[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllstandsmessgerät-Parabolantenne mit den oberbegrifflichen
Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. auf ein Füllstandsmessgerät mit einer solchen
Parabolantenne.
[0002] 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.
[0003] Wie aus der Fig, 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.
[0004] Vorteilhaft bei einer solchen Anordnung sind die geringen Ausleuchtungsverluste,
welche einen bestmöglichen Antennengewinn ermöglichen.
[0005] 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
βehälterdecke des Behältnisses, innerhalb dem der Parabolspiegel 2 eingebaut ist.
Außerdem kann ein langes Erregersystem auf Vibrationen empfindlich reagieren.
[0006] Allgemein bekannt ist außerdem eine Parabolantenne mit einem Parabolspiegel 2, innerhalb
dessen ein Erreger 3 angeordnet ist, wie dies aus Fig. 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.
[0007] 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.
[0008] 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
Fig. 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 Erregers 3 mit einem absorbierenden schaumstoff beschichtet
oder besteht aus einem solchen, so dass auf den Kragen 9 treffende Wellen absorbiert
werden.
[0009] Im Vergleich zu einer Parabolantenne gemäß Fig. 2 besteht der Vorteil, dass Nebenkeulen
vermieden werden. Jedoch gehen Wellenanteile, welche vom Erreger 3 in den Bereich
seitlich des Parabolspiegels ausgesendet werden, verloren.
[0010] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Füllstandsmessgerät-Parabolantenne
bzw. ein Füllstandsmessgerät mit einer solchen vorzuschlagen.
[0011] Diese Aufgabe wird durch eine Füllstandsmessgerät-Parabolantenne mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Füllstandsmessgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs
9 gelöst.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
[0015] Vorteilhaft ist eine Parabolantenne, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger in
axialer und vorderseitiger Richtung aus dem derart aufgespannten Innenraum nicht herausragt.
[0016] 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.
[0017] Vorteilhafterweise ist der Kragen zumindest innenseitig derart ausgestaltet, dass
er ein die Strahlen des Erregers absorbierendes Material aufweist.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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 Wandungsverlaufs von einem konkaven Parabolspiegel
zu einer insbesondere geradlinig weiter verlaufenden Kragenwandung. Vorteilhafterweise
ist der Kragen konisch oder zylindrisch ausgebildet.
[0021] Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
- Fig. 1
- eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Parabolantenne;
- Fig. 2
- eine Schnittdarstellung durch eine Parabolantenne mit großem Verhältnis von Brennweite
zu Durchmesser gemäß dem Stand der Technik;
- Fig. 3
- eine Schnittdarstellung einer Parabolantenne mit kleinem Verhältnis von Brennweite
zu Durchmesser; und
- Fig. 4
- schematisch eine Antennenanordnung aus dem Bereich der Telekommunikation.
[0022] Fig. 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 Farabolspiegelachse
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 Parabalspiegelachse 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] Vorteilhafterweise ermöglicht eine solche parabolantenne eine kurze Bauweise in insbesondere
axialer Richtung der Parabolspiegelachse X und somit einen kleinen Totbereich bei
Füllstandsmessungen.
[0029] 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.
[0030] 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 Fig. 1 ist die Füllung 10 der Parabolantenne gezeigt.
Bezugszeichenliste:
[0031]
- 1
- Parabolantennenanvrdnung
- 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
1. 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.
2. Parabolantenne nach Anspruch 1, bei welcher der Erreger und/oder Empfänger (3) in
axialer und vorderseitiger Richtung (X) aus dem aufgespannten Innenraum nicht herausragt.
3. 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.
4. Parabolantenne nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Kragen (9) zumindest
innenseitig ein die Wellen des Erregers absorbierendes Material aufweist.
5. 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.
6. 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. Parabolantenne nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Parabolspiegel
(2) und der Kragen (9) einen Innenraum aufspannen, welcher durch ein Radom abgedeckt
ist.
8. Füllstandmessgerät-Parabolantenne nach Anspruch 7, bei der der Innenraum der Parabolantenne
mit einem dielektrischen Material gefüllt ist.
9. Parabolantenne nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Kragen (9) konisch
oder zylindrisch ausgebildet ist.
10. Füllstandmessgerät mit einer Füllstandmessgerät-Parabolantenne nach einem der voranstehenden
Ansprüche.