用于確定距罐中的物品的表面的距離的雷達物位計的制作方法
【專利摘要】提供了用于確定量距罐中的物品的表面的距離的雷達物位計。所述雷達物位計包括收發器電路，所述收發器電路被配置成發射和接收電磁信號，所述收發器電路包括穩頻反饋環路，所述穩頻反饋環路被配置成生成頻率掃描形式的電磁發射信號。所述穩頻反饋環路被配置成生成用于形成頻率掃描的正弦調制的振蕩。雷達物位計還包括：第二混頻器，被配置成將中頻信號與所述正弦調制的頻率的整數倍進行混頻以提供經調節的中頻信號；以及處理電路，被配置成基于所述經調節的中頻信號來確定所述距離。通過提供包括正弦調制的頻率掃描，所述雷達物位計實現提高的靈敏度。
【專利說明】用于確定距罐中的物品的表面的距離的雷達物位計

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及使用電磁波來確定距罐中的物品的表面的距離的雷達物位計。

【背景技術】
[0002] 自從雷達物位計量在1970年代和1980年代被開發作為商業產品以來，調頻連續 波（FMCW)就已成為高精確度應用的主導測量原理。FMCW測量包括將在若干GHz量級的 頻率范圍中被掃描的信號發射到罐中。例如，該信號可以處于9GHz至11GHz或24GHz至 27GHz的范圍中。所發射的信號被罐中的內容物的表面(或任何其他阻抗過渡（impedance transition))所反射，并且延遲了一定時間的回波信號返回物位計。回波信號與所發射的 信號被進行混頻以生成混頻器信號，該混頻器信號具有與所發射的信號在時延期間發生的 頻率變化相等的頻率。由于線性掃描，這種差頻(也被稱為中頻（IF))與距反射表面的距離 成比例。混頻器信號通常被稱為IF信號。
[0003] 近來，FMCW原理被改進了，并且現在其典型地包括以實際上恒定的幅度來發射具 有步進頻率的信號，而不是發射連續掃描。當所發射的信號與所接收的信號被混頻后，每個 頻率步進將提供分段恒定的IF信號中的恒定的一段，從而提供IF信號的一個"樣本"。為 了確定該分段恒定的IF信號的頻率，需要比采樣定理所規定的數目多的多個（N個）頻率。 然后，以與傳統的FMCW系統相似的方式使用IF信號的頻率來確定距反射表面的距離。典型 值可以是以1000至1500個步進劃分的30米距離處的200至300個IF時段。應當注意， 還可以對源于連續頻率掃描的連續IF信號進行采樣以使得能夠進行數字處理。
[0004] 傳統的FMCW系統(連續的以及步進的）盡管高度精確，但是卻相對耗電，使得其較 不適合功率受限的應用。這樣的應用的示例包括由兩線接口（例如4mA至20mA環路）供電 的現場裝置和由內置電源(例如蓄電池或太陽能電池）供電的無線裝置。
[0005] 傳統的FMCW系統的相對高的功率需求的原因之一是需要在所發射的電磁波與所 接收的電磁波之間進行隔離。也可以例如通過向頻率掃描添加額外的調制來改進隔離從而 增加靈敏度。然而，這樣的調制典型地需要添加的部件，即附加的振蕩器和加法器，并因此 將會增加裝置的復雜度和功耗。因此，期望在不增加裝置的復雜度的情況下提高靈敏度以 降低功耗。 實用新型內容
[0006] 鑒于雷達物位計的上述期望特性，本實用新型的總體目的是通過提高靈敏度來使 得能夠改進雷達物位計的性能，并通過使得能夠使用較低的發射功率來降低雷達物位計的 能量需求。
[0007] 本實用新型基于如下認識：通過將雷達物位計中所包括的電子部件配置成提供通 常不期望的作用，這些不期望的作用實際上將提供附加的調制，從而使得能夠增加雷達物 位計的靈敏度。
[0008] 根據本實用新型的一方面，通過如下用于測量距罐中的物品的表面的距離的雷達 物位計來實現這些以及其他目的，所述雷達物位計包括：收發器電路，被配置成發射電磁發 射信號并且接收從所述表面反射的電磁返回信號，所述收發器電路包括穩頻反饋環路，所 述穩頻反饋環路被配置成生成頻率掃描形式的電磁發射信號；第一混頻器，被配置成將發 射信號與返回信號進行混頻以提供第一中頻信號；信號傳播裝置，被布置成朝向所述表面 導引所述發射信號并且將所述返回信號導引至所述收發器電路。所述穩頻反饋環路被有意 地配置成生成用于形成頻率掃描的調制的振蕩。所述雷達物位計還包括：第二混頻器，被配 置成將所述第一中頻信號與正弦調制的頻率的整數倍進行混頻以提供第二中頻信號；以及 處理電路，被配置成基于所述第二中頻信號來確定所述距離。
[0009] 由反饋環路中的振蕩所形成的調制使得能夠提高靈敏度而無需添加部件，從而不 會增加雷達物位計的復雜度。通過提供頻率比一般情況高的中頻信號，實現了提高的靈敏 度。根據本實用新型的中頻信號將包括正弦調制的頻率和該頻率的諧波（即該正弦調制頻 率的整數倍）加一般的中頻。中頻信號的較高頻率將抑制來自電子裝置、波導的泄漏，并且 還降低與信號傳播裝置鄰近的物體所引起的干擾的影響。增加的靈敏度可以多達l〇dB至 20dB。
[0010] 應當理解，將第一中頻信號與正弦調制的頻率的整數倍進行混頻的第二混頻提供 了第二經調節的中頻信號，該第二經調節的中頻信號具有與一般的FMCW雷達物位計中的 中頻信號可比較的頻率。
[0011] 本實用新型基于穩頻反饋環路的出乎意料的新的使用。傳統地，這樣的反饋環路 用于在通過頻率掃描進行步進時確保頻率的平滑并且清晰的變化。相應地，盡可能抑制任 何振蕩行為。然而，根據本實用新型，穩頻反饋環路被有意地配置成使得其在調節至新頻率 之前引起振蕩。通過確保該振蕩的持續時間與每個頻率步進的步進時間或停留時間可比 較，該振蕩可被用于提供對頻率的基本上為正弦的調制。穩頻反饋環路因此還可以被稱為 "頻率振蕩反饋環路"。
[0012] 穩頻反饋環路包括如下控制參數：在通常情況下這些控制參數將被用于將頻率步 進設置為盡可能地為線性的并且不包含振蕩，即當頻率增加時具有清晰的步進。穩頻反饋 環路帶寬將會影響調制的大小（即頻率范圍)，這意味著較大的帶寬將允許在通常期望的頻 率步進之外的較大的正弦調制。另外，帶寬還限定控制環路的速度，即在穩頻反饋環路實現 頻率的"鎖定"之前的時間，較小的容許帶寬將增加在穩頻反饋環路實現鎖定之前的時間， 并且反之亦然，較大的容許帶寬將減少在穩頻反饋環路實現鎖定之前的時間。穩頻反饋環 路對輸入和輸出信號進行采樣的頻率將確定所添加的正弦調制的頻率。
[0013] 采樣頻率與環路帶寬之間的關系可以為10倍或更小，或者甚至是小至5倍或更 小。這可以通過將采樣頻率設置成小于10MHz或甚至小于5MHz來完成。在一個示例中，反 饋環路的采樣頻率僅為2MHz。在另一個示例中，反饋環路的采樣頻率僅為250kHz。
[0014] 根據本實用新型的一個實施例，頻率掃描的每個頻率步進的步進時間或步進停留 時間與振蕩的持續時間之間的關系被選擇為使得調制在頻率掃描中基本上為連續的。由 此，在頻率掃描的所有部分處均具有高靈敏度是可能的。
[0015] 另外，通過調節步進停留時間、并且因而調節步進頻率，可以經由將比較頻率與步 進頻率之商配置成有理數來生成低于比較頻率的調制頻率。如果比較頻率與步進頻率之商 為整數，則正弦調制的調制頻率將變成等于比較頻率。通過將比較頻率與步進頻率之商配 置為分數，調制將以等于比較頻率的該分數（fraction)的頻率來重復自身。例如，如果比 較頻率與步進頻率之商為6. 4,即六又五分之二，則調制模式（modulation pattern)將以作 為比較頻率的五分之一的頻率重復自身。應當注意，前述數字僅僅是示例，并且原則上在本 實用新型的范圍內可以生成任意調制頻率。
[0016] 當研究所附權利要求和以下描述時本實用新型的進一步的特征和優點將變得明 顯。本領域的技術人員認識到，在不脫離本實用新型的范圍的情況下，可以將本實用新型的 不同特征進行組合以產生不同于以下所描述的實施例的實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 現在將參照示出了本實用新型的實施例的附圖來更詳細地描述本實用新型的這 些以及其他方面。
[0018] 圖1是頻率掃描的示意性圖示。
[0019] 圖2是適于實施本實用新型的雷達物位計的示意性橫截面圖。
[0020] 圖3是根據本實用新型的實施例的、圖2中的雷達物位計的收發器和處理電路的 示意性框圖。
[0021] 圖4是根據本實用新型的實施例的、圖2中的雷達物位計的收發器和處理電路的 替選示意性框圖。
[0022] 圖5是概述用于確定距罐中的表面的距離的方法的流程圖。
[0023] 圖6是圖2的收發器中的、包括相頻穩定環路的微波源的示意性框圖。

【具體實施方式】
[0024] 在本說明書中，主要參照具有用于輻射和捕獲電磁信號的自由傳播天線的雷達物 位計來描述本實用新型的實施例。應當注意，這絕不限制本實用新型的范圍，本實用新型等 同地可應用于其他信號傳播裝置，包括其他自由傳播天線(如棒狀天線、貼片天線、固定或 可移動拋物面天線、或者錐形天線）以及波導（例如靜止管道（still pipe)、傳輸線或探針， 其中探針例如單引線探針(包括所謂的高保（Goubau)探針)、雙引線探針或同軸探針)。
[0025] 另外，在以下描述中，主要參照使用步進頻率掃描的FMCW雷達物位計來描述本實 用新型的實施例。應當注意，本實用新型在任何采樣的FMCW(如使用連續頻率掃描的FMCW) 中都是有利的，或者甚至在使用頻率掃描的其他類型的雷達系統中也是有利的。
[0026] 通過觀看示意性地示出頻率掃描的曲線100的圖1，可以非常容易地理解本實用 新型，在圖1中頻率是關于時間進行繪制的。實線101表示理想的步進頻率掃描101，其中 頻率掃描為線性的并且頻率的每個步進被示出為向更高頻率的清晰步進。虛線102表示振 蕩，其可以由于頻率反饋穩定環路的不適當設置而出現。由虛線102表示的振蕩可以延長 每個頻率步進處的時間，這是因為在使頻率反饋穩定環路穩定并且然后使得頻率反饋穩定 環路能夠逐步增加頻率之前，振蕩將被記錄為誤差。因此，通常花費時間和能量來使由虛線 102表不的振湯最小化，以使得每個頻率步進處的時間能夠盡可能短。圖1中的虛線103表 示根據本實用新型的振蕩，即添加的正弦調制103。通過以系統方式配置頻率反饋穩定環路 來實現用于提供正弦調制103的振蕩。注意，圖1中正弦調制103的幅度及其頻率僅僅是 示意性表示。如之后將進一步闡述的，頻率步進的典型大小為MHz量級。正弦調制103的 幅度典型地為MHz量級，并且正弦調制的頻率典型地為200kHz至400kHz或更小。
[0027] 圖2示意性地示出了根據本實用新型的實施例的雷達物位計1，其包括測量電子 單元2和信號傳播裝置，該信號傳播裝置在此為喇叭天線3。雷達物位計1設置在被部分地 填充有待計量的物品6的罐5上。罐中的物品6可以為液體、液化氣體、或者甚至固體，例 如谷粒或塑料小球。FMCW測量方法提供了雷達物位計的相對高的測量靈敏度，使得當罐中 存在干擾物體時也能夠實現可靠的測量結果。通過對由天線3朝向物品6的表面7輻射的 發射信號S T以及從表面7行進返回的回波信號&進行分析，測量電子單元2可以確定基準 位置與物品6的表面7之間的距離，從而可推導出填充物位L。應當注意，盡管在本文中討 論包含單一物品6的罐5,但是可以以相似方式測量距罐5中存在的任何物料界面的距離。 另外，由天線3朝向表面7輻射的發射信號S T通常包括9GHz至11GHz的頻譜或24GHz至 27GHz的頻譜。
[0028] 如在圖2中示意性示出的，電子單元2包括用于發射和接收電磁信號的收發器10， 收發器10在此經由波導9連接至天線3。注意，天線3可選地可以直接連接至收發器電路， 或經由合適的信號介質(例如同軸線纜)進行連接。單元2還包括處理電路11，處理電路11 連接至收發器10以用于控制收發器并處理由收發器接收的信號以確定罐5中的物品6的 填充物位。處理電路11還連接至存儲器12,存儲器12用于存儲操作雷達物位計1所需要 的任何軟件并且還提供在操作期間使用的RAM。
[0029] 處理電路11還可經由接口 14連接至用于進行模擬和/或數字通信的外部通信 線路13。例如，可以通過兩線接口提供通信接口 14與外部控制站(未示出）之間的通信， 該兩線接口具有向控制站發送測量結果和接收用于物位計1的操作的電力的組合功能。 這樣的兩線接口可以提供幾乎恒定的電力，并且可以使用數字協議(例如現場總線基金會 (Fieldbus Foundation)或HART)將測量結果疊加在電力電壓上。可替代地，根據主要的測 量結果來調整線路中的電流。這樣的接口的示例為4mA至20mA工業環路，其中取決于測量 結果在4mA與20mA之間調整電流。可替代地，雷達物位計1可以使用例如無線HART協議 與控制站進行無線通信，并使用具有電池或用于采集能量的其他裝置的本地電源(未示出） 進行自主操作。
[0030] 接口 14在此包括電力管理電路，該電力管理電路包括電力存儲裝置15,該電力存 儲裝置15用于在微波單元未激活的時段期間存儲電力，從而能夠在微波單元激活的時段 期間（即掃描期間)提供較高的功耗。利用這樣的電力管理，可以實現較低的平均功耗，同時 仍然允許短時段的較高功耗。電力存儲裝置15可以包括電容，并且可能會受到空間需求以 及內在安全需求（當物位計1被布置在具有易爆內容物或可燃內容物的罐的危險區域中時 適用）的限制。
[0031] 盡管在圖2中被示為分離的塊，然而收發器10、處理電路11和接口 14中的若干個 可以設置在同一電路板上或甚至在同一電路中。
[0032] 現在參照圖3,示出了根據本實用新型的實施例的、圖2中的收發器10和處理電路 11的更詳細框圖。
[0033] 收發器10在此包括微波源21，而微波源21又由形成處理電路11的一部分的時 序電路23來控制。微波源21經由功率分配器24連接至天線3并且也連接至第一混頻器 25。功率分配器24被布置成將來自天線的返回信號連接至第一混頻器25,以使得第一混頻 器25能夠將返回信號與來自微波源21的發射信號進行混頻并且提供中頻信號。第一混頻 器25連接至帶通濾波器26,而帶通濾波器26又連接至第二混頻器35。第二混頻器35還 連接至微波源21，以便接收表示正弦調制的頻率的整數倍的信號并將中頻信號與來自微波 源21的信號進行混頻以提供經調節的中頻信號。第二混頻器35還連接至放大器27。
[0034] 除了以上提及的時序電路23之外，處理電路11在此還包括適于接收和采樣來自 放大器27的信號的米樣器31。米樣器可以包括與A/D轉換器相結合的米樣及保持電路，或 被實現為Σ -Λ轉換器。采樣器31由時序電路控制以與測量信號同步。最后，處理電路包 括連接至采樣器31的物位計算器塊34。
[0035] 盡管收發器10的元件典型地以硬件實施并且形成通常被稱為微波單元的集成單 元的一部分，但是處理電路11的至少一些部分典型地由嵌入式處理器所執行的軟件模塊 來體現。本實用新型并不限于該特定的實現方式，并且可以構思被發現適于實現在本文中 描述的功能的任何實施方式。
[0036] 現在參照圖4,示出了根據本實用新型的另一個實施例的收發器10和處理電路11 的更加詳細的框圖。直至帶通濾波器26之后的信號路徑為止，圖4的收發器與圖3所示的 實施例相似。圖4的帶通濾波器26直接連接至放大器27。
[0037] 處理電路11在此包括被配置成接收來自微波源21的、表示正弦調制的頻率的信 號的第一采樣器28以及被配置成接收來自放大器27的中頻信號的第二采樣器29。第一 采樣器28和第二采樣器29還被配置成接收來自時序電路23的時序信號以將采樣與測量 信號進行同步。如上所述，采樣器可以包括與A/D轉換器相結合的采樣及保持電路，或被實 現為Σ - Λ轉換器。將來自第一采樣器28和第二采樣器29的采樣信號饋送給第二混頻器 35,第二混頻器35被配置成提供經調節的中頻信號。第二混頻器35連接至低通濾波器30， 而低通濾波器30又連接至被配置成確定距離的物位計算器塊34。
[0038] 應當理解，圖4中的處理電路11中所包括的部件中的若干個與其在圖3中所示的 實施例中的相應布置相比較，部分地或整體地體現為軟件模塊或軟件塊。例如，現在正在接 收來自第一采樣器28的表示正弦調制的頻率的采樣信號和來自第二采樣器29的表示中頻 信號的第二信號的第二混頻器35現在可以將這些信號以數字方式進行混頻。因此提供了 通過已知的信號處理算法對信號進行進一步放大或濾波的可能性。另外，利用來自處理電 路的充分的計算能力，可以足以在第二采樣器29中對來自放大器27的信號進行采樣并通 過使用信號處理算法(例如快速傅里葉變換或類似方法）計算正弦調制的頻率來提供經調 節的中頻信號。
[0039] 圖5通過流程圖示出了使用根據本實用新型的實施例的雷達物位計的、用于提供 對距物品的表面的距離的測量的方法。首先，將描述方法的步驟S1至S6,隨后將結合圖6 描述步驟S11和S12。
[0040] 首先，在步驟S1中，時序電路23控制微波源21輸出步進頻率掃描形式的測量信 號。在包括穩頻反饋環路的微波源21中生成步進頻率掃描。測量信號通常可以以合適的 步進從較低的頻率步進至較高的頻率。在替選實施例中，測量信號可以替代地從較高的頻 率步進至較低的頻率，或者頻率步進甚至可以以任何順序進行。例如，頻率掃描可以具有若 干GHz (例如0. 2GHz至6GHz)量級的帶寬以及25GHz或10GHz量級的平均頻率。掃描中的 該步進數目N可以處于100至4000的范圍內，典型地處于200至2000的范圍內，并且針對 30m的期望范圍可以為大約1000。因此，每個頻率步進（Λ f)的大小將典型地為MHz量級。 針對功率受限的應用，掃描的持續時間被限制，并且典型地為〇至100ms的量級。例如，掃 描的持續時間可以為大約30ms，并且對于1000個頻率步進（N=1000)，這導致每個步進的持 續時間為30 μ s的量級，或大約30kHz的更新率。頻率反饋穩定環路被配置成生成振蕩，該 振蕩形成步進頻率掃描的正弦調制。
[0041] 其次，在步驟S2中，通過天線3將來自微波源21的測量信號朝向表面7發射到罐 5中，作為電磁發射信號S T。
[0042] 然后，在步驟S3中，經反射后從表面7行進返回的返回信號SK被天線3所接收， 并沿波導9被發送至收發器10進而被發送至功率分配器24。在步驟S4中，返回信號S K經 由功率分配器24被發送至第一混頻器25,并與測量信號進行混頻以提供中頻信號。通常， 中頻信號是分段恒定的振蕩信號，其頻率與距反射表面的距離成比例，并且分段恒定的長 度為與測量信號步進長度相同的長度。典型的頻率為kHz量級，例如小于100kHz，并且典型 地小于15kHz。然而，根據本實用新型的中頻信號將具有與中頻信號加正弦調制頻率的倍數 成比例的較高頻率，從而需要第二步驟的混頻以解調中頻信號。作為因所涉及的貝塞爾函 數（Bessel function)而導致的正弦調制頻率的諧波，產生正弦調制頻率的整數倍。應當注 意，在電磁發射信號ST中發射的能量將在這些諧波之間劃分，然而，靈敏度的增加將超出對 被劃分的發射能量的補償。
[0043] 因此，在步驟S5中，由第二混頻器35將來自第一混頻器25的、已經通過帶通濾波 器26的中頻信號與正弦調制的頻率的整數倍進行混頻，以提供經調節的中頻，其中該帶通 濾波器26被設置為允許與正弦調制頻率的整數倍中的至少一個相對應的特定頻率的中頻 信號。因此，優選使用與被配置用于帶通濾波器27的相同頻率對應的整數倍，以解調并提 供經調節的中頻信號。該經調節的中頻信號包括與距反射表面的距離成比例的頻率，并且 為kHz量級，例如小于100kHz且通常小于15kHz。
[0044] 作為替選，第二混頻器35可以在處理電路中體現為軟件，其中，返回信號SR在第 一混頻器25中與測量信號進行混頻，并且中頻信號當在第二混頻器35中進行混頻之前在 處理電路11中被采樣，以在處理電路中提供經調節的中頻信號。另外，如果第二混頻器35 被實施為軟件，則可以不需要從微波源21到第二混頻器35的正弦調制的頻率。通過將第 二混頻器35提供為軟件，處理電路11中可用的、未使用的處理能力可以被用于提供將中頻 信號解調為經調節的中頻信號的解調，來自時序電路23的時序信號的、在處理電路11中本 來已知的信息將被用于解調中頻信號，而無需向系統添加額外的部件。
[0045] 然后，在步驟S6中，放大后的經調節中頻信號被處理電路11接收，在處理電路11 中，由采樣器31對該信號進行采樣和A/D轉換。A/D轉換器30的采樣頻率有利地充分接近 測量信號的更新率，以對測量信號的每個步進采樣一次且僅采樣一次。
[0046] 由該采樣生成的采樣矢量被提供給物位計算器塊34,物位計算器塊34基于采樣 矢量確定經調節的中頻信號的頻率，然后基于經調節的中頻信號的頻率確定距反射表面的 距離(并且隨后確定罐中的物品的填充物位)。
[0047] 在圖6中更詳細地示出了微波源21。微波源21包括鑒頻鑒相器36、環路濾波器 37、壓控振蕩器38、反饋分頻器39和分頻器45。在使用中，微波源21將接收來自時序電路 的包括時序頻率的信號40。在被鑒頻鑒相器36檢測之前，時序頻率可以被分頻器45分頻。 鑒頻鑒相器將會檢測來自分頻器45的信號40的頻率并且將該頻率與被反饋分頻器39分 頻的由壓控振蕩器38產生的信號進行比較，并產生與來自分頻器45的信號40的相位和來 自反饋分頻器39的信號的相位之間的差成比例的誤差信號。該誤差信號然后在環路濾波 器37中被濾波，并被用于驅動壓控振蕩器38,壓控振蕩器38將會產生包括輸出頻率的輸出 信號41。輸出信號41將通過分頻器39返回鑒頻鑒相器36,從而產生負反饋環路，因此，如 果輸出信號41的頻率發生漂移，則誤差信號將會增加并且將會把輸出信號41的頻率朝正 確值驅動回來。借助于反饋環路36、37、38和39,來自微波源21的輸出信號41被"鎖定" 至來自時序電路23的輸入信號40。注意，輸出頻率通常不等于輸入信號的頻率。分頻器 39將以整數N或分數值來對輸出信號進行分頻，因此輸出頻率可以以輸入信號40的整數倍 (或根據分數分頻的任何有理數)步進，以提供步進頻率掃描作為來自微波源21的輸出信號 41。
[0048] 相應地，還存在可以針對圖6中所示的穩頻反饋環路而設置的參數。一個參數為 反饋環路帶寬42,其應當被理解為設置環路濾波器37的帶寬。穩頻反饋環路的另一個參數 為比較頻率，其為來自時序電路23的輸入信號40的頻率。比較頻率將確定鑒頻鑒相器36 的采樣頻率。在圖6中，示出了能夠對來自時序電路23的輸入信號40的頻率進行分頻的 分頻器45,因此通過控制分頻器信號46的整數分頻或分數分頻來控制比較頻率。另外，可 以設置環路濾波器37的相位裕度43以確定反饋環路的穩定性。也在微波源21中設置的 另一個參數為步進停留時間44,即在增加分頻器的整數倍、從而實現輸出信號41的頻率的 步進之前的時間量。
[0049] 反饋環路帶寬42將控制由鑒頻鑒相器36產生的誤差信號的大小，并且作為結果， 反饋環路帶寬42由于如下事實還控制控制環路的速度：較大的容許誤差信號（即較大的帶 寬）將導致在輸出信號41的頻率可以穩定至期望頻率之前的較少的時間。通常，需要高采 樣頻率來確保步進頻率掃描的步進是清晰的并且振蕩盡可能短。然而，通過經由對分頻器 45或來自時序電路23的輸入信號頻率進行控制而將比較頻率設置得較低，使得鑒頻鑒相 器36比為獲得清晰且平滑的頻率步進所期望的更慢地進行采樣，在頻率掃描中將會發生 振蕩。該振蕩可以理解為相位頻率離散采樣效果。此外，如果前述比較頻率與反饋環路帶 寬42的10倍一樣低，則將輸出信號41的頻率穩定至期望頻率所需要的較長的時間連同相 對低的采樣頻率將一起將產生振蕩，即相位頻率離散采樣效果。
[0050] 步進停留時間44為在步進頻率掃描中的每個步進處在分頻器39將整數N增加為 N+1 (或任何分數值）之前花費的時間量，其中分頻器39將整數N增加為N+1 (或任何分數 值）意味著穩頻反饋環路將試圖在步進頻率掃描中的下一個步進上獲得"鎖定"。通過設置 步進停留時間，可以提供連續振蕩以形成頻率掃描的連續的正弦調制。此外，可以設置相位 裕度43以產生相位頻率離散采樣效果，或者可以設置相位裕度43以與穩頻反饋環路帶寬 和比較頻率相結合地產生相位頻率離散采樣效果。
[0051] 現在再次參照圖5,步驟S11包括設置反饋環路帶寬42、比較頻率或相位裕度43 中的至少一個以在穩定至新頻率時引起振蕩。
[0052] 例如，將比較頻率設置為2MHz，并將環路帶寬42設置為200kHz。將相位裕度設置 為35度至70度，例如50度。其他值也可以是合適的，但是通常重要的是比較頻率（即環路 的采樣頻率)不會比帶寬大太多。在傳統的穩頻反饋環路中，該關系可以為100的量級。在 此，該關系典型地應當不大于10倍或甚至更小。根據一些實施例，使用在大約200kHz的范 圍中的比較頻率。
[0053] 其次，步驟S12包括設置步進停留時間44以提供連續振蕩，并且從而提供連續的 正弦調制。另外，如之前提及的，步進停留時間44連同比較頻率可以一起被用于控制正弦 調制的頻率，以產生原則上任何頻率的正弦調制。
[0054] 因此，步驟S11和S12可以僅在安裝雷達物位計時執行，或者根據需要執行，例如 每月執行一次或者甚至在需要的情況下在每次頻率掃描前執行。
[0055] 圖6的穩頻反饋環路可以整體地或部分地并入鎖相環（PLL)。可以與整數或分數 分頻器45 -起以許多格式(例如模擬或數字格式)在市面上得到鎖相環。另外，面向市場的 PLL可以包括電荷泵和/或分頻器45。比較分頻器將通過在輸入信號進入反饋環路之前對 輸入信號的比較頻率進行分頻而使得能夠容易控制比較頻率。此外，振蕩的頻率(即調制頻 率）通常在面向市場的PLL的可以有利地用于連接微波源21與第二混合器35的輸出引腳 上獲得。
[0056] 盡管附圖可能示出了方法步驟的特定順序，但是步驟的順序可以與所描述的順序 不同。此外，兩個或更多個步驟可以同時執行或部分同時執行。這樣的變型將取決于所選擇 的硬件和軟件以及設計者的選擇。所有這樣的變型均在本公開內容的范圍之內。相似地， 軟件實施可以利用使用基于規則的邏輯和其他邏輯的標準編程技術來完成，以完成各個連 接步驟、處理步驟、比較步驟和決定步驟。此外，盡管參照特定示例性實施例描述了本實用 新型，但是對本領域的技術人員而言許多不同的變型、修改等將變得明顯。通過研究附圖、 公開內容和所附權利要求，本領域的技術人員在實踐要求保護的本實用新型時可以理解并 做出所公開的實施例的變型。另外，在權利要求中，詞語"包括"并不排除其他元件或步驟， 并且不定冠詞"一"或"一個"并不排除復數。
【權利要求】
1. 一種用于確定距罐（5)中的物品（6)的表面（7)的距離的雷達物位計（1)，所述雷 達物位計包括： 收發器電路（10)，其發射電磁發射信號（ST)并且接收從所述表面反射的電磁返回信號 (SE)， 信號傳播裝置（3)，被布置成朝向所述表面導引所述發射信號，并且將所述返回信號導 引至所述收發器電路，以及 第一混頻器（25)，其將所述發射信號與所述返回信號進行混頻，以提供第一中頻信號， 其特征在于， 所述收發器電路包括穩頻反饋環路（21)，所述穩頻反饋環路生成頻率掃描形式的所述 電磁發射信號，其特征在于，所述穩頻反饋環路生成用于引起所述頻率掃描的調制的振蕩 (103)，并且所述雷達物位計還包括： 第二混頻器（35)，其將所述第一中頻信號與頻率為所述調制的頻率的整數倍的信號進 行混頻，以提供第二中頻信號，以及 處理電路（11)，其基于所述第二中頻信號來確定所述距離。
2. 根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路具有環路帶寬和采樣 頻率，并且其中所述穩頻反饋環路通過設置所述環路帶寬和所述采樣頻率中的至少一個而 生成所述振蕩。
3. 根據權利要求2所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路包括鑒頻鑒相器，并且 所述穩頻反饋環路將所述采樣頻率設置為所述鑒頻鑒相器的比較頻率。
4. 根據權利要求2所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路將所述采樣頻率與所 述環路帶寬之間的關系設置為10倍或更小。
5. 根據權利要求2所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路將所述采樣頻率與所 述環路帶寬之間的關系設置為5倍或更小。
6. 根據權利要求2所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路將所述采樣頻率設置 為小于10MHz。
7. 根據權利要求2所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路將所述采樣頻率設置 為小于5MHz。
8. 根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路包括鎖相環PLL。
9. 根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路生成用于引起所述頻 率掃描的正弦調制的振蕩（103)。
10. 根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路生成從9GHz延伸至 11GHz的頻率掃描形式的所述電磁發射信號。
11. 根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述穩頻反饋環路生成從25GHz延伸至 27GHz的頻率掃描形式的所述電磁發射信號。
【文檔編號】G01F23/284GK203893913SQ201420024746
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】安德斯·伊爾斯科格 申請人:羅斯蒙特儲罐雷達股份公司