專利名稱：低壓配電網(wǎng)電力線高速數(shù)據(jù)通信電容寬帶耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在低壓配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的電力線信道耦合裝置，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
歷史背景與現(xiàn)狀利用電力線進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)的傳輸已有幾十年的歷史，但都是在中低頻范圍內(nèi)的低速語音和數(shù)據(jù)通信。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和信息時(shí)代的到來，人們對(duì)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也在不斷的增長。在眾多可供選擇的數(shù)據(jù)接入方式中，利用已有的低壓配電線路作為載體傳輸高速數(shù)據(jù)，無疑具有明顯的優(yōu)勢。
近些年來，國內(nèi)外在電力線高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)及應(yīng)用方面的研究取得了長足進(jìn)展，并已有幾種電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及其終端產(chǎn)品在國內(nèi)外試運(yùn)行。
電力線耦合裝置在電力線高速載波通信系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，一個(gè)安全、高效、簡易的高頻載波信號(hào)耦合裝置是實(shí)現(xiàn)電力線高速通信的關(guān)鍵。電力線耦合裝置伴隨著電力線載波通信的應(yīng)用和發(fā)展已有幾十年的歷史，但是在傳統(tǒng)的中高壓輸電線載波通信系統(tǒng)中，主要是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的低速傳輸，載波頻率在500kHz以內(nèi)，載波通道阻抗基本穩(wěn)定，其設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟和完善。然而，在低壓配電網(wǎng)電力線路上傳輸高速數(shù)據(jù)的電力線載波通信使用的載波頻率高達(dá)38MHz，數(shù)據(jù)速率也已到200Mbps，主要應(yīng)用于配網(wǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)的傳輸、互聯(lián)網(wǎng)最后一公里的接入及智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等，這已完全不同于傳統(tǒng)的輸電線載波通信系統(tǒng)。
另一方面，實(shí)現(xiàn)高速寬帶通信，必然要采用復(fù)雜的通信調(diào)制技術(shù)和編碼技術(shù)。同樣，對(duì)作為載波信號(hào)輸入輸出的耦合裝置提出了更高的要求。如在寬頻帶范圍內(nèi)傳輸特性的線性，低的時(shí)延和相移特性，以適應(yīng)從幾百kbps～幾十Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸；低的傳輸衰減和在低阻抗負(fù)載線路上高的耦合效率，對(duì)通信性能的提高是至關(guān)重要的；同樣，由于耦合裝置直接與電力線連接，安全性也是要考慮的方面。這樣，有效的電力線高速通信耦合方式及其裝置的設(shè)計(jì)研制是實(shí)現(xiàn)高速電力線通信的一個(gè)重要內(nèi)容。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供具有寬頻范圍、極低的通帶衰減、良好的阻抗整定、良好的線性相頻特性和較低時(shí)延特性以及較高安全性的一種耦合裝置，其安裝在電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備(調(diào)制解調(diào)設(shè)備)和電力線之間，實(shí)現(xiàn)通信電路(電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備)與電力線的安全隔離以及實(shí)現(xiàn)高頻載波信號(hào)在電力線通道的耦合(信號(hào)的注入及提取)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型提供一種電力線信道耦合裝置，其中包括傳輸變量器、耦合電容、瞬態(tài)抑止二級(jí)管；所述傳輸變量器具有磁芯和纏繞在磁芯上的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，所述次級(jí)線圈連接到調(diào)制解調(diào)設(shè)備，其初級(jí)線圈連接兩個(gè)瞬態(tài)抑止二級(jí)管的正負(fù)極，該瞬態(tài)抑止二級(jí)管正負(fù)極相反地并聯(lián)在傳輸變量器T1的初級(jí)線圈的兩端之間，該并聯(lián)的瞬態(tài)抑止二級(jí)管的一端與耦合電容的一端相連接，而另一端與一條電力線相連接；所述耦合電容的另一端連接到另一條電力線。
以下結(jié)合
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，其中圖1為電容寬帶耦合裝置等效為四端口網(wǎng)絡(luò)；圖2為電容寬帶耦合裝置電路原理圖；以及圖3為電容寬帶耦合裝置外置使用安裝示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)電容寬帶耦合裝置是一種直接耦合裝置，使用時(shí)串接在電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備(調(diào)制解調(diào)設(shè)備)和電源插座之間。該電容寬帶耦合裝置可等效為一個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。圖1中所示的電容寬帶耦合裝置1的左側(cè)連接調(diào)制解調(diào)設(shè)備，右側(cè)連接電力線，其應(yīng)用電容性耦合機(jī)理實(shí)現(xiàn)高頻載波信號(hào)與電力線的信號(hào)耦合，其構(gòu)成原理為一個(gè)高通濾波電路，它對(duì)50Hz工頻信號(hào)有很大的衰減，而對(duì)高頻載波信號(hào)衰減很小，以實(shí)現(xiàn)高頻載波信號(hào)的低衰減傳輸；同時(shí)其對(duì)高頻載波信號(hào)呈現(xiàn)較高阻抗，減少了用電設(shè)備對(duì)高頻載波信號(hào)的反射損耗和電容吸收損耗，從而提高了耦合效率。
參見圖2，圖1中的電容寬帶耦合裝置1包括傳輸變量器T1、耦合電容C1、瞬態(tài)抑止二級(jí)管D1、D2、壓敏電阻MOV、保險(xiǎn)管FUSE1以及電阻R1。
所示的傳輸變量器T1由纏繞在高導(dǎo)磁率的磁芯上的兩組線圈所構(gòu)成。傳輸變量器T1的次級(jí)線圈連接到調(diào)制解調(diào)設(shè)備2，其初級(jí)線圈連接兩個(gè)瞬態(tài)抑止二級(jí)管D1、D2的正負(fù)極，該瞬態(tài)抑止二級(jí)管D1、D2正負(fù)極相反地并聯(lián)在傳輸變量器T1的初級(jí)線圈的兩端之間，該并聯(lián)的瞬態(tài)抑止二級(jí)管D1、D2的一端與并聯(lián)的電阻R1和耦合電容C1的一端相連接，而另一端與所述壓敏電阻MOV的一端和一條電力線相連接，該并聯(lián)的電阻R1和耦合電容C1的另一端連接到所述壓敏電阻MOV的另一端，并且還連接到保險(xiǎn)管FUSE1的一端，該保險(xiǎn)管FUSE1的另一端連接到另一條電力線。
串接在線路中的傳輸變量器T1和耦合電容C1構(gòu)成了高通網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)該傳輸變量器T1的電感為L，并且耦合電容C1的電容量為C，該高通濾波器截止頻率為fc=12πLC.]]>瞬態(tài)抑止二級(jí)管D1、D2及壓敏電阻MOV和保險(xiǎn)管構(gòu)成了保護(hù)電路。瞬態(tài)抑止二級(jí)管D1、D2的作用是防止干擾脈沖，而壓敏電阻MOV的作用是防止雷擊。
電阻R1是一個(gè)泄流電阻，用于在把該耦合裝置與電源斷開之后釋放在耦合電容C1上存儲(chǔ)的電量，以避免人觸摸該電容寬帶耦合裝置1的接頭時(shí)發(fā)生觸電。保險(xiǎn)管FUSE1用于防止該電容寬帶耦合裝置1短路。
為了實(shí)現(xiàn)寬頻帶耦合還要根據(jù)需要對(duì)圖中的各個(gè)部件選擇適當(dāng)?shù)娜≈捣秶?br> 例如，壓敏電阻MOV的擊穿電壓為大于250伏并且具有微秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間；瞬態(tài)抑止二級(jí)管D1、D2的箝位電壓為15-25伏，并且具有納秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間；傳輸變量器T1的電感量L為10～20μH，其所用的磁芯的導(dǎo)磁率大于5000，并且磁芯上的兩組線圈都采用扭絞線，以減小干擾，該傳輸變量器T1的變壓比可以為1∶1或1∶2；電阻R1選用1M歐左右的電阻；耦合電容C1的取值范圍為0.1～0.47μF，其耐壓值大于或等于275伏。
上文給出具體的取值范圍作為例子，但是本實(shí)用新型并不限于這些取值范圍，而是可以根據(jù)具體的性能要求而改變。例如如果不需要防雷擊保護(hù)則可以去掉壓敏電阻MOV，如果不需要短路保護(hù)，則可以去掉保險(xiǎn)管FUSE1，如果不需要防觸電保護(hù)，則可以去掉電阻R1，如此等等。
本實(shí)用新型耦合裝置不同于一般電力線載波耦合裝置，它是一種高頻寬帶耦合裝置，能夠滿足在1～38MHz頻帶范圍內(nèi)的寬帶耦合，具有很低的通帶衰減及適當(dāng)?shù)淖杩棺儞Q性能，同時(shí)裝置中包含了防雷擊、防過壓等保護(hù)功能。表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)1)寬頻帶范圍的信號(hào)傳輸。精心設(shè)計(jì)加工的傳輸線變量器T1和高頻耦合電容C1組成的高通濾波網(wǎng)絡(luò)，保證了從1MHz到38MHz的寬頻帶范圍內(nèi)高頻載波信號(hào)的有效耦合，較之常用的電容耦合裝置通頻帶要寬的多。
2)極低的通帶衰減。從1MHz到38MHz的通頻帶范圍內(nèi)高頻載波信號(hào)的插入衰減1～3dB，而對(duì)工頻及其諧波干擾卻有很高的介入衰減，基本隔離了高壓工頻信號(hào)，阻止其進(jìn)入通信電路。這樣耦合裝置可直接與電力線相連，實(shí)現(xiàn)高頻載波信號(hào)的直接耦合。
3)寬頻帶范圍內(nèi)良好的阻抗整定。該實(shí)用新型裝置設(shè)計(jì)為低阻抗輸入，高阻抗輸出。這樣電力線路阻抗變化對(duì)高頻載波信號(hào)耦合效果的影響大大減小。同樣這樣的阻抗整定功能是在很寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，較之窄帶耦合器及其它電網(wǎng)載波阻抗整定器頻率范圍要寬的很多。
4)另外，該實(shí)用新型裝置濾波網(wǎng)絡(luò)良好的線性相～頻特性及低的時(shí)延特性，基本滿足了高速寬帶通信對(duì)耦合裝置頻率相位特性的要求。
5)裝置可靠的安全性能。該實(shí)用新型裝置設(shè)計(jì)中采取了一定的防雷電、過壓及靜電等保護(hù)措施，確保了裝置的安全性和可靠性。
參見圖3，在使用本實(shí)用新型的電容寬帶耦合裝置1時(shí)，將電力線高速數(shù)據(jù)通信電容寬帶耦合裝置串接在電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備(調(diào)制解調(diào)設(shè)備2)信號(hào)輸入輸出端口和電力線之間，也可以將該裝置電路內(nèi)置于電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備(調(diào)制解調(diào)設(shè)備2)電路內(nèi)作為調(diào)制解調(diào)設(shè)備收發(fā)電路的一部分。
還可以將該實(shí)用新型耦合裝置作為單獨(dú)裝置外置，如圖3所示在使用時(shí)串接在電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備(調(diào)制解調(diào)設(shè)備)和電源插座3之間。
盡管上文已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但上述描述只是為了說明的目的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)其進(jìn)行不脫離本實(shí)用新型精神的各種改變。
權(quán)利要求1.一種電力線信道耦合裝置，其中包括傳輸變量器(T1)、耦合電容(C1)、瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)；所述傳輸變量器(T1)具有磁芯和纏繞在磁芯上的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，所述次級(jí)線圈連接到調(diào)制解調(diào)設(shè)備(2)，其初級(jí)線圈連接兩個(gè)瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)的正負(fù)極，該瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)正負(fù)極相反地并聯(lián)在傳輸變量器(T1)的初級(jí)線圈的兩端之間，該并聯(lián)的瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)的一端與耦合電容(C1)的一端相連接，而另一端與一條電力線相連接；所述耦合電容(C1)的另一端連接到另一條電力線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其中所述耦合電容(C1)還與一個(gè)電阻(R1)相并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其中所述耦合電容(C1)通過保險(xiǎn)管(FUSE1)連接到電力線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其中在兩條電力線之間還并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻(MOV)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任何一項(xiàng)所述的耦合裝置，其中所述傳輸變量器(T1)的電感量為10～20μH。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任何一項(xiàng)所述的耦合裝置，其中所述傳輸變量器(T1)的磁芯的導(dǎo)磁率大于5000，并且磁芯上的兩組線圈都采用扭絞線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任何一項(xiàng)所述的耦合裝置，其中所述耦合電容(C1)的取值范圍為0.1～0.47μF。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦合裝置，其中所述電阻(R1)的阻值約為1MΩ。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耦合裝置，其中所述壓敏電阻(MOV)的擊穿電壓為大于250伏。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其中所述傳輸變量器(T1)的變壓比為1∶1或1∶2。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其中所述耦合電容(C1)的耐壓值大于或等于275伏。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電力線信道耦合裝置，其中包括傳輸變量器(T1)、耦合電容(C1)、瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)；所述傳輸變量器(T1)具有磁芯和纏繞在磁芯上的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，所述次級(jí)線圈連接到調(diào)制解調(diào)設(shè)備(2)，其初級(jí)線圈連接兩個(gè)瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)的正負(fù)極，該瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)正負(fù)極相反地并聯(lián)在傳輸變量器T1的初級(jí)線圈的兩端之間，該并聯(lián)的瞬態(tài)抑止二級(jí)管(D1和D2)的一端與耦合電容(C1)的一端相連接，而另一端與一條電力線相連接；所述耦合電容(C1)的另一端連接到另一條電力線。所述耦合裝置具有寬頻范圍、極低的通帶衰減、良好的阻抗整定、良好的線性相頻特性和較低時(shí)延特性以及較高安全性的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B3/02GK2687953SQ200420007369
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者李建岐, 李祥珍, 趙丙鎮(zhèn), 王麗平 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院