雷达传感器和用于雷达传感器的RF适配器的制作方法

本发明涉及雷达传感器、吸收器作为雷达传感器中的机械部件的使用以及包括这种吸收器的射频(rf)适配器。

背景技术：

1、在例如用于测量流体或松散材料的物位以监测工业过程的雷达传感器中，由rf芯片生成的电磁波耦合到波导中，该波导例如扩展成喇叭辐射器以将在波导中传导的波作为空间波进行辐射，或者用作天线馈送器。如果在耦合期间插入电流隔离，波会从波导中逃逸。在此，这些波沿着例如壳体部件或其它结构传播，并受到反射。在此出现的不同传播时间引起对波导中的波的干扰。为了避免这种情况，使用了吸收器。雷达传感器可被构造为使得吸收器可以插入在传感器壳体内的雷达传感器中。例如，吸收器被粘合在适当位置。为了使吸收器提供吸收器功能，需要付出一些机械性努力以将吸收器保持在其特定位置。必须以不损害吸收器功能的方式引入用于密封件的凹槽。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种具有吸收器的改进雷达传感器。

2、该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利实施例是从属权利要求、以下说明和附图的主题。

3、所说明的实施例类似地涉及雷达传感器、吸收器作为雷达传感器中的机械部件的使用以及rf适配器。尽管没有详细说明实施例的各种组合，但它们可以产生协同效应。

4、在实施例中，提供了一种雷达传感器，其包括电子单元，该电子单元在电路板上具有例如用于生成和调节rf信号的芯片。因此，电子单元生成电磁波并将它们耦合到波导中，且/或从波导接收电磁波，该波导充当天线馈送器或者是天线的一部分。为此，波导例如在其垂直于电路板的纵向轴线上延伸，并由需要机械支撑的多个部件形成。为此，使用了结构性构造，可以在该结构性构造上固定电路板，并且该结构性构造可以将这些部件与波导一起稳定地保持在其位置或以期望的角度保持或支撑它们，并且提供了免受外力的机械保护和免受环境影响的保护。机械构造还包括壳体，这里提到的结构性机械构造位于壳体内，且在本文中被称为rf适配器。rf适配器可以包括一个或多个部件。这里实现的吸收器是这些部件中的一个部件，其实际功能是吸收干扰波。

5、根据第一方面，提供了一种雷达传感器，其包括用于引导电磁波的波导以及具有吸收器的rf适配器，其中，吸收器至少部分地围绕波导，并且是用于吸收电磁波的电气部件且同时是雷达传感器的机械部件。

6、在上下文中，“电气部件”应被理解为该部件由于吸收电磁波而在电气方面发挥作用。

7、“机械部件”应被理解为该部件是用于雷达传感器的结构性机械构造的功能性机械部件，并且具有用于传感器的额外机械功能。

8、结构性机械构造具有多种机械功能。例如，这些功能向传感器提供了机械稳定性、保护传感器的各部件、将传感器的各部件保持在一起、对各部件进行定位、提供密封等。该构造的机械部件支持这些功能中的一种或多种。因此，这里不应对机械部件做如下理解：机械部件仅是不具有机械功能的物理实体，例如仅执行或仅应执行电气功能的物理实体或物体。

9、因此，除了其电气功能(即吸收电磁波，特别是干扰辐射)之外，吸收器还执行诸如前述任务等基本机械任务。为此，吸收体具有足够高的密度和强度。

10、雷达传感器例如是但不限于用于填充物位测量或极限物位测量的工业传感器。例如，应用包括液体和松散材料的极限物位测量和填充物位测量，以例如用于监测工业过程或超纯水储存器中的填充物位测量或者乳制品业制备罐中的填充物位和极限物位测量。波导例如可以是圆形波导或矩形波导。

11、波导可以是天线馈送器，且/或可以扩展成或并合到喇叭天线或喇叭辐射器自身。

12、根据一实施例，雷达传感器还包括具有rf部件的电子单元以及适配器元件，该适配器元件被设计为使得电子单元可以固定在其第一侧并且吸收器可以固定在其第二侧。

13、优选地，适配器元件是金属的，例如锌压铸元件。然而，它也可以由其它金属组成或部分地由塑料组成，只要它能够接收和传送由rf芯片生成的rf信号即可。适配器元件用于将电子单元的电路板机械地固定在第一侧并将吸收器固定在第二侧。例如，电路板的两侧都装配有电子部件。特别地，它具有布置在电路板的朝向适配器元件的一侧的rf芯片。rf芯片具有用于波导的接口，作为输出或输入端。波导可以形成或布置成其纵向轴线在该接口处垂直于电路板。波导至少部分地由适配器元件形成。

14、根据一实施例，rf适配器还包括绝缘元件和波导部件，其中，绝缘元件布置在适配器元件和波导部件之间。

15、绝缘元件是用于将波导部件(即通向天线开口的波导部分)与电路板或处于相同电位的适配器元件电流隔离的元件。

16、整个波导由优选为金属的适配器元件和波导部件中的钻孔形成，该适配器元件电连接到电路板且特别地电连接到rf芯片，并且在波导中电磁波被引导通过适配器元件和波导部件并到达天线。在许多应用中，在电子器件(即，电路板和rf芯片)与天线之间需要电流隔离。

17、取决于吸收材料，这种电流隔离可以完全地或至少部分地通过绝缘元件来实现，该绝缘元件插入在两个波导部分之间并因此将波导分成两个部分，并且因此代表这两个部分之间的中间件。该非金属中间件为电磁波创建了离开波导的路径，以允许电磁波基本上沿着适配器元件和波导部件的表面进入另一传感器主体。吸收器防止传播以及相关反射和干扰辐射。如果吸收器是导电的，则可以对其进行额外绝缘，以防止电流隔离桥接。如下所述，额外绝缘体可以包括一层油漆或额外的非导电套管。对于非导电吸收器，这种额外绝缘体是不必要的。

18、绝缘元件在内部是中空的并且因此延续波导，使得电磁波从第一波导部分传递到第二波导部分，这里将第二波导部分称为波导部件。因此，例如在发射侧，由rf芯片生成的波被由适配器元件形成的波导部分接收并经由绝缘元件被引导至波导部件，波导部件将波引导至天线开口以在此处辐射波。在接收侧，相应地在相反方向上引导波。

19、因此，波导部件是与适配器元件分离的元件，其例如在其径向中心处形成波导的一部分。

20、如下详述，波导部件通过周围的吸收器保持在适当位置。形状可以包含变窄和变宽的部分，这些部分防止中心轴线的方向上的移动，即朝向或远离电路板的移动。

21、根据一实施例，波导部件是由金属制成的部件，或者是金属化塑料部件。

22、波导部件被设计为提供金属波导。这可以通过如下方式实现：整个波导部件是金属的。替代地，波导部件也可以是具有金属部分的塑料部件。特别地，塑料部件可以被金属化，其中仅波导钻孔被金属化。由此，实现了波导部件的内部是导电的，但外部是绝缘的。

23、在径向截面中，适配器元件例如在中心处(即，在波导的区域中)为t形形状，并且绝缘元件互补地类似于u形形状，使得这两个部分可以相互插入。在径向截面中，波导部件也类似于u形形状，并且在外侧以及从u形形状的底侧在侧向上包围绝缘元件。因此，绝缘元件牢固地嵌入在这些部分之间。然而，也可以以其它方式设计形状。

24、根据雷达传感器的一实施例，吸收器围绕绝缘元件和波导部件。

25、通过围绕绝缘元件和波导部件，吸收器保持这些元件和部件。这里“围绕”是指吸收器如圆筒那样在径向方向上围绕绝缘元件或波导部件，并且以平行于波导的纵向轴线的方式在绝缘元件和波导部件上延伸。隔离元件是可选的，并且在不需要或不希望电流隔离时，可以省略该隔离元件。

26、适配器元件还可以被视为将传感器的容纳电路板的部分连接到传感器的用于发射电磁波的部分(即，例如第二波导部分、吸收器、绝缘元件等)的插头。在此，插头(即，适配器元件)的一部分至少部分地围绕吸收器，吸收器在内部抵接在包含波导的金属部件上，该金属部件又压靠在插头的突出的中间部分。因此，当吸收器和第二波导部分以及绝缘元件插入到以这种方式设计的插头中时，它们都被保持在适当位置。这里不排除其它的固定措施。

27、通过将吸收器固定在适当位置，传感器或内部传感器结构因而获得稳定性。吸收器可以填充壳体和其它部件(例如，下文更详细说明的波导部件)之间的显著空间，其部分地围绕第二波导部分或者在其中形成波导的一部分，并且可以在天线开口的方向上无限制地延伸。因此，吸收器对传感器的机械稳定性具有支撑功能。

28、吸收器优选地具有基本旋转对称的结构，例如环形结构。也就是说，例如，它与旋转对称基础结构在固定元件或凹槽方面存在偏差。这些元件包括例如用于容纳螺钉的螺钉孔或用于安装电路板或rf芯片的元件。例如，凹槽用于容纳密封环。在组装状态下，波导优选地位于基本上旋转对称的吸收器的中心处。

29、根据一实施例，吸收器包括至少部分地填充有吸收材料的绝缘套筒。

30、在传感器的组装状态下，吸收器布置在由压铸锌制成的适配器元件和包含第二波导部分的波导部件之间。由于吸收材料可以具有一定的导电性以执行其功能，因此这将劣化所需的电流隔离。因此，吸收材料包覆有绝缘材料以确保电流隔离。因此，绝缘材料(例如，塑料)形成用于吸收材料的绝缘套筒。绝缘套筒优选地完全填充有吸收材料，但也可以仅部分地填充有吸收材料。

31、根据一实施例，吸收器具有与壳体接界的界面。

32、因此，界面代表吸收器的与壳体直接抵接的外侧面。这一措施也稳定了结构。本文使用的术语“外侧”是指从由波导形成的中心轴线朝向壳体的径向方向。

33、在此，例如可以使用配合件，例如过盈配合件(presspassung)，以用于装配或夹紧或保持吸收器。例如，吸收器具有过大尺寸以用于此时的配合。

34、在适配器元件之后，在天线开口的方向上存在自由空间，原则上可以在该自由空间中根据需要配置吸收器。因此，它可以在包括第二波导部分的波导部件和壳体之间延伸。因此，波导部件将吸收器径向地压靠在壳体上，从而使该布置获得额外的稳定性并且使第二波导部分居中。

35、根据一实施例，吸收器在其外侧具有用于将吸收器螺接至雷达传感器的壳体的螺纹，或者具有用于将吸收器和雷达传感器的壳体装配在一起的配合件。

36、螺纹是有助于传感器的机械稳定性的另一种措施，它将吸收器固定在一起并使其稳定，并从而间接将吸收器内的部件固定在一起并使其稳定。吸收器可以具有额外的螺纹，以例如用于容纳螺钉，使得吸收器可以通过螺钉连接到传感器的其它部分，或者连接到已提到的波导部件。在此，螺钉和螺钉连接被设计为使得没有在适配器元件和波导部件之间建立导电连接。

37、根据一实施例，吸收器的表面是平面的。

38、在上下文中，平面是指除了螺纹、凹槽或其它具有机械功能的结构之外，表面不具有任何表面结构，例如沟槽或其它图案。

39、根据一实施例，波导部件具有用于容纳密封环的周向凹槽。

40、密封环(例如，o形环)被配置成在吸收器和波导部件之间提供密封。这防止了物质或介质(例如，液体或蒸汽)从天线方向或从传感器周围例如通过壳体或盖进入雷达传感器。

41、此时，可以在吸收器中的该位置设置凹槽，作为另一凹槽的替代或补充。用于密封环的凹槽也可以存在于吸收器或机械结构的其它位置。例如，在吸收器和适配器元件之间可以存在用于密封件的凹槽。因此，吸收器支持密封功能。

42、密封功能还可以通过过盈配合、螺纹或粘合连接来实现。

43、根据一实施例，吸收器具有周向定心部分，该定心部分被配置成使适配器元件和/或波导部件居中。

44、定心部分的形状可以是圆柱形。适配器元件可以被设计成使得其在天线方向或辐射方向上具有直到壳体的突出部。定心部分和适配器元件可被设计成使得适配器元件的周向突出部的内侧和另一内部周向定心部分的外侧彼此抵接或彼此接合，使得适配器元件和吸收器相对彼此定位或居中。

45、定心部分并合到吸收器的另一部分中。包括定心部分的吸收器形成围绕可选的绝缘元件和波导部件的外壳。由于吸收器围绕波导部件，因此由吸收器、波导部件、绝缘元件和波导组成的整个组件居中，其中，波导的轴线形成该组件的中心轴线。

46、此外，通过吸收器的设计以及传感器下部区域中的金属部分提供了居中功能。在此，“下部区域”被理解为传感器的靠近天线开口的区域。相应地，“上部”区域是包括适配器元件在内的靠近电子单元的区域。波导部件可以在以此方式定义的下部区域中具有加宽部，用于密封环的凹槽也可以位于该加宽部中。相应地，吸收器可以在该区域中具有收缩部或周向凹部，使得吸收器和波导部件在该区域中也是互补的并且彼此抵靠。由此，实现了波导部件的居中。

47、因此，可以单独或相互组合地采取三种不同的绝缘措施：由塑料制成的具有金属化波导部分的适配器元件、具有塑料套管的吸收器、以及具有金属化波导的波导元件。在所有提到的措施中，还在波导部分之间使用绝缘元件以用于电流隔离。

48、因此，本文还说明了用于雷达传感器的吸收器。吸波器围绕雷达传感器的波导，其既是用于吸收电磁波的电气部件，同时也是雷达传感器的结构性机械构造的机械部件。

49、根据另一方面，提供了一种用于雷达传感器的包括吸收器的rf适配器，其中，吸收器被配置为至少部分地围绕雷达传感器的波导，并且其中，吸收器是用于吸收电磁波的电气部件，且同时是雷达传感器的机械部件。

50、波导例如可以由适配器元件和波导部件中的钻孔以及它们之间的绝缘元件中的延续部分形成。

51、根据另一方面，提供了吸收器作为雷达传感器中的机械部件的使用。

52、在此，“机械部件”是指如上所述的执行机械功能的元件或吸收器。

53、在通过研究附图、公开内容和所附权利要求来实践所要求保护的发明时，本领域技术人员可以理解和实践所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在从属权利要求中记载的特定措施的事实并不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。