[发明专利]雷达料位计

说明书

一种雷达料位计，具有：波导结构，其被布置成将测量信号导向表面以及返回反射信号；以及电磁波转换器，其被布置成以电磁波将测量信号发射到波导结构中。电磁波转换器具有：被布置在N‑1个同心馈送环中的多个辐射元件，其中每个馈送环的半径与H_0N模式的电场的径向零点一致；以及馈送电路，其被连接成将测量信号从收发器电路馈送至辐射元件，从而使得电磁波转换器激发在H₀₁模式下的电磁波。使用对馈送环半径的这种选择，H_0N模式将不被激发。

技术领域

本发明涉及雷达料位计，其具有生成在圆形波导中传播的H₀₁模式(TE₀₁)波的电磁波转换器。

背景技术

用于测量储罐中液体和其他填充材料的料位的雷达料位计系统是众所周知的，并且这样的系统通常包括：用于向液体表面发射微波信号的发射器；用于接收由液体表面反射的微波信号的接收器；以及用于根据发射和接收的微波信号的传播时间计算储罐内液体的料位的信号处理装置。这样的装置已经变得越来越重要，尤其是对于石油产品，例如，原油和由其制成的产品。储罐可以是构成油船总负载量的一部分的大型容器，或者甚至更大的通常圆柱形的具有数十或数千立方米容积的陆基储罐。

在一些应用中，储罐可以包含造成干扰反射的内部结构。在其他应用中，储罐可以具有浮顶，该浮顶被可移动地布置并且调整以定位成靠近表面。在这两种情况下，提供具有从天线延伸至储罐的内容物中的波导结构——通常是具有圆形横截面的所谓“静止管(still pipe)”——的计量仪可以是有利的。波导结构用作在其中电磁波传播的圆形波导。

根据电磁波的横截面场图，存在电磁波的多种传播模式。在横向电(TE)模式(也称为H模式)下，电场在意味着仅H分量(磁)在纵向方向上的横截面中。在横向磁(TM)模式(也称为E模式)下，磁场在意味着仅E分量(电)在纵向方向上的横截面中。在圆形波导中，例如，静止管中，由于其低损耗和低分散的性质，因此TE₀₁或者H₀₁模式是优选的模式。第一后缀指示场在角方向上具有的变化的数目而第二后缀指示场在径向方向上具有的变化的数目。

存在若干方式来生成雷达料位计的H₀₁模式电磁波。特别是经常使用贴片或者缝隙阵列(patch or slot array)，因为它可以使用众所周知的印刷线路板(PWB)技术被制成。H₀₁阵列的典型布局是辐射器元件的一个或者若干个同心环(贴片(patch)或者径向缝隙(slot)——缝隙是贴片的两倍)。辐射器元件被馈送电磁信号，以便产生H₀₁传播模式的典型周向电场(circumferential electrical field)。作为这样的天线的示例，参照US 6,266,022，其公开了具有辐射元件的两个同心环的平面天线。

不幸的是，由于贴片/缝隙的离散布局，因此这样的波转换器除了期望的H₀₁模式之外还产生至少一些寄生模式，并且这些寄生模式将对计量仪性能有负面影响。

为了抑制这样的寄生模式，现有技术文献US 8,040,274公开了设有用来抑制不需要的模式的同心脊的阵列天线保护元件。

发明内容

本发明的目的是提供具有相对较强H₀₁模式的H₀₁模式阵列转换器。