DE102004035083A1

DE102004035083A1 - Füllstandsmessgerät-Parabolantenne und Füllstandsmessgerät mit einer Parabolantenne

Info

Publication number: DE102004035083A1
Application number: DE102004035083A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kienzle; Daniel Schultheiss; Josef Fehrenbach
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-16
Also published as: US20060017640A1; AU2005203129A1; US7245265B2; CN1767264A; RU2005123006A; EP1619747A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Parabolantenne mit einem Parabolspiegel (2) mit einem Parabolspiegelrand (20), einem Kragen (9), welcher an dem Parabolspiegel (2), insbesondere an dessen Parabolspiegelrand (20) angeordnet ist und einen außenseitigen Kragenrand (90) aufweist, und mit einem Erreger und/oder Empfänger (3), wobei der Erreger und/oder Empfänger (3) in axialer Richtung (X) teilweise innerhalb des Parabolspiegelrands (20) und teilweise außerhalb davon angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllstandsmessgerät-Parabolantenne mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. auf ein Füllstandsmessgerät mit einer solchen Parabolantenne.
Allgemein bekannt sind Füllstandsmessgeräte mit einer Füllstandsmessgerät-Parabolantenne, welche mit Radarwellen oder Mikrowellen arbeiten, um den Füllstand eines Mediums in einem Behältnis zu ermitteln. Die Parabolantenne eines solchen Füllstandsmessgeräts ist dabei innenseitig einer Behälterwandung angeordnet.

Wie aus der 2 ersichtlich, besteht eine solche Parabolantenne aus einem Parabolspiegel 2 und einer Erreger- und/oder Empfängeranordnung 3, welche als kombinierte Baugruppe in dem Brennpunkt des Parabolspiegels angeordnet sind. Der Parabolspiegel 2 weist einen Parabolspiegelrand 20 auf. Der Parabolspiegel 2 hat ein großes Verhältnis aus Brennweite f zu Durchmesser D, d. h., es handelt sich um einen flachen Parabolspiegel 2. Das Verhältnis von Brennweite f zu Durchmesser D beträgt beispielsweise 0,6. Der Erreger 3 ist weit außerhalb des durch den Parabolspiegelrand 20 aufgespannten Innenraums des Parabolspiegels 2 mit Hilfe eines Hohlleiters 4 angeordnet.

Vorteilhaft bei einer solchen Anordnung sind die geringen Ausleuchtungsverluste, welche einen bestmöglichen Antennengewinn ermöglichen.

Nachteilhaft bei einer solchen Anordnung ist die Überstrahlung des Parabolspiegels 2, welche zu unerwünschten Nebenkeulen, sogenannten sidelobes bzw. backlobes führt. Durch die sidelobes und backlobes entstehen Störreflexionen durch Behälterwände und Behälterdecke des Behältnisses, innerhalb dem der Para bolspiegel 2 eingebaut ist. Außerdem kann ein langes Erregersystem auf Vibrationen empfindlich reagieren.

Allgemein bekannt ist außerdem eine Parabolantenne mit einem Parabolspiegel 2, innerhalb dessen ein Erreger 3 angeordnet ist, wie dies aus 3 ersichtlich ist. Der Parabolspiegel 2 einer solchen Parabolantenne weist ein kleines Verhältnis von Brennweite f zu Durchmesser D mit beispielsweise f/D = 0,2 auf. Dies bedeutet, dass der Parabolspiegel 2 sehr tief ist und der Erreger 3, der wiederum mittels eines Hohlleiters 4 innerhalb des Parabolspiegels 2 angeordnet ist, sich auf der gleichen Ebene wie der Parabolspiegelrand 20 oder sogar axial innerhalb des Parabolspiegels 2 befindet.

Vorteilhaft an einer solchen Anordnung ist, dass das Erregersystem bzw. der Erreger 3 innerhalb des Parabols bzw. Parabolspiegels 2 geschützt angeordnet ist. Außerdem ist eine Überstrahlung des Parabolspiegels 2 nicht möglich. Nachteilhafterweise wird ein solcher Parabolspiegel 2 jedoch nicht komplett ausgeleuchtet, was zu einem geringeren Antennengewinn führt.

Gattungsfremd sind aus der Richtfunktechnik, beispielsweise aus "Dr. Daniel Wojtkowiak, Consider Antenna Options For Minimal Interference, Microwaves & RF, Mai 2004, Seiten 76 – 86", Parabolspiegel mit einer zylindrischen Erweiterung bekannt, wie dies aus 4 ersichtlich ist. Bei dieser Parabolantenne handelt es sich um einen Parabolspiegel 2 mit einem relativ großen f/D-Verhältnis. Nachteilhaft bei einer solchen Anordnung wäre die Überstrahlung des Parabolspiegels 2, welche zu unerwünschten Nebenkeulen, sogenannten sidelobes bzw. backlobes führt. Zur Vermeidung von Nebenkeulen ist an dem Parabolspiegelrand 20 ein Kragen angeordnet, welcher sich in axialer Richtung parallel zu einer zentralen Parabolspiegelachse X umlaufend erstreckt. Der Kragen erstreckt sich vom Parabolspiegelrand 20 dabei so weit, dass der Erreger 3 sich innerhalb eines Raums befindet, welcher von dem Kragen 9 umschlossen ist. Der Kragen 9 ist innenseitig, d. h. in Richtung des Erre gers 3 mit einem absorbierenden Schaumstoff beschichtet oder besteht aus einem solchen, so dass auf den Kragen 9 treffende Wellen absorbiert werden.

Im Vergleich zu einer Parabolantenne gemäß 2 besteht der Vorteil, dass Nebenkeulen vermieden werden. Jedoch gehen Wellenanteile, welche vom Erreger 3 in den Bereich seitlich des Parabolspiegels ausgesendet werden, verloren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Füllstandsmessgerät-Parabolantenne bzw. ein Füllstandsmessgerät mit einer solchen vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch eine Füllstandsmessgerät-Parabolantenne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Füllstandsmessgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.

Vorteilhafterweise besteht die Füllstandsmessgerät-Parabolantenne demgemäß aus einem Parabolspiegel mit einem Parabolspiegelrand, wobei der Parabolspiegelrand in einen zusätzlichen Kragen mit einem außenseitigen Kragenrand übergeht. Außerdem weist die Parabolantenne einen Erreger bzw. Erreger und/oder Empfänger auf. Hervorzuheben ist dabei, dass der Parabolspiegel und der Kragen einstückig ausgebildet ineinander übergehen und der Erreger und/oder Empfänger innerhalb eines von dem Parabolspiegel und/oder von dem Kragen aufgespannten Innenraums angeordnet ist. Der Erreger und/oder Empfänger ist daher in axialer Richtung innerhalb des Kragenrands angeordnet.

Vorteilhaft ist demgemäß ein Füllstandsmessgerät mit einer solchen Parabolantenne, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger innerhalb des Innenraums, der durch den Parabolspiegel, den Kragenrand und die durch den Kragenrand aufgespannte Fläche ausgebildet wird, angeordnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Vorteilhaft ist eine Parabolantenne, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger in axialer und vorderseitiger Richtung aus dem derart aufgespannten Innenraum nicht herausragt.

Der teilweise innerhalb eines Parabolspiegelrands, der den Übergang zwischen dem Parabolspiegel und dem Kragen ausbildet, angeordnete Erreger und/oder Empfänger ragt vorteilhafterweise in axialer Richtung teilweise aus dem Bereich des Parabolspiegelrands bzw. des schüsselförmigen flachen Parabolspiegels heraus und in den Bereich hinein, welcher als Raum zwischen den Wandungen des Kragens ausgebildet wird. D. h., ein Teil des Erregers und/oder Empfängers ist in axialer Richtung innerhalb des Parabolspiegels und ein anderer Teil innerhalb des Kragens angeordnet.

Vorteilhafterweise ist der Kragen zumindest innenseitig derart ausgestaltet, dass er ein die Strahlen des Erregers absorbierendes Material aufweist.

Vorteilhafterweise weist der Parabolspiegel ein Verhältnis von Brennweite zu Durchmesser kleiner 1 auf, insbesondere kleiner oder gleich 0,6 auf. Besonders bevorzugt werden Verhältniswerte zwischen 0,2 und 0,3, insbesondere im Bereich von ca. 0,27.

Vorteilhaft ist eine solche Parabolantenne, bei welcher der Parabolspiegel und der Kragen einen Innenraum aufspannen, welcher durch ein Radom abgedeckt ist und dabei Erreger und/oder Empfänger geschützt aufnimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gehen der Parabolspiegel und der Kragen am Parabolspiegelrand einstückig ausgebildet ineinander über. Der Parabolspiegelrand ist in einfacher Ausführungsform kein Übergang zwischen zwei eigenständigen Bauelementen sondern ein Übergang des geometrischen Wandungs verlaufs von einem konkaven Parabolspiegel zu einer insbesondere geradlinig weiter verlaufenden Kragenwandung. Vorteilhafterweise ist der Kragen konisch oder zylindrisch ausgebildet.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Parabolantenne;
2 eine Schnittdarstellung durch eine Parabolantenne mit großem Verhältnis von Brennweite zu Durchmesser gemäß dem Stand der Technik;
3 eine Schnittdarstellung einer Parabolantenne mit kleinem Verhältnis von Brennweite zu Durchmesser; und
4 schematisch eine Antennenanordnung aus dem Bereich der Telekommunikation.
1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine beispielhafte Parabolantennenanordnung 1 eines Füllstandsmessgeräts. Die eigentliche Parabolantenne besteht dabei aus einem Parabolspiegel 2 mit einem umlaufenden Parabolspiegelrand 20. Der Parabolspiegelrand 20 geht über in einen zusätzlichen Kragen 9 mit einem außenseitigen Kragenrand 90. Die Wandung des Kragens 9 erstreckt sich dabei vorteilhafterweise in etwa achsparallel zu einer zentralen Parabolspiegelachse X des Parabolspiegels 2. Die Parabolantenne umfasst außerdem einen Erreger und/oder Empfänger 3, welcher auf der Parabolspiegelachse X angeordnet ist und von der rückseitigen Wandung des Parabolspiegels 2 mit einem beabstandenden und wellenleitenden Element, insbesondere einem Antennenrohr bzw. Hohlleiter 4 beabstandet und angeordnet ist. Der Hohlleiter 4 geht rückseitig in eine Wellenleiteranordnung aus zumindest einem Wellenleiter 5 über, an dessen rückseitigem Endabschnitt ein Anschluss 6 für eine Sende- /Empfangseinrichtung angeordnet ist. Die Sende-/Empfangseinrichtung umfasst eine Elektronik und Komponenten zum Erzeugen einer elektromagnetischen Welle, insbesondere Radar- oder Mikrowelle. Eine erzeugte elektromagnetische Welle wird von dem Anschluss 6 durch den Wellenleiter 5 und das Hohlleiter 4 zu dem Erreger 3 übertragen. Vom Erreger 3 aus wird die Welle in Richtung des Parabolspiegels abgestrahlt und von diesem in achsparalleler Richtung zur Parabolspiegelachse X reflektiert. Nachdem die derart ausgesendete elektromagnetische Welle auf ein Füllgut getroffen ist bzw. auf eine andere geeignete Oberfläche getroffen ist, wird die Welle von dem Füllgut bzw. der Oberseite der Oberfläche reflektiert und in der Regel zumindest teilweise von dem Parabolspiegel 2 aufgenommen. Die Wandung des Parabolspiegels 2 reflektiert die zurückreflektierten Wellenanteile zu dem Empfänger 3 der Erreger- und Empfängeranordnung 3. Von dem Empfänger 3 wird die aufgenommene Welle über den Hohlleiter 4 und den Wellenleiter 5 über den Anschluss 6 zu der Empfangseinrichtung der Sende-/Empfangseinrichtung übertragen und in dieser aufgenommen. Die Elektronik der Sende-/Empfangseinrichtung oder einer weiteren, nachgeschalteten Auswerteeinrichtung bestimmt die Zeitdifferenz zwischen Aussenden der elektromagnetischen Welle und Empfangen der vom Füllgut bzw. der Oberfläche reflektierten elektromagnetischen Welle. Daraus lässt sich der Füllstand des Füllguts in einem Behältnis bestimmen.
Zur Befestigung der Parabolantenne 1 in einer Behältniswandung, insbesondere einem Behälterflansch 8, weisen die rückseitigen Komponenten im Bereich des Wellenleiters 5 eine Befestigungseinrichtung 7, z.B. mit einem Flansch, in für sich bekannter Art und Weise auf. Hervorzuheben ist die Anordnung des Erregers und/oder Empfängers 3. Dieser befindet sich so weit innerhalb der Anordnung aus Parabolspiegel 2 und Kragen 9, dass der Erreger und/oder Empfänger 3 teilweise innerhalb des Parabolspiegelrands 20 und teilweise außerhalb des Parabolspiegelrands 20 angeordnet ist. D. h., ein Teil ragt in den Bereich des Parabolspiegels 2 hinein und ein Teil ragt in den Raum zwischen der Wandung des Kragens 9 heraus. Dabei wird der Erreger und/oder Empfänger 3 vorzugsweise vollständig innerhalb des Kragenrands 90 aufgenommen. Gemäß erster Versuche wird bei einer beispielhaften typischen Antennenanordnung für ein Füllstandsmessgerät ein Verhältnis aus Brennweite f und Durchmesser D für einen noch relativ flachen Spiegel bevorzugt, beispielsweise mit einem f/D-Verhältnis von f/D = 0,27.
Eine derart konstruierte Parabolantenne kombiniert einerseits die Vorteile der verschiedenen für sich bekannten Parabolantennen, vermeidet aber zugleich deren Nachteile. Dadurch, dass der Erreger 3 bzw. der Empfänger 3 leicht über den Parabolspiegelrand 20 herausragt, beispielsweise 10 mm, wird eine komplette Ausleuchtung des Parabolspiegels 2 gewährleistet. Durch die Anordnung des Kragens mit einer zylindrischen oder konischen Form wird der Erreger und/oder Empfänger 3 jedoch vollständig innerhalb des Antennensystems aufgenommen und ist somit geschützt. Außerdem werden bei voller Ausleuchtung sidelobes und backlobes bestmöglich verhindert.
– Es ist darüber hinaus eine integrale einstückige Ausbildung aus Parabolspiegel 2 und Kragen 9 vorgesehen, wobei der Parabolspiegelrand 20 dann den Übergangsbereich bezeichnet, welcher zwischen diesen liegt. Optional kann der Kragen 9 aus demselben oder einem dazu verschiedenen anderen Material als der Parabolspiegel 2 bestehen. Möglich ist insbesondere eine innenseitige Beschichtung oder ein vollständiges Kragenmaterial zum Absorbieren von elektromagnetischen Wellen, welche auf die Innenwandung des Kragens 9 treffen.
Die bevorzugte Parabolantenne mit dem zusätzlich angebrachten Kragen 9 als verbreitertem Antennenrand bietet gegenüber einem herkömmlichen Parabolantennensystem somit eine Vielzahl von Vorteilen. Eine Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen zur Seite (sidelobes) und nach hinten (backlobes) wird unterdrückt. Dies bringt besonders beim Einsatz der Parabolantenne in Verbindung mit einem Füllstandsmessgerät zum Messen des Füllstands in engen Behältern große Vorteile, da weniger Störreflexionen im Nahbereich erfasst werden.
Vorteilhaft ist auch, dass geringere Ausleuchtungsverluste ermöglicht werden. Der Erreger kann so eingestellt werden, dass der komplette Parabolspiegel 2 ausgeleuchtet wird, ohne dabei überstrahlt zu werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gefahr einer Beschädigung des Erregers und/oder Empfängers 3 beim Transport oder bei der Montage durch die Anordnung innerhalb der Spiegelanordnung stark verringert wird. Auch bei einem Einsatz dieses Parabolspiegels mit dem Kragen um den Erreger und/oder Empfänger herum in einem Behälter bieten sich Vorteile, beispielsweise bei einer Befüllung des Behälters von der Seite her, da dann durch die Außenwandung von Parabolspiegel und Kragen ein Schutz des Erregers und/oder Empfängers 3 gegen Beschädigung durch eingefülltes Füllgut verhindert wird.
Vorteilhafterweise kann das komplette Antennensystem bei Bedarf mit einer einfachen, ebenen Schutzhülle, einem sogenannten Radom, im einfachsten Fall beispielsweise mit einer PTFE-Scheibe (PTFE: Polytetrafluorethylen) oder einem ggfs. gewölbten Deckel abgedeckt bzw. überzogen werden. Insbesondere kann ein Innenraum, welcher durch den Parabolspiegel 2 und den Kragen 9 aufspannt wird, abgedeckt werden.
Vorteilhafterweise ermöglicht eine solche Parabolantenne eine kurze Bauweise in insbesondere axialer Richtung der Parabolspiegelachse X und somit einen kleinen Totbereich bei Füllstandsmessungen.
Erste Versuche zeigen, dass der Aufbau einer solchen Parabolantenne mit verschiedenen Verhältnissen von Brennweite f zu Durchmesser D vorteilhaft umsetzbar ist. Eine Beschränkung auf die genannten Wertbereiche ist daher nicht erforderlich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Parabolantenne in ihrem Inneren mit einem dielektrischen Material ausgefüllt sein. Dies führt zu einer Druckabstützung des Radoms. Der Wert der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Materials soll dabei kleiner etwa 3 sein. Vorzugsweise kann ein aufgeschäumtes, verlustarmes Material hierfür verwendet werden, z.B. Eccostock-Lok der Fa. Emerson & Cuming mit einer Dielektrizitätskonstanten von 1,7. In 1 ist die Füllung 10 der Parabolantenne gezeigt.

1: Parabolantennenanordnung
2: Parabolspiegel
20: Parabolspiegelrand
3: Erreger und/oder Empfänger
4: Hohlleiter
5: Wellenleiter
6: Anschluss für Sende-/Empfangseinrichtung
7: Befestigungseinrichtung/Flansch
8: Behälterflansch
9: Kragen an 20
10: dielektrisches Material
90: Kragenrand, außenseitig
X: Parabolspiegelachse
D: Durchmesser von 20
f: Brennweite

Claims

Füllstandsmessgerät-Parabolantenne mit – einem Parabolspiegel (2) mit einem Parabolspiegelrand (20), – einem Kragen (9), welcher an dem Parabolspiegel (2) angeordnet ist und einen außenseitigen Kragenrand (90) aufweist, und – einem Erreger und/oder Empfänger (3), wobei – der Parabolspiegel (2) und der Kragen (9) einstückig ausgebildet ineinander übergehen und – der Erreger und/oder Empfänger (3) innerhalb eines von dem Parabolspiegel (2) und/oder von dem Kragen (9) aufgespannten Innenraums angeordnet ist.
Parabolantenne nach Anspruch 1, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger (3) in axialer und vorderseitiger Richtung (X) aus dem aufgespannten Innenraum nicht herausragt.
Parabolantenne nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger (3) in axialer Richtung (X) teilweise innerhalb eines Parabolspiegelrands (20), der den Übergang zwischen dem Parabolspiegel (2) und dem Kragen (9) ausbildet, und teilweise außerhalb des Parabolspiegelrands (20) angeordnet ist.
Parabolantenne nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Kragen (9) zumindest innenseitig ein die Wellen des Erregers absorbierendes Material aufweist.
Parabolantenne nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Parabolspiegel (2) ein Verhältnis (f/D) von Brennweite (f) zu Durchmesser (D) kleiner 1, insbesondere kleiner, gleich = 0,6 hat, insbesondere zwischen 0,2 und 0,3 hat.
Parabolantenne nach Anspruch 5, bei welcher der Parabolspiegel (2) ein Verhältnis von Brennweite (f) zu Durchmesser (D) von 0,2 bis 0,3, insbesondere von ca. 0,27 hat.7.Parabolanten ne nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Parabolspiegel (2) und der Kragen (9) einen Innenraum aufspannen, welcher durch ein Radom abgedeckt ist.
Füllstandmessgerät-Parabolantenne nach Anspruch 7, bei der der Innenraum der Parabolantenne mit einem dielektrischen Material gefüllt ist.
Parabolantenne nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Kragen (9) konisch oder zylindrisch ausgebildet ist.
Füllstandmessgerät mit einer Füllstandmessgerät-Parabolantenne nach einem der voranstehenden Ansprüche.