CN103905089A - 电力线载波信号可调衰减器的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力线载波信号可调衰减器的电路，用于在保障传输一定功率的低频交流电能的同时，实现对高频的电力线载波信号的连续衰减调控。其特征在于该电路由串入交流端口P1和P2之间的电力低通滤波部分和载波信号可调通路部分组成，电力低通滤波部分采用多级LC低通滤波电路，载波信号可调通路部分由隔离低频交流的电容和包含一个可调电位器的分压电阻网络构成。该电力线载波信号可调衰减器对于低频交流信号为全通，对于高频载波信号可以通过调节可调电位器Rx实现衰减率的调控，可调衰减率在高频段受频率影响较小，具有一致性。此外，本发明的电路结构简单，便于使用操作。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波信号可调衰减器的电路，属于电力线载波通信技术领域。
背景技术
电力线载波信号可调衰减器是对电力线载波通信设备进行测试的重要设备。基于电力线载波信号可调衰减器可以检测载波通信装置的发射强度、发射效率、接收灵敏度等性能参数，检验抗噪声、抗干扰的能力，也可在组网测试中用于实现可控的网络中继关系。中国发明专利《应用于低压集中抄表的窄带载波衰减装置》（申请号：201010273110.7）针对已有通用载波衰减装置只能对某个频段的载波进行固定衰减的不足，提出了基于电脑上位机、通信电路、控制逻辑电路和多级固定衰减器所实现的、能够采用程控方式对载波信号进行分档衰减调节的装置，其原理结构如图1所示。该已有方法具有两个缺点：第一个缺点是，固定的多级分档衰减器因其不能连续调节，无法用于精确测量载波通信的性能参数。第二个缺点是，该衰减调节装置由多组具有固定衰减率的衰减器和开关切换选择装置组成，设备体积庞大，应用受到局限，操作维护复杂。
发明内容
本发明的目的是提出一种电力线载波信号可调衰减器的电路，在保障传输一定功率的低频交流电能的同时，实现对高频的电力线载波信号的连续衰减调控，同时简化电力线载波信号可调衰减器的结构，便于设计实现，便于使用操作。
本发明提出的电力线载波信号可调衰减器的电路，其特征在于，该电路由连接在交流端口P1和交流端口P2之间的电力低通滤波部分和载波信号可调通路部分组成；其中，电力低通滤波部分，该电路从交流端口P1的a1端至交流端口P2的a2端依次串入m个电感L L1、L L2、…、L Lm，交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串入m个电感L N1、L N2、…、L Nm，在a1和b1、电感之间的对应节点、以及a2和b2节点之间依次并联相互串联的电容C Li 和电阻R Li ，其中i=1,2,…,(m+1)；载波信号可调通路部分，该电路从交流端口P1的a1端至交流端口P2的a2端依次串联电容C H1、电阻R H1、电阻R H2和电容C H2，从交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串联电容C H3、电阻R H3、电阻R H4和电容C H4，在电阻R H1和电阻R H2、以及电阻R H3和电阻R H4之间节点并联可调电位器R x 。
进一步的，所述电力低通滤波部分在a1和b1、电感之间的对应节点、以及a2和b2节点之间并联的电容C Li 和电阻R Li 的位置互换。
进一步的，所述电力低通滤波部分的交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串入的电感L Ni 用短路线替代，从而构成非对称回路形式的电路。
进一步的，所述载波信号可调通路部分的交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串入的电容C H3、电阻R H3、电阻R H4和电容C H4用短路线替代，从而构成非对称回路形式的电路。
进一步的，所述电力低通滤波部分具有电容放电电阻R C1。
进一步的，所述载波信号可调通路部分的电容两端具有并联的放电电阻。
本发明的电力线载波信号可调衰减器的电路工作原理是：通过电力低通滤波部分实现低频的交流电能从一个端口到另一个端口的正常输送，同时尽可能完全阻断电力线载波信号从一个端口到达另一个端口；进一步基于载波信号可调通路部分允许电力线载波信号从一个端口到另一个端口的传输，但其衰减率通过可调电位器实现调控。电力低通滤波部分采用典型的多级LC滤波电路，电感L Li 和L Ni 的电感值较小，在交流工频下其阻抗很低，能够保证当电源接入可调衰减器的一端后，在可调衰减器另一端能够为负载提供额定设计值以内的功率。对应载波信号的高频频点，电感L Li 和L Ni 的阻抗相比并联在端口间的电容C i 和电阻R i 的阻抗大很多，从而通过多级分压，使得从一端输入的载波信号被大大衰减。如果载波信号V Hin 从电力低通滤波部分电路的交流端口P1输入，且忽略负载阻抗影响，则电力低通滤波部分电路在交流端口P2输出的载波信号V Hout 相比输入的衰减率可按照下式近似计算：
，
衰减率D LF 的单位为dB。本发明的载波信号可调通路部分在包含交流工频的低频下，电容C H1、C H2、C H3和C H4的阻抗很大，所以承担了较大的交流电压。电阻R H1、R H2、R H3、R H4和R x 的承担的交流工频电压小，电阻的功耗也相应较小。在载波信号对应的高频下，电容C H1、C H2、C H3和C H4的阻抗相对电阻R H1、R H2、R H3、R H4和R x 较小，则R H1、R H2、R H3、R H4、R x 以及衰减器在输出端口的阻抗共同构成分压电路，实现载波信号的衰减输出。不防取电容值C H1=C H2=C H3=C H4=C H ，电阻值R H1=R H2=R H3=R H4=R H ，电力低通滤波部分在输出端口引入的阻抗为：
X CL 
，
负载阻抗为X LD ，则载波信号可调通路部分的等效电路如图3所示。由此，载波信号可调通路部分从输入载波信号V Cin 到输出载波信号V Cout 的衰减率公式为：
其中，X L =X CL //X LD ，衰减率D CF 的单位为dB。当C H 的阻抗比电阻R H 小一个数量级以上，电阻R x 比电阻R H 小一个数量级以上，负载阻抗X L 比R H 小一个数量级以上，则衰减率D CF 近似为：
由此，上式说明衰减率在高频时主要受到可调电位器电阻值R x 决定，并随R x 减小，输出减小，衰减增大。所以，通过可调电位器R x 实现了对载波信号的衰减调控。
附图说明
图1是已有的一种应用于低压集中抄表的窄带载波衰减装置的原理结构图。
图2是本发明电力线载波信号可调衰减器的电路结构图。
图3是本发明电力线载波信号可调衰减器载波信号可调通路部分的原理分析电路。
图4是本发明电力线载波信号可调衰减器具体实施例的电路结构图。
图5是本发明电力线载波信号可调衰减器具体实施例在不同R x 下的衰减率随频率的变化曲线。
具体实施方式
本发明的一个具体实施方式的电路结构图如图4所示。交流端口P1和交流端口P2之间的电力低通滤波部分由3级LC滤波电路构成。从交流端口P1的a1端至交流端口P2的a2端依次串入3个电感L L1、L L2、L L3，以及从交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串入3个电感L N1、L N2、L N3，这些电感的电感值相同，均为5mH。在a1和b1、电感之间的对应节点、以及a2和b2节点之间依次并联相互串联的电容C Li 和电阻R Li ，其中i=1,2,3,4，且C L1=C L2=C L3=C L4=0.5μF，R L1=R L2=R L3=R L4=5.0Ω。在交流端口P1的a1和b1端之间并联有电容放电电阻R C1=330kΩ。依据前述的理论分析和计算，从交流端口P1输入至P2输出，电力低通滤波部分对于交流工频信号为全通，对应10kHz信号的衰减率D LF 达到-77dB，且随频率升高衰减率更低。
载波信号可调通路部分从交流端口P1的a1端至交流端口P2的a2端依次串联电容C H1、电阻R H1、电阻R H2和电容C H2，从交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串联电容C H3、电阻R H3、电阻R H4和电容C H4，在电阻R H1和电阻R H2、以及电阻R H3和电阻R H4之间节点并联可调电位器R x 。电容C H1、C H2、C H3和C H4的电容值相同，均为C H1=C H2=C H3=C H4=2.0μF。电阻R H1、R H2、R H3和R H4的电阻值相同，均为R H1=R H2=R H3=R H4=100Ω。可调电位器R x 选择阻值范围从0至100Ω的多圈高精度电位器。电容C H1和C H2两端并联有电容放电电阻R C1和R C2，电阻值均为330kΩ。依据前述的理论分析和计算，如果负载阻抗X LD 很大，则负载阻抗X LD 可以忽略，于是对应100kHz，当Rx分别取1Ω、2Ω、5Ω、10Ω、20Ω、50Ω、100Ω时，从交流端口P1输入至P2输出，载波信号可调通路部分的衰减率D CF 分别为-80.7dB、-74.8dB、-67.1dB、-61.5dB、-56.2dB、-50.2dB、-46.6dB，通过调节Rx实现了对载波信号衰减的可调控制。
基于MultiSIM软件对本发明电力线载波信号可调衰减器实施例电路进行仿真，所获得的对应Rx分别取1Ω、2Ω、5Ω、10Ω、20Ω、50Ω、100Ω时、从交流端口P1输入至P2输出的衰减率随频率的变化曲线如图5所示。由仿真曲线可见，该衰减器在150Hz以下为全通状态，在10kHz以上随可调电位器Rx的变化实现了对高频的载波信号的不同衰减调节。并且，当可调电位器Rx的电阻值固定时，在10kHz至1MHz的高频段其衰减率曲线比较平坦，随频率变化不显著，便于对不同工作频点的载波信号进行衰减测试。
Claims (6)
1.电力线载波信号可调衰减器的电路，其特征在于，该电路由连接在交流端口P1和交流端口P2之间的电力低通滤波部分和载波信号可调通路部分组成；其中，
电力低通滤波部分，该电路从交流端口P1的a1端至交流端口P2的a2端依次串入m个电感L L1、L L2、…、L Lm，交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串入m个电感L N1、L N2、…、L Nm，在a1和b1、电感之间的对应节点、以及a2和b2节点之间依次并联相互串联的电容C Li 和电阻R Li ，其中i=1,2,…,(m+1)；
载波信号可调通路部分，该电路从交流端口P1的a1端至交流端口P2的a2端依次串联电容C H1、电阻R H1、电阻R H2和电容C H2，从交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串联电容C H3、电阻R H3、电阻R H4和电容C H4，在电阻R H1和电阻R H2、以及电阻R H3和电阻R H4之间节点并联可调电位器R x 。
2.根据权利要求1所述的电力线载波信号可调衰减器的电路，其特征在于，所述电力低通滤波部分在a1和b1、电感之间的对应节点、以及a2和b2节点之间并联的电容C Li 和电阻R Li 的位置互换。
3. 根据权利要求1所述的电力线载波信号可调衰减器的电路，其特征在于，所述电力低通滤波部分的交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串入的电感L Ni 用短路线替代，从而构成非对称回路形式的电路。
4.根据权利要求1所述的电力线载波信号可调衰减器的电路，其特征在于，所述载波信号可调通路部分的交流端口P1的b1端至交流端口P2的b2端依次串入的电容C H3、电阻R H3、电阻R H4和电容C H4用短路线替代，从而构成非对称回路形式的电路。
5.根据权利要求1所述的电力线载波信号可调衰减器的电路，其特征在于，所述电力低通滤波部分具有电容放电电阻R C1。
6.根据权利要求1所述的电力线载波信号可调衰减器的电路，其特征在于，所述载波信号可调通路部分的电容两端具有并联的放电电阻。
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