CN101933243A - 用于在多个导体上的电感多级注入的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在多个导体上进行电感多级注入的装置，可以在该装置上应用通过在多达N个导体组合中电感地注入信号(1₁到1_N)，包括以普通模式(1₁)的注入，的方式在由N个导体(2₁到2_N)组成的介质和参考平面(4)上提高通信系统的性能的方法，以使所述被注入的信号彼此正交。

Description

用于在多个导体上的电感多级注入的装置

技术领域

如在此描述性说明书的标题中所陈述的，下面的发明涉及用于多个导体上的电感多级注入的装置。

在任何通信系统中，一个目的是尽可能多地开发通信介质的特性，以便获得最大传输容量、可靠性、覆盖等。在通信介质由多个导体组成的情况下，使用那些导体以实现这些目标中的一个或几个是可能的。在其他申请中，在现有技术中，存在用于增强通信质量和用于提高频率的再利用的方法，但它们需要信号被正确地注入，以实现上述目标。

本发明公开了一种特别设计、用于在多个导体上进行电感多级注入的装置，以使实现用于提高通信质量的方法变得更加容易。

发明背景

通信系统需要用于信号的传输介质，其常常由多个导体组成。可利用这些多个导体的存在，以增强通信系统的各种特征，其中包括例如传输容量或对噪声的抗扰度。利用多导体介质的方法之一是使用正交模式，对于这种方法，必须以正确的方式将信号注入所述介质中；这可通过以电感或电压方式完成。

本发明的装置设计成能够应用申请号为200702256的西班牙专利中规定的方法，该专利涉及“Method for increasing the performance of a communications system on a mediummade up of multiple conductors”(用于在由多导体组成的介质中提高通信系统性能的方法)，以电感方式将信号注入多导体介质中。如在该专利中出现的，对该发明的装置的描述使用在下面进行注释的各种传统概念。“模式”被理解为在导体、参考平面或两者的选择性组合上的电压或电流的注入。同样，“正交多级注入”被定义为彼此正交的多个模式的注入。注入模式分成普通模式、微分模式和准微分模式。普通模式是通过参考平面引起电流的循环路的模式。微分模式由通过一个导体的注入和经由另一导体的返回的聚集组成，而准微分模式由一个或多个导体之间的电压或电流的注入以及经由与用于注入的导体不同的一个或多个导体的返回组成，在这种情况下使用的导体的数量大于二。

在现有技术中存在一些专利，其中公开了企图提高通信系统的性能的方法，但当介质是多导体时，在该介质中执行注入存在问题。本发明的装置解决了这一缺陷，并聚焦于在该介质上执行电感注入以使在注入中实现正交的特定方法；它因此解决了上述问题，并且因此，它具有现有技术中存在的文献所没有预期的结果。

并且，现有技术也包括关于电感耦合器的专利，但它并未预期到本发明。这些专利之一是称为“Coupling device”(耦合装置)的文献WO-03/063381-A1，其描述了一种用于区域的电感耦合方法，在这些区域中，必须在电网的不同分支上进行注入，并且在每个分支的两个导体上，那些注入被以微分模式执行。假定使用所述方法，不可能以普通、微分和准微分的模式在多个导体上执行正交多级注入，所述被引用的专利并未预期到本发明的装置。

发明内容

为了实现这些目标并避免前面部分中陈述的缺点，本发明由用于在多个导体上的电感多级注入的装置组成，可以在该装置上应用用于在由N个导体组成的介质和参考平面上提高通信系统的性能的方法。所述装置由下述元件和连接组成：E个信号输入，其中对于向导体中注入的每一个信号，E在1和N之间；A个电感耦合器，A等于或大于信号输入的数量的两倍(2xE)，其中在装置中使用的电感耦合器的特定数量取决于注入模式的数量和那些模式中的每一个所使用的导体的数量，且其中导体在一个或更多场合穿过电感耦合器中的间隙；E个信号注入环路，其中每个环路以微分模式、准微分模式或普通模式注入，穿过环绕导体的耦合器，所述环路将在这些导体上注入电流，并且环路穿过每个电感耦合器的方向确定了希望注入导体中的电流的方向；以及在每个耦合器上的每个注入环路的圈数或在每个耦合器上的每个导体的圈数使得注入以微分模式、准微分模式或普通模式实现。正因为有了本发明的装置，在多达N个的导体的组合中以所述被注入的信号彼此正交的方式注入通信信号成为可能。

在该装置中，以微分模式或准微分模式注入的信号输入被平衡并连接到每个环路的两端，而以普通模式注入的信号输入被提供到参考平面并连接到用于以普通模式注入的环路的一端，而环路的另一端被连接到参考平面。

在装置中使用的电感耦合器是具有高磁导率的元件，例如纳米晶材料或铁磁性的陶瓷材料，且其形状允许它们被导体或环路穿过。

在本发明的装置的一个实施例中，耦合器的数量等于不同注入所使用的导体的数量，以在导体中施加电流的所有注入将使用与该导体相关的电感耦合器。

在这种情况下，每个导体将只穿过与其相关的耦合器一次，而注入环路将穿过该耦合器尽可能必要的次数，用于维持为实现正交注入所需的适当的电流比率。

在装置的另一可选实施例中，耦合器的数量等于所使用的注入模式的数量，使得每个注入模式具有与其相关的单个耦合器。

在这种情况下，每个耦合器只由单个环路穿过一次，而与耦合器相关的注入模式所使用的导体穿过该耦合器尽可能必要的次数，用于维持为实现正交注入所需的适当的电流比率。

最后，虽然本发明的装置可用在任何多导体介质中，但对于多个导体所组成的通信信道是电网的情况下，特别适合应用本发明的装置。

在下文中，为了便于更好地理解此描述性说明并形成其完整的部分，添加了一些附图，其中本发明的目的以示例和非限制性的方式被描述。

附图说明

图1示出了在具有不同的元件和连接的N个导体上有N个信号的多级注入装置的例子。

图2示出了本发明的一个实施例，其中每个导体与单个电感耦合器相关。

图3示出了本发明的一个实施例，其中每个注入模式与单个电感耦合器相关。

图4代表了在具有三个导体的介质中的实施例的一个例子，在该介质中，只有两个注入(微分注入和另一准微分注入)被执行。

具体实施方式

参考在附图中采用的编号，下面给出本发明的实施例的不同例子的描述。

理论上，使用传输介质由多个导体组成的特性以使使用该传输介质成功地最大化通信系统的性能是可能的。实际上，可能实现以信号被正交地注入介质中的方式在多导体介质中分配电流的方法，使用该方法实现了在注入当中较低的干扰水平、较大的覆盖等。这些方法的主要问题是在多导体介质中的信号的注入。

本发明的装置能够最佳地执行该电感注入，以遵循用于提高使用该多导体介质的系统的通信容量所期望的方法。

图1示出实施例的一个例子，其中示出相对于参考平面(4)的N个导体的信道，其中采用电感多级注入装置执行N次注入。在该例子中，有偶数数量的N个导体(2₁到2_N)和N个输入信号(1₁到1_N)，这些信号被分成将以普通模式注入的单个信号(1₁)、将以微分模式注入的多个信号(1₂到1_x)和将以准微分模式注入的多个信号(1_x+1到1_N)。同样，在实施例的该例子中，具有用于每个导体和注入的电感耦合器(3)。为了实现正交注入，根据用于提高所使用的通信特征的性能的方法，对信号被注入的导体、注入电流的方向和注入环路的圈数进行适当的选择。

如上述附图所示，以普通模式的注入有经由参考平面(4)的返回，而微分和准微分模式只在导体(2₁到2_N)上产生电流。

最大微分模式的数量取决于导体的数量，对偶数数量的导体为N/2，而对奇数数量的导体为(N-1)/2。

为了帮助理解图1，在不同导体上绘出的电流有三个下标。第一个表示它是否是普通模式(c)、微分模式(d)还是准微分模式(pd)；第二个是注入信号的数量(其从1到N)；以及第三个是导体的数量(其在本例中同样从1到N)，电流通过该导体被分配。

在图2中示出实施例的另一例子，其中装置在相对于参考平面(4)的由五个导体(2₁到2₅)组成的信道上示出。在这种情况下，对每个导体只使用一个耦合器(3)，这强烈减少了所使用的电感耦合器的数量。需要将信号耦合在特定的导体中的每个注入模式必须使用对该导体的耦合器。这意味着不同模式的几个注入环路可在包围导体的同一耦合器上通过。导体(2)只通过其电感耦合器(3)一次，但注入环路将通过耦合器尽可能必要的次数，以保证所需的耦合比例，该耦合比例允许在注入模式当中的正交特征，并且由在本发明的装置上使用的提高性能的方法确定。

在图2中，输入被绘制为将以普通模式(1_c)、微分模式(1_d1和1_d2)和准微分模式(1_pd1和1_pd2)耦合。这些输入产生将以普通模式(1_c)、微分模式(1_d1和1_d2)和准微分模式(1_pd1和1_pd2)耦合的电流。在不同耦合器之间传送信号的环路必须使得根据在装置上使用的方法产生信号的正交。在这种情况下，第二准微分耦合的环路必须对位于最下面的导体(2₅)中的耦合器(3)穿过四圈，以获得在该导体上的电流的正确值。在导体上的正交注入的条件确定注入电流的方向和注入环路的圈数或经由电感耦合器的每个导体的圈数。每个电感耦合的等效电子模型或者对应于具有一个或多个共享绕组的变压器，其中绕组一方面是注入环路，而另一方面是导体。假定阻抗的适应条件，发生在图2中所示的导体中的每个耦合的电流的分配。

并且，图3示出在本发明的装置中的电感耦合的另一实施例，其中每个注入模式具有与其相关的单个耦合器(3)，导体经由该耦合器，模式必须在导体上耦合信号。在这种情况下有三个导体(2₁、2₂和2₃)，在这些导体上将注入普通模式信号(1_c)、微分模式信号(1_d)和另一准微分模式信号(1_pd)。这些输入信号将产生电感地耦合到导体的相应的电流(1_c、1_d和1_pd)。

在实施例的这一例子中，是导体以适当的圈数并在正确的方向上穿过电感耦合器，用于保证不同导体(2)之间的信号中的正交特性。注入环路另一方面将只穿过其电感耦合一次。附图示出在总共三个导体上的实施例，其中多达三个正交注入模式是可能的。在这种情况下，如图3所示，电流的分配对于普通模式电流是每导体I_c/3，对于微分模式电流是每导体I_d/2，和对于准微分模式电流是每导体I_pd/3或I_pd/6。

最后，图4示出了三个导体(2₁、2₂和2₃)的信道上的实施例的一个例子，其中只实现微分和准微分模式的电感耦合。通常，普通模式显示较高的信号损失和来自辐射的较大的干扰，所以它通常不在真实的实施中使用，以符合关于辐射的标准和不同的国际规定。

在这种情况下，将有两个信号输入，一个将以微分模式(1_d)注入，而另一个以准微分模式(1_pd)注入，这些信号将产生其相应的电流(I_d和I_pd)。每个导体具有其自己的耦合器(3)，使得导体(2₁、2₂和2₃)只穿过耦合器一次，而与信号输入连接的环路必须在正确的方向上穿过环路适当的次数，用于在注入当中实现正交。

特别地，微分环路在前进方向上穿过上部导体(2₁)的耦合器(3)并且在反方向上穿过中部导体(2₂)的耦合器(3)，使用耦合器(3)一半微分电流(I_d/2)在两个导体(2₁和2₂)中在相反的方向上产生。准微分环路另一方面在前进方向上穿过上部导体(2₁)和中部导体(2₂)的耦合器(3)并且在反向方向上穿过下部导体(2₃)的耦合器(3)两圈。由此，准微分电流(I_pd)在前进方向上在上部导体(2₁)和中部导体(2₂)中产生并在相反的方向上在下部导体(2₃)中加倍(2x I_pd)。在理论上可证明所产生的这种形式的注入I_pd1和I_pd2是正交的。

Claims (8)

1.一种用于在多个导体上的电感多级注入的装置，可以在该装置上应用用于在由N个导体组成的介质和参考平面上提高通信系统的性能的方法，其特征在于，所述装置包括：

E个信号输入，其中对于向导体中注入的每一个信号，E在1和N之间；

A个电感耦合器，A等于或大于所述信号输入的数量的两倍(2xE)，其中在所述装置中使用的所述耦合器的数量取决于注入模式的数量和每个所述注入模式所使用的导体的数量，并且其中所述导体在一个或多个场合穿过所述电感耦合器中的间隙；

E个信号注入环路，其中每个所述环路以从微分模式、准微分模式和普通模式中选择的模式注入，所述环路穿过环绕所述导体的所述耦合器，所述环路将在所述导体上注入电流，并且所述环路穿过每个所述电感耦合器的方向确定了希望注入所述导体中的所述电流的方向；

选择在每个所述耦合器上的每个所述注入环路的圈数或在每个所述耦合器上的每个所述导体的圈数，使得所述注入以从所述微分模式、准微分模式和普通模式中选择的模式实现；

从而达到在多达N个的所述导体的组合中注入通信信号并获得彼此正交的注入信号。

2.如权利要求1所述的用于在多个导体上的电感多级注入的装置，其特征在于，以从微分模式和准微分模式中选择的模式注入的所述信号输入被平衡并连接到每个所述环路的两端，而以普通模式注入的所述信号输入被提供到所述参考平面并连接到用于以所述普通模式注入的所述环路的一端，而所述环路的另一端被连接到所述参考平面。

3.如权利要求1所述的用于在多个导体上的电感多级注入的装置，其特征在于，所述电感耦合器是从纳米晶材料和铁磁性的陶瓷材料中选择的具有高磁导率的元件，且其形状允许它们被所述导体或所述环路穿过。

4.如权利要求3所述的用于在多个导体上的电感多级注入的装置，其特征在于，所述电感耦合器的数量等于不同注入所使用的所述导体的数量，以便在所述导体中施加电流的所有注入都使用与所述导体相关的所述电感耦合器。

5.如权利要求4所述的用于在多个导体上的电感多级注入的装置，其特征在于，每个所述导体只穿过与其相关的所述电感耦合器一次，而所述注入环路穿过所述电感耦 合器尽可能必要的次数，用于为实现所述正交注入维持适当的电流比率。

6.如权利要求3所述的用于在多个导体上的电感多级注入的装置，其特征在于，所述电感耦合器的数量等于所使用的所述注入模式的数量，使得每个所述注入模式具有与其相关的单个所述电感耦合器。

7.如权利要求6所述的用于在多个导体上的电感多级注入的装置，其特征在于，每个所述电感耦合器只由单个所述环路穿过一次，而与所述电感耦合器相关的所述注入模式所使用的所述导体穿过所述电感耦合器尽可能必要的次数，用于维持为实现所述正交注入所需的适当的电流比率。

8.如权利要求1所述的用于在多个导体上的电感多级注入的装置，其特征在于，由所述多个导体组成的通信信道是电网。 

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