用于發(fā)射料位測(cè)量設(shè)備數(shù)據(jù)的天線裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射料位（fill-level)測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)的天線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在自動(dòng)化技術(shù)中，特別是在過程自動(dòng)化技術(shù)中，經(jīng)常用到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其用于確定、 優(yōu)化和/或影響過程變量。用于記錄過程變量的是傳感器，如料位測(cè)量裝置、流量測(cè)量裝 置、壓力和溫度測(cè)量裝置、電導(dǎo)率測(cè)量裝置等等，其分別記錄相應(yīng)的過程變量，如料位、流 量、壓力、溫度以及電導(dǎo)率。用于影響過程變量的是致動(dòng)器，如閥或泵，通過閥或泵可以改變 管道部分中的液體流量或容器中的料位。原則上，應(yīng)用于過程附近并且用于傳遞或處理與 過程相關(guān)的信息的所有設(shè)備被稱作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。與本發(fā)明有關(guān)，術(shù)語"現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備"還包含遠(yuǎn)程 輸入/輸出設(shè)備和無線電適配器，并且一般來說還包含布置在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的所有設(shè)備。大量的 這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由Endress+Hauser公司制造和銷售。
[0003] 對(duì)天線裝置具有決定性作用的是其尺寸與波長(zhǎng)的相對(duì)關(guān)系。天線裝置的其它特性 是捆綁（bundling)程度以及范圍，從而區(qū)分遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)。具有較高捆綁程度相當(dāng)于所發(fā)射 的電磁射線具有較小的"孔徑角"。捆綁程度決定了天線的聚集強(qiáng)度。當(dāng)天線裝置代表如較 大的TV天線時(shí)，這種天線裝置具有較小的接收角范圍，并且可以在發(fā)射機(jī)處被更準(zhǔn)確地定 向。捆綁程度越高，從天線發(fā)出的輻射波前越平行。此外，還有其他例如寬帶、匹配（少反 射）、孔徑、耐壓性和（能量）效率的特性，其必須相對(duì)于彼此同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。
[0004] 近場(chǎng)是相對(duì)于波長(zhǎng)在天線裝置附近的區(qū)域，而遠(yuǎn)場(chǎng)相對(duì)于波長(zhǎng)距離天線裝置很 遠(yuǎn)。遠(yuǎn)場(chǎng)意味著電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間幾乎沒有相位差，并且電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振蕩方向彼此垂直。由 于其輻射能量分別在期望的一個(gè)或多個(gè)方向上均勻輻射，因此這對(duì)于在高數(shù)據(jù)速率情況下 相對(duì)于波長(zhǎng)測(cè)量的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)連接是非常有利的，例如，移動(dòng)電話、WLAN、定向無線鏈路、藍(lán) 牙、UMTS和LTE。波阻取決于大氣或周圍材料的性質(zhì)。不導(dǎo)電材料的波阻抗為復(fù)磁導(dǎo)率與 復(fù)介電常數(shù)之比的平方根。
[0005] 在近場(chǎng)中，在傳輸時(shí)，由坡印廷（Poynting)向量的評(píng)估會(huì)導(dǎo)致能量傳輸回天線裝 置中然后又向外輻射出去。這產(chǎn)生了復(fù)雜的波阻抗。通過適當(dāng)調(diào)整尺寸來選擇直接返回天 線裝置的能量份額。以這種方式，可在近場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器以及NFC/RFID系統(tǒng)。在RFID 系統(tǒng)的情況下，所發(fā)射的能量足以為一個(gè)小的電子裝置供電，該電子裝置包含例如發(fā)射機(jī) 和其他元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種天線裝置，其產(chǎn)生具有較高分辨率的信號(hào)。
[0007] 該目的通過權(quán)利要求1的主題來實(shí)現(xiàn)，即用于發(fā)射料位測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)的天線裝 置，包括至少兩個(gè)一一優(yōu)選為三個(gè)一一線圈構(gòu)造i= 1，2, . .n，其中線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n 具有線圈長(zhǎng)度li以及線圈直徑吖其中，線圈直徑屯小于相關(guān)聯(lián)的線圈長(zhǎng)度h，并且每個(gè)線 圈構(gòu)造i= 1，2, ..n與直線相交，該直線與線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n的縱向軸線在交點(diǎn)形成 至少為60°、優(yōu)選至少為75°以及更為優(yōu)選至少為85°的銳角或90°角的相交角g，并且 其中每個(gè)線圈構(gòu)造i= 1，2, . .n的交點(diǎn)布置在|/,和|/,之間的位置，優(yōu)選在|/,和#/,之間的 位置，更為優(yōu)選在和之間的位置，并且其中至少兩個(gè)一一優(yōu)選為三個(gè)一一線圈構(gòu)造i =1，2, ..n沿該直線順序地布置，其中線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n的線圈長(zhǎng)度h單調(diào)下降，h>l2>~ln，并且其中在每種情況下，至少兩個(gè)一一優(yōu)選為三個(gè)一一線圈構(gòu)造i= 1，2,.. n沿該直線在線圈構(gòu)造i和i+1之間具有間隔Si，該間隔^最多是線圈長(zhǎng)度1i，優(yōu)選最多是 線圈長(zhǎng)度li的一半，更為優(yōu)選最多是線圈長(zhǎng)度1i的四分之一。
[0008] 在這種情況下，該線圈構(gòu)造可具有零個(gè)、一個(gè)或多個(gè)線圈芯。如果線圈構(gòu)造i= 1， 2, ..n被順序布置，其中，線圈長(zhǎng)度單調(diào)減小，1:>l2>~ln，則從具有最大線圈長(zhǎng)度1:的 線圈構(gòu)造i= 1沿著具有最小線圈長(zhǎng)度ln的線圈構(gòu)造i=n的方向，有利于每個(gè)線圈構(gòu)造 i= 1，2，. .n的電磁波的疊加。退出或進(jìn)入線圈構(gòu)造i= 1，2，. .n的各端部區(qū)域的電磁波 在該方向上疊加以形成總的波前（wavefront)。
[0009] 本發(fā)明的天線裝置的區(qū)別在于空間非常受限的近場(chǎng)以及相比于波長(zhǎng)的非常小 的尺寸，從而非常適合于應(yīng)用在特別是數(shù)字通信領(lǐng)域，例如，用于無線HART、藍(lán)牙、WLAN、 DMR446或SRD(曾經(jīng)的LPD)，然而，由于小的近場(chǎng)范圍而不適用于NFC和RFID。通過合適以 及類似描述的電路，可參考頻率來設(shè)置天線裝置的選擇性，例如，用石英晶體，其極其準(zhǔn)確， 這對(duì)于小功率的極窄帶通信的情況是特別有利的，由此，在長(zhǎng)距離的場(chǎng)中可節(jié)省電流。對(duì)于 短距離連接也同樣是可能的。
[0010] 在進(jìn)一步的發(fā)展中，從位于與其他線圈構(gòu)造i=l，2..n-l相對(duì)一側(cè)的具有最小線 圈長(zhǎng)度（ln)的線圈構(gòu)造⑷來看，線圈構(gòu)造i= 1，2，. .n在該直線上點(diǎn)的方向上具有曲率。 如果線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n在該直線上點(diǎn)的方向上是彎曲的，則進(jìn)一步有利于從各個(gè)線圈 構(gòu)造i= 1，2，. .n的端部區(qū)域發(fā)出的電磁波的疊加。這些電磁波疊加后仍然有效構(gòu)成總波 前，其優(yōu)選以彎曲的方向傳播。
[0011] 在另外的實(shí)施例中，周期性的電壓仏被施加至各線圈構(gòu)造i= 1，2，. .n，并且各線 圈構(gòu)造i= 1，2. .n的電壓％相對(duì)于兩個(gè)相鄰線圈構(gòu)造i= 1，2, . .n具有相位差朽，其中 爐i-l竽Pi右^i+l。如果線圈構(gòu)造i= 1，2，. .n具有相位差f!，則從線圈構(gòu)造i= 1，2，.. n其中之一發(fā)出的磁力線進(jìn)入到其他所有線圈構(gòu)造i=l，2，..n中。這會(huì)產(chǎn)生所有線圈構(gòu) 造i= 1，2, ? ?n的磁力線的一個(gè)建設(shè)性疊加。
[0012] 在進(jìn)一步的發(fā)展中，相位差％隨時(shí)間可變。特別是，相位差％可以是一個(gè)半周期。 如果相位差奶達(dá)到半個(gè)周期，那么例如從線圈構(gòu)造i+1的北磁極發(fā)出的磁力線可以部分進(jìn) 入相鄰線圈構(gòu)造i和/或i+2等的南磁極。由此，從線圈構(gòu)造i= 1，2, . .n發(fā)出的磁力線 彼此疊加，并且產(chǎn)生多個(gè)小和/或大的磁渦流場(chǎng)，這在相關(guān)聯(lián)的電場(chǎng)協(xié)助下傳播。在這種情 況下，多個(gè)小和/或大的磁渦流場(chǎng)帶來更多的選擇性，其由接收機(jī)相應(yīng)的感知。
[0013] 在另一形式的實(shí)施例中，奇數(shù)號(hào)和/或偶數(shù)號(hào)的線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n的電壓仏 具有相同的相位，即餐1=外=作：…和/或？2 =識(shí)4 = 。如果每隔一個(gè)的線圈 構(gòu)造的相位相等，那么就只有線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n的相鄰磁極的磁力線的疊加。這允許 更好的控制疊加磁場(chǎng)。
[0014] 在進(jìn)一步的改進(jìn)中，電壓仏包括數(shù)字信號(hào)。通過這種方式，在數(shù)字信號(hào)被施加至 線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n之一的時(shí)間跨度中，相對(duì)于其他線圈構(gòu)造具有恒定的相位關(guān)系。
[0015] 在進(jìn)一步的改進(jìn)中，電壓Ui是正弦的。線圈構(gòu)造上的正弦電壓影響圓形磁禍流 場(chǎng)，其同樣以這種形式傳播并到達(dá)接收器。
[0016] 在進(jìn)一步的改進(jìn)中，電壓仏是正弦的并且由數(shù)字信號(hào)觸發(fā)。通過這種方式，當(dāng)電 壓是恒定的時(shí)候，在一定時(shí)間內(nèi)的相位差相對(duì)于其他電壓具有固定的相位差。
[0017] 在另一形式的實(shí)施例中，線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n可具有一個(gè)或多個(gè)線圈芯。線圈 芯增加線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)。
[0018] 在進(jìn)一步的改進(jìn)中，線圈構(gòu)造i= 1，2, ..n的線圈芯可以是永久磁鐵。如果僅有 一個(gè)恒定電壓被施加至一個(gè)線圈構(gòu)造，則采用永久磁鐵代替這種線圈構(gòu)造將是經(jīng)濟(jì)的和對(duì) 經(jīng)濟(jì)有利的。
[0019] 在進(jìn)一步的改進(jìn)中，從i到i+1的線圈長(zhǎng)度^減少長(zhǎng)度Ali，li+1=li-Ali，其中 長(zhǎng)度A1在至吾，，之間，優(yōu)選在吾，,至之間，更為優(yōu)選在蓋/,至之間的長(zhǎng)度。
[0020] 一個(gè)理想的（無源）天線包括具有導(dǎo)向波導(dǎo)/信號(hào)線的柵極和作為開口的第二柵 極。如