專利名稱：用于補(bǔ)償感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
如本描述性說明書的標(biāo)題所述，本發(fā)明涉及可以補(bǔ)償在感應(yīng)耦合單元中產(chǎn)生的低頻磁場的方法和裝置。
本發(fā)明優(yōu)選地可用于通過感應(yīng)耦合單元在配電網(wǎng)上注入高頻信號，其目的在于將配電網(wǎng)上的高頻信號的插入損耗降至最小，這樣可以防止感應(yīng)耦合單元中出現(xiàn)的磁飽和效應(yīng)。
背景技術(shù)：
在電信系統(tǒng)中，一旦在發(fā)射器中產(chǎn)生了信號，就必須把其注入到傳遞介質(zhì)中，以便信號能夠到達(dá)接收器。
進(jìn)行注入的方式主要取決于所用的傳遞介質(zhì)。
在把信號注入到配電網(wǎng)上的情況下，可以用感應(yīng)耦合單元進(jìn)行操作，這些耦合單元由放置在電源導(dǎo)體周圍的電流變壓器組成，并要在電源導(dǎo)體中感應(yīng)信號。在這些情況中，操作基于的原理是隨著時間而變化的電流產(chǎn)生隨著時間而變化的磁場，反之亦然。換句話說，所需要注入的射頻(RP)電流在耦合單元的鐵磁體芯內(nèi)產(chǎn)生可變磁場(隨時間而變化，因此其磁通量也隨時間變化)，并且，此外，在導(dǎo)體周圍的磁通量的變化也會其中感應(yīng)與該變化成比例的電流。基于這個原理，就可以在由相同磁芯包圍的導(dǎo)體之間感應(yīng)信號。因為有強(qiáng)電流循環(huán)通過電源導(dǎo)體，并且因此電纜周圍的磁場強(qiáng)度很大，這樣問題就產(chǎn)生了如果鐵磁體芯被放置于電纜周圍，磁芯就變成飽和的，并且不能再用于進(jìn)行信號注入的功能。
在現(xiàn)有技術(shù)水平中，公知可以在磁路中包括氣隙來克服這種效應(yīng)，這樣可使得磁路中的磁阻會大幅度增大，而磁通量則會大幅度減小。這就意味著信號的插入損耗會增大，而這種結(jié)果在通信應(yīng)用中是不理想的，因為在通信應(yīng)用中該損耗意味著通信系統(tǒng)范圍的顯著減小。
為了抵制這種效果，通常的做法是加長耦合單元，以便使其能盡量容納更多的磁通量，但是這樣會使耦合單元體積龐大，成本提高，這兩種情況都不理想；這一陣子人們都綜合考慮體積，氣隙和插入損耗三者以尋求折中方案。
本發(fā)明使得在進(jìn)行感應(yīng)耦合時不會發(fā)生鐵磁體芯的飽和，也沒有額外的插入損耗發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免以上段落中所述缺點，本發(fā)明包括用于補(bǔ)償在感應(yīng)耦合單元中的低頻磁場的方法，其中該耦合單元包括環(huán)繞導(dǎo)體的磁芯，低頻電流流過該導(dǎo)體以便能向其中注入高頻信號。
本發(fā)明的方法特征在于它公開了對流過導(dǎo)體的電流或在耦合單元中產(chǎn)生的磁場進(jìn)行選擇性地檢測，以便檢測之后能夠根據(jù)檢測所獲得的值得到補(bǔ)償電流，由向配電網(wǎng)發(fā)射高頻信號的實際裝置或自動由繞在耦合器上的繞組上的感應(yīng)利用外部電源產(chǎn)生該注入電流。然后在該耦合單元中獲得的該補(bǔ)償電流的注入通過低通濾波器而產(chǎn)生，該低通濾波器對其要注入的高頻信號提供高阻抗。
補(bǔ)償電流的注入操作造成的結(jié)果是在感應(yīng)耦合單元中，產(chǎn)生的磁場與由流過導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的磁場相等，方向相反，這樣不用增大要發(fā)射的所需信號的插入損耗就能在該感應(yīng)耦合單元的磁芯中避免飽和，也因而獲得最高的效率。
本發(fā)明被認(rèn)為可以特別用于向有低頻電流流過的配電網(wǎng)上發(fā)送高頻信號。
在本發(fā)明的一個實施例中，在感應(yīng)信號耦合單元的鐵磁體芯中進(jìn)行磁場的檢測。把檢測的磁場與參考信號相比較以得到補(bǔ)償電流，這樣磁場的測量信號就能與參考信號保持實際相等，其中所述參考信號在0與一個值之間，能夠防止耦合單元飽和，即耦合單元的鐵磁體芯內(nèi)部的信號絕對不會超過它能承受的磁通密度的最高值。
在本發(fā)明的另一實施例中，通過測量在配電網(wǎng)中流過的電流進(jìn)行檢測。
通過置于感應(yīng)信號耦合單元的鐵磁體芯上的補(bǔ)償繞組并經(jīng)過低通濾波器進(jìn)行所獲得的補(bǔ)償電流的注入，該低通濾波器為要注入的高頻信號提供高阻抗。
在本發(fā)明的實施例中，通過置于獨立于感應(yīng)信號耦合單元的鐵磁體芯上的繞組進(jìn)行對流過導(dǎo)體的電流的測量。
本發(fā)明還公開了通過把繞組定位為繞在形成該耦合單元的鐵磁體芯的雙磁芯上的單繞組，可以同時進(jìn)行檢測、獲得補(bǔ)償電流以及注入所述電流。
本發(fā)明還涉及根據(jù)以上提及的方法運行的在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場補(bǔ)償裝置。為此本發(fā)明的該裝置包括檢測器，該檢測器可以選擇性地由檢測流過導(dǎo)體的電流檢測器構(gòu)成或由檢測在耦合單元中產(chǎn)生的磁場的檢測器構(gòu)成。
此外，本發(fā)明的裝置還包括控制模塊，利用該控制模塊并根據(jù)在檢測器中獲得的值就可以計算并產(chǎn)生補(bǔ)償電流。
由控制模塊產(chǎn)生的電流通過置于該耦合單元的鐵磁體芯上的補(bǔ)償繞組并經(jīng)過濾波器，被注入到導(dǎo)體中，該濾波器對高頻提供高阻抗，以防止要注入的高頻信號受到補(bǔ)償電流的注入的影響。
補(bǔ)償電流的注入在鐵磁體芯中產(chǎn)生磁場，該磁場與由流過導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的磁場相等，方向相反，這樣在該感應(yīng)耦合單元的磁芯中就能避免飽和，這樣在向配電網(wǎng)上發(fā)射信號時就不用增大插入損耗，也因而獲得最高的效率。
在本發(fā)明的實施例中，檢測器由測量在耦合單元的鐵磁體芯中的磁場的裝置構(gòu)成。把檢測器提供的信號與最好是零的參考信號相比較，且應(yīng)用于控制模塊，以便后者產(chǎn)生補(bǔ)償電流以獲得等同于參考信號的檢測器發(fā)出的信號。由控制模塊產(chǎn)生的電流的注入經(jīng)過低通濾波器并通過繞該感應(yīng)信號耦合裝置的鐵磁體芯設(shè)置的補(bǔ)償繞組來進(jìn)行。
本發(fā)明的裝置還公開了其包括繞在構(gòu)成該耦合單元的鐵磁體芯的雙磁芯上的單繞組，以便可以同時進(jìn)行檢測、獲得補(bǔ)償電流以及注入該電流。
下面，為了幫助更好地理解本說明，也作為本說明的一部分，利用


本發(fā)明的目的，但只是示意性的，并不是限制性的。

圖1用示意圖的形式示出了現(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)耦合器，其中鐵氧體磁芯的飽和問題就會出現(xiàn)。
圖2示出了本發(fā)明的裝置的一個實施例，其為注入補(bǔ)償電流進(jìn)行磁場檢測。
圖3示出了本發(fā)明的裝置的一個實施例，其中在導(dǎo)體中測定電流，補(bǔ)償電流自動注入。
圖4示出了本發(fā)明的裝置的另一個實施例，其中在電纜中測定電流，補(bǔ)償電流自動注入。
圖5示出了本發(fā)明的裝置的另一個實施例，其中如前一個圖的情況一樣，在導(dǎo)體中測定電流，補(bǔ)償電流自動注入。
圖6示出了本發(fā)明的裝置的另一個實施例，其中通過單繞組同時進(jìn)行檢測，獲得補(bǔ)償電流以及注入該電流。
具體實施例方式
以下參照這些圖中的附圖標(biāo)記說明本發(fā)明的幾個實施例。
本發(fā)明的實施例涉及將特定信號注入到配電網(wǎng)的導(dǎo)體上，該導(dǎo)體上有低頻電流1流過，而且還要向該導(dǎo)體上注入高頻信號。
以下根據(jù)圖1，對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題做一般性的說明。公知利用感應(yīng)耦合器向有電流1流過的導(dǎo)體上注入確定的信號。為了該目的，該感應(yīng)耦合器由環(huán)繞導(dǎo)體的鐵磁體芯30構(gòu)成，要向該導(dǎo)體上注入該信號，鐵磁體芯30中還包括施加了電流2的繞組31，因而在鐵磁體芯30中產(chǎn)生了磁場4，其又在導(dǎo)體中感應(yīng)了電流。該裝置的缺點是流過導(dǎo)體的電流1在鐵磁體芯上還會產(chǎn)生磁場3，如果該磁場3高的話，就會出現(xiàn)鐵磁體芯30的飽和，這樣電流2就不能提高磁場的值，也因此不能在導(dǎo)體中感應(yīng)電流，也就無法注入需要的信號。
為了克服該缺點，圖2中示出了一個實施例，其中霍爾效應(yīng)傳感器5被安裝在鐵磁體芯30上，該傳感器要求有外部電源才能起作用(圖中未示出)。在這種情況下，流過導(dǎo)體的電流1以同樣在鐵磁體芯30上產(chǎn)生磁場3，由傳感器5檢測到該磁場，獲得的信號被傳輸至低通濾波器6，其使獲得的信號平穩(wěn)。
被檢測和過濾的信號的標(biāo)號為20，其被傳輸至比較器32，該比較器又接收參考信號21，該比較器再被連接到控制模塊7上，該控制模塊計算并產(chǎn)生補(bǔ)償電流，以保持信號20與參考信號21的值相等。該補(bǔ)償電流經(jīng)功率級8和射頻扼流圈9被傳輸至設(shè)置在鐵磁體芯30上的繞組33上，并在鐵磁體芯30上產(chǎn)生與由電流1產(chǎn)生的磁場3相等、方向相反的磁場4，這樣就補(bǔ)償了磁場3，因而鐵磁體芯30就不會飽和，這樣在導(dǎo)體中感應(yīng)電流2而沒有額外的插入損耗。
通過射頻扼流圈9，獲得了低通濾波器，其阻止注入的信號產(chǎn)生的高頻率通過。
在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖3所示，通過繞有線圈34的外部鐵磁體芯11可以獲得流過導(dǎo)體的電流1，其中，由電流1在鐵磁體芯11中產(chǎn)生的磁場使得線圈34中也產(chǎn)生了上述電流1，該電流1經(jīng)過射頻扼流圈9到達(dá)繞組33，這樣通過在前圖的實施例中說明的方式就能產(chǎn)生該磁場的補(bǔ)償磁場。
最后，圖4和圖5中示出了由電流1產(chǎn)生的磁場3的補(bǔ)償磁場。所以，在圖4中的實施例，公開了利用由雙鐵磁體芯16和17構(gòu)成的兩個感應(yīng)耦合器，雙鐵磁體芯16和17形成鐵磁體芯30。鐵磁體芯16是個電源變壓器，不適合用于射頻，即它在低頻時導(dǎo)磁率很高，而在高頻時導(dǎo)磁率很低；而鐵磁體芯17適合用于射頻，即它在低頻時導(dǎo)磁率很低，而在高頻時導(dǎo)磁率很高。
在這種情況下，可以通過在該耦合器的雙圈上定位繞組，同時進(jìn)行檢測和獲得補(bǔ)償電流。由流經(jīng)電纜的電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)被繞組檢測到，并在其中產(chǎn)生電流，該電流后來會起補(bǔ)償作用。為此，可以安裝n個線圈作為射頻扼流圈18并且其包繞鐵磁體芯16和17，這樣每個繞組19中都可以產(chǎn)生較小的額定電流，以便所述電流補(bǔ)償由流過導(dǎo)體的電流1感應(yīng)的磁場。這樣只在鐵磁體芯16中感應(yīng)出磁場3，在鐵磁體芯17中感應(yīng)出的磁場4防止上面提到的飽和的發(fā)生。
圖5示出了另一個實施例，其中通過射頻扼流圈15短接安裝n個繞組。這種情況與前一個相同，但是其優(yōu)點是減少了進(jìn)行補(bǔ)償所必需的扼流線圈的數(shù)目。
圖6的另一個實施例示出了施行本發(fā)明的方法的裝置。在該裝置中，單繞組35繞在形成該耦合器的鐵磁體芯30的雙鐵磁體芯16和17上。這種情況與圖5中示出的情況相似，但是這種情況的優(yōu)點是能夠減少繞組的數(shù)目，并且沒必要用扼流線圈進(jìn)行補(bǔ)償。通過利用上述的繞組35，可以同時進(jìn)行檢測和獲得補(bǔ)償電流。并且，因為該繞組在低頻時阻抗很高，而在高頻時阻抗很低，所以可以通過安裝該繞組35而同時進(jìn)行補(bǔ)償電流的注入，這樣就得到了一個低成本的解決方案。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其中該耦合單元包括環(huán)繞導(dǎo)體的鐵磁體芯(30)，低頻電流(1)流過導(dǎo)體，以在其中注入高頻信號；其特征在于，其包括通過獨立的鐵磁體芯(16)和設(shè)置在該耦合單元上的補(bǔ)償繞組(33)同時獲得和注入補(bǔ)償電流，這樣就在該感應(yīng)耦合單元中產(chǎn)生磁場，該磁場與由流過導(dǎo)體的電流(1)產(chǎn)生的磁場相等，方向相反，因而就能避免該感應(yīng)耦合單元的磁芯中的飽和，以及通過對要求的高頻信號提供高阻抗的低通濾波器注入該補(bǔ)償電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，該導(dǎo)體是配電網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，補(bǔ)償這樣來進(jìn)行，即，通過至少一個繞組(19)與射頻扼流圈(18)串聯(lián)，目的為對經(jīng)過信號繞組(31)注入的信號(2)提供高阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，補(bǔ)償電流的獲得和所述補(bǔ)償電流的注入是通過在形成該耦合單元的鐵磁體芯(30)的雙芯(16)和(17)上定位單繞組的繞組(35)進(jìn)行的。
5.用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其中該耦合單元包括適合用于射頻的鐵磁體芯，它在低頻時導(dǎo)磁率很低，而在高頻時導(dǎo)磁率很高，該鐵磁體芯環(huán)繞低頻電流(1)流過以注入高頻信號的導(dǎo)體；其特征在于，其包括在低頻時導(dǎo)磁率很高、而在高頻時導(dǎo)磁率很低并在高的磁場強(qiáng)度下飽和的鐵磁體芯(16)，以便能夠由于流過導(dǎo)體的低頻電流(1)獲得磁通；以及圍繞芯(16)和(17)的補(bǔ)償繞組(19)，通過該補(bǔ)償繞組可同時獲得低頻電流，并使用該低頻電流，其在鐵磁體芯(17)中產(chǎn)生磁場的補(bǔ)償，從而防止所述芯的磁飽和，所述補(bǔ)償電路能表現(xiàn)出高阻抗低通濾波器效應(yīng)，以阻礙需要的高頻信號(2)經(jīng)過該信號繞組(31)到達(dá)導(dǎo)體(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，低頻電流(1)流過的導(dǎo)體是配電網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，圍繞該耦合單元的芯(16)和(17)的補(bǔ)償繞組由至少一個繞組(19)與射頻扼流圈(18)串聯(lián)形成，目的為對經(jīng)過信號繞組(31)注入的信號(2)提供高阻抗。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，其包括繞在構(gòu)成該耦合單元的芯(30)的雙芯(16)和(17)上的單繞組(35)，以便可以同時獲得補(bǔ)償電流和注入所述電流。
權(quán)利要求
1.用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其中該耦合單元包括環(huán)繞導(dǎo)體的鐵磁體芯(30)，低頻電流(1)流過導(dǎo)體，以在其中注入高頻信號；其特征在于，其包括選擇性地檢測流經(jīng)導(dǎo)體的電流(1)或在該耦合單元的鐵磁體芯(30)中產(chǎn)生的磁場；根據(jù)檢測獲得的值獲得補(bǔ)償電流；以及通過對需要的高頻信號提供高阻抗的低通濾波器(9)注入在該耦合單元中獲得的補(bǔ)償電流；這樣就能在該耦合單元的鐵磁體芯(30)中產(chǎn)生磁場，該磁場與由在上述鐵磁體芯(30)中的導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的磁場相等，方向相反，這樣不用增大插入損耗就能避免飽和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，該磁場的檢測是在該耦合單元的鐵磁體芯(30)中進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，把檢測的磁場與參考信號(21)相比較，以得到該補(bǔ)償電流；其中所述參考信號在0與一個值之間選擇，其避免耦合單元的鐵磁體芯內(nèi)部的信號會超過它能承受的磁通密度的最高值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，該導(dǎo)體是配電網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，該獲得電流的注入是通過耦合單元的鐵磁體芯(30)上的補(bǔ)償繞組(33)并經(jīng)過對要求的信號提供高阻抗的低通濾波器(9)進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，通過獨立于該耦合單元的鐵磁體芯(30)定位的鐵磁體芯(11)上的繞組(34)測量流過該導(dǎo)體的電流(1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的方法，其特征在于，通過在形成該耦合單元的鐵磁體芯(30)的雙芯(16)和(17)上定位單繞組的繞組(35)，可以同時進(jìn)行檢測、獲得補(bǔ)償電流和注入所述電流。
8.用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其中該耦合單元包括環(huán)繞導(dǎo)體的鐵磁體芯(30)，低頻電流(1)流過導(dǎo)體，以注入高頻信號；其特征在于，其包括選擇性地檢測流經(jīng)該導(dǎo)體的電流或在該耦合單元中產(chǎn)生的磁場的檢測器；根據(jù)檢測器獲得的值計算并產(chǎn)生補(bǔ)償電流的控制模塊；在鐵磁體芯(30)上的補(bǔ)償繞組(33)，用于注入該補(bǔ)償電流并產(chǎn)生磁場，該磁場與由流過導(dǎo)體的電流(1)產(chǎn)生的磁場相等，方向相反；高阻抗的低通濾波器，以避免要注入的信號受到該補(bǔ)償電流的注入的影響。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，該檢測器包括測量在該耦合單元的鐵磁體芯(30)內(nèi)的磁場的磁場傳感器(5)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，該檢測器包括測量流過該導(dǎo)體的電流(1)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，該補(bǔ)償電流的注入是經(jīng)過高阻抗的低通濾波器(9)且通過該耦合單元的鐵磁體芯(30)上的補(bǔ)償繞組(33)進(jìn)行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，低頻電流(1)流過的該導(dǎo)體是配電網(wǎng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于補(bǔ)償在感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置，其特征在于，該裝置包括繞在構(gòu)成該耦合單元的鐵磁體芯(30)的雙芯(16)和(17)上的單繞組(35)，以便可以同時進(jìn)行檢測、獲得補(bǔ)償電流和注入所述電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于補(bǔ)償感應(yīng)信號耦合單元中的低頻磁場的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明，該耦合單元包括環(huán)繞導(dǎo)體的鐵磁體芯(30)，低頻電流(1)流過該導(dǎo)體，以便能向其中注入高頻信號。該發(fā)明的特征在于它包括檢測流過該導(dǎo)體的電流(1)或在該耦合單元中產(chǎn)生的磁場(3)，然后根據(jù)在上述檢測過程中獲得的值產(chǎn)生供給電流，以及將在該耦合單元中獲得的供給電流通過低通濾波器(9)注入，以產(chǎn)生磁場(4)，該磁場與在上述耦合單元中由流過導(dǎo)體的電流(1)產(chǎn)生的磁場相等，方向相反，這樣不用增加插入損耗就能避免磁芯(30)的飽和。一般情況下，該發(fā)明應(yīng)用于要求將射頻信號注入導(dǎo)體的通信系統(tǒng)，特別是用配電網(wǎng)作為傳遞手段的系統(tǒng)。
文檔編號G01R15/14GK1675851SQ03818987
公開日2005年9月28日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月12日
發(fā)明者J·V·布拉斯科克拉雷特, A·波維達(dá)萊爾馬 申請人:硅系統(tǒng)設(shè)計公司