專利名稱：基于同軸電纜混合傳輸技術(shù)的數(shù)據(jù)耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深海能源與圖像混合傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于同 軸電纜的能源與數(shù)據(jù)信息混合傳輸技術(shù)的數(shù)據(jù)耦合器。
技術(shù)背景隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，人們對能源和礦產(chǎn)資源的需 求日益增長，而陸地有限的資源已逐漸不能滿足日后經(jīng)濟發(fā)展的需要。海洋的面積是陸地面積的2.46倍，且含有豐富的礦產(chǎn)資源，因此對海洋資源 的開發(fā)將會是以后世界能源開發(fā)的熱點和重點。近年來，我國深?？茖W(xué)考察設(shè)備有了長足的進步。 一批重要深海科學(xué) 考察設(shè)備如電視抓斗、深海淺鉆、集成化拖體、電視多管取樣等相繼投入 使用。這些設(shè)備水下作業(yè)時，圖像數(shù)據(jù)信息通過鎧裝同軸電纜傳輸，而動 力能源基本上需要由電力能源進行供電。目前國內(nèi)絕大部分采用水下大功 率鋰離子電池供電，但這種供電方式存在較多缺陷，如使用時間受限、可 靠性差、體積龐大、效率低下、使用麻煩、維護成本高。針對水下供電能 力不足的這一現(xiàn)狀，提出功率能源與圖像信息混合傳輸技術(shù)。該技術(shù)指的 是通過同軸電纜從甲板向水下設(shè)備輸送功率能源同時，并可同纜傳輸數(shù)據(jù)、 命令、及實時圖像信息，這樣就可以在不添加額外電纜的情況下取消大部 分深海設(shè)備的水下大功率鋰電池。而實現(xiàn)功率能源與圖像信息混合傳輸?shù)?關(guān)鍵就在于數(shù)據(jù)耦合器。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于同軸電纜混合傳輸技術(shù)的數(shù)據(jù)耦合 器。該數(shù)據(jù)耦合器，通過同軸電纜能實現(xiàn)功率能源與圖像信息混合傳輸。 該數(shù)據(jù)耦合器，能傳送能源的功率達到3KW，電壓0 1000VDC，電流0 4A。實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效長距離同軸電纜直流載波通信的關(guān)鍵，除了所選用的載 波調(diào)制解調(diào)器(將需要傳輸?shù)男盘栠M行調(diào)制，使之可以同時傳輸多路電信 號而不會產(chǎn)生任何互損，并且將其調(diào)制到低頻，利于長距離電纜傳輸)和直流輸電外，還有相應(yīng)的載波接口電路。系統(tǒng)的載波接口電路將載波調(diào)制 解調(diào)器與同軸電纜耦合，實現(xiàn)載波信號在供電的同軸電纜上的傳輸。該載 波接口電路就是一個帶三出口的定向數(shù)據(jù)耦合器。它包括一個以互聯(lián)的高 通和低通濾波器組成的電纜出口 、 一個通訊分配出口和一個電力分配出口 。本發(fā)明的數(shù)據(jù)耦合器包括低通濾波器模塊和高通濾波器模塊；低通濾 波器模塊的一端與混合傳輸系統(tǒng)中的電源模塊連接，另一端與混合傳輸系 統(tǒng)中的同軸電纜連接；高通濾波器模塊的一端與混合傳輸系統(tǒng)中的調(diào)制解 調(diào)器連接，另一端與混合傳輸系統(tǒng)中的同軸電纜連接。所述的低通濾波器模塊包括第一差模電容C1、第二差模電容C2、第一 共模電容C3、第二共模電容C4、第一差模電感L1、第二差模電感L2、共 模電感L3和電阻R;所述的共模電感L3包括環(huán)形磁芯，環(huán)形磁芯上對稱 繞制有匝數(shù)相同的第一共模線圈和第二共模線圈；第一差模電感L1的一端與同軸電纜的正極連接，另一端與第一差模電 容Cl的一端和共模電感L3中的第一共模線圈的一端連接；第二差模電感 L2的一端與同軸電纜的負極連接，另一端與第一差模電容C1的另一端和 共模電感L3中的第二共模線圈的一端連接；第二差模電容C2與電阻R并聯(lián)后的一端與第一共模電容C3的一端、 共模電感L3中的第一共模線圈的另一端、以及電源模塊的一個電極連接； 并聯(lián)后的另一端與第二共模電容C4的一端、共模電感L3中的第二共模線 圈的另一端、以及電源模塊的另一個電極連接；第一共模電容C3和第二共 模電容C4的另一端接地。所述的高通濾波器模塊包括第一耦合電容C5、第二耦合電容C6、第三 耦合電容C7和雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管Dl;第三耦合電容C7與雙向瞬態(tài) 電壓抑制二極管Dl并聯(lián)后的一端分別與第一耦合電容C5的一端以及調(diào)制 解調(diào)器的RJ11接口的第二芯連接，并聯(lián)后的另一端分別與第二耦合電容 C6的一端以及調(diào)制解調(diào)器的RJll接口的第三芯連接；第一耦合電容C5的 另一端與同軸電纜的正極連接，第二耦合電容C6的另一端與同軸電纜的負 極連接。本發(fā)明中所述的電源模塊、調(diào)制解調(diào)器以及同軸電纜為混合傳輸系統(tǒng) 中的標準部件，本發(fā)明的發(fā)明點在于提供一種包括低通濾波器模塊和高通 濾波器模塊的數(shù)據(jù)耦合器的具體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明充分利用設(shè)計的低通濾波器對于直流信號呈低阻抗特性、而對 高頻信號呈高阻抗特性，設(shè)計的高通濾波器對高頻信號它呈現(xiàn)低阻抗、而 對直流信號呈高阻抗的特點，將功率能源與圖像信息等數(shù)據(jù)通過同軸電纜 混合傳輸。本發(fā)明采用數(shù)據(jù)耦合器混合傳輸，可以在不添加額外電纜的情 況下取消大部分深海設(shè)備的水下大功率鋰電池，不僅降低水下設(shè)備的體積、 重量，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，而且減少水下系統(tǒng)的生產(chǎn)成本與維護費用，簡化作 業(yè)流程與縮短作業(yè)準備時間(無須甲板充電)；最重要的是，設(shè)備下水作業(yè) 時間可不必受到電池放電時間的限制，大大延長了設(shè)備一次性下水工作時 間。


圖1為混合傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為低通濾波器結(jié)構(gòu)圖；圖4為高通濾波器結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖1所示，圖中波浪線以上為同軸電纜混合傳輸系統(tǒng)的水上部分， 波浪線以下為同軸電纜混合傳輸系統(tǒng)的水下部分。同軸電纜混合傳輸系統(tǒng) 由甲板直流電源3、水下電源系統(tǒng)11、甲板調(diào)制解調(diào)器5、水下調(diào)制解調(diào) 器9、甲板視頻服務(wù)器4、水下視頻服務(wù)器IO、甲板數(shù)據(jù)耦合器6、水下數(shù) 據(jù)耦合器8和深海萬米鎧裝同軸電纜7構(gòu)成。其中，水下視頻服務(wù)器10采 用以太網(wǎng)接口 RJ45與水下調(diào)制解調(diào)器9連接；甲板視頻服務(wù)器4同樣采用 以太網(wǎng)接口 RJ45與甲板調(diào)制解調(diào)器5連接；甲板調(diào)制解調(diào)器5采用電話線 接口 RJ11與甲板數(shù)據(jù)耦合器6相連；水下調(diào)制解調(diào)器9同樣采用電話線接 口 RJ11與水下數(shù)據(jù)耦合器8相連；甲板數(shù)據(jù)耦合器6和水下數(shù)據(jù)耦合器8 通過深海萬米鎧裝同軸電纜7相連；水下視頻服務(wù)器10通過視頻傳輸線與 水下攝像機12的BNC接口連接，并通過RS232串口與水下監(jiān)控平臺13進 行通信；甲板視頻服務(wù)器4通過網(wǎng)線與甲板監(jiān)控平臺1的以太網(wǎng)口連接， 也可以通過視頻線與甲板監(jiān)視器2的BNC接口相連。系統(tǒng)工作時，由甲板 直流電源3提供工作電壓，經(jīng)過甲板數(shù)據(jù)耦合器6、深海萬米鎧裝同軸電 纜7和水下數(shù)據(jù)耦合器8傳送，提供水下設(shè)備工作電壓。等水下設(shè)備工作 正常后，水下視頻服務(wù)器10采集的視頻信號、水下監(jiān)控平臺13采集的各種觀測量、甲板監(jiān)控平臺1的各種監(jiān)控指令等數(shù)據(jù)信息和甲板提供的工作電壓，經(jīng)甲板數(shù)據(jù)耦合器6和水下數(shù)據(jù)耦合器8，在深海萬米鎧裝電纜7 上混合傳輸。如圖2所示，數(shù)據(jù)耦合器包括低通濾波器模塊2-1和高通濾波器模塊 2-2;低通濾波器模塊2-l的一端與混合傳輸系統(tǒng)中的電源模塊連接，另一 端與混合傳輸系統(tǒng)中的同軸電纜7連接；高通濾波器模塊2-2的一端與混 合傳輸系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器連接，另一端與混合傳輸系統(tǒng)中的同軸電纜7 連接。低通濾波器2-l與同軸電纜7串聯(lián)，主要由能通過全部線路直流電 流的強流線圈、調(diào)諧元件和保護元件組成。高通濾波器2-2連接在通信設(shè) 備和同軸電纜7之間，同時具有隔離高電壓的性能。高通濾波器2-2主要 有電容器組成。如圖3所示，低通濾波器模塊2-1包括第一差模電容Cl、第二差模電 容C2、第一共模電容C3、第二共模電容C4、第一差模電感L1、第二差模 電感L2、共模電感L3和電阻R;所述的共模電感L3包括環(huán)形磁芯，環(huán)形 磁芯上對稱繞制有匝數(shù)相同的第一共模線圈和第二共模線圈。第一差模電感Ll的一端與同軸電纜7的正極連接，另一端與第一差模 電容Cl的一端和共模電感L3中的第一共模線圈的一端連接；第二差模電 感L2的一端與同軸電纜7的負極連接，另一端與第一差模電容Cl的另一 端和共模電感L3中的第二共模線圈的一端連接。第二差模電容C2與電阻R并聯(lián)后的一端與第一共模電容C3的一端、 共模電感L3中的第一共模線圈的另一端、以及電源模塊的一個電極連接； 并聯(lián)后的另一端與第二共模電容C4的一端、共模電感L3中的第二共模線 圈的另一端、以及電源模塊的另一個電極連接；第一共模電容C3和第二共 模電容C4的另一端接地。該低通濾波器模塊2-1的作用就是允許直流信號通過，對高頻數(shù)據(jù)載 波信號起到阻隔作用。從阻抗角度考慮，其對于直流信號為低阻抗特性， 而對高頻信號呈高阻抗特性。第一差模電容Cl和第二差模電容C2，用于 濾除差模噪聲，選用0. luF的聚丙烯電容(CBB)電容。第一共模電容C3和 第一共模電容C4，用于濾除共模信號，選用2200pF的陶瓷電容。電阻R 為泄放電阻，可以在數(shù)據(jù)耦合器不工作時，迅速泄放存儲在差模電容中的 電荷，其阻值選為1MQ，足以保證在斷電后幾秒內(nèi)，第一差模電容C1和第二差模電容C2完全放電。第一差模電感Ll和第二差模電感L2串接在直 流供電電路中，對直流功率信號具有微小的阻抗，而對高頻數(shù)據(jù)信號卻具 有很大的阻抗；制作時磁芯采用鐵粉芯磁環(huán)，01.5的漆包線繞制，電感 值選取2.82mH。共模電感L3的主要作用是抑制共模噪聲，它由兩個尺寸 相同，匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一環(huán)形磁芯上，形成一個四端器件。 制作時磁芯采用MnZn鐵氧體磁環(huán)，^1.5的漆包線繞制，電感值選取 6. 255mH。如圖4所示，高通濾波器模塊2-2包括第一耦合電容C5、第二耦合電 容C6、第三耦合電容C7和雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管D1;第三耦合電容C7 與雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管D1并聯(lián)后的一端分別與第一耦合電容C5的一 端以及調(diào)制解調(diào)器的RJ11接口的第二芯連接，并聯(lián)后的另一端分別與第二 耦合電容C6的一端以及調(diào)制解調(diào)器的RJ11接口的第三芯連接；第一耦合 電容C5的另一端與同軸電纜7的正極連接，第二耦合電容C6的另一端與 同軸電纜7的負極連接。該高通濾波器模塊2-2有著雙重作用。 一方面，為高頻數(shù)據(jù)信號提供 通路；另一方面，阻止高壓直流電流，從而使直流強電與通信弱電系統(tǒng)隔 離。選取第一耦合電容C5、第二耦合電容C6和第三耦合電容C7時除了電 容容量以外，還需要考慮其穩(wěn)定性、固有損耗、耐壓、體積、溫度系數(shù)等。 綜合考慮后，選用具有高額定電壓、性能穩(wěn)定并且損耗較低的聚丙烯電容 (CBB)，其電容值為O. luF。雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管D1起限幅作用，用 來保護通信電路。
權(quán)利要求
1、基于同軸電纜混合傳輸技術(shù)的數(shù)據(jù)耦合器，包括低通濾波器模塊和高通濾波器模塊，其特征在于低通濾波器模塊的一端與混合傳輸系統(tǒng)中的電源模塊連接，另一端與混合傳輸系統(tǒng)中的同軸電纜連接；高通濾波器模塊的一端與混合傳輸系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器連接，另一端與混合傳輸系統(tǒng)中的同軸電纜連接；所述的低通濾波器模塊包括第一差模電容C1、第二差模電容C2、第一共模電容C3、第二共模電容C4、第一差模電感L1、第二差模電感L2、共模電感L3和電阻R；所述的共模電感L3包括環(huán)形磁芯，環(huán)形磁芯上對稱繞制有匝數(shù)相同的第一共模線圈和第二共模線圈；第一差模電感L1的一端與同軸電纜的正極連接，另一端與第一差模電容C1的一端和共模電感L3中的第一共模線圈的一端連接；第二差模電感L2的一端與同軸電纜的負極連接，另一端與第一差模電容C1的另一端和共模電感L3中的第二共模線圈的一端連接；第二差模電容C2與電阻R并聯(lián)后的一端與第一共模電容C3的一端、共模電感L3中的第一共模線圈的另一端、以及電源模塊的一個電極連接；并聯(lián)后的另一端與第二共模電容C4的一端、共模電感L3中的第二共模線圈的另一端、以及電源模塊的另一個電極連接；第一共模電容C3和第二共模電容C4的另一端接地；所述的高通濾波器模塊包括第一耦合電容C5、第二耦合電容C6、第三耦合電容C7和雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管D1；第三耦合電容C7與雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管D1并聯(lián)后的一端分別與第一耦合電容C5的一端以及調(diào)制解調(diào)器的RJ11接口的第二芯連接，并聯(lián)后的另一端分別與第二耦合電容C6的一端以及調(diào)制解調(diào)器的RJ11接口的第三芯連接；第一耦合電容C5的另一端與同軸電纜的正極連接，第二耦合電容C6的另一端與同軸電纜的負極連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于同軸電纜混合傳輸技術(shù)的數(shù)據(jù)耦合器。目前設(shè)備采用鋰離子電池供電，可靠性差、效率低、維護成本高。本發(fā)明包括低通濾波器模塊和高通濾波器模塊；低通濾波器模塊的一端與電源模塊連接，高通濾波器模塊的一端與調(diào)制解調(diào)器連接，兩濾波器模塊的另一端與同軸電纜連接。低通濾波器模塊包括兩個差模電容、兩個共模電容、兩個差模電感和一個共模電感。高通濾波器模塊包括三個耦合電容和雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管。本發(fā)明充分利用設(shè)計的低通濾波器對于直流信號呈低阻抗特性、而對高頻信號呈高阻抗特性，實現(xiàn)將功率能源與圖像信息等數(shù)據(jù)通過同軸電纜混合傳輸，簡化了水下設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少了生產(chǎn)成本與維護費用。
文檔編號H04L27/00GK101330490SQ200810063269
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者劉敬彪, 孔慶鵬, 盛慶華 申請人:杭州電子科技大學(xué)