專利名稱：電力線通信用數據耦合器的配置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力線通信，更具體地，涉及電力線通信用數據耦合器的構造。
背景技術：
電力線通信用數據耦合器在電力線與諸如調制解調器的通信裝置之間耦合數據信號。數據耦合器呈現一截止頻率。低于該截止頻率時，電力線與通信裝置之間的耦合衰減將過大。該數據耦合器可以是感性耦合器或容性耦合器。
電力線用感性耦合器理論上應該具有阻抗與通信裝置的阻抗相比較大的磁化電感。由于磁化電感與信號并聯，并以感應方式加載該信號，所以低磁化電感是不合要求的。
容性耦合器對于在電力線、尤其是低壓線上使用可能有效。
圖1是可用于將電力線調制解調器耦合至次級電力線的現有技術容性耦合器的示意圖。標稱為中性的電力線400連接到同軸連接器420的屏蔽端子。標稱為賦能相線的電力線405通過熔斷器415和電容器410連接到連接器420的中央導體觸點。調制解調器435通過電纜430和連接器425連接到連接器420。容性耦合器由此在調制解調器435與電力線400及405之間耦合高頻信號。
電容器410的值是幾個納法，在信號頻率下大得具有可忽略的電抗，而在電力頻率下又小得具有大電抗。
具有合適電介質的陶瓷電容器可用于這樣的耦合器，并為處于MHz范圍內的信號頻率提供低阻抗。然而，將這樣的電容器連接到電力線的導線可能相對較長，并且在信號頻率下其具有的阻抗可能遠超過電容器的阻抗。
例如，在低壓網架(rack)配置中的線典型地間隔20厘米(cm)，一根具有該長度的10AWG線的電感是0.21微亨(μH)，或者在30兆赫茲(MHz)下具有約40歐姆。如果容性耦合器需要與非鄰近的線連接，則阻抗可增加到80或120歐姆。由于典型的容性耦合器必須進行熔斷接合(fused)，從而串聯添加了熔斷器阻抗，所以總串聯感性阻抗與典型調制解調器的50歐姆的阻抗相比可能相當大。
發明內容
本發明提供一種用于在電力線與通信裝置之間耦合數據的組件的配置。該配置包括感性耦合器，其使用電力線導體作為初級繞組；電容器，橫跨感性耦合器的次級繞組連接，用于與次級繞組一起按希望頻帶內的頻率創建一諧振電路；以及阻抗匹配互感器(transformer)，用于將通信裝置連接至次級繞組。所述諧振電路具有與希望帶寬一致的有負載Q值(品質因數)。
另一種配置包括在電力線與通信裝置之間與導電柱串聯的電容器，其中，電容器用于在電力線與通信裝置之間傳遞信號時阻擋電力線電壓，而導電柱對信號表現為低電感。
圖1是現有技術的容性耦合器的示意圖。
圖2是用于感性耦合器的阻抗匹配電路的示意圖。
圖3示出了具有使用低電感導線的容性耦合器的電路。
圖4是圖3所示電路的示意圖。
具體實施例方式
根據本發明的低頻感性耦合器在不依賴于增加重磁芯的情況下將截止頻率下延至一更低的頻率。感性耦合器被夾在電力線的賦能電力線導體的周圍。假定穿過耦合器芯(core)的電力線導體用作感性耦合器的初級繞組。由于耦合器被夾在電力線導體的周圍，并且由于電力線導體用作初級繞組，所以耦合器僅具有一個一匝的初級繞組。電力線導體的物理尺寸典型地要求芯大得包括長的磁路路徑。可能需要用空氣間隙來防止芯的飽和。這些因素都減小了耦合器的電感。
減小電路中的電抗性負載的經典方法是使激起(offending)電抗與反向電抗進行諧振。對于具有并聯電感的感性耦合器，可以橫跨感性耦合器的次級繞組來連接一并聯電容器以抵消磁化電感。
對于寬帶調制解調器，如使用擴展頻譜的調制解調器，諧振可能太急劇(sharp)，因此只在很窄的子頻帶內有效。如這里所述，在耦合器與調制解調器之間連接一阻抗匹配互感器以調節通過耦合器電路反射的調制解調器的阻抗，來提供足夠低的有負載Q值，從而將帶寬增加得與調制解調器頻帶的寬度相近。
圖2示出了阻抗匹配電路，調制解調器325通過該阻抗匹配電路連接至感性耦合器305。電力線300穿過感性耦合器305的芯。匝數比為n∶1的信號互感器315改善了感性耦合器305與調制解調器325之間的阻抗匹配。感性耦合器305和信號互感器315的組合可以提供非常寬的帶通，但是該組合的低頻響應限于由感性耦合器305的磁化電感和從調制解調器325反射的阻抗330所確定的低頻響應。
電容器310與磁化電感諧振并提供一個諧振頻率附近的頻帶，在該頻帶中磁化電感的加載效應(loading effect)減弱，跨過感性耦合器305的信號衰減也降低了。電容器310的作用是降低感性耦合器305的截止頻率，使感性耦合器305可以在給定磁化電感水平的情況下按比其它可能頻率還要低的頻率進行操作。
從而，提供了一種用于給通信裝置配置感性耦合器的方法。該方法包括橫跨感性耦合器的次級繞組來連接電容器，以與次級繞組一起按希望頻帶內的頻率創建諧振電路；以及通過阻抗匹配互感器將通信裝置連接至次級繞組。諧振電路具有一與希望帶寬一致的有負載Q值。
圖3是容性耦合器500的物理實現的例示。電力線400和405、電容器410、熔斷器415以及連接器420與圖1中保持相同的標識。同樣如圖1所示，調制解調器435通過電纜430和連接器425連接至連接器420。導電柱部分505和510每個的直徑在1-3cm的范圍內，該直徑比線的直徑大許多倍，從而以可忽略的電感提供了到電力線405和410的連接。導電柱部分505和510以及絕緣柱段515形成一可以具有共同軸線的機械剛體。
電力線400(即，中線)通常是裸露的，否則，需要除去其幾厘米的絕緣材料。容性耦合器500的一端電連接至電力線400并由電力線400物理支承。帶有槽口(slot)560的匯流條(bar)550和蝶形螺母565提供了用于將部分505緊固至電力線400的機構。
容性耦合器500的另一端由線520和夾具525電連接至電力線405。線520被焊接或釬接(brazed)至導電柱部分510，并且具有足夠的硬度和強度，以在由匯流條550、槽口560和蝶型螺母565的組合或線400提供的上部支承失效的情況下，將容性耦合器500支承在電力線405上。夾具525是一種公共架線工(utility linemen)通常都有的標準夾具。
圖4是圖3所示配置的示意圖。電纜430、連接器425和420、電容器410、熔斷器415、以及導體505和510提供了調制解調器435與電力線400及405之間的信號路徑。由于導電柱部分505和510的直徑相對較大，所以它們呈現出的電感與調制解調器435和電容器410的阻抗相比可以忽略，從而減少了耦合損耗。
因此，這里提供了一種用于在電力線與通信裝置之間耦合數據的方法。該方法包括在電力線與通信裝置之間與導電柱相串聯地安裝一電容器。該電容器用于當在電力線與通信裝置之間傳遞信號時阻擋電力線電壓，并且導電柱對信號表現為低電感。另外，該方法可以包括與電容器相串聯地安裝一高切斷電流(interruption current)熔斷器。
應該理解，本領域技術人員可以對這里描述的教導做出各種另選例、組合例和修改例。因而，本發明將覆蓋落入所附權利要求的范圍內的所有這種另選例、修改例和變型例。
權利要求
1.一種用于配置電力線通信用組件的方法，包括以下步驟安裝感性耦合器，該感性耦合器將電力線導體用作初級繞組；橫跨所述感性耦合器的次級繞組來連接一電容器，以與所述次級繞組一起按希望頻帶內的頻率創建一諧振電路；以及通過阻抗匹配互感器將通信裝置連接到所述次級繞組，其中，所述諧振電路具有與所述希望帶寬一致的有負載Q值。
2.一種用于在電力線與通信裝置之間耦合數據的方法，包括以下步驟在所述電力線與所述通信裝置之間與導電柱相串聯地安裝一電容器，其中，所述電容器用于當在所述電力線與所述通信裝置之間傳遞信號時阻擋電力線電壓，并且其中，所述導電柱對所述信號表現為低電感。
3.如權利要求2所述的方法，還包括與所述電容器相串聯地安裝一高切斷電流熔斷器。
4.一種用于在電力線與通信裝置之間耦合數據的組件的配置，包括感性耦合器，其使用電力線導體作為初級繞組；電容器，橫跨所述感性耦合器的次級繞組連接，用于與所述次級繞組一起按希望頻帶內的頻率創建一諧振電路；以及阻抗匹配互感器，用于將通信裝置連接至所述次級繞組，其中，所述諧振電路具有與希望帶寬一致的有負載Q值。
5.一種用于在電力線與通信裝置之間耦合數據的組件的配置，包括電容器，在所述電力線與所述通信裝置之間與導電柱串聯，其中，所述電容器用于當在所述電力線與所述通信裝置之間傳遞信號時阻擋電力線電壓，并且其中，所述導電柱對所述信號表現為低電感。
6.如權利要求5所述的配置，還包括與所述電容器串聯的高切斷電流熔斷器。
全文摘要
一種用于在電力線(300)與通信裝置(325)之間耦合數據的配置包括感性耦合器(305)，其使用電力線導體作為初級繞組；電容器(310)，橫跨所述感性耦合器(305)的次級繞組連接，用于與所述次級繞組一起按希望頻帶內的頻率創建一諧振電路；以及阻抗匹配互感器(315)，用于將通信裝置(325)連接至所述次級繞組。所述諧振電路具有與希望帶寬一致的有負載Q值。另選配置包括電容器(410)，在電力線與通信裝置(435)之間與導電柱部分(505)和(510)串聯，其中，所述電容器用于當在所述電力線與所述通信裝置之間傳遞信號時阻擋電力線電壓，并且所述導電柱部分(505)和(510)對所述信號表現為低電感。
文檔編號H01F38/14GK1706175SQ200380101502
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月17日 優先權日2002年10月17日
發明者耶胡達·切恩 申請人:安比恩特公司