專(zhuān)利名稱(chēng)：高靈敏度頻率調(diào)制雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻率調(diào)制雷達(dá)物位計(jì)(radar level gauge)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)在各種應(yīng)用領(lǐng)域得到使用，用于精確確定填充水平 (filling level)。為了借助于雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)來(lái)確定產(chǎn)品的填充水平，經(jīng)常通過(guò)天線(xiàn)向產(chǎn) 品表面發(fā)射和傳播電磁信號(hào)，其中產(chǎn)品表面反射該信號(hào)。被反射的信號(hào)由該雷達(dá)物位計(jì)系 統(tǒng)接收，通過(guò)時(shí)發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)進(jìn)行比較，確定參考位置和該產(chǎn)品表面之間的距離?；?于這個(gè)距離能夠確定填充水平。目前市場(chǎng)上的大部分雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)或者是基于脈沖發(fā)射和接收該脈沖在產(chǎn)品 表面的反射之間的時(shí)間差來(lái)確定到儲(chǔ)罐中所包含產(chǎn)品的表面的距離的系統(tǒng)，或者是基于發(fā) 射的頻率調(diào)制信號(hào)和該信號(hào)在表面處的反射之間的相位差來(lái)確定到產(chǎn)品表面的距離的系 統(tǒng)。后一種類(lèi)型的系統(tǒng)通常被稱(chēng)為是FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)類(lèi)型。還有介于上述兩種類(lèi)型之 間的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。不同的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)能夠以不同的靈敏度水平確定儲(chǔ)罐中包含的產(chǎn)品的填充 水平。通常，在具有高靈敏度的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中，即使發(fā)射非常微弱的電磁信號(hào)也能夠確 定儲(chǔ)罐中的產(chǎn)品的填充水平。能夠啟動(dòng)確定填充水平的最弱的發(fā)射信號(hào)可用作衡量雷達(dá)物 位計(jì)系統(tǒng)靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)。取決于雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域以及諸如包含在儲(chǔ)罐中的產(chǎn)品的電性能的多 種因素，對(duì)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的靈敏度有不同的要求。例如，當(dāng)儲(chǔ)罐中的產(chǎn)品與儲(chǔ)罐中的氣氛 具有相似的信號(hào)傳播性能時(shí)，通常需要高靈敏度以保證可靠確定填充水平。這會(huì)在表面導(dǎo) 致小的阻抗變換，由此產(chǎn)生一個(gè)較弱的回波信號(hào)。產(chǎn)生較弱回波信號(hào)的產(chǎn)品的例子有液化 天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、石油產(chǎn)品、諸如塑料顆粒或者谷物的固體等。此外，當(dāng)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的操作通常受到政府法規(guī)關(guān)于諸如發(fā)射信號(hào)的頻率和功 率等參數(shù)方面的約束時(shí)，在敞開(kāi)或者半敞開(kāi)的應(yīng)用中(例如，敞開(kāi)儲(chǔ)罐、浮頂儲(chǔ)罐、水庫(kù)、河 流或者湖泊)也通常要求高靈敏度。鑒于諸如上面所示例的應(yīng)用要求，目前可用的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)在靈敏度方面經(jīng)常 達(dá)不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述和其他不足，本發(fā)明總的目的在于提供一種改進(jìn)的頻率調(diào)制 雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，特別是一種具有增加的靈敏度的頻率調(diào)制雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些或者其他的目的，以確定 儲(chǔ)罐中包含的產(chǎn)品的填充水平，該雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)包括收發(fā)機(jī)，用于生成、發(fā)射和接收經(jīng) 頻率調(diào)制的電磁信號(hào)；發(fā)射傳播裝置，其與該收發(fā)機(jī)電連接，用于向儲(chǔ)罐中包含的產(chǎn)品表 面?zhèn)鞑グl(fā)射的電磁信號(hào)；和接收傳播裝置，其與該收發(fā)機(jī)電連接，用于向該收發(fā)機(jī)返回回波信號(hào)，該回波信號(hào)由該發(fā)射的電磁信號(hào)在阻抗轉(zhuǎn)變部分處的反射而產(chǎn)生，包括在該表面 處反射而產(chǎn)生的的表面回波信號(hào)；其中，該收發(fā)機(jī)包括信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生具有預(yù)定中 心頻率的頻率調(diào)制信號(hào)；發(fā)射機(jī)分支，其經(jīng)由第一頻率變換器將信號(hào)發(fā)生器的輸出連接至 該發(fā)射傳播裝置，該第一頻率變換器用于變換該頻率調(diào)制信號(hào)的頻率以提供該發(fā)射的電磁 信號(hào)；接收機(jī)分支，其連接至該接收傳播裝置，用于接收該表面回波信號(hào)；和混頻器，其具 有經(jīng)由第二頻率變換器連接到該信號(hào)發(fā)生器的第一輸入端，該第二頻率變換器用于變換該 頻率調(diào)制信號(hào)的頻率，以及連接到該接收機(jī)分支的第二輸入端，用于形成一個(gè)表示發(fā)射的 電磁信號(hào)與表面回波信號(hào)之間相位差的中頻信號(hào)，其中對(duì)于發(fā)射的電磁信號(hào)與回波信號(hào)來(lái) 說(shuō)，該發(fā)射傳播裝置與該接收傳播裝置之間的信號(hào)隔離至少為30dB，該雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)還 包括連接到該收發(fā)機(jī)的處理電路，用于基于該中頻信號(hào)確定填充水平。發(fā)射傳播裝置和接收傳播裝置中的每一個(gè)都可以是能夠從和朝向該收發(fā)機(jī)引導(dǎo) 電磁信號(hào)的任何裝置。該發(fā)射傳播裝置可配置為向自由空間輻射電磁信號(hào)，或者沿波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引導(dǎo)電磁信 號(hào)，該接收傳播裝置可配置為捕獲在自由空間傳播的電磁信號(hào)，或者沿波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引導(dǎo)電磁 信號(hào)。發(fā)射和接收傳播裝置的實(shí)例包括喇叭天線(xiàn)、拉桿天線(xiàn)、貼片(patch)天線(xiàn)、陣列 天線(xiàn)和各種探頭，如單線(xiàn)探頭、雙線(xiàn)探頭、同軸探頭等。在一些應(yīng)用中，諸如在所謂的浮頂儲(chǔ) 罐中，傳播裝置(一般為天線(xiàn))通常被稱(chēng)為模式轉(zhuǎn)換器或者模式發(fā)生器。儲(chǔ)罐(tank)可以是能夠容納產(chǎn)品的任何容器(container)或者器皿(vessel)，它 可以是金屬的、部分金屬或者完全非金屬的，可以是開(kāi)放、半開(kāi)放或者封閉的。在本申請(qǐng)的上下文中，“頻率變換器”應(yīng)理解為能夠變換輸入電磁信號(hào)的頻率的裝 置，使得由該頻率變換器輸出的電磁信號(hào)的頻率與輸入的電磁信號(hào)的頻率不同。這種裝置 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是常見(jiàn)的，例如可以利用倍頻器或者混頻器實(shí)現(xiàn)。在頻率變換器是倍頻器的情況下，其應(yīng)該理解為能夠?qū)⑤斎氲碾姶判盘?hào)的頻率乘 以一個(gè)預(yù)定的乘法因子的裝置，使得由該倍頻器輸出的電磁信號(hào)的頻率為輸入的電磁信號(hào) 的頻率乘以該乘法因子。本發(fā)明基于的認(rèn)識(shí)是，通過(guò)改進(jìn)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中的信號(hào)隔離能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的靈 敏度。具體地，本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到應(yīng)當(dāng)改進(jìn)信號(hào)隔離，即，對(duì)于在接收的回波信號(hào)(以及發(fā)射 的電磁信號(hào))的頻率范圍之內(nèi)的電磁信號(hào)，應(yīng)當(dāng)降低發(fā)射機(jī)分支與接收機(jī)分支之間的泄漏。通過(guò)在收發(fā)機(jī)中設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的第一和第二頻率變換器，可顯著降低發(fā)射和接 收的電磁信號(hào)頻率范圍內(nèi)的電磁信號(hào)泄漏通道數(shù)，這是因?yàn)?，除了沿接收分支之外，這些信 號(hào)僅出現(xiàn)在第一頻率變換器和發(fā)射傳播裝置之間以及第二頻率變換器和混頻器之間。通過(guò) 將第一和第二頻率變換器布置在合適的位置，即，盡可能地分別靠近發(fā)射傳播裝置和混頻 器，可相當(dāng)大地降低相關(guān)泄漏通道數(shù)。相應(yīng)地，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分支之間的信號(hào)隔離能夠顯 著降低，并由此提高雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的靈敏度。為了更進(jìn)一步提高根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的靈敏度，發(fā)射傳播裝置和接收 傳播裝置之間的信號(hào)隔離可以至少為30dB。隨著將發(fā)射傳播裝置和接收傳播裝置之間的信 號(hào)隔離更進(jìn)一步增加到例如50dB，能夠?qū)崿F(xiàn)其中測(cè)量靈敏度不受信號(hào)隔離的限制、而是受噪聲限制的頻率調(diào)制雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。當(dāng)達(dá)到這種水平時(shí)，可采取進(jìn)一步的描施以提高信 噪比。這種措施可以例如包括利用低噪聲放大器放大接收的回波信號(hào)，提高發(fā)射的電磁信 號(hào)的功率等。有利地，發(fā)射傳播裝置和接收傳播裝置可被提供為包括發(fā)射機(jī)部分和接收機(jī)部分 的雙功能結(jié)構(gòu)。此外，發(fā)射和接收傳播裝置可被提供為空間上分離的、獨(dú)立的傳播裝置，或者包含 在單個(gè)傳播裝置中。在某些應(yīng)用中，發(fā)射傳播裝置和接收傳播裝置可提供為單個(gè)傳播裝置， 并且發(fā)射和接收的信號(hào)可以被提供為可相互區(qū)分的信號(hào)，例如將發(fā)射信號(hào)作為圓極化信號(hào) 提供。利用這種具有可相互區(qū)別的發(fā)射和接收信號(hào)的單個(gè)天線(xiàn)的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)在US 5 543 720和US 7 106 247中被進(jìn)一步描述，這兩篇文獻(xiàn)在此參考引用。在上述的雙功能結(jié)構(gòu)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)部分例如可以以喇叭天線(xiàn)的形式提供， 該天線(xiàn)具有限定發(fā)射機(jī)部分和接收機(jī)部分的隔離部(partition)?？蛇x擇地，雙功能結(jié)構(gòu)可以是貼片天線(xiàn)，其中，發(fā)射機(jī)部分包括可設(shè)置在發(fā)射機(jī)支 撐部件上的多個(gè)發(fā)射機(jī)貼片，接收機(jī)部分包括可設(shè)置在接收機(jī)支撐部件上的多個(gè)接收機(jī)貼 片。通過(guò)將雙功能結(jié)構(gòu)設(shè)置為貼片天線(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)緊湊和低成本天線(xiàn)方案。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該發(fā)射機(jī)支撐部件和接收機(jī)支撐部件可提供為獨(dú)立元件，由 此可實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)部分和接收機(jī)部分之間的更高的信號(hào)隔離。根據(jù)另一實(shí)施方式，該發(fā)射機(jī)支部件和接收機(jī)支撐部件可同時(shí)包含在單個(gè)支撐部 件中。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)以實(shí)現(xiàn)例如發(fā)射機(jī)貼片和接收機(jī)貼片之間至少為30dB的高信號(hào) 隔離的方式對(duì)天線(xiàn)電路進(jìn)行布局。例如，這可以通過(guò)以當(dāng)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)工作時(shí)發(fā)射機(jī)貼片和接收機(jī)貼片之間無(wú)電 流通過(guò)的方式將發(fā)射機(jī)貼片和接收機(jī)貼片設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。換句話(huà)說(shuō)，發(fā)射機(jī)貼 片和接收機(jī)貼片可相互電流隔離，由此，可以在雙功能結(jié)構(gòu)的發(fā)射機(jī)部分和接收機(jī)部分之 間實(shí)現(xiàn)非常高的信號(hào)隔離，通常超過(guò)30dB。此外，有利地，該支撐部件可支撐另外的電路，如收發(fā)機(jī)電路，以及還可能有用于 處理該收發(fā)機(jī)電路輸出的信號(hào)的處理電路?？梢杂欣匾蕴貏e適于微波應(yīng)用的電路板、例如PTFE電路板的形式，來(lái)提供任一 支撐結(jié)構(gòu)?？蛇x擇地，可以以更傳統(tǒng)的電路板，例如FR4的形式來(lái)提供支撐部件。


下面將參考當(dāng)前本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的附圖，對(duì)本發(fā)明的這些或者其他方面進(jìn)行 更詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1所示的是安裝在包含固體的示例儲(chǔ)罐中的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雷達(dá)物位計(jì) 系統(tǒng)；圖2所示的是包含在圖1的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中的測(cè)量電子單元；圖3所示的是包含在根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中的收發(fā)機(jī)；圖如-b所示的是包含在根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)實(shí)施例中的示例性貼片天 線(xiàn)；和
圖5所示的是包含在根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的實(shí)施例中的示例性喇叭天線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式在本說(shuō)明書(shū)中，主要參考頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)類(lèi)型的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)說(shuō)明本 發(fā)明的實(shí)施方式，其具有單個(gè)貼片天線(xiàn)，用于輻射和捕獲電磁信號(hào)。需要說(shuō)明的是，這決不 是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，其同樣適用于其他的頻率調(diào)制雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，例如將脈沖 調(diào)制在載波上用于確定填充水平的RLG-系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)可配備任何其他類(lèi)型的傳播裝置，例如喇叭天線(xiàn)、 拉桿天線(xiàn)、陣列天線(xiàn)，或者探針，如單線(xiàn)探針(包括所謂的Goubau探針)、雙線(xiàn)探針或者同軸 探針。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)1的示意圖，包括測(cè)量電子單 元2，和天線(xiàn)裝置3。該雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)1設(shè)置在儲(chǔ)罐5上，儲(chǔ)罐5部分地填充有待計(jì)量的 產(chǎn)品6。在圖1所示的情況下，產(chǎn)品6為固體，例如谷物或者塑料顆粒，其眾所周知的是表示 雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的需要較高測(cè)量靈敏度的困難應(yīng)用。通過(guò)分析天線(xiàn)3向產(chǎn)品6的表面7輻 射的發(fā)射信號(hào)&以及從表面7返回的回波信號(hào)&，測(cè)量電子單元2可確定參考位置與產(chǎn)品 6的表面7之間的距離，由此可推算出填充水平。需要說(shuō)明的是，雖然這里討論的儲(chǔ)罐5中 容納單種產(chǎn)品6，但是，以類(lèi)似的方式可以測(cè)量到儲(chǔ)罐5中任何物質(zhì)界面的距離。如圖2所示，該電子單元2包括收發(fā)機(jī)10，用于發(fā)射和接收電磁信號(hào)；處理單元 11，其與收發(fā)機(jī)10連接，用于控制收發(fā)機(jī)并處理收發(fā)機(jī)接收的信號(hào)，以確定儲(chǔ)罐5中產(chǎn)品6 的填充水平。此外，處理單元11還可連接到外部通信線(xiàn)13，用于經(jīng)由接口 12進(jìn)行模擬和/或 數(shù)字通信。再者，雖然在圖2中沒(méi)有示出，但是該雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)1通常還可連接到外部電 源，或者可通過(guò)外部通信線(xiàn)13進(jìn)行供電?？蛇x地，雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)1可配置為能夠進(jìn)行無(wú) 線(xiàn)通信。雖然在圖2中顯示為分離的模塊，但是，收發(fā)機(jī)10、處理電路11和接口 12中的幾 個(gè)可布置在同一電路板上。此外，在圖2中，收發(fā)機(jī)10被示為與儲(chǔ)罐5的內(nèi)部是分離的，并經(jīng)由導(dǎo)體14連接 到貼片天線(xiàn)3，其中，該導(dǎo)體14穿過(guò)儲(chǔ)罐壁上的導(dǎo)孔15。應(yīng)當(dāng)理解的是，這種情況不是必需 的，并且至少收發(fā)機(jī)10可布置在儲(chǔ)罐5的內(nèi)部。例如，至少收發(fā)機(jī)10與貼片天線(xiàn)3可布置 在同一電路板上。圖3是包含在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的雷達(dá)物位計(jì)中的示例性收發(fā)機(jī)20的示 意圖。圖3中的收發(fā)機(jī)20包括連接到功率劃分電路(這里是Wilkinson功率劃分器 (WPD) 22)的信號(hào)發(fā)生器21。此外，收發(fā)機(jī)20具有發(fā)射機(jī)分支23，其通過(guò)WPD 22和第一倍 頻器25將信號(hào)發(fā)生器21與發(fā)射傳播裝置M相連接，其中該第一倍頻器25配置為將由信 號(hào)發(fā)生器21生成的電磁信號(hào)Sg的頻率與預(yù)定的乘法因子N相乘，由此形成要通過(guò)發(fā)射傳 播裝置M發(fā)射的信號(hào)&。發(fā)射的電磁信號(hào)&在儲(chǔ)罐5中的阻抗變換部分(包括容納在儲(chǔ)罐5中的產(chǎn)品6的表面7)處被反射，并由接收傳播裝置沈作為回波信號(hào)&返回到收發(fā)機(jī)20。在被接收傳播裝置沈捕獲后，回波信號(hào)&遵循接收機(jī)分支27，在圖3所示的典型 實(shí)施方式中，沿著該分支27，信號(hào)、由低噪聲放大器觀進(jìn)行放大，以改善雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng) 的信噪比。接收機(jī)分支27與混頻器四連接，在混頻器四處將接收的回波信號(hào)&與來(lái)自信號(hào) 發(fā)生器21的信號(hào)進(jìn)行混頻，其中來(lái)自信號(hào)發(fā)生器21的信號(hào)在第二倍頻器30處與預(yù)定乘法 因子N相乘，由此形成表示發(fā)射電磁信號(hào)&與接收回波信號(hào)&之間頻率差的中頻信號(hào)&F。然后，根據(jù)這個(gè)中頻信號(hào)可確定到容納在儲(chǔ)罐5中的產(chǎn)品6的表面7的距離。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)中頻信號(hào)確定到表面7的距離是眾所周知的。如圖3明顯所示的，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二頻率變換器的設(shè)置，這里是倍頻器 25、30，使得出現(xiàn)在發(fā)射的電磁信號(hào)& (和接收的回波信號(hào)Sk)的頻率處的信號(hào)可保持最小。 如果第一倍頻器25布置在發(fā)射傳播裝置M附近而第二倍頻器30布置在混頻器四附近則 尤其是這種情況。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，發(fā)射信號(hào)&以及經(jīng)由第二倍頻器30提供給混頻器四的信號(hào)都來(lái) 自同一信號(hào)發(fā)生器21。因此，如果可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射的信號(hào)&和接收的回波信號(hào)&之間足夠 高的信號(hào)隔離，那么在測(cè)量較短距離時(shí)，可抵消生成的信號(hào)Se中的相位噪聲或者抖動(dòng)，這可 進(jìn)一步改善測(cè)量靈敏度。因此，如圖3所示，與按照使得發(fā)射傳播裝置M和接收傳播裝置 26之間具有高信號(hào)隔離的方式提供這二者相結(jié)合，使用單個(gè)信號(hào)發(fā)生器21經(jīng)由第一倍頻 器向發(fā)射傳播裝置M饋送信號(hào)以及經(jīng)由第二倍頻器30向混頻器四饋送信號(hào)是特別有利 的?，F(xiàn)在將對(duì)發(fā)射傳播裝置M與接收傳播裝置26的適當(dāng)布置的示例進(jìn)行說(shuō)明。下面將參考圖如-b，對(duì)包含在根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)實(shí)施方式中進(jìn)一步提 高測(cè)量靈敏度的示例性貼片天線(xiàn)進(jìn)行說(shuō)明。圖如是第一示例性貼片天線(xiàn)40的示意圖，其包括以打叉方框表示的一組發(fā)射機(jī) 貼片41，以及以空方框表示的一組接收機(jī)貼片42(為了附圖的清楚，圖如中僅對(duì)各自一個(gè) 貼片用附圖標(biāo)記指明)。通過(guò)以相互之間電流隔離的方式布置發(fā)射機(jī)貼片41和接收機(jī)貼片 42, BP,當(dāng)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)射機(jī)貼片41與接收機(jī)貼片42之間無(wú)電流通過(guò)，則可實(shí) 現(xiàn)具有很高的信號(hào)隔離的緊湊、低成本的天線(xiàn)裝置40，這可有利地與圖3中的收發(fā)機(jī)20結(jié) 合使用，以實(shí)現(xiàn)具有很高測(cè)量靈敏度的頻率調(diào)制雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。圖4b是第二示例性貼片天線(xiàn)45的示意圖，其包括一組發(fā)射機(jī)貼片41和一組接收 機(jī)貼片42。圖4b中的天線(xiàn)裝置45與圖如中的天線(xiàn)裝置40之間的不同之處在于發(fā)射機(jī)貼 片41和接收機(jī)貼片42在圖4b中的天線(xiàn)裝置45中是交叉布置的。應(yīng)當(dāng)理解的是，其他多種貼片天線(xiàn)配置也是可行的并且可以由相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人 員實(shí)現(xiàn)而無(wú)需創(chuàng)造性的勞動(dòng)。最后，將參照?qǐng)D5對(duì)另一種示例性天線(xiàn)裝置進(jìn)行描述，該天線(xiàn)裝置是喇叭天線(xiàn)50 的形式，適于與圖3中的收發(fā)機(jī)20 —起使用。圖5是包括發(fā)射機(jī)部分51和接收機(jī)部分52的喇叭天線(xiàn)50的示意圖。發(fā)射機(jī)部 分51和接收機(jī)部分52被隔離部53分開(kāi)，后者將喇叭天線(xiàn)的內(nèi)部一分為二。此外，圖5中的天線(xiàn)裝置50具有發(fā)射機(jī)連接器M和接收機(jī)連接器55，使得天線(xiàn)裝 置50與收發(fā)機(jī)20能夠連接。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知，本發(fā)明決不受上述優(yōu)選實(shí)施方式的限制。例如，可使用其 他類(lèi)型的頻率變換器而不是倍頻器。此外，在本發(fā)明的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中，也可有利地使用 很多其他類(lèi)型的天線(xiàn)布置，例如拋物面天線(xiàn)、探針等。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，用于確定包含在儲(chǔ)罐( 中的產(chǎn)品(6)的填充水平，所述 的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)包括收發(fā)機(jī)(10 ；20)，用于生成、發(fā)射和接收頻率調(diào)制的電磁信號(hào)；發(fā)射傳播裝置(3 ；24 ；40 ；45 ；50)，與所述收發(fā)機(jī)(10 ；20)電連接，并設(shè)置為向包含在 儲(chǔ)罐(5)中的產(chǎn)品(6)的表面(7)傳播發(fā)射的電磁信號(hào)；和接收傳播裝置(3 ；26 ；40 ；45 ；50)，與所述收發(fā)機(jī)(10 ；20)電連接，并設(shè)置為向所述收 發(fā)機(jī)(10)返回由發(fā)射的電磁信號(hào)在阻抗變換部分處受到反射而產(chǎn)生的回波信號(hào)，包括由 所述表面處的反射產(chǎn)生的表面回波信號(hào)，其中，所述收發(fā)機(jī)(10 ；20)包括信號(hào)發(fā)生器(21)，用于生成具有預(yù)定中心頻率的頻率調(diào)制信號(hào)(Se)；發(fā)射機(jī)分支(23)，經(jīng)由第一頻率變換器0 將所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端與所述 發(fā)射傳播裝置04)連接，所述第一頻率變換器0 用于對(duì)所述頻率調(diào)制信號(hào)(Se)的頻率 進(jìn)行變換，以提供所述發(fā)射的電磁信號(hào)(St)；接收機(jī)分支(27)，與所述接收傳播置06)連接，用于接收所述表面回波信號(hào)(Sk)；以及混頻器( )，具有經(jīng)由用于變換所述頻率調(diào)制信號(hào)(Se)的頻率的第二頻率變換器 (30)連接到所述信號(hào)發(fā)生器的第一輸入端，以及連接到所述接收機(jī)分支(XT)的第二 輸入端，用于形成表示所述發(fā)射的電磁信號(hào)(St)與所述表面回波信號(hào)(Sk)之間的相位差的 中頻信號(hào)(Sif)，以及其中，對(duì)所述發(fā)射的電磁信號(hào)與所述回波信號(hào)，所述發(fā)射傳播裝置與所述接收傳播裝 置之間的信號(hào)隔離至少為30dB，所述雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)還包括連接到所述收發(fā)機(jī)(10)的處理電路(11)，用于根據(jù)所 述中頻信號(hào)(Sif)確定所述填充水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中，所述發(fā)射傳播裝置和所述接收傳播 裝置被提供為包含發(fā)射機(jī)部分Gl ；51)和接收機(jī)部分G2 ；52)的雙功能結(jié)構(gòu)(3 ；40 ；45 ； 50)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述雙功能結(jié)構(gòu)是貼片天線(xiàn)裝置(3； 40 ；45)，所述發(fā)射機(jī)部分包括多個(gè)發(fā)射機(jī)貼片，以及所述接收機(jī)部分包括多個(gè)接收機(jī) 貼片(42)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述發(fā)射機(jī)貼片Gl)和所述接收機(jī)貼 片0 設(shè)置在單個(gè)支撐部件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述發(fā)射機(jī)貼片Gl)和所述接收機(jī)貼 片0 以當(dāng)所述雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)工作時(shí)發(fā)射機(jī)貼片與接收機(jī)貼片之間無(wú)電流通過(guò)的方式 被設(shè)置在所述支撐部件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述收發(fā)機(jī)(10)被額外設(shè)置在 所述支撐部件上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述雙功能結(jié)構(gòu)為被分成發(fā)射機(jī)喇叭 (51)和接收機(jī)喇叭(52)的喇叭天線(xiàn)(50)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述發(fā)射傳播裝置與所述接收傳播裝置在空間上是分開(kāi)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述發(fā)射傳播裝置和所述接收傳播裝 置中的每一個(gè)為喇叭天線(xiàn)、拋物面天線(xiàn)、貼片天線(xiàn)和拉桿天線(xiàn)的任一種。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述第一頻率變換器05)為 具有第一預(yù)定乘法因子(N)的第一倍頻器，以及所述第二頻率變換器(30)為具有第二預(yù)定 乘法因子(N)的第二倍頻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中所述第二乘法因子基本與所述第一 乘法因子相等。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，還包括設(shè)置在接收機(jī)分支(XT)上 的低噪聲放大器08)，以放大所述接收的回波信號(hào)(Sk)。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)(1)，其中，所述發(fā)射傳播結(jié)構(gòu)(3;24; 40 ；45 ；50)是發(fā)射機(jī)天線(xiàn)，設(shè)置為向包含在儲(chǔ)罐(5)中的產(chǎn)品(6)的表面(7)輻射發(fā)射的 電磁信號(hào)(St)，以及所述接收傳播裝置(3 ；26 ；40 ；45 ；50)是接收機(jī)天線(xiàn)，設(shè)置為捕獲由所 述發(fā)射的電磁信號(hào)( 在阻抗變換部分處受到反射而產(chǎn)生的回波信號(hào)(Sk)。
全文摘要
一種用于確定容納在儲(chǔ)罐中產(chǎn)品的填充水平的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，包括收發(fā)機(jī)，用于生成、發(fā)射和接收頻率調(diào)制的電磁信號(hào)；發(fā)射傳播裝置，與該收發(fā)機(jī)電連接，并配置為向容納在儲(chǔ)罐中的產(chǎn)品的表面發(fā)射電磁信號(hào)；和接收傳播裝置，與該收發(fā)機(jī)電連接，并配置為向該收發(fā)機(jī)返回由發(fā)射的電磁信號(hào)在阻抗變換部分處受到反射而產(chǎn)生的回波信號(hào)，包括由該表面處的反射產(chǎn)生的表面回波信號(hào)。發(fā)射傳播裝置與接收傳播裝置之間的信號(hào)隔離至少為30dB，以及，該收發(fā)機(jī)包括信號(hào)發(fā)生器，用于生成具有預(yù)定中心頻率的頻率調(diào)制信號(hào)；發(fā)射機(jī)分支，經(jīng)由第一頻率變換器將該信號(hào)發(fā)生器的輸出與發(fā)射傳播裝置連接，該第一頻率變換器用于將頻率調(diào)制信號(hào)的頻率進(jìn)行變換，提供發(fā)射的電磁信號(hào)；接收機(jī)分支，與該接收傳播裝置連接，用于接收表面回波信號(hào)；以及混頻器，其具有經(jīng)由變換頻率調(diào)制信號(hào)頻率的第二頻率變換器連接到信號(hào)發(fā)生器的第一輸入端，以及連接到接收機(jī)分支的第二輸入端，用于形成表示發(fā)射的電磁信號(hào)與表面回波信號(hào)之間相位差的中頻信號(hào)。該雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)還包括連接到收發(fā)機(jī)的處理電路，用于根據(jù)該中頻信號(hào)確定所述填充水平。
文檔編號(hào)G01F23/284GK102047141SQ200980119062
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者A·吉思考格 申請(qǐng)人:羅斯蒙特雷達(dá)液位股份公司