專利名稱：用于電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的電感耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子電工裝置，具體涉及在配電電力網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的電力線信道耦合裝置。
背景技術(shù)：
利用電力線進(jìn)行語(yǔ)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(yǔ)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(lái)，人們對(duì)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也在不斷的增長(zhǎng)。在眾多可供選擇的數(shù)據(jù)接入方式中，利用已有的配電電力線路作為載體傳輸高速數(shù)據(jù)，無(wú)疑具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
近些年來(lái)，國(guó)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(zhǎng)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(guó)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(jiǎn)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)用于配電網(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至幾十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高壓電力線連接，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)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非直接接觸式高頻載波信號(hào)與電力線的耦合裝置，該耦合裝置安裝在電力線(絕緣導(dǎo)線)上，作為電磁感應(yīng)的磁芯，實(shí)現(xiàn)了高頻載波信號(hào)與電力線通道有效的電磁感應(yīng)耦合；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了通信電路(電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備)與強(qiáng)電電力線的安全隔離；具有現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)，有一定的獨(dú)特性。
根據(jù)本實(shí)用新型，提供一種用于電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的電感耦合裝置，其中該耦合裝置包括信號(hào)傳輸變壓器，以電力線導(dǎo)體作為原邊線圈，高頻載波信號(hào)線作為副邊線圈，高導(dǎo)磁率的磁芯作為耦合磁芯。
本實(shí)用新型的電感耦合裝置不同于一般電力線載波電容耦合裝置，它是一種間接耦合裝置，能夠滿足在2～40MHz范圍內(nèi)高頻信號(hào)的寬帶耦合，具有較低的通帶衰減及適當(dāng)?shù)淖杩棺儞Q性能，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)1.寬頻帶范圍的信號(hào)耦合。經(jīng)特殊選用的磁芯材質(zhì)及加工工藝，確證了環(huán)形磁芯良好磁性參數(shù)，能夠滿足從2MHz到40MHz的寬頻帶范圍內(nèi)高頻載波信號(hào)的有效耦合。
2.較低的通帶衰減。從2MHz到40MHz的通頻帶范圍內(nèi)高頻載波信號(hào)的插入衰減-4±2dB，而對(duì)低頻干擾信號(hào)卻有很高的插入衰減，阻止其進(jìn)入通信電路。
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20～50Ω阻抗輸入，通過(guò)增加或減少副邊線圈匝數(shù)實(shí)現(xiàn)阻抗的整定功能，簡(jiǎn)單易行。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)良好的線性相一頻特性及低的時(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。電感耦合裝置從原理到電路設(shè)計(jì)較之電容耦合裝置要簡(jiǎn)單的多，另一方面，基于變壓器耦合的原理，其本身已具有隔離作用；電感耦合屬于一種非接觸式耦合，低壓信號(hào)線不直接與電力線相連接，絕緣性好，安全，確保了裝置的安全性和可靠性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)用例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是電感耦合裝置的變壓器等效原理圖；圖2是電感耦合裝置的安裝使用示意圖；圖3是分體式磁芯的頂視圖；圖4是分體式磁芯的側(cè)視圖；以及圖5是分體式磁芯的剖視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，參考附圖來(lái)具體描述本實(shí)用新型的用于電力線高速數(shù)據(jù)通信的電感耦合裝置，在附圖中，相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。
參考附圖1，本實(shí)用新型的電感耦合裝置是一種非接觸式電磁感應(yīng)耦合裝置，其基于變壓器耦合的原理，將電力線導(dǎo)體1的相線(線圈)作為原邊線圈，而將高頻載波信號(hào)線2作為副邊線圈，通過(guò)一個(gè)高導(dǎo)磁率的磁芯構(gòu)成了一個(gè)信號(hào)傳輸變壓器T1。
在附圖1中，將高頻信號(hào)線2的調(diào)制解調(diào)設(shè)備信號(hào)源等效為副邊中的電流源3，該電流源信號(hào)的變化可以電磁感應(yīng)(電磁耦合)到原邊電力線路上去；反之，原邊電力線路上的高頻信號(hào)的變化也會(huì)感應(yīng)到副邊的高頻信號(hào)線上，并為調(diào)制解調(diào)設(shè)備所接收。
上述原邊和副邊回路信號(hào)耦合的程度與所選磁芯關(guān)系很大。為此可以采用分體式鐵氧體磁環(huán)，將其制作成兩個(gè)半圓筒型的鐵氧體磁環(huán)，使用時(shí)通過(guò)塑料外殼緊固而將電力線和高頻信號(hào)線夾在中間，從而構(gòu)成一個(gè)完整的電感耦合裝置。
附圖2為本實(shí)用新型電感耦合裝置的安裝使用示意圖。該裝置通常應(yīng)用在配電電表室作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(調(diào)制解調(diào)設(shè)備)與電力線的信號(hào)耦合。在該圖中，將電力線導(dǎo)體的相線12與零線13分別和高頻信號(hào)線2設(shè)置在環(huán)形耦合磁芯10中間，并在與調(diào)制解調(diào)器設(shè)備的高頻信號(hào)端口相對(duì)的一端將兩條高頻信號(hào)線用接線頭11連接以構(gòu)成完整回路，由此構(gòu)成電感耦合裝置。
圖3、圖4和圖5分別示出了采用分體式的環(huán)形耦合磁芯的頂視側(cè)視圖和剖面圖，其中的磁芯包括鐵氧體構(gòu)成兩個(gè)半圓筒型的鐵氧體磁環(huán)，即第一磁環(huán)25和第二磁環(huán)26，第一和第二磁環(huán)的一側(cè)通過(guò)連接部件23相連，由此使用時(shí)其另一側(cè)通過(guò)夾子24將第一和第二磁環(huán)25和26固定到位以將高頻信號(hào)線與電力線(相線和零線分別)一起夾在兩個(gè)磁環(huán)中即可，簡(jiǎn)單方便和安全。塑料外殼21包圍磁芯周?chē)诟綀D所示磁芯的實(shí)例中，A＝30mm，B＝32mm，C＝30mm。盡管該實(shí)例中采用分體式的環(huán)形耦合磁芯，但本實(shí)用新型不限與此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完全可以設(shè)想其它具體形式的磁芯，只要將電力線與高頻信號(hào)線設(shè)置在磁芯中便可。
此外，本實(shí)用新型的電感耦合裝置也可以用其它的形式實(shí)施，例如，可以將電力線導(dǎo)體1的多條相線分別和高頻信號(hào)線2夾在相應(yīng)多個(gè)環(huán)形耦合磁芯10中間，并將相應(yīng)的高頻信號(hào)線串聯(lián)連接以構(gòu)成完整回路，或者也可以只將電力線導(dǎo)體1的一條相線和高頻信號(hào)線2夾在環(huán)形耦合磁芯10中間，而無(wú)須也將零線或其它相線和高頻信號(hào)線2夾在環(huán)形耦合磁芯10中間，只要構(gòu)成完整回路即可。為了避免重復(fù)描述，在此省去對(duì)其的詳細(xì)描述。
盡管已對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但上述描述只是為了說(shuō)明的目的，本實(shí)用新型不限于上述結(jié)合附圖的具體描述，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，而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由后附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。
權(quán)利要求1.一種用于電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的電感耦合裝置，其特征在于該耦合裝置包括信號(hào)傳輸變壓器(T1)，以電力線導(dǎo)體(1)的相線(12)作為原邊線圈，高頻載波信號(hào)線(2)作為副邊線圈，高導(dǎo)磁率的磁芯作為耦合磁芯。
2.如權(quán)利要求1所述的電感耦合裝置，其特征在于電力線導(dǎo)體(1)的相線(12)與零線(13)分別和相應(yīng)的高頻信號(hào)線(2)設(shè)置在耦合磁芯(10)中間，相應(yīng)的高頻信號(hào)線串聯(lián)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的電感耦合裝置，其特征在于電力線導(dǎo)體(1)的多條相線中的每條相線分別和相應(yīng)的高頻信號(hào)線(2)設(shè)置在相應(yīng)多個(gè)環(huán)形耦合磁芯(10)中間，相應(yīng)的高頻信號(hào)線串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電感耦合裝置，其特征在于所述耦合磁芯為分體式鐵氧體磁環(huán)。
5.如權(quán)利要求4所述的電感耦合裝置，其特征在于所述鐵氧體磁環(huán)為兩個(gè)半圓筒型的鐵氧體磁環(huán)，其一側(cè)通過(guò)連接部件(23)連接，使用時(shí)另一側(cè)通過(guò)夾子(24)將電力線和高頻信號(hào)線夾在中間而構(gòu)成電感耦合裝置。
6.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電感耦合裝置，其特征在于所述電感耦合裝置的阻抗輸入為20～50Ω。
7.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電感耦合裝置，其特征在于通過(guò)增加或減少副邊線圈匝數(shù)實(shí)現(xiàn)阻抗的整定。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的電感耦合裝置，其中該耦合裝置包括信號(hào)傳輸變壓器(T1)，以電力線導(dǎo)體(1)作為原邊線圈，高頻載波信號(hào)線(2)作為副邊線圈，高導(dǎo)磁率的磁芯作為耦合磁芯。實(shí)現(xiàn)了高頻載波信號(hào)與電力線通道有效的電磁感應(yīng)耦合；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了通信電路(電力線高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備)與強(qiáng)電電力線的安全隔離；具有現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B3/54GK2742682SQ200420001818
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者李建岐, 趙丙鎮(zhèn), 李祥珍, 王麗平 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院