(57)【要約】本発明は、信号生成ユニット（２）、信号ガイド（３）、放射部材（４）、および、その端部が後壁（６）によって定義される中空ガイド（５）を備える、高周波信号の放射のための装置に係わる。信号生成ユニット（２）は高周波信号を生成し、信号ガイド（３）は信号を放射部材（４）に導き、放射部材（４）は中空ガイド（５）の中に延在する。本発明の目的は、最適化された放射特性によって特徴付けられた、高周波計測信号の放射のための装置を記載することである。放射部材（４）が、中空ガイド（５）の後壁（６）あるいは前記後壁（６）に平行な、中空ガイド（５）の平面に対して、角度をもって配置されることによって、前記目的が達成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号生成ユニット、信号線、放射部材、および後壁によって端部で終端される導波管を使用して無線周波信号を送信するための装置であって、前記信号生成ユニットが前記無線周波信号を生成し、前記信号線が前記無線周波信号を前記導波管の前記放射部材に導き、前記放射部材が前記導波管内に突出している装置であって、
前記放射部材（４）が、前記導波管の前記後壁（６）あるいは前記後壁（６）に平行な前記導波管（５）の平面に対して角度をもって配置される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記放射部材（４）は前記導波管（５）の前記後壁（６）を介して導かれる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記放射部材（４）は前記導波管（５）の側壁（８）を介して導かれる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記放射部材（４）と、前記導波管（５）の前記後壁（６）あるいは前記導波管（５）の前記後壁（６）に平行な平面との間の角度の大きさが、４°より大きい、
ことを特徴とする請求項１、２、あるいは３に記載の装置。
【請求項５】
前記放射部材（４）は送信ワイヤである、
ことを特徴とする請求項１あるいは４に記載の装置。
【請求項６】
送信ヘッド（２８）が前記送信ワイヤ（４）の自由端の部分に配置される、
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記放射部材（４）は、プリント回路基板に配置された導体構造であり、該放射構造は、前記導波管（５）の前記後壁（６）あるいは前記導波管（５）の前記後壁（６）に平行な平面に対して角度をもって前記プリント回路基板に配置される、
ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
【請求項８】
前記導波管（５）は、ホーンアンテナ（１６）、ロッドアンテナ（１５）あるいはパラボラアンテナに導かれる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記放射部材（４）の部分において少なくとも前記導波管（５）の内部を充填する誘電体材料（１０；１８）が設けられる、
ことを特徴とする請求項１あるいは８に記載の装置。
【請求項１０】
前記誘電体材料（１０；１８）はくぼみ（１４）を含み、該くぼみの中に前記放射部材（４）が突出ししている、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記誘電体（１０；１８）は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）あるいはアルミ三酸化物（Ａｌ2Ｏ3）である、
ことを特徴とする請求項９あるいは１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置はレベル計測機器（２９）の一部である、
ことを特徴とする請求項１乃至１１の一つあるいはそれ以上に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号生成ユニット、信号線、放射部材、および後壁によって端部で終端される導波管を使用して無線周波信号を送信するための装置であって、信号生成ユニットが無線周波信号を生成し、信号線が無線周波信号を導波管の放射部材に導き、放射部材が導波管内に突出する装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
上記のタイプの装置は、例えば、無線周波計測信号の遅延時間を使って容器に収められた製品のレベルを判別する機器において使用される。パルスタイミング方式は、カバーされる距離が、遅延時間と伝播速度の積に等しいという法則に物理的に準拠する事を使用する。レベル計測の場合、カバーされる距離は、アンテナと収められた製品の表面との間の距離の二倍に相当する。有用なエコー信号、すなわち収められた製品の表面で反射される信号とその遅延時間は、“エコー関数”、あるいは“アンテナ―収められた製品の表面”の距離の関数としてエコー信号の振幅を表す、デジタル化されたエンベロープを使って判別される。レベル自体は、アンテナから容器の底までの分かっている距離と、計測によって判別された、収められた製品の表面からアンテナまでの距離との差から求められる。
【０００３】
電磁気信号の遅延時間を使って距離を判別する従来の方式は、パルスレーダー方式および周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）方式である。パルスレーダー方式の場合、短いマイクロ波パルスは周期的に送信される。ＦＭＣＷ方式の場合は、例えばノコギリ波関数に基づいて、周期的に線形周波数変調される、連続マイクロ波が送信される。受信されたエコー信号の周波数と受信の瞬間における送信された信号の周波数との周波数の違いは、エコー信号の遅延時間に依存する。したがって、送信された信号と受信された信号の周波数の違いは、二つの信号を混合し、混合された信号のフーリエスペクトルを評価することによって得ることができるのであるが、これは反射器、例えば収められた製品の表面と、アンテナとの間の距離に対応する。さらに、フーリエ変換によって得られた周波数スペクトルのスペクトル線の振幅はエコー振幅に対応し、この事はフーリエスペクトルがエコー関数を表すことを意味する。
【０００４】
信号線と導波管における無線周波計測信号の伝播は、電磁波の伝播の物理法則に準拠する。通常、信号線は同軸ケーブルである。同軸ケーブルの内部心線からの無線周波計測信号を、導波管の放射部材に導くために、入力部材が使用される。導波管は、方形あるいは円形の導波管であり、この導波管は、好ましくはレベル計測の分野で使用される円形の断面を持つアンテナを備えている。これは、容器（タンク、サイロなど）のノズルにフィットさせるのに、円形断面のアンテナの方が、例えば方形の断面を持つ導波管よりも適しているからである。
【０００５】
同軸ケーブルでは、transverse electromagnetic mode（ＴＥＭモード）は理想的には分散なしで伝播する。したがってこのＴＥＭモードは、特に波束あるいはある帯域を持つ電磁波の搬送によく適している。よって、ＴＥＭモードで伝播する波束が拡散されることはない。同様に、線形ベースで周波数変調されるマイクロ波は、直線性における如何なるずれもたいてい防ぐ。
【０００６】
アンテナを使用する電磁波の方向性送信に関しては、好ましくは、その放射特性が顕著なフォワードローブを持つモードが使用される。これは、円形導波管で伝播を行うことができる transverse electric fundamental mode、つまりＴＥ11モードの性質である。方形導波管においては、対応する基本モードはＴＥ10モードである。導波管の形態におけるアンテナの大きさによって、この基本モード(fundamental mode)だけが伝播をすることができる、それぞれ定義された周波数範囲がある。この周波数範囲の上では、マイクロ波の方向性送信により不向きなさらに上位のモード、例えば円形導波管の場合はＴＥ01モード、また方形導波管の場合はＴＥ20モードで同様に伝播する。明確な範囲、すなわち基本モードだけが伝播を行える範囲は方形導波管に関してはかなり大きく、一方、円形導波管の場合の明確な範囲はかなり狭い部分である。したがって、広帯域信号が入力された場合の基本モードに加えて促進される、所望されないさらに上位のモードの可能性は、方形導波管の場合よりも円形導波管の場合の方がはるかに高い。異なるモードが展開する事による所望されない一つの結果は、“リンギング（ringing）”である。リンギングは、導波管で伝播を行うことのできる個々のモードが異なる伝播速度を持つ事によって起こる。これは、送信されたパルスが突然消滅することはないが、振幅をゆっくり失うということで明らかである。このリンギングエッジは、計測範囲でエコー信号をカバーできるか、あるいはそれに重畳されたエコー信号を持つことができるが、その結果、計測値を判別する時に、比較的大きいエラーが起こる可能性がある。
【０００７】
話はそれるが、今日までに開示されてきたレベル計測機器の例は、EP 0 821 431 A2およびDE-GM 93 12 251.9に記載されている。EP 0 821 431 A2は、放射部材である“送信ワイヤ”が後壁を介して導波管の内壁に配線されているのに対し、DE-GM 93 12 251.9では、無線周波計測信号が側壁を介して導波管に入力される。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、最適化された放射特性によって識別される無線周波計測信号を送信するための装置を提案する目的に基づく。
【０００９】
この目的は、導波管の後壁、あるいは後壁に平行な導波管の平面に対して角度をもって配置される放射部材によって達成される。
【００１０】
既知の解決策は、放射部材、すなわちエキサイターピン（exciter pin）が、最適なＥフィールド入力のために、導波管の後壁に平行に配置される必要があるということを常に前提としていた。
【００１１】
しかし、驚いたことに、エキサイターピンが後壁に平行でなく、むしろ後壁あるいは後壁に平行な平面に対して或る角度をもって存在すると、はるかに良い結果が達成できるということが分かった。この角度は、入力形状のその他の部分に依存し、一般的に定義することはできない。既に述べたように、角度を持って存在するエキサイターピンは、はるかにシングルモード的に刺激を生成する、すなわち本質的に所望のモードだけ、言い換えれば基本モードが促進されるということが分かった。このシングルモード入力は、非常に広い帯域を持つ計測信号が導波管に入力される場合にも実現することができる。さらに、本発明による装置は、信号線と入力部材との非常に良好なマッチングを実現する。これら二つの効果の結果、前述したリンギングは、特に広帯域計測信号が入力された場合に激減する。さらに、所望されないより上位のモードを抑止することによって、放射方向において顕著な方向特性を持つ所望の放射レスポンスを達成する。
【００１２】
本発明による装置の第一の改良に従えば、放射部材は導波管の後壁を介して配線される。本発明による装置の他の実施例において、放射部材は導波管の側壁を介して配線される。
【００１３】
本発明による装置の一つの有利な展開に従えば、放射部材と導波管の後壁あるいは導波管の後壁に平行な平面との間の角度の大きさは、４°より大きい。
【００１４】
放射部材は、例えば送信ワイヤでいい。この場合、送信ヘッドは、好ましくは送信ワイヤの自由端の部分に配置される。代わりに、使用される放射部材は、プリント回路基板上に配置された導体構造でよく、この放射構造は、導波管の後壁あるいは導波管の後壁に平行な平面に対して角度をもってプリント回路基板に配置される。
【００１５】
本発明による装置の一つの有利な改良に従えば、導波管はホーンアンテナ、ロッドアンテナ、あるいはパラボラアンテナに導かれる。これにより、本装置の放射特性を最適化することができる。
【００１６】
放射部材を付着物から防ぐために、本発明による装置の一つの有利な実施例は、送信ワイヤの部分における少なくとも導波管の内部を充填する誘電体材料を備える。特に、このコンテキストにおいては、誘電体がくぼみを含み、このくぼみの中に送信ワイヤが突出するようにすることが提案される。誘電体は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）あるいはアルミ三酸化物（Ａｌ2Ｏ3）である。
【００１７】
前述したように、本発明による装置は、好ましくはレベル計測機器の一部である。しかし、本発明による装置の使用は、決してこの使用だけに限定されるものではない。原則的には、この装置は、無線周波計測信号を使用する如何なる装置にも使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、図面を参照してより詳細に説明される。
図１は、ロッドアンテナ１５と一体化された本発明の装置１を図示する。本発明の装置１は、信号生成ユニット２、信号線３、および導波管５内に配置された放射部材４を備えており、この場合、導波管５は円形導波管である。図示された例では、放射部材４は送信ワイヤである。本発明によれば、放射部材４は導波管５の後壁６あるいは導波管５の後壁６に平行な平面に平行に存在するのではなく、代わりに後壁６あるいは後壁６に平行な平面に対して或る角度をもって配置される。
【００１９】
信号生成ユニット２は、無線周波計測信号を生成し、通常は同軸ケーブルである信号線３を介して放射部材４に無線周波計測信号を入力する。ロッドアンテナ１５は、これを介して無線周波計測信号が放射され、反射されたエコー信号が受信されるのであるが、図示された例では円形導波管５を備える。円形導波管５の内部は、その中に配置されたロッド形状の誘電体材料１８の端部を備える。円形導波管５の側壁８は、信号線３からの計測信号を放射部材４に導くために使用されるブッシュ（bushing）９が固定される開口部７を含む。放射部材４は、ロッド形状に設計された誘電体材料１８の対応するくぼみ１４に配置される。
【００２０】
同様に誘電体材料で作られた接合部材１７は、フランジ１９および実装ピン２０によってフランジ１２に実装され、同時に、円形導波管５においてロッド形状の誘電体材料１８をマッチングおよび固定するために使用される。
【００２１】
図２は、ホーンアンテナ１６と一体化された本発明の装置１を図示する。放射特性が、図１に示されたロッドアンテナ１５の場合におけるロッド形状の誘電体材料１８によって最適化されるのに対し、ホーンアンテナ１６の場合の最適化は、放射方向において導波管５の自由端に接続されたホーン形状部材１１によってサポートされる。ホーンアンテナ１６の方向特性も、導波管５に配置され、さらに放射方向にすぼむ誘電体材料１０によって改善される。
【００２２】
図３は容器２１のカバー２２の開口部２４に実装された本発明のレベル計測機器２９を図示する。レベル計測機器２９は、本発明による装置１が使用されたホーンアンテナ１６である。容器２１に収められた製品２３のレベルを判別するためには、送信ユニット２５によって生成された無線周波計測信号が、ホーンアンテナ１６を介して、収められた製品２３の表面の方向に送信される。収められた製品２３の表面で反射されるエコー信号は、受信ユニット２６によって検出される。制御・評価ユニットは、計測信号とエコー信号の遅延時間差を使用して、容器２１に収められた製品２３のレベルを判別する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による装置の第一の応用例を示す図である。
【図２】本発明による装置の第二の応用例を示す図である。
【図３】本発明によるレベル計測機器を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      本発明の装置
２      信号生成ユニット
３      信号線
４      放射部材
５      導波管
６      後壁
７      開口部
８      側壁
９      ブッシュ
１０      誘電体材料
１１      ホーン形状部材
１２      フランジ
１３      側壁
１４      くぼみ
１５      ロッドアンテナ
１６      ホーンアンテナ
１７      接合部材
１８      ロッド形状誘電体材料
１９      フランジ
２０      実装ピン
２１      容器
２２      カバー
２３      収められた製品
２４      開口部
２５      送信ユニット
２６      受信ユニット
２７      制御・評価ユニット
２８      送信ヘッド
２９      レベル計測機器
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004535693.tif 000019
【国際調査報告】
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