[发明专利]特别用于基于微波的距离传感器的环形定向耦合器

说明书

技术领域

本发明是基于如权利要求1所述的种类的定向耦合器，特别是基于适于基于微波的距离传感器的定向耦合器。

背景技术

具有定向耦合器的基于微波的距离传感器出自于DE 10 2009 055 363 A1，并且除其他情况外用于确定布置在活塞气缸中的活塞的位置。微波发射信号借助于定向耦合器耦合或馈送到导体结构中或从导体结构解耦。在此，微波发射信号在活塞前面的气缸空间中在某个频带下进行辐照，其中频带被选择以使得诱发取决于所述位置的至少两种不同模式。确定所述至少两种模式的谐振频率，其中活塞位置根据谐振频率确定。此气缸空间的长度并且因此活塞位置可通过在所述至少两种模式下测量而清楚确定，这取决于位置。

两种模式的宽带激励能够实现以高分辨率估计测量信号。由于与活塞位置无关的基本模式的激励，也可确定气缸空间中的介质(例如，存在于气缸空间中的液压油)的介电常数。因此，准确位置确定可使用原本已知的介电常数或使用介电常数的时间变化来进行。

所辐照的发射信号的频带的范围高至约20GHz，并且从下限截止频率至此上限频率变化。低于截止频率，微波不能在相应波导中传播。此临界频率对应于所谓的阈值波长。

在此所涉及的圆形定向耦合器(所谓的“环形耦合器”)例如出自于K.Al-Shamaileh等人的出版著作“Miniaturized 3db Branch-Line Hybrid and Rat-Race Couplers with...”，这篇文献出现在2012年11月的International Journal of Microwave and Optical Technology7(6)第372-379页中。还适于低于10GHz的相对低的操作频率的此环形定向耦合器可以借助于微带技术小型化到电路板(PCB)的带状导体形式实现。此定向耦合器具有四个抽头或端口，其中相邻端口各自在上半环中相对于彼此布置在λg/4波长差处。

发明内容

根据本发明的环形定向耦合器包括具有两条支线的开关布置，即，具有以上提及的抽头的第一支线和没有此类抽头的第二支线。没有抽头的第二支线在此通过对应于所述波导波长λg的另一路径补充。

出于尺寸原因，定向耦合器的在定向耦合器中提供并如上提及的λg/4路径以及如上提及的所述λg另外路径可通过T形衰减器或“C形加载变压器”部件来实现。这些T形衰减器各自在波导与接地电位(GND)之间具有电容器。定向耦合器是借助于这些电容器可调谐地实现。这种可调谐的实现方案具有相同开关布置(或开关布局)可用于若干频率或活塞直径的优点。

根据本发明的定向耦合器能够实现在此所涉及的距离传感器，所述距离传感器特别适于具有例如约50mm的小活塞直径的活塞。

环形定向耦合器的匹配不同活塞直径的开关布置另外提供定向耦合器或具有此定向耦合器的距离传感器的简单且成本有效的生产。

因为具有根据本发明提出的定向耦合器的电路板还配备有不同电子部件并且所述电路板出于机械原因也一定具有供其支配的孔，所以定向耦合器优选地布置在电路板的边缘上。

在根据本发明的定向耦合器的情况下，还可提供对应于波导波长λg的另外路径是借助于无损波导的Mo矩阵计算，并且矩阵乘积Mo＝M_xM_cM_x来计算。矩阵乘积Mo在此可借助于这个形状的无损波导的第一转移矩阵

并借助于将电容器考虑在内的第二转移矩阵

形成。

附图说明

图1示意性地示出根据现有技术的用于确定布置在活塞气缸中的活塞的位置的微波传感器装置；

图2a、图2b示出根据现有技术的圆形定向耦合器(“环形耦合器)，即，以提及的方式小型化的圆形定向耦合器的主开关布置(2a)和典型的电子开关布置(2b)；

图3a、图3b示意性地示出在现有技术中以已知方式用于在此所涉及的定向耦合器的示例性波导结构；

图4a、图4b示意性地示出适于根据本发明的定向耦合器的波导结构的示例性实施例；

图5示意性地示出借助于模型计算模拟的根据本发明的定向耦合器的第一示例性实施例；

图6a示出在电路板(PCB)上实现的模拟定向耦合器的变体，其中此定向耦合器通过“网络分析器”测量；

图6b示出在电路板(PCB)上实现的在传感器中实现的定向耦合器的变体，其中此定向耦合器通过“网络分析器”测量；