수 있는데, 이 안테나의 혼은 송신기 유닛들 및/또는 수신기 유닛들에 의해 생성된 전자기 신호들을 배향하는 데에 사용된다.
제2 작동 모드에서, 조정 유닛(108, 109)은 강성이거나 기계적으로 움직여질 수 없을 수 있으며, 고정된 각도에 배향될 수 있다. 그러나 송신 신호는 적어도 하나의 송신기 유닛들(202, 207) 또는 복수의 송신기 유닛들(202, 207) 및/또는 상응하는 수의 송신기/수신기 유닛들(207)에 의해 실질적으로 동시적으로 송신된다. 반사된 수신 신호는 적어도 2개의 수신기 유닛들(205, 207) 및/또는 송신기/수신기 유닛들(207)에 의해 수신된다. 분석 유닛(123)은 DBF 방식을 적용함으로써 복수의 특정 가능한 공간 방향들로부터 또는 복수의 메인 수신 방향들(101, 102, 103)로부터 반향 곡선들을 파악할 수 있다. 이런 식으로, 대상물(104)의 표면이 디지털 제어 방식으로 샘플링될 수 있다.
제3 작동 모드에서, 적어도 2개의 송신기 유닛들(202, 207) 및/또는 적어도 2개의 송신기/수신기 유닛들이, 분석 유닛이 가상 어레이를 파악할 수 있도록 시분할 다중통신 방식에 따라 작동될 수 있다. 가상 어레이를 형성하기 위해, 분석 유닛은 적어도 2개의 수신기 유닛들(205, 207)로부터 수신 신호들, 송신 순서의 타이밍 패턴 및/또는 개별적인 송신기 요소들(202, 207) 및 수신기 요소들(205, 207)의 서로에 대한 위치를 분석한다.
제4 작동 모드에서, 제3 작동 모드를 실행하는 것에 더하여, 적어도 2개의 송신기 유닛들(202, 207) 및/또는 적어도 2개의 송신기/수신기 유닛들이 추가 송신기 유닛을 에뮬레이트하기 위해 시분할 다중통신 방식 도중의 한 시간 지점에서 동시에 활성화될 수 있다.
토폴로지 측정을 위해 사용되는 작동 모드와 무관하게, 안테나 장치(201, 203)를 이용하는 충전 레벨 측정 장치(105)는 반사 조건 및/또는 기계적인 부품들(108, 109)의 열화를 식별하는 경우 전용의 충전 레벨 측정 모드로 전환되도록 구성될 수 있다. 이 예에서, 충전 레벨 측정 모드로의 전환은 사용되는 측정 사이클과 무관하게 이벤트 구동형(event-driven)이거나 또한 시간 제어형일 수 있다. 전용의 충전 레벨 측정 모드로 전환하기 위해, 적어도 2개의 송신기 유닛들(202, 207)이 제공된다면, 가능한 한 많은 송신기 유닛들(202, 207)을 이용하기 위해, 그리고 신호 강도, 신호 출력 또는 신호 에너지를 증대시키기 위해 실질적으로 함께 작동된 송신기 유닛들의 수가 증가될 수 있다. 동시에 송신된 신호들은 그 에너지가 조합되도록 중첩될 것이다. 충전 레벨 측정 작동의 작동 단계 동안, 송신 신호를 생성하기 위해, 그리고 최대 반사의 방향 및/또는 다른 방향들에서 디지털 빔 형성이 가능해지도록 상기 송신 신호가 적어도 2개의 수신기 유닛들에 의해 수신되게 하기 위해, 적어도 2개의 송신기 유닛들이 동시에 활성화될 수 있다. 최대 반사란 수신 신호가 가장 큰 수신 에너지 및/또는 가장 큰 신호대 잡음비를 가지는, 복수의 메인 수신 방향들로부터의 메인 수신 방향을 가리키는 것일 수 있다. 송신기 유닛들이 에너지를 증대시키기 위해 동시적으로 작동되면, 실질적으로 단일한 반향 곡선만이 단일한 공간 방향(101, 102, 103) 또는 메인 수신 방향(101, 102, 103)으로부터 파악되도록 디지털 빔 형성이 일어날 수 있다. 상기 단일한 공간 방향(101, 102, 103)은 대상물 표면에 실질적으로 수직하게 연장되도록 제공될 수 있다. 다른 예에서, 단일한 공간 방향(101, 102, 103)은 용기(131)의 벽체와 실질적으로 평행하게 연장되도록 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 공간 방향(101, 102, 103)은 가능한 한 큰 반사된 송신 에너지가 그로부터 검출될 수 있도록 선택될 수 있다. 큰 반사된 송신 에너지 또는 큰 수신 에너지를 검출하는 것은 디지털 빔 형성에 의해, 그리고 각 반향 곡선에 대해 파악되고 있는 최대 반사된 에너지에 의해 복수의 공간 방향들(101, 102, 103)에 대해 규명되는 반사 곡선들에 의해 초기에 성취될 수 있다. 이들 규명된 최대 에너지 값들의 비교는 최대 반사를 가진 방향(101, 102, 103)을 파악하는 것을 가능하게 한다. 단일한 반향 곡선이 최대 반사를 가진 이 공간 방향의 방향에서 규명될 수 있다면, 충전 레벨이 신뢰성 있게 측정될 수 있다. 이 최대 반사 방향은 종종 대상물 표면에 수직한 방향이다. 서로 다른 각도로부터의 공간 방향이 최대 반사를 가진 공간 방향이라면, 대상물 표면에 대한 공간 방향(101, 102, 103)의 기울어짐이 거리를 연산할 때 관측되며, 필요하다면 제외되거나 보상된다.
제1 작동 모드에 따른 기계적인 샘플링의 경우, 단일한 반향 곡선을 규명하는 목적을 위해, 조정 유닛은 수신 신호가 실질적으로 대상물 표면에 수직하게 및/또는 용기 벽체와 평행하게 수신될 수 있도록 안테나 장치를 배향할 수 있다. 안테나 장치(201, 203)는 품질 측정이 대상물 검출의 다른 경우를 허용할 때까지 이 위치에 견고하게 유지될 수 있다.
모터 제어식 혼 안테나의 경우에 모터 결함이 식별되면, 에러 메시지가 분석 유닛에 의해 생성되며 출력된다. 가능하다면, 분석 유닛은 대상물 표면으로부터 거리를 측정하기 위해 혼 안테나를 대상물 표면을 직접적으로 향해 배향할 수 있다. 대상물 표면을 향한 배향이 가능하지 않다면, 대상물 표면이 검출되는 각도가 보상될 수 있거나, 및/또는 측정이 불가능하다는, 또는 제한된 측정만이 가능하다는 경고 메시지가 출력될 수 있다.
토폴로지 측정 도중에 단일한 공간 방향으로부터 반향 곡선을 검출하는 것에 의해, 토폴로지 검출식 충전 레벨 측정 장치(105)를 작동시킬 때 우수한 s/n비(신호/잡음 비율)이 성취될 수 있다. 전용의 충전 레벨 측정 작동으로의 측정 장치의 시간 제어형 또는 이벤트 구동형 전환은 열악한 반사 매체 또는 열악한 측정 조건들의 경우조차도 모든 송신기들의 활성화와 함께 또는 안테나 장치의 모터 구동형 배향과 함께 s/n을 향상시키는 데에 이용될 수 있거나, 또는 타당성을 평가하는 데에 이용될 수 있다.
안테나 장치 및 방법에 의해, 디지털 빔 형성을 위해 그리고 벌크 소재의 표면 토폴로지를 검출하기 위해 이용되는 송신기 유닛들(202, 204, 207) 및 수신기 유닛들(205, 206, 207)의 배치(201, 203)가 측정을 위한 품질 측정에 부응하는 데에 이용될 수 있다. 품질 측정이 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하거나 에러의 경우, 적어도 2개의 활용 가능한 송신기 요소들이 동시에 활성화되거나 및/또는 에러 메시지가 출력될 수 있다. 더 큰 송신 에너지가 측정될 매체(104)를 향해 방사되고 따라서 획득 가능한 s/n이 특히 열악한 반사 매체의 경우에 향상되도록 상기 동시적인 활성화가 이용될 수 있다. 일례에서, 3D 측정의 타당성 평가가 단일한 공간 방향에서의 충전 레벨 측정에 의해 수행될 수 있다.
벌크 소재 표면의 토폴로지 검출을 위해 제공되는 충전 레벨 측정 장치의 작동 모드는 간단한 충전 레벨 측정이 매우 높은 감도 및/또는 매우 높은 측정율로 수행되는 작동 모드로 전환될 수 있다. 감도는 또한 증가되는 송신 에너지에 의해 증가될 수 있는데, 이 목적을 위해 제어 유닛의 일부일 수 있는 에너지 조정 유닛이 이용된다.
안테나 장치의 요소들(202, 204, 205, 206, 207)의 공통적인 이점은, 2개의 분리된 측정 장치들, 특히 고정된 공간 방향에 대해 특정적인 충전 레벨 측정 장치 및 표면 검출을 위한 토폴로지 측정 장치가 제공되어야만 할 필요가 없으므로, 타당성 측정을 구비한 토폴로지/충전 레벨 측정 장치(105)의 컴팩트한 디자인으로 이끌 수 있다.
타당성 측정은, 예컨대 특정 가능한 공간 방향으로부터 반향 곡선이 파악되는 각 측정 사이클에 따라 시간 제어 방식으로, 추가 측정으로서 수행될 수 있다. 다른 예에서, 타당성 평가는 수행된 측정 사이클들의 특정 가능한 수에 따라 시간 제어 방식으로 수정(correction) 및 타당성 측정으로서 추가될 수 있다. 또 다른 예에서, 타당성 측정은 품질 측정이 초과되거나 및/또는 에러가 발생한 경우에만 이벤트 구동 방식으로 수행된다. 이 목적을 위해, 분석 유닛은 품질 측정 및/또는 조정 유닛의 기능을 정기적으로 모니터링할 수 있다. 에러가 발생하거나 및/또는 토폴로지 측정에 의한 충전 레벨 측정의 결과들 및 타당성 측정으로부터 획득된 결과들이 이전에 정의된 허용 오차 문턱값 또는 품질 측정과 다를 경우, 또는 2개의 측정들 중 하나의 특정된 품질 측정이 충족되지 않으면, 토폴로지 측정 장치(105) 또는 충전 레벨 측정 장치(105)는 경고 메시지를 생성할 수 있다. 토폴로지 측정은 시분할 다중통신 방식 및/또는 적어도 2개의 송신기 유닛들의 추가적인 활성화의 도움으로 일어날 수 있다. 타당성 측정은 송신기 유닛들의 동시적인 활성화와 함께 정상적인 벌크 소재 측정 또는 충전 레벨 측정을 통해 일어날 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 안테나 장치 작동 방법의 플로우 다이어그램이다. 안테나 장치 작동 방법은 시작 상태(S501)에서 개시된다. 단계(S502)에서, 이 방법은 송신 신호가 적어도 하나의 제1 송신기 유닛에 의해 송신되고, 적어도 2개의 수신 신호들이 제1 수신기 유닛에 의해 수신되는 것을 제공한다. 이 방법은 수신된 적어도 2개의 수신 신호들로부터 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 단계를 더 제공한다. 단계(S503)에서, 대상물의 표면의 프로필을 파악할 때 에러가 식별되면, 제어 유닛은 분석 유닛이 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 대신 송신기 유닛 및/또는 수신기 유닛으로부터 대상물의 표면의 거리를 파악하도록 구동된다. 그 결과, 토폴로지 측정으로부터 전용의 충전 레벨 측정으로의 전환이 존재한다. 이 방법은 단계(S504)에서 종료된다.
이를 대체하여, 단계(S502)에서, 이 방법은 적어도 하나의 송신기 유닛에 의해 송신 신호를 송신할 수 있고, 대상물 표면 및 배면 사이의 신호 지연에 의해 지연되는 방식으로 적어도 하나의 수신기 유닛에 의해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신할 수 있다. 예를 들어, 2개의 수신 신호들을 수신하기 위해, 송신기 유닛은 수신 작동 모드에서 동시적으로, 즉 송신기/수신기 유닛으로서 작동된다. 또는, 예컨대 기계적인 샘플링의 경우, 송신기 유닛 및/또는 수신기 유닛의 위치가 이동되며, 적어도 2개의 수신 신호들을 회득하기 위해 새로운 송신 신호가 송신된다.
복수의 송신기 유닛들 및 복수의 수신기 유닛들이 사용된다면, 활용 가능한 송신기 유닛들의 수에 최대한 상응하는 많은 송신 신호들이 보내어질 수 있다. 활용 가능한 수신기 유닛들의 수에 최대한 상응하는 많은 수신 신호들이 또한 수신될 수 있다. 또한, 대상물의 표면을 검출하기 위해 적어도 2개의 반향 곡선들이 적어도 2개의 수신 신호들로부터 적어도 2개의 특정 가능한 공간 방향들에 대해 파악된다.
단계(S503)에서, 품질 측정이 적어도 2개의 수신 신호들에 대해 파악되며, 이 품질 측정은 특정 가능한 문턱값 또는 특정 가능한 제한값과 비교된다. 품질 측정이 적어도 2개의 수신 신호들에 대해 품질 측정에 대한 이 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하면, 송신 신호의 에너지가 증가되며, 실질적으로 단일한 반향 곡선만이 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대해 파악된다. 따라서 다중 차원 토폴로지 측정으로부터 1차원 측정으로의 전환이 존재한다. 예를 들어, 다중 차원 충전 레벨 측정으로부터 1차원 측정으로의 전환이 존재한다.
이에 더하여, '포함하다' 및 '구비하다'라는 용어들은 다른 구성요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 관사 'a' 또는 'an'은 하나 이상을 배제하지 않는다는 것이 언급되어야 한다. 상기 실시예들 중 하나를 참조로 설명된 특징들 또는 단계들은 상기 설명된 다른 실시예들의 다른 특징들 또는 단계들과 조합될 수도 있다는 것이 또한 지적되어야 한다. 청구범위들에서 참조 부호들은 제한적인 효과를 가지는 것으로 간주되어서는 안된다.

Claims (13)

  1. 제어 유닛(111);
    분석 유닛(123);
    적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207);
    적어도 하나의 제1 수신기 유닛(205, 206, 207);
    을 포함하는 안테나 장치(201, 203)로서,
    제어 유닛(111)은 적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207)에 의해 송신 신호를 송신하도록 구성되고;
    분석 유닛은 적어도 하나의 제1 수신기 유닛(205, 206, 207)에 의해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하도록 구성되며;
    제어 유닛(111)은, 분석 유닛(123)이 수신된 적어도 2개의 수신 신호들로부터 대상물(104)의 표면(120)의 프로필을 파악하도록 적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207)을 작동시키도록 구성되고;
    분석 유닛(123)은 대상물의 표면의 프로필을 파악할 때 에러를 식별하도록 구성되며;
    분석 유닛(123)은, 에러를 식별하면, 분석 유닛이 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 대신 송신기 유닛 및/또는 수신기 유닛으로부터 대상물의 표면의 거리를 파악하도록 제어 유닛(111)을 구동하도록 구성되는 안테나 장치(201, 203).
  2. 제1항에 있어서,
    분석 유닛(123)은 대상물(104)의 표면(120)의 프로필을 검출하기 위해, 적어도 2개의 수신 신호들로부터, 적어도 2개의 특정 가능한 공간 방향들(101, 102, 103)에 대한 적어도 2개의 반향 곡선들을 파악하도록 구성되고;
    분석 유닛(123)은 또한 대상물(104)의 표면(120)의 프로필을 파악할 때 에러를 식별하기 위해 적어도 2개의 수신 신호들에 대한 품질 측정을 파악하도록 구성되며;
    품질 측정이 적어도 2개의 수신 신호들에 대한 품질 측정에 대한 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하는 경우, 분석 유닛(123)은 송신기 유닛이 송신 신호의 에너지를 증가시키도록 지시하고, 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대해 단일한 반향 곡선을 파악하도록 구성되는 안테나 장치(201, 203).
  3. 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 수신기 유닛(205, 206, 207);을 더 포함하되,
    분석 유닛(123)은 적어도 하나의 제1 수신기 유닛(205, 206, 207)과 적어도 하나의 제2 수신기 유닛(205, 206, 207) 각각에 의해 적어도 2개의 수신 신호들 중 하나를 수신하도록 구성되고,
    품질 측정이 품질 측정에 대해 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하면, 분석 유닛(123)은 송신 신호의 에너지를 증가시키기 위해, 그리고 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대한 반향 곡선을 파악하기 위해 추가 송신 신호를 송신하도록 구성된 안테나 장치(201, 203).
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 송신기 유닛(202, 204, 207)을 더 포함하되;
    제어 유닛(111)은 적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207) 및 적어도 하나의 제2 송신기 유닛(202, 204, 207)을 시분할 다중통신 모드, 주파수 분할 다중통신 모드 및/또는 코드 분할 다중통신 모드로 작동시키도록 구성되고;
    분석 유닛(123)은 시분할 다중통신 모드, 주파수 분할 다중통신 모드 및/또는 코드 분할 다중통신 모드로 작동되는 적어도 2개의 송신기 유닛들(202, 204, 207)에 의해 유도된 수신 신호들을 분석함으로써, 디지털 빔 형성 방식을 적용하는 것에 의해 적어도 2개의 특정 가능한 공간 방향들에 대한 적어도 2개의 반향 곡선들을 파악하도록 구성되며;
    품질 측정이 수신 신호들에 대한 품질 측정에 대한 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하면, 분석 유닛(123)은 송신 신호의 에너지를 증가시키기 위해, 그리고 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대해 반향 곡선을 파악하기 위해, 시분할 다중통신 모드로부터, 주파수 분할 다중통신 모드로부터, 및/또는 코드 분할 다중통신 모드로부터 적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207)의 및/또는 적어도 하나의 제2 송신기 유닛(202, 204, 207) 및/또는 적어도 하나의 제1 수신기 유닛(205, 206, 207) 및 제2 수신기 유닛(205, 206, 207)의 평행한 작동으로 전환되도록 구성되는 안테나 장치(201, 203).
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나 장치(201, 203)는
    적어도 2개의 공간 방향들로부터 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하기 위해, 적어도 하나의 제1 수신기 유닛(202, 204, 207)을 적어도 2개의 특정 가능한 공간 방향들로 기계적으로 조정하기 위한 조정 유닛(108, 109);을 더 포함하고,
    품질 측정이 적어도 2개의 수신 신호들의 품질 측정에 대한 특정 가능한 문턱값으로부터 이탈하면, 분석 유닛(123)은 송신 신호의 에너지를 증가시키기 위해, 그리고 단일한 특정 가능한 공간 방향에 대해 단일한 반향 곡선을 파악하기 위해, 단일한 특정 가능한 공간 방향에 조정 유닛(108, 109)을 고정하도록 구성되는 안테나 장치(201, 203).
  6. 제5항에 있어서, 안테나 장치(201, 203)는 추가 송신기 유닛(202, 204, 207)을 더 포함하고;
    조정 유닛(108, 109)이 단일한 특정 가능한 공간 방향에 고정되어 있는 한편, 제어 유닛(111)은 추가 송신기 유닛(202, 204, 207)에 의해 추가 송신 신호를 송신하도록 구성된 안테나 장치(201, 203).
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나 장치(201, 203)는 에너지 조정 유닛을 더 포함하고;
    에너지 조정 유닛은 송신 신호의 에너지를 증가시키도록 송신기 유닛에 의해 지시되도록 구성된 안테나 장치(201, 203).
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 송신기 유닛들(202, 204, 207) 및/또는 수신기 유닛들(205, 206, 207)은 송신 신호의 파장의 절반과 같거나 더 작은 거리에 있는 안테나 장치(201, 203).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나 장치(201, 203), 제어 유닛(111) 및/또는 분석 유닛(123)은 2-라인 장치로서 디자인된 안테나 장치(201, 203).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나 장치(201, 203)는
    적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207) 및/또는 적어도 하나의 제1 수신기 유닛(202, 204, 207)을 기계적으로 조정함으로써 대상물(104)의 표면(120)의 프로필을 파악하기 위해, 적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207) 및/또는 적어도 하나의 제1 수신기 유닛(202, 204, 207)을 기계적으로 조정하기 위한 조정 유닛(108, 109)을 더 포함하고,
    분석 유닛(123)은 에러 식별시 조정 유닛(108, 109)을 특정 가능한 위치에 고정하도록 구성되고, 이 고정된 위치에서 송신기 유닛(202, 204, 207) 및/또는 수신기 유닛(205, 206, 207)으로부터 대상물(104)의 표면(120)의 거리를 파악하도록 구성된 안테나 장치(201, 203).
  11. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207) 및/또는 적어도 하나의 제1 수신기 유닛(202, 204, 207)은 안테나 혼에 의해 둘러싸인 안테나 장치(201, 203).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 안테나 장치(201, 203)를 포함하는 충전 레벨 측정 장치(105).
  13. 적어도 하나의 제1 송신기 유닛(202, 204, 207)에 의해 송신 신호를 송신하는 단계;
    적어도 하나의 제1 수신기 유닛(205, 206, 207)에 의해 적어도 2개의 수신 신호들을 수신하는 단계;
    수신된 적어도 2개의 수신 신호들로부터 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 단계;
    대상물의 표면의 프로필을 파악할 때 에러를 식별하는 단계; 및
    에러를 식별하면, 분석 유닛이 대상물의 표면의 프로필을 파악하는 대신 대상물의 표면의 송신기 유닛 및/또는 수신기 유닛으로부터의 거리를 파악하도록 제어 유닛을 구동하는 단계
    를 포함하는 안테나 장치(201, 203)의 작동 방법.
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