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Title:
DEVICE FOR DETERMINING THE FILLING LEVEL OF A FILLING MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/023701
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for determining the filling level of a filling material in a container, comprising at least one antenna element (2) for transmitting electromagnetic transmission signals (3) in the direction of the filling material and for receiving receptions signals (4) reflected on the surface of the filling material, wherein the at least one antenna element (2) has a hollow conductor (5), wherein a coupling element (7) for coupling out the transmission signals (3) and for coupling in the received signals (4) is disposed on a first end region (6) of the hollow conductor (5), wherein an emission element (9) directed in the direction of the filling material is disposed on a second end region (8), a transmitting/receiving unit (10) having a signal generator (11) for generating the transmission signals (3), wherein the transmitting/receiving unit is connected by means of at least one connecting line (12) to the antenna element for conveying the transmission signals (3) to the coupling element (7) and for conveying the reception signals (4) to the transmitting/receiving unit (10) of the at least one antenna element (2), and wherein the transmitting/receiving unit (10) determines the filling level of the filling material in the container with reference to the propagation time (13) of the transmission and reception signals (3, 4), characterised in that the connecting line (12) and/or the hollow conductor (5) are/is configured in such a way that the transmission signals (3) are transmitted with a time delay, such that the distance between the at least one antenna element (2) and the surface of the filling material is virtually increased and the reception signal (4) is separated in time from interference (14) of the transmission/reception unit (10) which is produced during the generation of the transmission signals (3).

Inventors:
BLÖDT THOMAS (CH)
MAYER WINFRIED (DE)
SEILER CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/066265
Publication Date:
February 18, 2016
Filing Date:
July 16, 2015
Export Citation:
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Assignee:
ENDRESS & HAUSER GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
G01F25/00; G01F23/284; G01S13/10
Foreign References:
EP2151699A12010-02-10
DE102005057053A12007-05-31
US3806946A1974-04-23
Attorney, Agent or Firm:
ANDRES, ANGELIKA (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter, umfassend

mindestens ein Antennenelement (2) zum Senden von elektromagnetischen

Sendesignalen (3) in Richtung des Füllguts und zum Empfangen von an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Empfangssignalen (4), wobei das mindestens eine

Antennenelement (2) einen Hohlleiter (5) aufweist, wobei an einem ersten Endbereich (6) des Hohlleiters (5) ein Koppelelement (7) zum Auskoppeln der Sendesignale (3) und zum Einkoppeln der Empfangssignale (4) angeordnet ist, wobei an einem zweiten Endbereich (8) des Hohlleiters (5) ein in Richtung des Füllguts gerichtetes Abstrahlelement (9) angeordnet ist,

eine Sende-/Empfangseinheit (10) mit einem Signalgenerator (1 1 ) zum Erzeugen der Sendesignale (3),

eine Verbindungsleitung (12), welche die Sendesignale (3) von der Sende-

/Empfangseinheit (10) zum Koppelelement (7) und die Empfangssignale (4) von dem Koppelelement (7) zur Sende-/Empfangseinheit (10) führt, wobei die Sende- /Empfangseinheit (10) anhand der Laufzeit (13) der Sendesignale (3) und der

Empfangssignale (4) den Füllstand des Füllguts in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet,

dass die Verbindungsleitung (12) und/oder der Hohlleiter (5) dermaßen ausgestaltet sind/ist, dass die Sendesignale (3) und/oder die Empfangssignale (4) zeitlich verzögert übertragen werden, so dass die Entfernung zwischen dem mindestens einen Antennenelement (2) und der Oberfläche des Füllguts virtuell vergrößert wird und das Empfangssignal (4) von Störungen (14) der Sende-/Empfangseinheit (10), die beim Erzeugen der Sendesignale (3) entstehen, zeitlich getrennt ist.

2. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsleitung (12) eine Chain-Antenne (17) aufweist, so dass die Sendesignale und/oder Empfangssignale über die Chain-Antenne (17) übertragen werden und mittels der Chain-Antenne (17) zeitlich verzögert werden, wobei die Chain-Antenne (17) bevorzugt mit Frequenzen weit unterhalb ihrer Grenzfrequenz betrieben wird.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verlängerungshohlleiter (24) siphonartig und/oder helixartig ausgestaltet ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (22) eine erste Leiterplattenlage (22a) und eine zweite Leiterplattenlage (22b) aufweist, und wobei das Koppelelement (7) an der ersten Leiterplattenlage (22a) und die Sende-/Empfangsweiche (29) an der zweiten Leiterplattenlage (22b) angeordnet ist, und wobei auf der ersten Leiterplattenlage (22a) ein erster Teilbereich (12c) einer

Verbindungsleitung (12) angeordnet ist, die mit einem ersten Ende an das Koppelelement (7) angeschlossen ist, und wobei auf der zweiten Leiterplattenlage (22b) ein zweiter Teilbereich (12d) der Verbindungsleitung (12) angeordnet ist, die mit einem ersten Ende an die Sende-/Empfangsweiche (29) angeschlossen ist, und wobei die Leiterplatte (22) mindestens eine Durchkontaktierung (26, 34) aufweist, die ein zweites Ende des ersten Teilbereichs (12c) Verbindungsleitung (12) mit einem zweiten Ende des zweiten

Teilbereichs (12d) der Verbindungsleitung (12d) verbindet, so dass das Sendesignal und/oder das Empfangssignal den ersten und den zweiten Teilbereich (12c, 12d) der Verbindungsleitung (12) durchlaufen muss.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsleitung (12) als eine Mikrostreifenleitung auf einer Leiterplatte (22) ausgestaltet ist, und wobei die Leiterplatte (22) mindestens eine Abschirmleitung (32) aufweist, um die aus der Verbindungsleitung (12) ausgestrahlten Sendesignale (3) bzw. Empfangssignale (4) abzuschirmen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Abschirmleitung (32) Massenpotential aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Leiterplatte (22) an einer der

Verbindungsleitung (12) gegenüberliegenden Seitenfläche eine Metallfläche (25) aufweist, die Massenpotential aufweist, wobei die mindestens eine Abschirmleitung (32) mittels mindestens einer Durchkontaktierung (26, 34) mit der Metallfläche (25) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (22) einen kreisförmigen Metallring (33) aufweist, der die Verbindungsleitung (12) umgibt, und wobei der Metallring (33) an einem der Verbindungsleitung (12) zugewandten Randbereich eine zackenförmige Struktur (30) aufweist, um von der

Verbindungsleitung (12) ausgestrahlte Sendesignale (3) bzw. Empfangssignale (4) zu absorbieren.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmleitung (32) an einem der Verbindungsleitung (12) zugewandten Randbereich eine zackenförmige Struktur (30) aufweist, um von der Verbindungsleitung (12) abgestrahlte Sendesignale (3) bzw. Empfangssignale (4) zu absorbieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Leiterplatte (22) mindestens ein Verbindungselement (37) aufweist, welche den Metallring (33) mit der Abschirmleitung (32) verbindet, um axial verlaufende Sendesignale (3) bzw. Empfangssignale (4) zu reduzieren.

1 1. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei eine erste Seitenfläche der Leiterplatte (22) zumindest teilweise eine erste leitfähige Schicht und eine zweite Seitenfläche der

Leiterplatte (22) zumindest teilweise eine zweite leitfähige Schicht aufweisen, und wobei die Leiterplatte (22) Durchkontaktierungen (26, 34) aufweist, welche die erste leitfähige Schicht mit der zweiten leitfähigen Schicht elektrisch verbinden, und wobei die

Durchkontaktierungen (26, 34) dermaßen angeordnet sind, dass eine erste Reihe und eine zweite Reihe von Durchkontaktierungen (26, 34) entstehen, so dass die

Verbindungsleitung (12) durch die erste und zweite Seitenfläche der Leiterplatte (22) und durch die erste und zweite Reihe von Durchkontaktierungen (26, 34) begrenzt ist.

12. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abstand zweier benachbarter Durchkontaktierungen (26, 34) in der ersten und/oder zweiten Reihe kleiner als ein Viertel, bevorzugt kleiner als ein Achtel der Wellenlänge der Sendesignale (3) bzw. Empfangssignale (4) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei die erste und zweite Reihe der Durchkontaktierungen (26, 34) in der Leiterplatte (22) im Wesentlichen den Umriss einer Chain-Antenne definieren.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Chain-Antennenförmige Verbindungsleitung (12) senkrechte und parallele Teilstücke (57, 58) aufweist, die senkrecht bzw. parallel zur Übertragungsrichtung der Verbindungsleitung (12) angeordnet sind, und wobei ein Übergang (69) zwischen einem senkrechten und einem parallelen Teilstück (57, 58) mittels einer Zusatzreihe (68) von Durchkontaktierungen (26, 34) verstärkt ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei mindestens zwei, bevorzugt drei Leiterplatten (22a, 22b, 22c) benachbart zueinander angeordnet sind, und wobei die zwei, bevorzugt drei Leiterplatten (22a, 22b, 22c) paarweise miteinander verbunden sind, so dass die Sendesignale (3) bzw. Empfangssignale (4) sämtliche Leiterplatten (22a, 22b, 22c) einmal durchläuft. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die mindestens zwei, bevorzugt drei

Leiterplatten (22a, 22b, 22c) übereinander gestapelt sind, und wobei die mindestens zwei, bevorzugt drei Leiterplatten (22a, 22b, 22c) mindestens eine gemeinsame

Durchkontaktierung aufweisen, die durch sämtliche Leiterplatten (22a, 22b, 22c) hindurchgeht. 17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 bis 16, wobei eine Zuleitung (46) und/oder eine Ableitung (70) der Verbindungsleitung (12) eine Diskontinuität im Durchmesser aufweisen/aufweist, um Teilreflexionen der Sendesignale (3) und/oder der Empfangssignale (4) zu erzeugen.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 bis 16, wobei eine Zuleitung (46) und/oder eine Ableitung (70) der Verbindungsleitung (12) eine Diskontinuität (54, 62) in Form einer der Zuleitung (46) und/oder der Ableitung (70) benachbarten

Verbindungsleitung (12) aufweist.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 bis 18, wobei die

Verbindungsleitung (12) an einer Mündungsstelle zu einem Hohlleiter (5) eines

Antennenelements (2) eine Aufweitung (66) auf den Durchmesser des Hohlleiters (5) aufweist, damit der Impedanzsprung an dem Übergang zwischen der Verbindungsleitung (12) und dem Hohlleiter (5) so gering wie möglich und die geometrische Passung so stetig wie möglich ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Leiterplatte (22) im Bereich der Aufweitung (66) eine konische Zuspitzung (67) in Richtung des Hohlleiters (5) aufweist.

Description:
Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Laufzeitverfahren, beispielsweise das Pulsradarverfahren und das Frequenzmodulations- Dauerstrichradarverfahren (FMCW-Radar), nutzen die physikalische Gesetzmäßigkeit aus, wonach die Laufstrecke gleich dem Produkt aus Laufzeit und

Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. Im Falle der Füllstandsmessung entspricht die

Laufstrecke dem doppelten Abstand zwischen Antenne und Oberfläche des Füllguts. Das Empfangssignal, also das an der Oberfläche des Füllguts reflektierte Sendesignal, und dessen Laufzeit werden beim Pulsradar anhand der sog. Echofunktion bzw. der digitalisierten Hüllkurve bestimmt. Die Hüllkurve repräsentiert die Amplituden der Echosignale als Funktion des Abstandes "Antenne - Oberfläche des Füllguts". Der Füllstand selbst wird aus der Differenz zwischen dem bekannten Abstand der Antenne zum Boden des Behälters und dem durch die Messung bestimmten Abstand der Oberfläche des Füllguts zur Antenne berechnet. Bei den Sende- bzw. Empfangssignalen handelt es sich um Mikrowellen, die eine Wellenlänge zwischen 3 und 300 GHz aufweisen.

DE 10 2005 057 053 A1 beschreibt ein Radarmodul zum Auskoppeln eines

Referenzsignals für ein Füllstandmessgerät. Das Radarmodul umfasst

eine erste Übertragungsstrecke zum Übertragen eines elektromagnetischen

Sendesignals von einer Quelle zu einer Antenne. Eine Abzapfung koppelt ein

Referenzsignal aus der Übertragungsstrecke ab. Das Sendesignal durchläuft nach der Abzapfung eine Verzögerung und anschließend einen Zirkulator, welcher das

Sendesignal an die Antenne weiterleitet. Von der Antenne wird dann das Sendesignal in Richtung des Füllguts ausgesendet, von dort wird es reflektiert, von der Antenne als Empfangssignal aufgenommen und dem Zirkulator zugeführt. Hier wird das

Empfangssignal an einen Richtkoppler geleitet, wo es zu dem Referenzpuls addiert wird.

Nachteile zeigt ein solches Radarmodul im Nahbereich, bei dem der Füllstand nahe der Antenne ist. Während das Sendesignal aus dem Zirkulator austritt, durchläuft es eine DK- Wert-Änderung. Dies führt im Nahbereich zu Störungen, die das Empfangssignal überdecken. Das Empfangssignal kann in diesem Fall nicht korrekt ausgewertet werden, wodurch die Messung des Füllstands verfälscht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung des

Füllstands eines Füllguts in einem Behälter anzugeben, die den Füllstand auch im Nahbereich der Antenne bestimmt. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Der Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Antennenelement zum Senden von elektromagnetischen Sendesignalen in Richtung des Füllguts und zum Empfangen von an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Empfangssignalen, wobei das mindestens eine Antennenelement einen Hohlleiter aufweist. An einem ersten Endbereich des Hohlleiters ist ein Koppelelement zum Auskoppeln der Sendesignale und zum Einkoppeln der Empfangssignale angeordnet, und an einem zweiten Endbereich des Hohlleiters ist ein in Richtung des Füllguts gerichtetes Abstrahlelement angeordnet. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Sende-/Empfangseinheit mit einem Signalgenerator zum Erzeugen der Sendesignale, und eine Verbindungsleitung, welche die Sendesignale von der Sende- /Empfangseinheit zum Koppelelement und die Empfangssignale von dem Koppelelement zur Sende-/Empfangseinheit führt, wobei die Sende-/Empfangseinheit anhand der Laufzeit der Sendesignale und der Empfangssignale den Füllstand des Füllguts in dem Behälter bestimmt.

Erfindungsgemäß sind/ist die Verbindungsleitung und/oder der Hohlleiter dermaßen ausgestaltet, dass die Sendesignale und/oder die Empfangssignale zeitlich verzögert übertragen werden, so dass die Entfernung zwischen dem mindestens einen

Antennenelement und der Oberfläche des Füllguts virtuell vergrößert wird und das Empfangssignal von Störungen der Sende-/Empfangseinheit, die beim Erzeugen der Sendesignale entstehen, zeitlich getrennt ist.

Auf diese Weise wird der Weg, den das Sende- bzw. Empfangssignal zurücklegen muss, vergrößert, wodurch das Sende- bzw. Empfangssignal zeitlich verzögert übertragen wird. Da das Sende- bzw. Empfangssignal zeitlich verzögert wird, kommt es zu einem späteren Zeitpunkt an und wird dadurch nicht von Störungen, die bei der Signalerzeugung auftreten, überdeckt. Es versteht sich von selbst, dass bei der Bestimmung des

Füllstands des Füllguts mittels des Laufzeitverfahrens die zeitliche Verzögerung des Sende- bzw. Empfangssignal berücksichtigt werden muss.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Verbindungsleitung eine Chain- Antenne, so dass die Sendesignale und/oder Empfangssignale über die Chain-Antenne übertragen werden und mittels der Chain-Antenne zeitlich verzögert werden, wobei die Chain-Antenne bevorzugt mit Frequenzen weit unterhalb der Grenzfrequenz der

Antennenfunktion betrieben wird. Eine Chain-Antenne ist aufgrund ihrer Schleifen besonders geeignet, die Sende- bzw. die Empfangssignale über einen längeren Weg zu übertragen und dadurch zeitlich zu verzögern. Die Chain-Antenne muss dabei weit unterhalb ihrer Grenzfrequenz als Antenne betrieben werden, damit die Abstrahlung der Chain-Antenne minimal bleibt. Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist der Verlängerungshohlleiter siphonartig und/oder helixartig ausgestaltet. Auf diese Weise muss das Sende- bzw. Empfangssignal innerhalb eines kleinen Raumbereichs einen relativ großen Weg zurücklegen und erfährt dadurch eine größere zeitliche Verzögerung.

Gemäß einer vorteilhaften Variante weist die Leiterplatte eine erste Leiterplattenlage und eine zweite Leiterplattenlage auf, wobei die Sende-/Empfangsweiche an der ersten Leiterplattenlage und das Koppelelement an der zweiten Leiterplattenlage angeordnet ist, und wobei auf der ersten Leiterplattenlage ein erster Teilbereich einer Verbindungsleitung angeordnet ist, der mit einem ersten Ende an die Sende-/Empfangsweiche

angeschlossen ist, und wobei auf der zweiten Leiterplattenlage ein zweiter Teilbereich der Verbindungsleitung angeordnet ist, der mit einem ersten Ende an das Koppelelement angeschlossen ist, und wobei die Leiterplatte mindestens eine Durchkontaktierung aufweist, die ein zweites Ende des ersten Teilbereichs Verbindungsleitung mit einem zweiten Ende des zweiten Teilbereichs der Verbindungsleitung verbindet, so dass das Sendesignal und/oder das Empfangssignal den ersten und den zweiten Teilbereich der Verbindungsleitung durchlaufen muss. Erstreckt sich die Verbindungsleitung über die erste und zweite Seitenfläche einer Leiterplatte, muss das Sende- bzw. Empfangssignal einen doppelt so großen Weg zurücklegen als eine Verbindungleitung, die sich lediglich über eine Seitenfläche der Leiterplatte erstreckt. Dementsprechend ist die erzielte zeitliche Verzögerung doppelt so groß.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbindungsleitung als eine

Mikrostreifenleitung auf einer Leiterplatte ausgestaltet, und wobei die Leiterplatte mindestens eine Abschirmleitung aufweist, um die aus der Verbindungsleitung ausgestrahlten Sende- bzw. Empfangssignale abzuschirmen. Ist die Verbindungleitung als eine Mikrostreifenleitung auf einer Leiterplatte ausgebildet, ist eine benachbarte Abschirmleitung, die ebenfalls als eine Mikrostreifenleitung ausgebildet ist, die effektivste Methode, die Verbindungsleitung abzuschirmen.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung weist die mindestens eine Abschirmleitung Massenpotential auf. Dadurch können die durch die Abschirmleitung absorbierten Sendebzw. Empfangssignale effektiv abgeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Leiterplatte an einer der

Verbindungsleitung gegenüberliegenden Seitenfläche eine Metallschicht auf, die

Massenpotential aufweist, wobei die mindestens eine Abschirmleitung mittels mindestens einer Durchkontaktierung mit der Metallschicht verbunden ist. Dadurch können die durch die Abschirmleitung absorbierten Sende- bzw. Empfangssignale noch effektiver abgeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Variante weist die Leiterplatte einen kreisförmigen Metallring auf, der die Verbindungsleitung umgibt, wobei der Metallring an einem der

Verbindungsleitung zugewandten Randbereich eine zackenformige Struktur aufweist, um von der Verbindungsleitung ausgestrahlte Sende- bzw. Empfangssignale zu absorbieren. Der Metallring dient ebenfalls der Abschirmung der Verbindungsleitung. Durch die zackenformige Struktur werden die von der Verbindungsleitung emittierten Sende- bzw. Empfangssignale absorbiert, ohne an den Metallring reflektiert zu werden.

Gemäß einer günstigen Variante weist die Abschirmleitung an einem der

Verbindungsleitung zugewandten Randbereich eine zackenformige Struktur auf, um von der Verbindungsleitung abgestrahlte Sende- bzw. Empfangssignale zu absorbieren. Durch die zackenformige Struktur werden die von der Verbindungsleitung emittierten Sende- bzw. Empfangssignale absorbiert, ohne an dem Metallring reflektiert zu werden. Gemäß einer günstigen Weiterbildung weist die Leiterplatte mindestens ein

Verbindungselement auf, welches den Metallring mit der Abschirmleitung verbindet, um axial verlaufende Sende- bzw. Empfangssignale zu reduzieren. Die Verbindungselemente weisen mindestens eine Durchkontaktierung zu der Metallschicht auf, damit die absorbierten Sende- bzw. Empfangssignale an Masse abführbar sind.

Gemäß einer vorteilhaften Variante weisen eine erste Seitenfläche der Leiterplatte zumindest teilweise eine erste leitfähige Schicht und eine zweite Seitenfläche der Leiterplatte zumindest teilweise eine zweite leitfähige Schicht auf, wobei die Leiterplatte Durchkontaktierungen aufweist, welche die erste leitfähige Schicht mit der zweiten leitfähigen Schicht elektrisch verbinden, und wobei die Durchkontaktierungen dermaßen angeordnet sind, dass eine erste Reihe und eine zweite Reihe von Durchkontaktierungen entstehen, so dass die Verbindungsleitung durch die erste und zweite Seitenfläche der Leiterplatte und durch die erste und zweite Reihe von Durchkontaktierungen begrenzt ist. In dieser Ausgestaltung wird das Sende- bzw. Empfangssignal nicht mittels einer Mikrostreifenleitung auf einer Leiterplatte übertragen, sondern zwischen zwei Reihen von Durchkontaktierungen, die durch die Leiterplatte gehen.

Gemäß einer günstigen Ausführungsform ist der Abstand zweier benachbarter

Durchkontaktierungen in der ersten und/oder zweiten Reihe kleiner als ein Viertel, bevorzugt kleiner als ein Achtel der Wellenlänge der Mittenfrequenz der zu übertragenen Sende- bzw. Empfangssignale. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Sendebzw. Empfangssignal innerhalb der beiden Reihen von Durchkontaktierungen übertragen wird und nicht den Raumbereich zwischen den Reihen von Durchkontaktierungen verlässt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform definieren die erste und zweite Reihe der Durchkontaktierungen in der Leiterplatte den Umriss einer Chain-Antenne. Da die Struktur der Chain-Antenne sich als besonders effektiv bei der zeitlichen Verzögerung

herausgestellt hat, ist dieselbe Struktur, die mittels Durchkontaktierungen realisiert ist, ebenfalls vorteilhaft, um eine zeitliche Verzögerung zu erreichen.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung weist die Chain-antennenförmige

Verbindungsleitung senkrechte und parallele Teilstücke auf, die senkrecht bzw. parallel zur Übertragungsrichtung der Verbindungsleitung angeordnet sind, und wobei ein Übergang zwischen einem senkrechten und einem parallelen Teilstück mittels einer

Zusatzreihe von Durchkontaktierungen verstärkt ist. An den Übergängen zwischen den senkrechten und parallelen Teilstücken treten die Sende- bzw. Empfangssignale aus der Verbindungsleitung aus und machen sich als Verlustleistung der zu übertragenden Sende- bzw. Empfangssignale bemerkbar. Durch eine zweite Reihe von

Durchkontaktierungen an dieser Stelle wird dieser Verlust minimiert.

Gemäß einer günstigen Variante sind mindestens zwei, bevorzugt drei Leiterplatten benachbart zueinander angeordnet, wobei die zwei, bevorzugt drei Leiterplatten paarweise miteinander verbunden sind, so dass die Sende- bzw. Empfangssignale sämtliche Leiterplatten einmal durchläuft. Benachbarte Leiterplatten eignen sich besonders gut, um die Sende- bzw. Empfangssignale innerhalb eines kleinen

Raumbereichs zeitlich zu Verzögern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die mindestens zwei, bevorzugt drei Leiterplatten übereinander gestapelt, wobei die mindestens zwei, bevorzugt drei

Leiterplatten mindestens eine gemeinsame Durchkontaktierung aufweisen, die durch sämtliche Leiterplatten hindurchgeht. Gemeinsame Durchkontaktierungen, welche durch sämtliche Leiterplattenlagen hindurchgehen, sind zeitsparend und kostengünstig zu realisieren, da nicht jede Leiterplatte einzeln bearbeitet werden muss.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung weisen/weist eine Zuleitung und/oder eine

Ableitung der Verbindungsleitung eine Diskontinuität im Durchmesser auf, um

Teilreflexionen der Sende- bzw. Empfangssignale zu erzeugen. Reflexionen vergrößern den Weg, den das Sende- bzw. Empfangssignal zurücklegen muss, und tragen auf diese Weise zur zeitlichen Verzögerung bei.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist eine Zuleitung und/oder eine Ableitung der Verbindungsleitung eine Diskontinuität in Form einer der Zuleitung und/oder der Ableitung benachbarten Verbindungsleitung auf. Grenzt die Zuleitung oder Ableitung einer ersten Verbindungsleitung an eine benachbarte zweite Verbindungsleitung, kann die zweite Verbindungsleitung als Diskontinuität der ersten Verbindungsleitung verwendet werden und umgekehrt, um die Sende- bzw. Empfangssignale mehrfach zu reflektieren und dadurch zeitlich zu verzögern. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verbindungsleitung an einer

Mündungsstelle zu einem Hohlleiter eines Antennenelements eine Aufweitung auf den Durchmesser des Hohlleiters auf, damit der Impedanz-Sprung an dem Übergang zwischen der Verbindungsleitung und dem Hohlleiter so gering wie möglich und die geometrische Passung so stetig wie möglich ausgebildet ist. Durch die Aufweitung wird eine Anpassung der Impedanz und der Geometrie am Übergang zwischen der Verbindungsleitung und dem Hohlleiter erreicht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Leiterplatte im Bereich der Aufweitung eine konische Zuspitzung in Richtung des Hohlleiters auf. Die konische Zuspitzung trägt zu der Anpassung der Impedanz am Übergang der Verbindungsleitung und dem Hohlleiter bei.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine Skizze eines Füllstandsmessgeräts 1 zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach dem Stand der Technik,

Fig. 2: eine Echokurve, bei der das Sendesignal in Form einer Störung dem

Empfangssignal überlagert ist,

Fig. 3: eine Echokurve entsprechend Fig. 2, bei dem das Sendesignal und das Empfangssignal separat dargestellt sind, Fig. 4: eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , bei der die

Verbindungsleitung 12 verlängert ist,

Fig. 5: eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , bei der der Hohlleiter einen Verlängerungshohlleiter aufweist,

Fig. 6: eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , bei der die

Verbindungsleitung eine Chain-Antenne aufweist,

Fig. 7: eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne, Fig. 8: eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem einzigen Antennenelement,

Fig. 9: eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer

Signalauswerteeinheit zum Triggern des Sendesignals,

Fig. 10: eine Echokurve, bei der das Sendesignal und das Empfangssignal zeitlich getrennt sind,

Fig. 1 1 : eine Leiterplatte mit einer verlängerten Verbindungsleitung 12,

Fig. 12a: eine Draufsicht auf eine Leiterplatte, bei der die Leiterplatte beidseitig bestückt ist,

Fig. 12b: eine Unteransicht der Leiterplatte entsprechend Fig. 12a,

Fig. 13: eine Draufsicht auf eine Leiterplatte entsprechend Fig. 1 1 , bei der die

Verbindungsleitung zwei Pl-Glieder zur Anpassung aufweist,

Fig. 14: eine Draufsicht auf eine Leiterplatte, die eine Weiterentwicklung der Leiterplatte entsprechend Fig. 13 darstellt,

Fig. 15: eine Seitenansicht einer Leiterplatte mit einer vergrößerten Ansicht einer Durchkontaktierung,

Fig. 16: eine Seitenansicht zweier Leiterplatten mit einer gemeinsamen

Zwischenkontaktierung,

Fig. 17: eine Draufsicht auf eine Verbindungsleitung, die als Durchkontaktierungen auf einer Leiterplatte ausgestaltet ist, wobei die Struktur der Durchkontaktierungen

Ähnlichkeiten mit einer Chain-Antenne aufweist,

Fig. 18: eine Draufsicht auf eine Verbindungsleitung entsprechend Fig. 17, wobei die parallelen Teilstücke der Verbindungsleitung verkürzt und die senkrechten Teilstücke verlängert sind,

Fig. 19: eine Draufsicht auf eine Verbindungsleitung entsprechend Fig. 18, wobei die Länge der parallelen Teilstücke der Verbindungsleitung minimal ist, Fig. 20a: eine Draufsicht auf ein Kettenglied der Chain-Antennenähnlichen

Verbindungsleitung,

Fig. 20b: eine Draufsicht auf ein Kettenglied der Chain-Antennenähnlichen

Verbindungsleitung mit sichtbaren Durchkontaktierungen,

Fig. 20c: eine vergrößerte Draufsicht auf ein paralleles Teilstück einer Verbindungsleitung entsprechend Fig. 2b, Fig. 21 : eine vergrößerte Draufsicht auf einen Übergang zwischen einem parallelen Teilstück und einem senkrechten Teilstück einer Verbindungsleitung,

Fig. 22: eine Draufsicht auf eine Anordnung der gesamten Verbindungsleitung aus Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte,

Fig. 23: eine skizzierte Seitenansicht einer Leiterplatte bzw. einer Verbindungsleitung entsprechend Fig. 22,

Fig. 24a: eine skizzierte Seitenansicht zweier Leiterplattenlagen, die mittels einer Umlenkstruktur verbunden sind,

Fig. 24b: eine skizzierte Seitenansicht dreier Leiterplattenlagen mit jeweils einer

Verbindungsleitung, wobei die Verbindungsleitungen paarweise miteinander verbunden sind,

Fig. 24c: eine skizzierte Seitenansicht dreier Leiterplattenlagen entsprechend Fig. 24b mit jeweils einer Metallbahn zwischen zwei benachbarten Leiterplatten,

Fig. 24d: eine skizzierte Seitenansicht dreier Leiterplatten entsprechend Fig. 24c, wobei eine Metallbahn zwischen zwei benachbarten Leiterplattenlagen angeordnet ist,

Fig. 24e: eine skizzierte Seitenansicht dreier Leiterplatten entsprechend Fig. 24d mit Durchkontaktierungen, die durch sämtliche Leiterplatten hindurchgehen, Fig. 25: einen Übergang zwischen einer Verbindungsleitung, die mittels

Durchkontaktierungen auf einer Leiterkarte realisiert ist, und einem Hohlleiter eines Antennenelements.

Fig. 1 zeigt ein Füllstandsmessgerät 1 zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts (nicht dargestellt) in einem Behälter (nicht dargestellt) nach dem Stand der Technik. Das Füllstandsmessgerät 1 umfasst ein Antennenelement 2 zum Senden von

elektromagnetischen Sendesignalen in Richtung des Füllguts und zum Empfangen von an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Empfangssignalen. Das Antennenelement 2 ist mittels einer Verbindungsleitung 12 mit einer Sende-/Empfangseinheit 10 verbunden. Die Verbindungsleitung 12 führt die Sendesignale von der Sende-/Empfangseinheit 10 zu dem Antennenelement 2 und die Empfangssignale von dem Antennenelement 2 zu der Sende-/Empfangseinheit 10. Die Sende-/Empfangseinheit 10 dient der Erzeugung der Sendesignale und dem Empfangen der Empfangssignale. An die Sende- ZEmpfangseinheit 10 ist eine Auswerteeinheit 20 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 20 registriert den Zeitpunkt, zu dem ein Sendesignal gesendet wird und den Zeitpunkt zu dem ein Empfangssignal empfangen wird. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Senden des Sendesignals und dem Empfangen des Empfangssignals wird der Füllstand des Füllguts in dem Behälter bestimmt. Fig. 2 zeigt eine typische Echokurve 21 , welche durch die Auswerteeinheit (nicht dargestellt) aufgenommen und dargestellt ist. Hierbei befindet sich der Füllstand des Füllguts (nicht dargestellt) in dem Behälter relativ nah am Antennenelement (Nahbereich). Das Sendesignal tritt als Störung in dem Empfangssignal auf. Folglich wird das

Empfangssignal von dem Sendesignal überdeckt, wodurch die Laufzeit des

Empfangssignals und somit der Füllstand nicht bestimmbar sind.

Fig. 3 zeigt eine Echokurve 21 , bei der das Sendesignal 3 (durchgezogene Linie) und das Empfangssignal 4 (gestrichelte Linie) getrennt in der Echokurve 21 dargestellt sind. Fig. 4 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , bei der die

Verbindungsleitung 12 verlängert ist. Die Vorrichtung 1 weist ein Antennenelement 2 mit einem Hohlleiter 5 und einem Abstrahlelement 9 auf. Das Abstrahlelement 9 ist an einem Endbereich des Hohlleiters 5 angeordnet. Auf diese Weise werden die Sendesignale des Hohlleiters 5 durch das Abstrahlelement 9 in Richtung des Füllguts (nicht dargestellt) ausgestrahlt.

An einem dem Abstrahlelement 9 gegenüberliegenden Endbereich des Hohlleiters 5 ist der Hohlleiter 5 an einer Leiterplatte 22 angeordnet. Ein Koppelelement (nicht dargestellt) des Antennenelements 2 ist mit der spiralförmigen Verbindungsleitung 12 verbunden, wobei die spiralförmige Verbindungsleitung 12 auf einer Oberfläche der Leiterplatte 22 angeordnet ist. Die spiralförmige Verbindungsleitung 12 windet sich um den Endbereich des Hohlleiters 5, der auf der Leiterplatte 22 angeordnet ist. An einem Randbereich der Oberfläche der Leiterplatte 22 ist eine Sende-/Empfangseinheit 10 auf der Leiterplatte 22 angeordnet. Die spiralförmige Verbindungsleitung 12 ist nach ein paar Windungen an die Sende-/Empfangseinheit 10 angeschlossen. Die Länge der spiralförmigen Verbindungsleitung 12 ist dermaßen gewählt, dass in der Echokurve 21 das Sendesignal 3 und das Empfangssignal 4 getrennt darstellbar sind.

Neben der Verlängerung der Verbindungsleitung 12 kann auch der Hohlleiter 5 verlängert werden, um das Sendesignal zeitlich zu verzögern. Eine entsprechende Verlängerung des Hohlleiters 5 ist in Fig. 5 gezeigt.

Fig. 5 zeigt eine Skizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Der Hohlleiter 5 weist einen Verlängerungshohlleiter 24 auf. Auf diese Weise wird ebenfalls das Sendesignal zeitlich verzögert.

Fig. 6 zeigt eine Skizze einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 entsprechend Fig. 4. Die Verbindungsleitung 12 weist eine Chain-Antenne 23 auf, die auf oder in der Leiterplatte 22 angeordnet ist. Die Chain-Antenne 23 dient der zeitlichen Verzögerung des Sendesignals (nicht dargestellt). Das Sendesignal weist nur

Frequenzen auf, die weit unterhalb der Grenzfrequenz der Chain-Antenne 23 liegen. Auf diese Weise strahlt die Chain-Antenne 23 keine Sende- bzw. Empfangssignale ab. Das Sendesignal wird annähernd verlustfrei durch die Chain-Antenne 23 übertragen und zeitlich verzögert. Der Aufbau einer Chain-Antenne ist zum Beispiel in der US 3,806,946 ausführlich beschrieben und wird hier nicht weiter behandelt.

Die Sende- bzw. Empfangssignale werden hauptsächlich über die Verbindungsleitung 12 übertragen. Ein kleiner Teil der Sende- bzw. Empfangssignale wird jedoch über die Atmosphäre übertragen, welche die Verbindungsleitung 12 umgibt. Aus diesem Grund ergibt sich eine effektive Dielektrizitätszahl, die durch Integration der Feldverteilung über die Dielektrizitätszahl der Verbindungsleitung 12 und der Dielektrizitätszahl der

Umgebungsluft ergibt. In diesem Fall beträgt die effektive Dielektrizitätszahl s eff = 2.38. Die effektive Dielektrizitätszahl ist kleiner als die Dielektrizitätszahl, die sich ergeben würde, falls die Sende- bzw. Empfangssignale nur über Verbindungsleitung 12 übertragen werden. Aus diesem Grund muss jegliche Übertragung, die nicht über die

Verbindungsleitung 12 geschieht, unterdrückt werden.

Aus der effektiven Dielektrizitätszahl ergibt sich für die Ausbreitungsgeschwindigkeit v eff der Sende- bzw. Empfangssignale auf einer Verbindungsleitung 12 mit der Vakuum- Lichtgeschwindigkeit c 0 zu

= 194,5 * 10 6 m/s. Vorteilhaft ist eine möglichst geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit, da sich hierdurch bei räumlich gleich langer Struktur bzw. gleicher Leiterplattenlänge eine größere Verzögerung erreichen lässt. Wird die Verbindungsleitung 12 in ein Vergussmaterial (nicht dargestellt) eingesetzt, ergibt sich eine zusätzliche Verzögerung je nach Dimensionierung etwa um den Faktor 3,5:

Fig. 7 zeigt eine Skizze einer Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Ein Signalgenerator 1 1 generiert ein Sendesignal. Das Sendesignal wird mittels einer Chain- Antenne 23 an eine Sendeantenne 2a übertragen, wodurch es zeitlich verzögert wird. Die Sendeantenne 2a strahlt das Sendesignal in Richtung der Oberfläche des Füllguts (nicht dargestellt) in dem Behälter (nicht dargestellt) aus. Das Füllgut reflektiert das Sendesignal in Form eines Empfangssignals, das von einer Empfangsantenne 2b empfangen und mittels einer Verbindungsleitung 12 an eine Sende-/Empfangseinheit 10 übertragen wird. Ferner springt das Sendesignal in Form einer Störung direkt vom Signalgenerator 1 1 an die Sende-/Empfangseinheit 10 über, wodurch das Sendesignal dem Empfangssignal überlagert wird. Fig. 8 zeigt eine Skizze einer Schaltung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , bei der das Sendesignal und das Empfangssignal über ein einziges Antennenelement 2 übertragen werden. Der Signalgenerator 1 1 generiert ein Sendesignal, das über eine Chain-Antenne 23 an eine Sende-/Empfangsweiche 29 übertragen wird. Die Sende- /Empfangsweiche 29 sendet das Sendesignal über eine Verbindungsleitung 12 an das Antennenelement 2. Das Antennenelement 2 sendet das Sendesignal in Richtung des

Füllguts (nicht dargestellt) und empfängt das Empfangssignal, das an der Oberfläche des Füllguts reflektiert wurde. Anschließend wird das Empfangssignal über die

Verbindungsleitung 12 an die Sende-/Empfangsweiche 29 übertragen. Die Sende- /Empfangsweiche 29 leitet das Empfangssignal an eine Empfangseinheit 10.

Fig. 9 zeigt eine Skizze einer Schaltung einer Weiterbildung der Vorrichtung 1

entsprechend Fig. 8, bei der sowohl das Sendesignal als auch das Empfangssignal über eine Chain-Antenne 23 übertragen werden. Ein Signalgenerator 1 1 besteht aus einem Sendepulsoszillator 1 1 a, der durch eine Ansteuerung und eine Signalauswerteeinheit 11 b getriggert wird. Der Signalgenerator 1 1 erzeugt ein Sendesignal, das an eine Sende-

/Empfangsweiche 29 übertragen wird. Die Sende-/Empfangsweiche 29 besteht aus einem verlustfreien Zirkulator 29a oder aus einer Kombination aus Koppler (nicht dargestellt) und angepasstem Abschluss (nicht dargestellt). Die Sende-/Empfangsweiche 29 überträgt das Sendesignal an eine Chain-Antenne 23, die das Sendesignal zeitlich verzögert und das Sendesignal über eine Verbindungsleitung 12 an eine Antenneneinheit 2 überträgt. Die Antenneneinheit 2 sendet das Sendesignal in Richtung des Füllguts (nicht dargestellt) und empfängt das an einer Oberfläche des Füllguts reflektierte

Empfangssignal. Das Empfangssignal wird von der Antenneneinheit 2 über die

Verbindungsleitung 12 und der Chain-Antenne 23 an die Sende-/Empfangsweiche 29 übertragen. Die Sende-/Empfangsweiche 29 überträgt das Empfangssignal an eine Empfangseinheit 10, die aus einem Empfangspulsoszillator 10a und einem

Hochfrequenzmischer 10b besteht. Der Empfangspulsoszillator 10a wird ebenfalls durch die Signalauswerteeinheit 1 1 b getriggert, welche nach dem Pulskorrelationsprinzip das niederfrequente Empfangssignal 4 des Hochfrequenzmischers 10b verarbeitet.

Die Leistung des Sendepulsoszillators 1 1 a ist wesentlich höher (Größenordnung ca. 100 dB) als die Leistung der Empfangssignale im Hochfrequenzmischer 10b. Folglich kommt es zu einer Störung des Hochfrequenzmischers 10b durch Signale des

Sendepulsoszillators 1 1 a innerhalb der Vorrichtung 1 oder innerhalb der Leiterplatte (nicht dargestellt). Die Störungen werden über den direkten Weg 12a, durch Einstrahlen in die Ausgangsstufe (nicht dargestellt) des Empfangspulsoszillators 10a und in

Rückwärtsrichtung 12b über die Sende-/Empfangsweiche 29 an den

Hochfrequenzmischer 10b übertragen.

Durch die Chain-Antenne 23 in der Verbindungsleitung 12 wird das Empfangssignal, das an den als Korrelator arbeitenden Hochfrequenzmischer 10b gelangt, in ausreichendem Maß verzögert, so dass das Empfangssignal nicht mit dem als Störung überlagerten Sendesignal eines eingeschalteten Sende-Hochfrequenz-Pulsoszillators 1 1 a

zusammenfallen kann, und die Störungen in dem Nahbereich sind reduziert.

Fig. 10 zeigt eine Echokurve 21 entsprechend Fig. 3, bei der das Sendesignal 3 und das Empfangssignal 4 zeitlich getrennt sind. Die Trennung resultiert erfindungsgemäß aus einer zeitlichen Verzögerung des Sendesignals 3, so dass das Empfangssignal 4 zeitlich verzögert zu dem Sendesignal 3 empfangen wird. So wird die Entfernung zwischen dem Antennenelement (nicht dargestellt) und der Oberfläche des Füllguts (nicht dargestellt) virtuell vergrößert. Auf diese Weise werden in der Echokurve 21 das Sendesignal 3 und das Empfangssignal 4 zeitlich getrennt, so dass beide getrennt darstellbar sind. Fig. 1 1 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplatte 22 mit einer verlängerten

Verbindungsleitung 12, die in einer Vorrichtung 1 entsprechend Fig. 4 zum Einsatz kommt.

Der dem Abstrahlelement gegenüberliegenden Endbereich des Hohlleiters (siehe Fig. 4) ist elektrisch mit einer Metallfläche 25 der Leiterplatte 22 verbunden. Die Metallfläche 25 weist große Durchkontaktierungen 26 auf, welche die Metallfläche 25 mit einer

Metallschicht (nicht dargestellt) verbinden, die auf einer der Metallfläche 25

gegenüberliegende Seitenfläche der Leiterplatte 22 angeordnet ist und Massenpotential aufweist.

Die Metallfläche 25 ist sichelförmig ausgebildet, wobei innerhalb der sichelförmigen Metallfläche 25 ein Koppelelement 7 angeordnet ist. Das Koppelelement 7 dient zum Auskoppeln der Sendesignale in den Hohlleiter und zum Einkoppeln der Empfangssignale des Hohlleiters.

Das Koppelement 7 ist länglich geformt und minimal (ca. 8%) länger als ein Viertel der Wellenlänge der zu koppelnden Sende- bzw. Empfangssignale, wobei ein erstes Ende 27 des Koppelements 7 in einem Zentrumsbereich der sichelförmigen Metallfläche 25 angeordnet ist und ein zweites Ende 27a des Koppelements 7 in einem Öffnungsbereich der sichelförmigen Metallfläche 25 angeordnet ist. Das erste Ende 27 des Koppelements 7 ist schmaler ausgebildet als das zweite Ende 27a des Koppelements 7, so dass das Koppelelement 7 von dem Zentrumsbereich der Metallfläche 25 sich konusförmig in Richtung des Öffnungsbereichs der Metallfläche 25 verbreitert. Durch die konische Form ergibt sich eine entlang des Koppelelements 7 zunehmende Leitungsimpedanz, welche dazu führt, dass die Sende- bzw. Empfangssignale mit einer niedrigeren Impedanz in den Hohlleiter 5 eingekoppelt werden. Das erste Ende 27 des Koppelelements 7 ist stumpf ausgestaltet, da ein stumpfes Ende präziser geätzt werden kann und somit

reproduzierbarer ist als ein spitzes Ende. Das zweite Ende 27a des Koppelelements 7 ist an eine spiralförmige Verbindungsleitung 12 angeschlossen, wobei die Verbindungsleitung 12 als eine Streifenleitung mit einer Länge von ca. 200 mm ausgebildet ist. Die Verbindungsleitung 12 verläuft spiralförmig auf der Leiterplatte 22, wobei die Metallfläche 25 im Zentrum der spiralförmigen

Verbindungsleitung 12 liegt. Parallel zur Verbindungsleitung 12 verläuft eine

Abschirmleitung 32, die ebenfalls spiralförmig ausgestaltet ist und an einem ersten Ende mit der sichelförmigen Metallfläche 25 verbunden ist. An einem zweiten Ende ist die Abschirmleitung 32 an einen kreisförmigen Metallring 33 angeschlossen, welcher sowohl die Verbindungsleitung 12 als auch die Abschirmleitung 32 umgibt. Werden die Sende- bzw. Empfangssignale in der Verbindungsleitung 12 mit einer

Geschwindigkeit von v eff = 2 * 10 6 m/s übertragen, ergibt sich eine zeitliche Verzögerung von ca. 1 ns. Würde es sich um freie Sende- bzw. Empfangssignale handeln, müssten die Sende- bzw. Empfangssignale eine Strecke von ca. 300 mm zurücklegen, um auf dieselbe zeitliche Verzögerung zu kommen. Durch das doppelte Durchlaufen der Verbindungsleitung 12 (Sende- und Empfangsweg) ergibt sich eine zeitliche Verzögerung des Sendesignals von ca. 2 ns in der Echokurve.

An einem dem Koppelelement 7 gegenüberliegenden Ende der Verbindungsleitung 12 ist die Verbindungsleitung 12 mittels einer Anpassstruktur 28 mit einer Sende-

/Empfangsweiche 29 verbunden. An der Sende-/Empfangsweiche 29 sind weitere HF- Baugruppen (nicht dargestellt) angeschlossen, wobei die weiteren HF-Baugruppen auch an der gegenüberliegenden Metallschicht angeordnet sein können. Sowohl die Abschirmleitung 32 als auch der Metallring 33 weisen kleine

Durchkontaktierungen 34 zu der Metallschicht auf. Ferner weisen die Metallfläche 25 und der Metallring 33 an ihren der Verbindungsleitung 12 benachbarten Randbereiche jeweils eine zackenförmige Struktur 30 auf, wobei Zinken 41 der zackenförmigen Struktur in Richtung der Verbindungsleitung 12 zeigen. Durch die Zinken 41 werden die von der Verbindungsleitung 12 ausgestrahlten Sende- bzw. Empfangssignale absorbiert und mittels der niederinduktiven kleinen Durchkontaktierungen 34 an die Metallschicht (nicht dargestellt) übertragen, wobei die Metallschicht Massenpotential aufweist. Die kleinen Durchkontaktierungen 34 sind nicht elektrisch optimal in den hinteren Ecken der zackenförmigen Struktur 30, sondern flächensparend innerhalb der Zinken 41 der zackenförmigen Struktur 30 angeordnet.

Es sind Aussparungen 31 zur Befestigung der Leiterplatte 22 vorgesehen. Da im Bereich der Aussparungen 31 keine Durchkontaktierungen angeordnet sind, ist eine seitliche Metallisierung der Leiterplatte 22 in diesem Bereich vorteilhaft.

Weist die Verbindungsleitung 12 an einer Stelle einen kleineren Krümmungsradius auf als an den anderen Stellen, müssen die zu diesen Stellen benachbarten Bereiche 34a der Abschirmleitung 32 eine erhöhte Anzahl an kleinen Durchkontaktierungen 34 aufweisen. Mit zunehmender Betriebsfrequenz und abnehmendem Krümmungsradius verlagert sich in der Verbindungsleitung 12 die höchste Felddichte an die Innenseite der Krümmung. Aus diesem Grund ist ein radialer erster Abstand C zwischen einem Teil der

Abschirmleitung 32 und einem relativ zu diesem Teil der Abschirmleitung 32

außenliegenden Teil der Verbindungsleitung 12 größer als ein zweiter Abstand E zwischen einem Teilbereich der Verbindungsleitung 12 und einem zu diesem Teilbereich der Verbindungsleitung 12 außenliegenden Teil des Metallrings 33.

Die Abschirmleitung 32 ist möglichst flächensparend ausgebildet. Aufgrund der großen Durchkontaktierungen 26 ist der Übergang zwischen der Metallfläche 25 und der Metallschicht von relativ niedriger Impedanz, um sogenannte Brummschleifen im HF- Bereich zu verhindern.

Bevorzugt weist die Verbindungsleitung 12 eine relative große effektive Dielektrizitatszahl auf. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die zeitliche Verzögerung mit der

Dielektrizitatszahl steigt. Die Dielektrizitatszahl der Verbindungsleitung 12 kann jedoch nicht beliebig groß gewählt werden, da bei zu großen Dielektrizitätszahlen das

Koppelelement 7 die zu koppelnden Sende- bzw. Empfangssignale abschirmt. In diesem Ausführungsbeispiel führt die Leiterplatte 22 mit einem Durchmesser von lediglich 50 mm und einem Leiterplattenmaterial mit einer relativen Dielektrizitatszahl von 3,00 zu einer zeitlichen Verzögerung von ca. 2 ns.

Wird die erfindungsgemäße Anordnung der Verbindungsleitung 12 in einen HF- Schaltkreis integriert, ist durch die höhere Dielektrizitätszahl der Verbindungsleitung 12 eine deutlich höhere zeitliche Verzögerung zwischen dem Sende- und Empfangssignal möglich.

Fig. 12a und Fig. 12b zeigen eine weitere Ausgestaltungsvariante einer Leiterplatte 22, wobei die Leiterplatte 22 beidseitig bestückt ist, so dass die Leiterplatte 22 zwei

Leiterplattenlagen 22a, 22b aufweist. Die Leiterplatte 22 weist im Inneren eine

Metallschicht (nicht dargestellt) auf, die von beiden Leiterplattenlagen 22a, 22b gemeinsam genutzt wird. Ein Koppelelement 7 des Antennenelements (nicht dargestellt) befindet sich auf einer ersten Leiterplattenlage 22a, und eine Sende-/Empfangsweiche 29 befindet sich auf einer zweiten Leiterplattenlage 22b der Leiterplatte 22. Auf der ersten Leiterplattenlage 22a ist ein erster Teilbereich 12c einer Verbindungsleitung 12 angeordnet, die mit einem ersten Ende an das Koppelelement 7 angeschlossen ist. Auf der zweiten Leiterplattenlage 22b ist ein zweiter Teilbereich 12d der Verbindungsleitung 12 angeordnet, der mit einem ersten Ende an die Sende-/Empfangsweiche 29 angeschlossen ist. Die Leiterplatte 22 weist eine kleine oder große Durchkontaktierung 26, 34 auf, die ein zweites Ende des ersten Teilbereichs 12c der Verbindungsleitung 12 mit einem zweiten Ende des zweiten Teilbereichs 12d der Verbindungsleitung 12 verbindet, so dass das Sendesignal und/oder das Empfangssignal den ersten und den zweiten Teilbereich 12c, 12d der

Verbindungsleitung 12 durchlaufen muss.

Alternativ kann die Leiterplatte 22 drei oder mehr Leiterplattenlagen aufweisen. Jedoch muss jeweils mindestens eine Masseschicht zwischen zwei benachbarten

Leiterplattenlagen angeordnet sein. Fig. 13 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte 22 entsprechend Fig. 1 1 , bei der die Anpassstruktur (siehe Fig. 1 1 ) durch ein erstes Pl-Glied 35 ersetzt ist. Das erste Pl-Glied 35 umfasst eine π-förmige Anordnung von drei Bauteilen 35a, 35b und 35c, die als Widerstände ausgestaltet sind. Ein zweites Pl-Glied 36 ist zwischen dem Koppelelement 7 und der Verbindungsleitung 12 angeordnet, wobei das zweite Pl-Glied 36 ebenfalls drei Bauteile 36a, 36b, und 36c umfasst.

Das erste Pl-Glied 35 dient der Anpassung der Sende-/Empfangsweiche 29 an einen integrierten HF-Radar-Chip (nicht dargestellt). Die Dimensionierung der Bauteile 35a, 35b, 35c kann nach dem Layout der Leiterplatte 22 erfolgen.

Mittels des zweiten Pl-Glieds 36 kann das Antennenelement (nicht dargestellt) an den Hohlleiter oder an das Koppelelement 7 angepasst werden, so dass eine

Zusammenschaltung des Hohlleiters und des Koppelelements 7 im betrachteten

Frequenzbereich jede Reflexion zwischen dem Hohlleiter und dem Koppelelement 7 minimiert. Das erste Pl-Glied 35 und das zweite Pl-Glied 36 sind mit SMD-Bauteilen, wie Kondensatoren, Spulen und Widerständen bestückt.

Das erste Pl-Glied 35 und das zweite Pl-Glied 36 können gleiche oder unterschiedliche Impedanzen aufweisen. Hierdurch kann beispielsweise für den Hohlleiter (nicht dargestellt) eine andere Impedanz gewählt werden - beispielweise bei einer Füllung des Abstrahlelements (nicht dargestellt) mit Kunststoff zur Steigerung der Druckfestigkeit oder Kondensatresistenz - oder die Verbindungsleitung 12 gegenüber der Sende- /Empfangsweiche 29 kann günstig gewählt werden.

Durch eine Bestückung des ersten Pl-Glieds 35 und des zweiten Pl-Glieds 36 mit Spulen (nicht dargestellt) und/oder Kondensatoren (nicht dargestellt) ist die Anpassung auf jede Impedanz möglich. Durch eine geeignete Anpassung des Antennenelements (nicht dargestellt) an das Koppelelement 7 können beispielsweise ungünstige Wellenmoden, insbesondere bei Antennen, die in Nebenbehältern mit Zugang zu einem Hauptbehälter angeordnet sind. Ein Pl-Glied 35, 36 kann auch mit einer Anpassstruktur basierend auf Mikrostreifenleitungstechnik kombiniert werden.

Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte 22, die eine Weiterentwicklung der Leiterplatte entsprechend Fig. 13 darstellt. Die Leiterplatte 22 weist einen Durchmesser von ca. 50 mm und eine Struktur für eine Betriebsfrequenz von 26 GHz auf, so dass die zeitliche Verzögerung des Verbindungselements 12 einem Verbindungselement mit einer Länge von ca. 600 mm entspricht. Die Überkopplung der Sende- bzw. Empfangssignale, die den kürzesten Weg zwischen der Sende-/Empfangsweiche 29 und dem Koppelelement 7 nehmen, sollte aufgrund der Messdynamik um mehr als 100 dB gedämpft sein. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu Fig. 13 beschrieben. In dieser

Ausgestaltungsvariante der Leiterplatte 22 ist die Verbindungsleitung 12 kreisförmig mit einer Öffnung ausgestaltet. Eine Abschirmleitung 32, ist dermaßen auf der Leiterplatte 22 angeordnet, dass ein erster Teil innerhalb der kreisförmigen Verbindungsleitung 12 angeordnet ist und einen inneren Kreis zu der kreisförmigen Verbindungsleitung 12 bildet. Ein zweiter Teil der Abschirmleitung 32 ist außerhalb der kreisförmigen

Verbindungsleitung 12 angeordnet und bildet einen äußeren Kreis zu der kreisförmigen Verbindungsleitung 12. Der erste Teil und der zweite Teil der Abschirmleitung 32 sind über die Öffnung der Verbindungsleitung 12 elektrisch miteinander verbunden. Sowohl der erste innenliegende Teil der Abschirmleitung 32 als auch der zweite außenliegende Teil der Abschirmleitung 32 weisen an einem der Verbindungsleitung 12 zugewandten Randbereiche eine zackenförmige Struktur 30 auf, um von der Verbindungsleitung 12 abgestrahlte Sende- bzw. Empfangssignale zu absorbieren. Die von der zackenförmigen Struktur 30 absorbierten Sende- bzw. Empfangssignale werden über die großen

Durchkontaktierungen 26 zur Metallschicht (nicht dargestellt) abgeleitet. Idealerweise sind die großen Durchkontaktierungen 26 zwischen zwei Zinken 41 angeordnet. Aus

Platzgründen sind die großen Durchkontaktierungen 26 innerhalb der Zinken 41 angeordnet.

Die Verbindungsleitung 12 weist eine stärkere Abstrahlung nach außen auf als nach innen. Aus diesem Grund weist die zackenförmigen Struktur 30 des zweiten Teilbereichs der Abschirmleitung 32 größere Zinken 41 auf, als die Zinken 41 der zackenförmigen Struktur 30 des ersten Teilbereichs der Abschirmleitung 32.

Der Metallring 33 weist auch an den Aussparungen 31 benachbarter Bereiche große Durchkontaktierungen 26 auf.

Ferner sind Verbindungselemente 37 vorgesehen, welche die Abschirmleitung 32 mit dem Metallring 33 verbinden. Die Verbindungselemente 37 weisen jeweils eine große Durchkontaktierung 26 auf. Die Verbindungselemente 37 sind radial nach außen gerichtet und verhindern, dass die von der zackenförmigen Struktur 30 absorbierten Sende- bzw. Empfangssignale sich zwischen der Abschirmleitung 32 und dem Metallring 33 kreisförmig durch die Leiterplatte 22 ausbreiten. Ferner weisen die Verbindungselemente 37 eine Länge auf, die kleiner ist als das Minimum eines Viertel der Wellenlänge der Betriebsfrequenz in Luft, Vakuum und dem Material der Leiterplatte. Die Metallfläche weist neben großen Durchkontaktierungen 26 auch kleine Durchkontaktierungen 34 auf, wodurch Brummschleifen des Hohlleiters 5 über die große Durchkontaktierungen 26 vermieden werden.

Da die Rest-Überkopplung in einem ersten Zwischenbereich 42a zwischen dem

Koppelelement 7 und der Sende-/Empfangsweiche 29 kritisch ist, sind in dem ersten Bereich 42a die großen Durchkontaktierungen 26 doppelreihig ausgeführt, wobei die Reihen der großen Durchkontaktierungen 26 zueinander versetzt sind.

Weitere kritische Bereiche 42b, 42c, 42d sind durch mindestens zwei gegeneinander versetzte Reihen von großen Durchkontaktierungen 26 und zusätzlich mit kleinen Durchkontaktierungen 34 versehen.

Eine Paste (nicht dargestellt) die Gel-artig auf die Leiterplatte 22 appliziert wird, dient der Absorption der hochfrequenten Sende- bzw. Empfangssignale. Bei der Paste handelt es sich um eine schwarze Paste, die bei Raumtemperatur aushärtet und auf der Leiterplatte 22 kleben bleibt.

Solch eine Hochfrequenz-wellenabsorbierende Paste kann aber auch auf die Bereiche zwischen den beiden Signalablenkungsfronten, welche durch den ersten und zweiten Teil der Abschirmleitung 32 erzeugt werden, aufgebracht werden und zu einer zusätzlichen Absorption von Sende- bzw. Empfangssignale führen, welche von der Leiterplatte 22 abgestrahlt und über ein Gehäuse rückreflektiert werden.

Fig. 15 zeigt eine kleine bzw. große Durchkontaktierung 26, 34, welche beispielsweise die Metallfläche 25 mit der Metallschicht (siehe Fig. 1 1 ) verbindet. Hierdurch ist es möglich, auf der Metallschicht eine zusätzliche Verzögerungsstrecke unterzubringen.

Darüber hinaus ist die Verzögerung abhängig von der Dielektrizitätszahl und der

Impedanz des verwendeten Leiterplattenmaterials und der Betriebsfrequenz.

Es ergibt sich der Zusammenhang:

Wobei Δ die relative Laufzeitänderung, D DK eine Änderung der Dielektrizität der

Leiterplatte 22, F F einen frequenzabhängigen Faktor darstellt. Bei einer Betriebsfrequenz von 25 GHz und einer Leitungsimpedanz von 50 Ohm weist F F den Wert 0.751 auf. Sollte die Leiterplatte 22 ein Koppelelement (nicht dargestellt) oder ein Antennenelement aufweisen, ist eine niedrigere Dielektrizitätszahl der Leiterplatte 22 vorteilhaft.

Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bei der eine erste Leiterplattenlage 22a und eine zweite Leiterplattenlage 22b übereinander gestapelt sind, wobei die erste und zweite Leiterplatte 22a, 22b eine Metallschicht 38 gemeinsam oder separat nutzen. Wird die Metallschicht 38 separat genutzt, ist mindestens eine Zwischenkontaktierung 39 notwendig, welche die erste und zweite Leiterplattenlagenlage 22a, 22b verbindet, wobei der randseitige Abstand D zwischen der Zwischenkontaktierung 39 und der kleinen bzw. großen Durchkontaktierung 26, 34 einen Wert D max von

D max = 0,25 * jmax{pK 1 , DK 2 ) * λ 0 mit λ 0 = = Freiraumwellenlänge nicht überschreiten darf, wobei max(DK 1 , DK 2 ) das Maximum der relativen

Dielektrizitätszahlen der ersten und zweiten Leiterplattenlage 22a, 22b ist.

Die Zinken 41 des ersten Teilbereichs der Abschirmleitung 32 sind kürzer ausgestaltet als die Zinken 41 des zweiten Teilbereichs der Abschirmleitung 32, da die Sende- bzw. Empfangssignale der Verbindungsleitung 12 aufgrund der Krümmung auf der Innenseite eine höhere Felddichte aufweisen - und dementsprechend mehr Signalanteile abstrahlen können- als auf der Außenseite, so dass ein größerer Abstand zwischen den Zinken 41 des ersten Teilbereichs der Abschirmleitung 32 und der Verbindungsleitung 12 notwendig ist.

Fig. 17 zeigt eine Ausgestaltung der Verbindungsleitung 12, die eine Struktur

(schraffierter Bereich) ähnlich einer Chain-Antenne aufweist (siehe Fig. 6). Die

Verbindungsleitung 12 ist jedoch nicht mittels eines Drahtes oder einer Streifenleitung auf der Leiterplatte (nicht dargestellt) realisiert, sondern mittels Durchkontaktierungen, die durch die Leiterplatte gehen. Die Durchkontaktierungen bilden an einem Randbereich der Verbindungsleitung 12 in der Leiterplatte dicht beabstandet eine Reihe, so dass die Sende- bzw. Empfangssignale innerhalb der Verbindungsleitung 12 geführt werden. Die Verbindungsleitung 12 ist symmetrisch ausgestaltet, so dass ein Eingang 44 und ein Ausgang 45 der Verbindungsleitung 12 vertauscht werden können, ohne dass die durch die Verbindungsleitung 12 übertragenen Sende- bzw. Empfangssignale verändern.

Da die Verbindungsleitung 12 auf der Leiterplatte die Struktur einer Chain-Antenne aufweist, werden die Sende- bzw. Empfangssignale teilweise durch die Leiterplatte und teilweise durch die umgebende Atmosphäre oder das anliegende Material übertragen. Folglich kann das anliegende Material (nicht dargestellt) nicht aus einem Vergussmaterial (nicht dargestellt) bestehen, da die Dielektrizitätszahl dieses anliegenden Materials die zeitliche Verzögerung sowie die Reflexionsarmut der Leiterplatte beeinflusst. Die

Dielektrizitätszahl des Vergussmaterials kann bei hohen Frequenzen nicht als konstant und reproduzierbar angenommen werden. Bereits kleine Schwankungen der

Dielektrizitätszahl würden zu großen Abweichungen der Leitungsimpedanz der

Verbindungsleitung 12 führen.

Vergussmaterialien haben eine relative Dielektrizitätszahl von ca. 2...5. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft wirkt sich beim Vergießen auf die im

Vergussmaterial eingeschlossene Feuchtigkeit aus. Da Wasseransammlungen eine relative Dielektrizitätszahl von 60...150 (abhängig von der Temperatur) aufweisen, führen bereits geringe Einschlüsse zu einer Beeinflussung der Dielektrizitätszahl. Abhängig vom Vergussmaterial ist eine nachträgliche Ausscheidung von Silikonöl oder insbesondere die Wasseraufnahme durch offenporige Schäume möglich.

Je größer die Wasseransammlung in dem Vergussmaterial, desto größer der Anteil an Sende- bzw. Empfangssignalen, die den kürzeren Weg durch das Vergussmaterial und nicht den langen Weg durch die Verbindungsleitung 12 nehmen. Folglich sind

Vergussmaterialien für die Verbindungsleitung 12 zu vermeiden.

Um eine Feldverteilung im Nahbereich der Leiterplatte zu verhindern, müssen die zur Übertragungsrichtung parallelen Teilstücke 57 der Verbindungsleitung, so kurz wie möglich gewählt werden. Die zur Übertragungsrichtung senkrechten Teilstücke 58 der Verbindungsleitung 12 müssen entsprechend verlängert werden, um auf die gleiche zeitliche Verzögerung zu kommen. Hierdurch verringert sich die von zwei parallelen und zwei senkrechten Teilstücken 57, 58 eingeschlossene Fläche 59. Insbesondere vorteilhaft und flächensparend ist der Grenzfall, bei dem die Fläche 59 und die parallelen Teilstücke 57 nicht mehr vorhanden sind. Fig. 18 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die parallelen Teilstücke 57 der

Verbindungsleitung 12 kürzer und die senkrechten Teilstücke 58 der Verbindungsleitung 12 länger ausgestaltet sind als die entsprechenden Teilstücke in der Verbindungsleitung 22 entsprechend Fig. 17. Hierdurch verringert sich die eingeschlossene Fläche 59. Fig. 19 zeigt eine Ausgestaltung einer Verbindungsleitung 12, bei der die parallelen Teilstücke 57 und somit die Fläche 59 minimal ist. Dadurch werden Trennwände 15 notwendig, die verhindern, dass Sende- bzw. Empfangssignale über die Abkürzung von einem senkrechten Teilstück 58 in das benachbarte senkrechte Teilstück 58 desselben Kettenglieds übergreift, ohne den längeren Weg über den parallelen Teilstück 57 zurückzulegen, der am Ende zweier senkrechter Teilstücke 58 die senkrechten Teilstücke 58 verbindet. Die Trennwände 15 sind bevorzugt aus Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) möglichst kleiner Distanz zueinander ausgebildet. Hierbei müssen die Impedanzen des Eingangs und des Ausgangs und der Bindeglieder 56 gleich sein. Die parallelen Teilstücke 57 und die senkrechten Teilstücke 58 der Verbindungsleitung 12 weisen jeweils eine doppelt so große Impedanz auf wie die Impedanz des Eingangs 44 und die Impedanz des Ausgangs 45 und die Impedanz der Bindeglieder 56.

Fig. 20a zeigt ein Kettenglied 60 der Chain-Antennenförmigen Verbindungsleitung entsprechend Fig. 19. Das Kettenglied 60 wird mittels Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) auf einer Leiterplatte (nicht dargestellt) realisiert.

Fig. 20b zeigt ein erstes Kettenglied 60 des Chain-Antennenförmigen

Verbindungselements 12, das mittels großer Durchkontaktierungen 26 realisiert ist. Das Bindeglied 56 ist durch eine Reihe sehr eng benachbarter großer Durchkontaktierungen 26 realisiert. Für die äußeren Begrenzungen des Kettenglieds 61 sind die Abstände der großen Durchkontaktierungen 26 größer gewählt. Der Mindestabstand M zwischen zwei großen Durchkontaktierungen 26 darf ein Viertel der übertragenen Wellenlänge nicht überschreiten, sollte jedoch weniger als ein Achtel der Wellenlänge betragen. Fig. 20c zeigt eine Vergrößerung eines parallelen Teilstücks 57. Die parallelen Teilstücke 57 der Verbindungsleitung 12 dienen als Grenzfläche für die Sende- bzw.

Empfangssignale. Um eine Abstrahlung an den parallelen Teilstücken 57 zu verhindern, sind sehr kleine Abstände zwischen den großen Durchkontaktierungen 26 nötig. Um einer Abstrahlung - und damit einhergehenden Störungen anderer Baugruppen,

unerwünschten Überkoppeleffekten auf benachbarte Leitungsecken und

Leitungsverlusten - entgegenzuwirken, wird eine Zusatzreihe 68 von

Durchkontaktierungen an den Übergängen 69 zwischen den senkrechten und den parallelen Teilstücken 57, 58 positioniert. Ferner werden die Durchkontaktierungen 26 derart platziert, dass die Übergänge 69 geeignet gemietert werden. Das Mieterungsverfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird hier nicht weiter diskutiert. Geeignet bedeutet in diesem

Zusammenhang, dass ein gewünscht kleiner Anteil der Wellenenergie reflektiert und der Rest transmittiert wird.

Fig. 21 zeigt eine Vergrößerung eines Übergangs 69 zwischen einem senkrechten und einem parallelen Teilstück 57, 58 entsprechend Fig. 20c.

An den Übergängen 69 ist die Felddichte größer als an den senkrechten und parallelen Teilstücken 57, 58. Die Felddichte hängt von der Dimensionierung der Parameter der Leiterplatte, wie zum Beispiel Dicke, DK-Wert, oder Betriebsfrequenz und der

Dimensionierung der Durchkontaktierungen ab.

Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, an den Übergängen 69 zwischen parallelen und senkrechten Teilstücken 57, 58 eine Zusatzreihe 68 von Durchkontaktierungen anzuordnen, damit der Anteil an reflektierten Sende- bzw. Empfangssignale an den Übergangen 69 steigt und der Anteil an Sende- bzw. Empfangssignale, die an den Übergängen 69 aus der Verbindungsleitung 12 heraustreten, sinkt. Fig. 22 zeigt eine Anordnung der gesamten Verbindungsleitung 12 auf einer Leiterplatte (nicht dargestellt). Die Übertragung der Sende- bzw. Empfangssignale über die

Verbindungsleitung 12 verläuft folgendermaßen. Die Sende- bzw. Empfangssignale werden über den Eingang 44 der Verbindungsleitung 12 eingekoppelt und über eine Zuleitung 46 auf eine erste Zweigstelle 47 an einer Trennwand 15 geleitet und gleichmäßig auf einen ersten und einen zweiten Zweig 48, 49 aufgeteilt. Die Impedanzen des ersten und zweiten Zweigs 48, 49 sind so gewählt, dass keine Reflexionen stattfinden. An einem Ende des ersten Zweigs 50 und an einem Ende des zweiten Zweigs 51 treffen ein Teil der Sende- bzw. Empfangssignale jeweils auf ein paralleles Teilstück 57, und entsprechend den Impedanzen des ersten und des zweiten Zweigs 48, 49 wird ein kleiner Teil der Sende- bzw. Empfangssignale reflektiert und läuft zurück zur ersten Zweigstelle 47.

Der restliche große Teil der Sende- bzw. Empfangssignale läuft in einen ersten

Durchgang 52 und einen zweiten Durchgang 53 entlang der Trennwand 15, wobei der erste und der zweite Durchgang 52, 53 parallel zum ersten bzw. zweiten Zweig 48, 49 verlaufen. Ein dritter Teil der Sende- bzw. Empfangssignale läuft zurück zu der ersten Zweigstelle 47 und dann in die Zuleitung 46.

Am Eingang 44 der Verbindungsleitung 12 befindet sich eine erste Diskontinuität 54 des Durchmessers der Zuleitung 46, wobei der Abstand von der ersten Diskontinuität 54 bis zu der ersten Zweigstelle 47 einen Viertel der Wellenlänge der Sende- bzw.

Empfangssignale entspricht, um sämtliche Reflexionen zu reflektieren. Ein Teil der

Sende- bzw. Empfangssignale wird an dem ersten und dem zweiten Ende 50, 51 über den ersten und zweiten Durchgang 52, 53 zu einer zweiten Zweigstelle 55 reflektiert und von dort über ein Bindeglied 56 an ein zweites Kettenglied 61 des Chain-

Antennenförmigen Verbindungselements 12 übertragen, bei dem die Übertragung und die

Reflexionen wie im ersten Kettenglied 60 fortgeführt werden.

Aufgrund der Reflexionen, wie zum Beispiel an den Enden 50, 51 des ersten bzw.

zweiten Zweigs 48, 49 oder an der ersten bzw. zweiten Zweigstelle 47, 55, werden diese Elemente mehrfach genutzt, wodurch die Laufzeit der Sende- bzw. Empfangssignale und somit die zeitliche Verzögerung vergrößert wird.

Durch die Überlagerung der Sende- bzw. Empfangssignale aufgrund der Reflexionen und eine geeignete Dimensionierung in Bezug auf Wellenlänge und Laufzeit lässt sich eine Struktur der Verbindungsleitung 12 realisieren, die insgesamt eine große Verzögerung und geringe Reflexionen innerhalb eines Frequenzbandes oder zwei Frequenzbändern aufweist, wobei die zwei Frequenzbänder nicht benachbart sein müssen. Durch die Mehrfachreflexionen kann eine Verschmierung von Sende- und Empfangspulsen (nicht dargestellt) entstehen. Wird die Güte der Verbindungsleitung 12 geringer als die

Signalgüte gewählt, treten derartige Effekte nicht in Erscheinung.

Die erfindungsgemäße Struktur der Verbindungsleitung 12 ist vollständig in der

Leiterplatte integriert. Die relative Dielektrizitätszahl beträgt typischerweise ε Γ =3.0. Wird als Verbindungsleitung 12 ein Vakuum- oder luftgefüllter Hohlleiter verwendet, ergibt sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit aufgrund der Feldverteilung in den gewählten

Dimensionen in etwa zu v HL = c 0 * 0,93 = 279 * 10 6 m/s Wäre die Verbindungsleitung 12 mit einem Material gefüllt, ergibt sich c 0 * 0,93

v HL =— -^=- = 161 * 10 m/s und mit einer erfindungsgemäßen Struktur analog zu Fig. 5 (Faktor 3,5) und folglich einer weiteren zeitlichen Verzögerung von 21 % gegenüber der Ausgestaltung entsprechend Fig. 5. Entsprechend der Strukturlänge verkleinert sich im Verhältnis auch die Strukturbreite, wodurch sich eine Flächenreduktion von 38% erreichen lässt. Ferner entsteht die verlängerte Gruppenlaufzeit nicht durch das Wirken zweier Feldanteile unterschiedlicher Geschwindigkeiten (Leiterplatte / Luft), sondern durch Interferenzen. Die weiter oben in diesem Abschnitt genannte effektive Dielektrizitätszahl stellt hierbei eine Vereinfachung zu einer einfacheren Berechnung dar; genauer betrachtet ist

frequenzabhängig, für den Grenzfall f = 0 Hz (Gleichspannung) gilt s eff ~ 1 . Fig. 23 zeigt eine Skizze einer Seitenansicht einer Verbindungsleitung 12 entsprechend Fig. 22. Die ersten und zweiten Zweige 48, 49 und deren erste und zweite Enden 50, 51 und die Bindeglieder 56 sind lediglich durch ihre Bezugszeichen dargestellt. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus können der Eingang 44 und der Ausgang 45 vertauscht werden.

Fig. 24a zeigt eine Seitenansicht zweier Leiterplattenlagen 22a, 22b, wobei eine

Umlenkstruktur 64 den Eingang der ersten Leiterplattenlage 22a mit dem Ausgang der zweiten Leiterplattenlage 22b verbindet. Die Umlenkstruktur 64 kann anstelle einer Diskontinuität (siehe Fig. 22) angeordnet sein. Alternativ kann die Umlenkstruktur 64 zur Umlenkung der Sende- bzw. Empfangssignale in eine andere Leiterplattenlage direkt durch die erste oder zweite Zweigstelle (siehe Fig. 22) gebildet werden.

Fig. 24b zeigt eine Seitenansicht von drei verschiedenen Leiterplattenlagen 22 a, b, c mit jeweils einer Verbindungsleitung 12 e, f, g wobei die Verbindungsleitungen 12 e, f, g, parallel angeordnet sind und paarweise an den Grenzflächen der jeweiligen Leiterplatten 22 a, b, c mittels einer ersten und zweiten Diskontinuität 54, 62 miteinander verbunden sind. Die großen Durchkontaktierungen 26 können auch durch mehrere Leiterplattenlagen 22 a, b, c hindurch gehen, da diese direkt benachbart und übereinander liegen. Beim Zusammenschalten zweier Verbindungsleitungen 12 wird die erste Diskontinuität 54 der ersten Verbindungsleitung 12 mit der zweiten Diskontinuität 62 der zweiten

Verbindungsleitung verbunden und die zusammengeschaltete erste und zweite

Diskontinuität 54, 62 als Reflexionsstellen genutzt, um Mehrfachreflexionen und somit eine größere zeitliche Verzögerung zu erreichen.

Fig. 24c zeigt eine Seitenansicht einer Leiterplattenanordnung mit drei verschiedenen Leiterplattenlagen 22a, b, c entsprechend Fig. 24a, wobei jeweils eine Metallbahn 63 zwischen zwei benachbarten Leiterplattenlagen 22a, b, c angeordnet ist. Die

Metallbahnen können von jeweils zwei benachbarten Leiterplattenlagen gemeinsam verwendet werden.

Fig. 24d zeigt eine Anordnung von drei Leiterplattenlagen 22a, 22b, 22c, die

entsprechend Fig. 23b miteinander verbunden sind. Als erste und zweite Diskontinuität 54, 62 wird jeweils die benachbarte Leiterplatte mit dem jeweiligen Verzögerungselement verwendet. Hierbei ist die Umlenkstruktur 64 in der richtigen Länge zu wählen.

Fig. 24e zeigt eine Anordnung mit metallisierten Durchkontaktierungen 64, die durch mehrere oder alle Leiterplatten 22a, b, c hindurchgehen. Die metallisierten

Durchkontaktierungen 65 sind einzeln von der ersten obenliegenden Leiterplatte 22a kontaktierbar. Dies erleichtert und vergünstigt die Herstellung solch einer Anordnung. Fig. 25 zeigt eine Verbindungsleitung 12, die in einem Hohlleiter 5 eines

Antennenelements 2 mündet, wobei die Verbindungsleitung 12 mittels großer

Durchkontaktierungen 26 auf einer Leiterplatte realisiert ist.

Der Hohlleiter 5 mündet in einem Abstrahlelement 9 des Antennenelements 2. Da die Leiterplatte 22 aus einem Material mit einer relativen Dielektrizitätszahl (DK) grösser 1 ausgebildet ist, sind die Abmessungen der Verbindungsleitung 12 kleiner als eine Verbindungsleitung 12, die mit Vakuum (DK=1 ) oder mit Luft (1.0 < DK < 1.005) gefüllt ist.

Um einen reflexionsfreien Übergang zwischen der Verbindungsleitung 12 und dem Hohlleiter 5 zu erhalten, darf kein Impedanzsprung an dem Übergang auftreten. Im Falle eines Impedanzsprungs am Übergang würde analog zu der Brechzahl eines optischen Mediums ein Teil der Sende- bzw. Empfangssignale in die entgegengesetzte Richtung reflektiert. Weiterhin ist der Übergang mechanisch stetig, damit Wellenanteile beim Übergang nicht abgeschottet werden.

Die Abschottung wird durch eine Aufweitung 66 der Verbindungsleitung 12 auf die Abmessungen des Hohlleiters 5 erreicht. Innerhalb dieser Aufweitung 66 tritt bei gleichmäßiger Füllung eine stetige Impedanzänderung auf. Um die Impedanzänderung zu reduzieren, ist eine konische Zuspitzung 67 der Leiterplatte 22 vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, dass die Impedanzänderung durch die Aufweitung 66 kompensiert wird, d.h. die Sende- bzw. Empfangssignale behalten beim Durchlaufen der

Verbindungsleitung 12 und der Aufweitung oder dem konischen Bereich 67 stets die gleiche Leitungsimpedanz beibehält.

Der Übergang zwischen der Aufweitung 66 der Verbindungsleitung 12 und dem konischen Bereich 67 muss stetig ausgeführt sein und kann beispielsweise linear, konisch oder in der Form einer Exponentialkurve oder trompetenförmig ausgestaltet sein. Eine symmetrische Form ist vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt notwendig. Die Länge L der Aufweitung 66 bzw. des konischen Bereichs beträgt ein Viertel oder die Hälfte der zu übertragenden Wellenlänge. Je nach Dimensionierung kann die Länge L der Aufweitung 66 und die Länge des konischen Bereichs 67 unterschiedlich sein. Bezugszeichenliste

Vorrichtung

Antennenelement

a Sendeantenne

b Empfangsantenne

Sendesignal

Empfangssignal

Hohlleiter

Erster Endbereich des Hohlleiters

Koppelelement

Zweiter Endbereich des Hohlleiters

Abstrahlelement

0 Empfangseinheit

0a Empfangspulsoszillator

0b Hochfrequenzmischer

1 Signalgenerator

1 a Sendepulsoszillator

1 b Signalauswerteeinheit

2 Verbindungsleitung

2a Direkter Weg

2b Rückwärtsrichtung

2c Erster Teilbereich der Verbindungsleitung2d Zweiter Teilbereich der Verbindungsleitung2e Verbindungsleitung der Leiterplattenlage 22a2f Verbindungsleitung der Leiterplattenlage 22b2g Verbindungsleitung der Leiterplattenlage 22c3 Laufzeit

4 Störungen

5 Trennwand

6 Leiterplatte

7 Chain-Antenne

8

9

0 Auswerteeinheit

1 Echokurve

2 Leiterplatte

2a Erste Leiterplattenlage

2b Zweite Leiterplattenlage c Dritte Leiterplattenlage

Chain-Antenne

Verlängerungshohlleiter

Metallfläche

große Durchkontaktierung

Erstes Ende des Koppelelements

a Zweites Ende des Koppelelements

Anpassstruktur

Sende-/Empfangsweiche

a Zirkulator

b Oberseite der Sende-/Empfangsweiche

c Unterseite der Sende-/Empfangsweiche

zackenförmige Struktur

Aussparung

Abschirmleitung

Metallring

Kleine Durchkontaktierung

a Bereich mit erhöhter Anzahl von Durchkontaktierungen

Erstes Pl-Glied

a, b, c Bauteile des ersten Pl-Glieds

Zweites Pl-Glied

a, b, c Bauteile des zweiten Pl-Glieds

Verbindungselemente

Metallschicht

Zwischenkontaktierung

Zinken

a,b,c,d Zwischenbereiche

Eingang

Ausgang

Zuleitung

Erste Zweigstelle

Erster Zweig

Zweiter Zweig

Ende des ersten Zweigs

Ende des zweiten Zweigs

Erster Durchgang

Zweiter Durchgang

Erste Diskontinuität 55 Zweite Zweigstelle

56 Bindeglied

57 Paralleles Teilstück der Verbindungsleitung

58 Senkrechtes Teilstück der Verbindungsleitung

59 Fläche, die von zwei parallelen und zwei senkrechten Teilstücken eingeschlossen ist

60 Erstes Kettenglied

61 Zweites Kettenglied

62 Zweite Diskontinuität

63 Metallbahn

64 Umlenkstruktur

65 Metallisierte Durchkontaktierungen

66 Aufweitung der Verbindungsleitung

67 Konische Zuspitzung der Verbindungsleitung

68 Zusatzreihe von Durchkontaktierungen

69 Übergang zwischen senkrechten und parallelen Teilstücken

70 Ableitung

L Länge

M Mindestanstand

C Erster Abstand

E Zweiter Abstand