專利名稱：配有蓋板的平面天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據權利要求1中前序部分所述的用于雷達液位計 (Fullstandradar)或者微波屏障(Mikrowellenschranke)的平面天線。
背景技術：
從DE 198 00 306 Al中公知了一種用于雷達液位計的平面天線，在這種平面天線中，借助于布置在基體上的平面輻射元件(貼片天線)在波導體的端側面終端實現(xiàn)軸向的 HF華禹合ο在水平技術中有以下的應用在此應用中可出現(xiàn)高溫或者高壓，并且平面天線也可承受侵蝕性化學環(huán)境。因此在現(xiàn)有技術中，布置在基體上的平面輻射元件被由陶瓷或者PTFE (聚四氟乙烯，例如特氟隆)構成的板遮蓋，以特別達到足夠的化學穩(wěn)定性。這類平面天線在圖12中概要地示出。據此，在作為基體的線路板101上布置了平面輻射元件102，并且由PTFE蓋板齊平地遮蓋。但是由此使單個平面輻射元件HF特性受到了非常負面的影響，特別是只具備很小的頻寬。此外，蓋板對貼片幾何形狀也有很大的影響。為了改善天線的HF特性和化學穩(wěn)定性，WO 2007/124860 Al提出，將平面輻射元件直接安裝在這類蓋板的背面上，該蓋板從過程隔離上來說，將平面天線的外部區(qū)域和其內部區(qū)域分離，其中，這類蓋板由陶瓷或者玻璃制成。通過輻射元件的這種布置可在天線內部實現(xiàn)相對環(huán)境，即過程環(huán)境的高密封性。缺點卻在于陶瓷或者玻璃的運用，因為特別是在關于裝配和必需的密封措施中，陶瓷或者玻璃會在制造中導致高成本。最后，以下也是公知的，將蓋板布置在距離平面輻射元件微波波長一半的距離上或者數(shù)倍于微波波長的距離上。但是這個會導致壓力負荷能力劇烈減小，并且因此又必須不利地使用較硬并且更抗壓力的材料諸如玻璃或者陶瓷，從而如上面已經實施的，這種平面天線的制造成本又顯著地提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明任務在于，說明一種開頭提出的平面天線，此天線具有簡單的結構，并且由此可簡單地制造，而不具有上述的缺點。特別是這類平面天線應該可以承受高過程壓力。本發(fā)明的任務通過具有權利要求1特征的平面天線解決。用于雷達液位計或者微波屏障的這類水平天線包含至少一個布置在基體上的平面輻射元件和一個由電介質構成的用來覆蓋平面輻射元件的蓋板。這類水平天線根據本發(fā)明設置如下蓋板在至少一個平面輻射元件區(qū)域內具有空腔，由平面輻射元件生成的微波耦入到此空腔內，并且為了支撐施加在蓋板上的壓力，至少在空腔的邊界區(qū)域內，將蓋板齊平地平放在基體上。通過蓋板內的空腔可將平面輻射元件以以下方式構造并且最佳化，S卩，就像該元件將生成的微波直接輻射到空氣中一樣。由此實現(xiàn)了更高的頻寬。
將蓋板支撐在基體上，即在空腔的邊界區(qū)域上方支撐蓋板(特別是在設置有多個空腔時，該邊界區(qū)域以隔板的形式構造在這些空腔之間)，導致壓力載荷的升高，因為通過支撐的邊界區(qū)域或者通過構造在多個空腔之間的隔板將壓力引到基體上。這類例如由塑料制造的蓋板可借助于加壓澆鑄法簡單地制造。根據本發(fā)明的一個有益的改造方案，蓋板在空腔區(qū)域內，在關于基體正交的方向上具有以下的厚度，此厚度相當于生成的微波的一半波長，或者相當于生成的微波的一半波長的整數(shù)倍。由此形成從空腔出來到根據本發(fā)明的平面天線周圍的過渡，此過渡具有最大的反射衰減和最小的穿透衰減。在本發(fā)明的另外一個設計方案中，蓋板在空腔區(qū)域內具有介電裝置，用于波束成形由平面輻射元件生成的微波。優(yōu)選將這個介電裝置以以下方式構造為透鏡，即在微波的輻射方向上，將蓋板的表面構造為凸形或者凹形。使用這種介電透鏡，對于輻射元件可改善輻射特性。此外還實現(xiàn)了以下效果在蓋板的表面上產生的冷凝物可更好地滴落在透鏡的尖端或者邊緣，并且因此不能在微波的光路上生成反射或衰減。在這個位置上反射會導致升高的“天線按鈴”，這種天線按鈴減小雷達液位計在附近區(qū)域的靈敏性，并且由此測量可能提前取消。由此，在這個位置上的衰減會減小整個測量區(qū)域的敏感性。在本發(fā)明的一個也被有益的設計方案中，為了構成喇叭天線(Hornanterme)將空腔構造為天線喇叭(Antermenhorn)，其中天線喇叭的內部表面優(yōu)選是可導電的，特別構造為金屬化(Metallisierimg)。在此還額外實現(xiàn)了平面輻射元件輻射的捆綁和平面天線的輻射特性的副波瓣的減小。當根據本發(fā)明的一個改進方案應用用來在空腔中構成天線喇叭的喇叭天線插入物時，在空腔中制造這種喇叭天線是特別簡單的。優(yōu)選這種喇叭天線插入物可由金屬化的 (metallisiert)塑料或者可完全由金屬制造。在使用平面輻射元件陳列時，通過每個所屬作為天線喇叭的空腔設計方案達到單個輻射元件的退耦。在本發(fā)明的另外一個設計方案中，空腔構造為圓筒形，或者構造為以多角形為底面的柱形。此外，根據本發(fā)明的一個改善方案，以下是特別有益的在基體上設置平面輻射元件的有規(guī)律的排列，并且將設置在蓋板內的空腔遵照輻射元件的有規(guī)律的布置而布置。最后，根據本發(fā)明的一個設計方案設置如下蓋板由聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯 (PP)或者聚醚醚酮(PEEK)制造，由此達到高化學穩(wěn)定性。此外，這類材料可借助于加壓澆鑄法簡單地加工，從而可低成本地制造這種配有根據本發(fā)明的空腔的蓋板。制造由鋁陶瓷(Al2O3)構成的蓋板同樣導致高化學穩(wěn)定性和額外的高機械負荷能力。


后面借助附圖所示的實施例詳細地描述本發(fā)明。示出圖1作為第一個實施例的根據本發(fā)明平面天線的透視剖視圖；圖2按照圖1的平面天線的天線陳列的透視圖；圖3從下方看按照圖1的平面天線的蓋板的透視圖4按照圖1的平面天線的單個輻射元件的剖視圖；圖5作為第二個實施例的根據本發(fā)明的配有凸形介電透鏡的平面天線的透視剖視圖；圖6按照圖5的平面天線的單個輻射元件的剖視圖；圖7配有凹形介電透鏡的平面天線的單個輻射元件的剖視圖；圖8作為第三個實施例，根據本發(fā)明的平面天線的透視剖視圖，該平面天線的空腔分別構造為天線喇叭；圖9按照圖8的平面天線的單個輻射元件的剖視圖；圖10作為第四個實施例，根據本發(fā)明的按照圖8的平面天線的透視剖視圖，此平面天線的蓋板具有凸形透鏡；圖11作為第五個實施例，根據本發(fā)明的按照圖8的平面天線的透視剖視圖，此平面天線的蓋板具有凹形透鏡；圖12根據現(xiàn)有技術的平面天線的剖視圖；圖13根據本發(fā)明的平面輻射元件的天線曲線圖，和作為對比的根據現(xiàn)有技術的平面輻射元件的天線曲線圖；以及圖14根據本發(fā)明配有多個平面輻射元件的平面天線的曲線圖以及作為對比根據現(xiàn)有技術的平面天線的曲面圖。
具體實施例方式在圖1至12中同樣的或者具有功能相同的部件使用一致的附圖標記。圖1至圖4在不同的示意圖中示出第一個實施例。根據圖1的平面天線10包含基體101，此基體101根據圖2具有多行有規(guī)律地布置的平面輻射元件102 (貼片天線)；以及蓋板301，其下側面遵照圖3的視圖，具有用于單個輻射元件102的圓筒形的空腔302，從而使每個單個輻射元件102處于一個空腔302中，如從圖1中看到的一樣。處于空腔302之間的區(qū)域303具有隔板型結構，并且根據圖3齊平地位于基體101 上，從而由此實現(xiàn)了對施加在蓋板301上的壓力的支撐，其中，基體101自身可支撐在布置在后面的板材或凸緣304上。在后面描述的實施例中，在相應附圖中，簡明起見省略了這種板材304或凸緣304 的示圖。空腔302區(qū)域內剩余的蓋板301厚度在根據圖1的示圖中為由輻射元件102生成的微波波長的一半，或者此微波波長的數(shù)倍。平面天線20的按照圖5的第二個實施例是遵照圖1中的那個平面天線構造的，但是區(qū)別于那個平面天線，此平面天線20包含蓋板401，此蓋板401的表面分別在空腔302 的區(qū)域內具有凸形突起，從而如特別從圖6中可見的，作為介電透鏡402用于每個輻射元件 102中的這種凸形突起用來改善其輻射特性。在這個實施例中根據圖5和圖6中，構造在空腔302之間的蓋板401的部分403構造為隔板形，由此可使蓋板403通過這個隔板形的部分403支撐在基體101上。按照圖13的曲線圖示出，與根據現(xiàn)有技術的平面輻射元件的用連續(xù)線條示出的天線方向曲線圖相比，用MGHz的3D場模擬程序建立的由虛線示出的根據圖6構造的單個輻射元件102的天線方向曲線圖，由此可識別，根據本發(fā)明的平面輻射元件102的天線方向曲線圖相對于根據現(xiàn)有技術的輻射元件的天線方向曲線圖示出升高大約3dB的天線增益， 并且此外也減少了關于主輻射的副波瓣。模擬根據本發(fā)明的根據圖5具有5x5輻射元件102陳列的平面天線20，與相應的根據現(xiàn)有技術的平面天線相比，同樣也導致更好的成績，如按照圖14的曲線所示。這樣， 用虛線示出的根據本發(fā)明平面天線20的天線方向曲線圖相對于用連通線示出的根據現(xiàn)有技術的平面天線的天線方向曲線圖，同樣示出升高大約3dB的天線增益，其中，相對于主波瓣，天線方向曲線圖Kl的副波瓣比天線方向曲線圖K2中的副波瓣小2至10dB。蓋板401根據圖5也可構造為具有凹形形狀的介電透鏡，如在圖7中所示。在圖 7中示出單個輻射元件102區(qū)域內的蓋板501，此蓋板501的表面在空腔302中調節(jié)為凹形的，并且由此作為電解質透鏡502用在輻射元件102中，同樣為了改善這個輻射元件102的輻射特性。蓋板501又通過延伸在空腔302之間的隔板型結構503支撐在基體或者線路板 101 上。本發(fā)明的平面天線30的第三個實施例根據圖8和圖9在結構上又相當于按照圖 1的那個平面天線，此平面天線的蓋板601卻具有空腔302，這些空腔分別構造為天線喇叭 602，從而與各自的輻射元件102 —起產生喇叭形天線的效果。這個蓋板601也用延伸在空腔302之間的隔板型結構支撐在基體102或者線路板101上。這個天線喇叭借助于可插入在空腔302內的喇叭形天線插入物602構成，此插入物60具有可導電的表面。為此，這個喇叭形天線插入物602由金屬或者金屬化的塑料制造成。為了獲得大小相當于按照圖1的平面天線的空腔大小的空腔302，選擇蓋板601的每個空腔302的直徑大于根據圖1的蓋板301的空腔302的直徑。對天線喇叭來說，具有這樣構造的空腔302實現(xiàn)單個輻射元件的額外的捆綁。此外，除了在平面天線30的天線特性中減小了副波瓣，通過在空腔302中使用所謂的“小喇叭形天線”還實現(xiàn)了單個輻射元件102的更好的脫耦。水平天線40的第四個實施例按照圖10遵照根據圖8的平面天線30，建造了分別構造為天線喇叭的空腔302，但是具有以下區(qū)別，蓋板701的表面在空腔302的區(qū)域內具有凸形突起，此突起遵照平面天線20(圖5)的蓋板401用于由輻射元件102產生的微波輻射的電解質透鏡702。延伸在空腔302之間的支撐蓋板701的隔板型結構用附圖標記703表
7J\ ο平面天線50的第五個和最后一個實施例相當于根據圖10的平面天線40，但是具有以下區(qū)別蓋板801的表面在空腔302的區(qū)域內具有凹形突起，此凹形突起對于由輻射元件102生成的微波輻射產生具有凹形平面的介電透鏡802的效果。延伸在空腔302之間的隔板型結構803又用來將蓋板801支撐在基體101上。構造在根據本發(fā)明的蓋板401、501、701和801(圖5、6、7、10和11)上的介電透鏡 401,502,702和802不僅促使輻射特性的改善，而且還使在這個蓋板的表面上產生的冷凝物可更好地滴落在這種透鏡的尖端或者邊緣。根據本發(fā)明的蓋板401、501、601、701和801可借助于加壓澆鑄法，例如由 PTFE (聚四氟乙烯，商品名為特氟隆)、PP (聚丙烯)或者PEEK(聚醚醚酮)以簡單并且因此低成本的方式制造。也可由Al2O3(氧化鋁陶瓷)制造這種蓋板，以實現(xiàn)特別高的化學穩(wěn)
7定性。附圖標記列表10平面天線(第一個實施例)20平面天線(第二個實施例)30平面天線(第三個實施例)40平面天線(第四個實施例)50平面天線(第五個實施例)101基體，線路板102平面輻射元件(貼片天線)201蓋板(現(xiàn)有技術)301 蓋板302 空腔303蓋板301的支撐部分304 板材401 蓋板402具有凸形形狀的介電透鏡403蓋板401的支撐部分501 蓋板502具有凹形形狀的介電透鏡503蓋板501的支撐部分601 蓋板602喇叭形天線插入物603蓋板601的支撐部分701 蓋板702具有凸形形狀的介電透鏡703蓋板701的支撐部分801 蓋板802具有凹形形狀的介電透鏡803蓋板801的支撐部分
權利要求
1.一種用于雷達液位計或微波屏障的平面天線(10、20、30、40、50)，包括 -基體(101)上規(guī)則排列的平面輻射元件(102)，和-由電介質構成的用來覆蓋所述平面輻射元件(102)的蓋板(301、401、501、601、701、 801)，其特征在于，-所述蓋板(301、401、501、601、701、801)在所述平面輻射元件(102)的區(qū)域內具有空腔(302)，由所述平面輻射元件(10 產生的微波耦入到此空腔(302)內，和-為了支撐施加在所述蓋板(301、401、501、601、701、801)上的壓力，所述蓋板(301、 401、501、601、701、801)至少在所述空腔(302)的邊界區(qū)域(303、403、503、603、703、803)內齊平地平放在所述基體(101)上，其中-設置在所述蓋板(301、401、501、601、701、801)內的所述空腔(302)在構成在所述空腔(302)之間延伸的隔板型結構(303、403、503、603、703、803)的情況下，按照與所述輻射元件(102)的規(guī)則排列相對應的方式布置。
2.按照權利要求1所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，在相對于所述基體(101)的正交方向上，所述蓋板(301、401、501、601、701、801)在所述空腔(302)的區(qū)域內具有的厚度對應于所產生的微波的半波長或者半波長的整數(shù)倍。
3.按照權利要求1或2所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述蓋板^)1、501、701、801)在所述空腔(302)上方的區(qū)域內具有介電裝置(402、 502、702、80幻，用于對由所述平面輻射元件(10 生成的微波進行波束成形。
4.按照權利要求3所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述介電裝置(402、502、702、80幻構造為透鏡。
5.按照權利要求4所述的平面天線(10、20、30、40、50)，其特征在于，為了在所述微波的輻射方向上構成所述透鏡002、702)，所述蓋板001、701)的表面構造為凸形的。
6.按照權利要求4所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，為了在所述微波的輻射方向上構成所述透鏡(502、802)，所述蓋板(501、801)的表面構造為凹形的。
7.按照前述權利要求中任一項所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述空腔(302)被構造為天線喇叭(602)以構成喇叭天線，。
8.按照權利要求7所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述天線喇叭(602)的內表面是能導電的，特別是以金屬化構造。
9.按照權利要求7所述的平面天線(10、20、30、40、50)，其特征在于，設置有喇叭天線插入物(602)，此喇叭天線插入物(602)為了構成所述天線喇叭而插入到所述空腔(302)中。
10.按照權利要求9所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述喇叭天線插入物(602)由金屬化的塑料或者由金屬制成。
11.按照前述權利利要求中任一項所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述空腔(302)構造為圓筒形。
12.按照權利要求1至10中任一項所述的平面天線(10、20、30、40、50)，其特征在于，所述空腔(302)構造為以多面形為底面的柱形。
13.按照前述權利要求中任一項所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述蓋板(301、401、501、601、701、801)由聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)或者聚醚醚酮(PEEK)制成。
14.按照前述權利要求中任一項所述的平面天線(10、20、30、40、50)， 其特征在于，所述蓋板(301、401、501、601、701、801)由氧化鋁陶瓷(A1203)制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于雷達液位計或微波屏障的平面天線(10、20、30、40、50)，包含至少一個布置在基體(101)之上的平面輻射元件(102)和由電介質構成的用來覆蓋平面輻射元件(102)的蓋板(301、401、501、601、701、801)；根據本發(fā)明具有以下設置，即，蓋板(301、401、501、601、701、801)在平面輻射元件(102)的區(qū)域內具有空腔(302)，由平面輻射元件(102)產生的微波入射到此空腔(302)內，并且為了支撐施加在蓋板(301、401、501、601、701、801)的壓力，蓋板(301、401、501、601、701、801)至少在空腔(302)的邊界區(qū)域(303、403、503、603、703、803)內齊平地平放在基體(101)上。
文檔編號H01Q1/38GK102437424SQ20111026577
公開日2012年5月2日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2010年7月23日
發(fā)明者D·舒爾特海斯 申請人:Vega格里沙貝兩合公司