已公开的利用电磁波来测量料位的料位测量装置具有生成电磁波的 电子设备。所生成的电磁波随后例如借助同轴导体被导向天线，并且通过 相应的耦合设备被耦合输入到天线中。
US0030141940A1和US0030168674A1示例性地述及了两种微带波导 结，其中高频基板与耦合元件都分别一同伸入波导中。然而，在两个文献 中，波导在电路板的另一侧都必须以谐振器来封闭。该谐振器必须非常精 确地对齐。为了(在天线所发出的辐射的相同聚束情况下)减小装置的尺 寸，值得期望的是，提高所生成的电磁波的频率。然而，由此也提高了对 于生成电磁波的电子设备的要求，并且也提高了对接收单元和分析单元的 要求。特别地，在此重要的是，实现要发送到波导中的电磁波或要从波导 接收的电磁波的更为纯净的耦合输入或耦合输出，其中该耦合输入或耦合 输出将天线与电子设备相连。

本发明的任务是，提供高频波从导体至波导的改进的耦合输出或耦合 输入。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于料位雷达的波导结，该波 导结包括多层电路板、用于引导电磁波的引线以及用于将电磁波从引线耦 合输出到波导中的耦合输出单元，该耦合输出单元包括耦合元件和谐振 腔，其中该谐振腔被集成在电路板中。
因此，波导结具有耦合装置，该耦合装置被整体地嵌入电路板中，不 需要外部谐振器。更确切地说，电磁波从引线至波导中的耦合输出直接在 电路板内进行。通过将耦合输出单元集成在电路板中，可以在电路板的制 造过程或者加工过程期间整体地制造耦合输出单元。因为没有设计用于耦 合输出单元的外部谐振器，所以在此也没有与机械公差关联的问题，而这 种问题在将谐振器安装到电路板上的情况下会出现。
电路板具有多个线路平面(Leitungsebenen)，这些线路平面通过电 穿通部(Druchfuehrungen)彼此相连，并且可以支承相应的电子部件。
根据本发明的另一实施例，电路板包括第一层和第二层，其中耦合输 出单元集成在第一层中，其中第二层具有绝缘材料，并且其中第二层设置 在第一层之上，使得其覆盖耦合输出单元。
根据本发明的另一实施例，波导结此外包括第三层，该第三层设置在 第一层和第二层之间，其中第一层实施为绝缘的电路板基板材料，并且其 中第三层是薄的金属化物。
根据本发明的该实施例，耦合输出单元的谐振器位于其中的绝缘的电 路板基板材料可以覆盖以金属化物。在该金属化物上，随后可以以板的方 式设置第二层。由此，形成了由电路板基板和第二层构成的三明治状物， 在电路板基板和第二层之间设置了金属化物。该金属化物一方面用作第二 层上的微带线路的接地面(Masseflaeche)，另一方面用作耦合输出单元 的谐振器中的波导壁。
根据本发明的另一实施例，第一层含有金属。
在这种情况下，无需第三层形式的金属化物。
根据本发明的另一实施例，耦合输出单元实施为与谐振器相连的耦合 元件。
谐振器可以是第一层中的空腔，该空腔例如通过刻蚀工艺、铣削工艺 或者钻孔工艺等等来生成。
根据本发明的另一实施例，谐振器具有与第一层的厚度相应的深度。
在这种情况下，谐振器的空腔例如可以简单地(以第一层的通孔的形 式)由第一层钻出，或者第一层可以简单地被完全蚀透。
根据本发明的另一实施例，第二层是高频基板。
在此，例如可以涉及Rogers RT Duroid。由此，可能将在第二层内 传播的高频波耦合输入到谐振器中，使得高频波可以进一步耦合输入到 (例如外部的)波导中。
根据本发明的另一实施例，第一层是高频基板。
根据本发明的另一实施例，谐振器被填充以电介质。
根据本发明的另一实施例，第二层在耦合输出单元的区域中具有穿通 部，以便在谐振器和环境之间提供压力平衡。
由此，当出现高的温度波动时，可以避免多层的开裂。否则，这种温 度波动会导致谐振器内部和环境之间的巨大的压力差。
根据本发明的另一实施例，引线基本上集成在第二层中。
通过这种方式可能的是，耦合输出单元以及引线整体地在支承板的制 造过程期间被构建。在这种情况下，耦合输出单元和引线之间的机械对准 不再是必要的，因为这二者已经被固定地集成在支承板中。
根据本发明的另一实施例，引线被实施为微带。
根据本发明的另一实施例，引线被实施为用于引导具有在60GHz至 100GHz之间的频率的电磁波，其中耦合输出单元被实施为用于将具有在 60GHz至100GHz之间的频率的电磁波从引线耦合输出到波导中。
由此，提供了高频电磁波从电路板至波导中的耦合输出，该耦合输出 还对超过60GHz的频率实施，而在此不会出现与机械公差或者对准关联 的问题。
根据本发明的另一实施例，将波导结整体地在印刷电路板制造过程中 制造。
根据本发明的另一实施例，提供了一种料位雷达，该料位雷达被实施 用于确定罐中的料位。该料位雷达包括：用于发射和/或接收电磁波的天 线、用于将电磁波馈送给天线的馈送装置，其中馈送装置此外还具有用于 将电磁波在天线和引线之间传输的波导，并且其中馈送装置具有上述的波 导结。
这种料位雷达不具有外部的谐振器，以将所生成的高频波耦合输入到 波导中。更确切地说，谐振器被直接集成在电路板中。由此，避免了谐振 器安装的公差问题。此外，减小了机械零件的数目，这又致使安装费用降 低。特别地，这种料位雷达也适合于超过60GHz的高频辐射。
根据本发明的另一实施例，波导通过固定装置与支承板相连，使得电 磁波可以通过耦合输出单元从引线耦合输出到波导中。
此外，本发明还说明了将根据本发明的波导结用于料位测量的应用。
此外，提供了一种用于制造这种波导结的方法，其中提供了第一层， 构建了用于将电磁波从引线耦合输出到波导中的、第一层中的谐振器，构 建了第二层，并且构建了用于引导电磁波的、基本上在第二层中的引线， 其中谐振器集成在第一层中。
由此，提供了一种方法，通过该方法提供了在电路板制造过程期间整 体制造波导结。在此，谐振器是电路板的整体组成部分。
根据本发明的另一实施例，该方法还具有第三层的构建，该第三层设 置在第一层和第二层之间，其中第一层实施为绝缘的电路板基板材料，并 且其中第三层含有金属。
根据本发明的另一实施例，耦合输出单元的构建包括刻蚀步骤、铣削 步骤或者激光钻孔步骤，必要时，该步骤之后跟随有金属化步骤。
本发明的另外的实施例、任务和优点由从属权利要求中得到。
以下将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明的一个实施例的波导结的示意性截面图。
图2示出了根据本发明的另一实施例的波导结的示意性截面图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的波导结的示意性俯视图。
图4示出了根据本发明的另一实施例的料位雷达的示意图。
图5示出了示例性的现有技术。
附图中的视图是示意性的并且并不合乎比例。在下面的附图描述中， 相同的或者相似的元件使用相同的参考数字。
图1示出了根据本发明的一个实施例的、用于料位雷达的波导结的示 意性截面图。如在图1中可以看到，波导结100主要具有电路板120，该 电路板由多个层(104，105，115)构成，谐振腔102嵌入到这些层中。 在电路板120的下侧板状地设置有高频基板105构成的层。在高频基板105 上有微带线路107(对此也可参见图3)，该微带线路用于将电磁波从信号 源(未在图1中示出)传输至耦合元件121。耦合元件121例如是微带线 路107的延长部，该延长部引导至由波导块(Hohlleiterstueck)103和谐 振腔102构成的波导中。
引线107例如也可以实施为带状线或者在三板材(Triplate)中实施。 在三板材中，引线107位于内层中。
波导103连接至高频基板105上，其中该高频基板例如可以是Rogers RT Duroid或者特氟隆(Teflon)或者另一绝缘材料。波导在此可以被粘 附到基板105上。或者如图1中所示的那样，波导可以借助固定装置110、 111与波导结100拧合、铆接、螺栓连接，或者以其他方式固定。在当前 情况中，固定装置111是法兰，其与波导紧固相连。固定装置110例如是 螺杆，该螺杆穿过三明治状物120并且在背面以相应的螺母116锁紧。
谐振腔102具有深度112，该深度例如在0.5至0.8mm之间。该(示 例性选择的)尺寸可对应于60GHz至80GHz的频率，或者甚至100GHz 或120GHz或者更高的频率。如果转到更高的频率，则谐振器的尺寸自 然也可以更小。
谐振腔例如通过铣削或钻孔来制造。如果转到小的尺寸，则特别是也 可以考虑刻蚀方法，如在印刷电路板制造过程中或者在半导体处理技术中 所使用的那样。特别地，通过光刻结构化以及刻蚀方法，可以实现在微米 范围或者更小范围中的尺寸。
另一种用于制造谐振器的可能性是激光钻孔，其中借助激光束将电路 板材料去除。
在制造波导结100期间，谐振腔102被引入电路板层104中。电路板 层104例如可以是玻璃纤维强化的环氧树脂网状物(例如FR-4)。如果电 路板层104由绝缘材料构成，则在电路板层104的背面设置了金属化物 106，该金属化物可以在将留空出谐振腔102之后被施加。随后，高频基 板105被粘附，该高频基板105例如具有0.127mm的厚度。自然，根据 电磁波的频率或者要求，其他厚度也可能。
根据本发明的一个实施例，谐振腔的深度112对应于电路板层104的 厚度113。在当前情况中，谐振腔的深度112小于电路板层104的厚度113。 谐振腔102的直径例如对应于波导103的直径。
此外，设计了通道(via)108，其穿过高频基板105将高频基板105 和电路板层104之间的金属层106与高频基板105的背面117相连。这种 通道108例如圆形地实施。自然，其他横截面也是可能的。此外，通道 108可以用于对准波导103。为此，波导103可以具有锁紧销，其配合到 通道108的凹口中。然而，这种锁紧销118不是必需的。
波导结由电路板120形成，其中该电路板实施为多层电路板 (Multilayer)。多层电路板在此包括支承谐振腔102的电路板层104以及 设置于其上的电路板层115，该电路板层115例如由稀有材料(例如FR-4) 实施。在两个电路板层104、115之间例如设置了金属层119。此外，可 以设置通道114(via)，其将上部的电路板层115的上侧与高频基板105 的下侧上的金属化物和/或与内部的层119或106导电连接。
在电路板层115的上侧可以设置电子部件122、109，这些电子部件 例如可以是分析电子设备，或者也可以是用于生成高频波的电子设备。
高频基板105可以实施为完全覆盖谐振腔102。由此，谐振腔特别是 被保护免受污染。然而，也可以设计一个或多个空气出口301(参见图3)， 以便能够实现在谐振腔102和环境之间或者谐振腔102和波导103的内部 之间的空气平衡。
此外，谐振腔可以被填充以合适的电介质(例如特氟隆或者电路板材 料)。
图2示出了根据本发明的另一实施例的波导结的示意性截面图。图2 中所示的波导结基本上对应于图1中的波导结。然而，层104在此并非实 施为绝缘电路板，而是实施为金属板，该金属板具有用于谐振腔102的铣 出的孔。
由于板104的金属的、导电的实施，所以在板104和高频基板105 之间无需金属层106。紧固螺杆110可以直接与金属板104拧合，或者以 其他方式固定在金属板104上。紧固螺杆110通过整个多层电路板120的 穿通部是不必要的。
图3以俯视图示出了根据本发明的一个实施例的波导结的示意图。如 从图3中可以看到的，微带波导结具有引线，该引线通过带状的金属化物 107在高频基板105背面上实施为微带线路。该引线用于将高频电磁波从 信号源引导至耦合元件121以及谐振腔102(以及反向引导)。
此外，设计了通道108、302、303、304、305、306、307，它们至少 将高频基板105的上侧和下侧上的两个金属化物面彼此连接。这些通道也 可以通过整个电路板，并且由此将多个金属化物层(例如105，119)彼 此连接。这些通道108、302至307例如可以圆形地实施，并且有利的是， 附加地还可以用于波导103的对准目的。为此，在波导103上可以安装有 相应的锁紧销118。然而，这并非一定是必须的，因为波导103也可以以 其他方式调整。
此外，在图3中可以看到孔301，其用于在谐振腔和环境或者波导之 间的空气平衡。
微带波导结的尺寸可以针对例如60GHz至100GHz的频率而设计。 根据本发明的微带波导结也可以简单地针对更高频率而实施，其方式是将 尺寸相应地减小。
图4示出了根据本发明的一个实施例的料位雷达的示意图。设计用于 确定罐中的料位的料位雷达在此包括用于发射或者接收电磁波403、404 的天线401，并且包括用于将电磁波馈送给天线的馈送装置402。馈送装 置此外具有波导103，用于在天线401和引线107之间传输电磁波403、 404。此外，馈送装置402具有如在图1至3中所描述的微带波导结。
天线401例如可以实施为喇叭形天线或者抛物面天线。
在图5中示出了从微带线路107至波导103的一种已公开的结。由微 带线路引导的高频信号通过耦合元件121到达波导103，该波导一侧以谐 振器102封闭。谐振器例如实施为盖501，其具有作为谐振腔的盲孔。该 盖501现在或者被拧到、粘附到、卡到或者以其他方式方法固定到电路板 105上。在此，要注意盖开口和波导开口的精确对准。同时，必须精确地 定位电路板。该装置的另一不利之处是，在电路板105的背面在盖501 的范围中不可以放置部件。
补充地，要指出的是，“包括”并不排除其他特征或者步骤，“一”或 者“一个”不排除多个。此外要指出的是，参照上述实施例之一所描述的 特征或者步骤也可以与其他上述实施例的其他特征或步骤结合使用。在权 利要求中的参考标记不应视为限制。
相关申请
本发明要求2005年11月14日提交的美国临时专利申请60/736,460 以及2005年11月14日提交的德国专利申请102005054233.6的优先权， 其内容通过引用结合于此。