CN103039010A - 电流导线通信耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将不同频率的信号或数据耦合到电网或能量网中和从电网或能量网中解耦的一种方法和一种装置，其中，在耦合装置（11）的输入端（12）上提供所述信号或数据，并且在中间连接至少一个变压器（13，14）的情况下通过所述耦合装置（11）的输出端（20）被耦合或馈入到所述电网或能量网中或者从该电网或能量网中解耦，设置了，依赖于信号的频率通过共同的耦合装置（11）的不同的变压器（13，14）来实施耦合到电网中或者从电网中解耦，从而对于不同的频率带能够在特别是基本上线性的传输特性的情况下提供最大的功率引入。

Description

电流导线通信耦合器

技术领域

本发明涉及一种用于将不同频率的信号或数据耦合到电网或能量网（例如供电网）中和从电网或能量网（例如供电网）中解耦的方法，其中，在耦合装置的输入端上提供所述信号或数据，并且在中间连接至少一个变压器的情况下通过耦合装置的输出端被耦合或馈入到所述电网或能量网中，或者从该电网或能量网中解耦。本发明此外还涉及一种用于将不同频率的信号或数据耦合到电网或能量网中和从电网或能量网中解耦的装置，其具有：用于输入信号或数据的输入端、至少一个变压器和用于耦合或馈入到电网中或者从电网或能量网中解耦的输出端。

背景技术

开头所述类型的方法和装置是公知的，用于例如通过电网或能量网附加地将具有准确定义的信号频率的信号或数据进行传输。在此，例如按照CENELEC的标准EN50065，在从9kHz至150kHz的频率带（所谓的“CENELEC频率带”）中传输数据或信号；而按照另一个通常被称作宽带通信的标准（例如IEEE P1901草案标准），在从1MHz至30MHz的带宽范围内传输数据或信号。在此，应用了公知的并且特别是规格化的协议，用于在电网或能量网中、或者通过电力线载波、或者结合所谓的具有智能部件的电网（也被称为“Smart Grids，智能电网”）提供多个数据或信号。

除了要求提供足够可靠地将信号或数据耦合到电网或能量网中和从电网或能量网中解耦的事实之外，上面提到的彼此分离并确定的或规格化的频率范围的区别对于公知的方法和装置来说是不利的，从而对于不同的频率带或频率范围必须提供不同的耦合装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供开头所述类型的一种方法和一种装置，其避免了上面所述的缺点，并且特别是借助共同的方法和共同的装置，使在不同的频率带或频率范围内能够实现具有最大的功率引入的耦合。

为了解决所述技术问题，开头所述类型的方法的特征在于，与信号的频率有关地，通过共同的耦合装置的不同的变压器来实施耦合到电网中或从该电网中解耦。通过按照本发明的与信号或数据的频率有关地通过共同的耦合装置的不同的变压器来实施耦合，可以弃用在现有技术中常见的或必需的提供不同的耦合装置。由此，特别是不必为了在耦合装置中进行处理之前就已经进行相应的分离或划分就提前已知待耦合的数据或信号位于哪个频率带或频率范围内。因此，按照本发明可以不依赖于待耦合的信号或数据的频率将所述信号或数据供应给唯一的耦合装置，其中，依赖于在共同的耦合装置中的信号的频率，通过不同的变压器来实施耦合到电网或能量网中或者从电网或能量网中解耦。由此，不仅通过提供独立于频率（特别是在CENELEC频率带中，以及在宽带网中或对于宽带通信）的唯一的并且共同的耦合装置降低了用于实施按照本发明的方法的开支，而且还可以舍弃成本高的对耦合装置的分离或划分，并且由此舍弃了对于不同的频率带提供不同的耦合装置。这样，提供了独立于信号或数据的频率的耦合可能性。

为了特别可靠并且简单地进行分离，按照本发明优选建议：依赖于频率，通过连接在至少一个用于耦合高频信号的变压器之前的电容和/或通过连接在至少一个用于耦合低频信号的变压器之前的电感性元件来实施对信号的分离。由此可以以简单并且可靠并且基本上自动的方式执行在各个频率带或频率范围内的划分，其中，如上所述的那样，确保了通过共同的耦合装置进行耦合。

按照特别优选的实施形式，在该关联中建议：在大于和小于大约1MHz的频率之间进行频率的划分，以便通过不同的变压器进行耦合。通过这样频率的划分的选择，特别是可以借助共同的耦合装置来提供在考虑CENELEC频率带以及宽带通信的情况下的划分，其中，对于后者特别设置了大于大约1MHz并且例如直到大约30MHz的频率范围。

为了即使在相对大的频率范围内（基本上从非常低的几kHz的低频开始直到例如30或50MHz的高频）也能提供基本上均匀的耦合功率，按照另一个优选的实施形式建议：对于定义的或可定义的频率范围的信号、尤其是低频和/或高频的信号附加地实施频率补偿。通过这样的频率补偿，可以在不同的频率带或频率范围上独立于待耦合的频率在耦合的范围内提供基本上均匀的并且特别优化的或最大的放大。

此外，对于在大的频率范围上的这样的均匀放大建议：特别是在信号幅度的增长可变的情况下实施频率补偿，就像其符合按照本发明的方法的再一个优选的实施形式那样。

为了改进传输功率，按照再一个优选的实施形式建议：在变压器之后，经由特别的可调节的电容传输高频信号。

特别是考虑到针对待耦合的数据或信号的严重不同的频率范围的情况下，为了对电势分配进行优化，按照再一个优选的实施形式建议：为变压器后置连接了具有不同的电感值的旁路线圈以用于电势分配。

此外，为了解决开始时所提出的技术问题，上述类型的装置基本上的特征在于，将不同带宽的变压器通过装置的共同的输入端和输出端连接在一起，以便耦合不同频率的信号。就像上文中已经描述的那样，这样在最大的功率耦合或功率引入的情况下，一个唯一的或共同的耦合装置足够用于不同频率和尤其是不同频带。

为了可靠地分离各个频率范围或频率带，按照优选的实施形式建议：为至少一个用于耦合高频信号的变压器前置连接用于阻塞低频信号的电容，和/或为至少一个用于耦合低频信号的变压器前置连接用于阻塞高频信号的电感元件。

与各个频率带的分离相关联，所述频率带例如基本上由规格化的或标准化的频率范围组成，按照再一个优选的实施形式建议：为了分离具有大于和小于大约1MHz频率的信号选择电容的电容值和/或电感性元件的电感值。这样可以提供例如在CENELEC频率带和宽带通信之间的简单的分离或划分。通过这样依赖于频率进行分离，针对不同频率的数据或信号的待进行的耦合，由此可以在共同的耦合装置中采用被验证过的和至少部分公知的元件以用于耦合和功率引入。

为了进一步地支持不同频率带的耦合并且为了特别针对高频信号实现最大的功率引入，按照再一个优选的实施形式建议：为至少一个用于耦合高频信号的变压器后置连接另一个电容，所述电容具有与在所述变压器之前连接的电容不同的电容值，并且特别是可选的电容值。

为了在大的频率范围内提供优化的功率引入基本上平均的水准，按照再一个优选的实施方式建议：附加地设置了频率补偿以用于定义的或可定义的频率范围的信号，特别是低频和/或高频的信号。另外，为了提供结构上简单的实施形式，建议设置可变放大器的有源元件以用于频率补偿，就像其符合按照本发明的装置的再一个优选的实施形式那样。

此外，为了有序地实施耦合和解耦并且在考虑不同的频率范围的情况下优选建议为装置的输出端前置连接多个具有不同电感值的旁路线圈。

此外，对于有序的耦合建议：以本身公知的方式为该装置分配耦合电容和隔离火花间隙（Trennfunkenstrecke），就像其符合按照本发明的装置的再一个优选的实施形式那样。

此外，为了提供按照本发明对不同的频率带或频率范围的信号或数据所设置的耦合，优选建议：耦合电容具有至少大约1nF、优选至少大约10nF、特别优选至少大约100nF的电容值。

附图说明

下面结合在附图中示意性示出的实施例详细解释本发明。其中：

图1示出了系统的示意性结构，所述系统包括用于信号或数据的耦合和解耦的装置；

图2详细示出了耦合装置的示意性结构；

图3示出了按照图2的耦合装置在9kHz至30kHz的频率范围上在使用具有相对高的电容量的耦合电容的情况下的传输特性图；

图4示出了用于特别在低频率中进行频率补偿的装置的示意图；

图5示出了用于低频的频率补偿的传输函数图或放大函数图；以及

图6示出了类似于图3的传输函数图，其中在图6a中示出了不含频率补偿的传输函数，而在图6b中示出了具有频率补偿的传输函数。

具体实施方式

图1中示意性地示出了用于将不同频率的信号或数据耦合到电网或能量网中或从电网或能量网中解耦的结构，其中除了耦合装置1（如在图2中详细示出的那样）之外，示出了放电间隙2、耦合电容3以及旁路线圈（Ableitspule）4。

将这样的在图1中示出的结构用于将不同频率的信号或数据耦合到未详细示出的电网或能量网中或者从电网或能量网中解耦。在公知的实施形式中，针对特定的频率范围或频率带，并且例如针对CENELEC频率带对于从大约9kHz到大约150kHz的频率或者与此相对地针对从大约1MHz到大约30MHz的宽带频率带，构造耦合装置1，使得对于信号或数据的耦合或解耦必须提前已知或设置了频率范围或频率带，以便实现耦合和解耦。

如上面所提到的，为了提供对不同频率和特别是不同频率带的信号或数据所进行的耦合和解耦，并且无需提供仅仅与所使用的耦合装置相匹配的特定频率带的信号或数据，在图2中示意性示出了耦合装置11的结构，其中在输入端12提供了不同频率的信号或数据，所述不同频率不是已知的或者不必是已知的。

从图2中看出，耦合装置11具有变压器13和14，其中，变压器13被构造用于耦合或传输例如在从大约1MHz到大约30MHz的宽带频率范围中的高频，而变压器14被构造用于传输例如在从大约9kHz到大约150kHz的CENELEC频率带中的低频。

为了在通过变压器13或14进行耦合或传输之前分离信号，为变压器13前置连接了电容15，所述电容15抑制了低频率的信号或数据通过变压器13。相应地，通过变压器14传输相对低的频率。

取代为了分离信号或数据依赖于频率所使用的电容15和/或对其附加地，为变压器14前置连接了电感性元件16，所述电感性元件16阻止了高频信号或数据的通过，从而特别地通过提供元件15和16实现了对输入端12上供应的信号或数据进行根据频率的划分或者分离。通过相应地选择电容15以及电感性元件16的参数，例如进行特别是大于和小于大约1MHz的频率之间的分离，以便这样提供对基本上规格化的或标准化的频率带CENELEC和宽带的分离。

通过变压器13或14传输的、不同频率或频率带的信号或数据在接下来的进展中，如公知的那样经由电阻17和18以及多个用于考虑不同的频率范围或频率带的具有不同电感的旁路线圈19，被提供在示意性示出的输出端20上。

此外，为了获得期望的传输函数而进行如下设置：为用于高频传输的变压器13后置连接了电容21，所述电容21为了提供基本上线性的传输函数（如下文中讨论的那样）而具有与变压器13所前置连接的电容15不同的电容值。如果对于电容15和21使用分别相同的电容值，则在图3中示出的传输函数图特别在接近小于1MHz的范围内呈现出显著的衰减，从而由此损害了所追求的线性传输特性。替换地，该严重不同的传输特性对于严格受限的频率范围也可以用于划分各个频率带，就像在图3中示出的那样。

以相似的方式，为变压器14后置连接电感性元件22。

在图2中示出的耦合装置11既可以用于将不同频率的信号或数据耦合到电网或能量网或电力线载波（Power Line Carrier）中，又可以用于从电网或能量网或电力线载波中解耦。在作为耦合装置使用的情况下，在输入端12上供应例如来自于调制解调器的信号，所述信号在最大的功率引入的方式下，在进行相应的放大之后在输出端20上被引入到电网或能量网中。

反之，在从这样的电网或能量网中解耦的情况下，在输出端20上将由电网或能量网所提供的信号引入到耦合装置11中，而在输入端12上该信号可以提供给其它的装置（例如调制解调器）。

在图3中示出了图2所示的耦合装置11的传输函数，其中可以看出，在不同的频率范围或频率带上、特别是在CENELEC频率带以及对于宽带通信，可以在相应的较小衰减的情况下提供基本上线性的传输特性。

如上文中已经提到的那样，如果电容15和21具有基本上相同的电容值，则在低于1MHz的范围内可以看到用虚线示出的在传输函数中的明显的下降。

尤其在使用具有非常高的电容值（例如150nF）的耦合电容3的情况下（如在图1中示出的那样），可以实现在图3中示出的传输函数。

然而，这样的相应的高电容值的耦合电容具有相对大的尺寸并且由此具有高的制造成本，并且电网或能量网的运营商通常禁止使用如此大功率的这样的耦合电容，原因是其会带来电网或能量网的敏感的扰动。

然而在使用相应低电容值、例如大约1nF或者优选最小大约10nF的耦合电容的情况下，特别对于在CENELEC频带的低频范围内无法避免传输特性的降低，如在图6a中示出的那样。

由此，为了在低频中进行补偿而使用了装置31，如在图4中示出的那样。在输入端IN上提供了信号，然后在通过放大器32之后提供了低通滤波器33，为所述低通滤波器33后置连接了特别的可变的放大器34。在输出端OUT上提供这样在低频范围内放大的信号，并且可以引入到例如输入端12（参见图2）上。

在图5中示意性示出了可以借助按照图4的装置31实现的频率补偿或者频率放大，其中可以看出，特别在低频中可以实现例如几分贝的放大。

在使用这样的用于低频的频率补偿（其传输函数在图5中示出）的情况下，对于按照图6a的传输函数得到了在图6b中示出的传输函数，其中可以看出，替代了原有的对于9Hz例如-7.8dB的衰减，在频率补偿之后对于9Hz提供了例如-3.70dB的衰减，从而在整个频率范围内可以实现大大改善了的线性的传输特性。

同样地，如从图6a和6b对于高频的比较中可以看出的那样，通过在使用按照图4的装置的情况下相应的频率补偿，如果使用相应的高通滤波器，也能提供传输函数对于高频的均匀化

或上升。

在图6a中示出的在高频中的非线性可以例如归因于反射，特别在真实的测量构造中至少部分地无法避免所述反射，从而通过也在这样的高频范围内进行所建议的频率补偿，可以实现传递函数在最大功率引入的情况下关于整个频率范围内以及特别是关于不同的频率带的相应的线性化。

Claims (16)

1.一种用于将不同频率的信号或数据耦合到电网或能量网中或者从电网或能量网中解耦的方法，其中，在耦合装置的输入端上提供所述信号或数据，并且在中间连接至少一个变压器的情况下通过耦合装置的输出端将所述信号或数据耦合或者馈入到所述电网或能量网中或者从该电网或能量网中解耦，

其特征在于，

与所述信号的频率有关地，通过共同的耦合装置（11）的不同的变压器（13，14）来实施到所述电网中的耦合或从该电网中的解耦。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，

通过在至少一个用于高频信号耦合的变压器（13）之前连接的电容（15）和/或通过在至少一个用于低频信号耦合的变压器（14）之前连接的电感性元件（16），来实施根据频率对信号的分离。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

为了通过不同的变压器（13，14）进行耦合，在大于和小于大约1MHz的频率之间对频率进行划分。

4.按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，

对于确定的或可确定的频率范围的信号、特别是低频和/或高频的信号，附加地实施频率补偿（31）。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，

在信号幅度的特别是可变的上升的情况下，实施信号补偿（31）。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，

在变压器（13）之后通过特别的能够调节的电容（21）来传输高频的信号。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

为了电势分配，在所述变压器（13，14）之后连接了具有不同电感的旁路线圈（19）。

8.一种用于将不同频率的信号或数据耦合到电网或能量网中或者从电网或能量中解耦的装置，其具有：用于输入信号或数据的输入端、至少一个变压器和用于耦合或馈入到所述电网或者从所述电网或能量网中解耦的输出端，

其特征在于，

为了耦合不同频率的信号，通过所述装置（11）的共同的输入端（12）和输出端（20）耦合不同带宽的变压器（13，14）。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，

在至少一个用于耦合高频信号的变压器（13）之前连接了用于阻止低频信号的电容（15）和/或在至少一个用于耦合低频信号的变压器（14）之前连接了用于阻止高频信号的电感性元件（16）。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，

为了分离具有大于和小于大约1MHz的频率的信号，选择所述电容（15）的电容值和/或所述电感性元件（16）的电感值。

11.按照权利要求8、9或10所述的装置，其特征在于，

在所述至少一个用于耦合高频信号的变压器（13）之后连接了另一个电容（21），后者具有与在所述变压器（13）之前连接的电容（15）不同的电容值，并且特别是具有可选的电容值。

12.按照权利要求8至11中任一项所述的装置，其特征在于，

对于确定的或者能够确定的频率范围的信号、特别是低频和/或高频的信号，附加地设置频率补偿（31）。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，

对于频率补偿（31），设置可变放大的有源元件（34）。

14.按照权利要求8至13中任一项所述的装置，其特征在于，

在所述装置（11）的输出端（20）之前连接了多个具有不同电感值的旁路线圈（19）。

15.按照权利要求8至14中任一项所述的装置，其特征在于，

所述装置被分配了耦合电容（3）和隔离火花间隙（2）。

16.按照权利要求15所述的装置，其特征在于，

所述耦合电容（3）具有至少大约1nF、优选至少大约10nF、特别优选至少大约100nF的电容值。

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