EP1468504A1 - Coupling device - Google Patents

Coupling device

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Publication number
EP1468504A1
EP1468504A1 EP02806558A EP02806558A EP1468504A1 EP 1468504 A1 EP1468504 A1 EP 1468504A1 EP 02806558 A EP02806558 A EP 02806558A EP 02806558 A EP02806558 A EP 02806558A EP 1468504 A1 EP1468504 A1 EP 1468504A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling
conductors
signal
data signal
coupling device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02806558A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Bittner
Erhard LÜTHI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ascom Intermediate AG
Original Assignee
Ascom Powerline Communications AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ascom Powerline Communications AG filed Critical Ascom Powerline Communications AG
Publication of EP1468504A1 publication Critical patent/EP1468504A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/54Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/56Circuits for coupling, blocking, or by-passing of signals
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B2203/00Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5404Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines
    • H04B2203/5425Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines improving S/N by matching impedance, noise reduction, gain control
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B2203/00Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5429Applications for powerline communications
    • H04B2203/5445Local network
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B2203/5462Systems for power line communications
    • H04B2203/5466Systems for power line communications using three phases conductors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B2203/00Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462Systems for power line communications
    • H04B2203/5483Systems for power line communications using coupling circuits

Definitions

  • the invention relates to a coupling device for coupling or decoupling a data signal with a carrier frequency of more than 1 MHz into or from a power supply network.
  • the invention further relates to a corresponding method for transmitting data via a power supply network and corresponding arrangements.
  • High-bit-rate data communication has become increasingly important in recent years. Large amounts of data such as high quality music, video sequences or other large amounts of data are also being sent electronically.
  • Existing communication networks such as the fixed telephone network or cellular networks offer insufficient bandwidth for this and are often very busy. Furthermore, such networks have a major disadvantage with already existing broadband networks such as ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) or data transmission via cable television systems: they are expensive and have to be created beforehand with enormous effort.
  • ADSL Asymmetrical Digital Subscriber Line
  • Power supply networks are a suitable alternative for broadband data transmission, because firstly practically every household has a connection to a power supply network and secondly large data transmission rates can also be realized. In order to transmit data via a power supply network, however, it must first be brought into a suitable form and then fed into the power supply network.
  • the data is first encoded, compressed if necessary and then modulated onto a high-frequency carrier signal.
  • the resulting high-frequency data signal is coupled into the power supply network at the transmitter and is again coupled out of the power network at the receiver in an analog manner, demodulated, decompressed if necessary and finally decoded.
  • the object of the invention is to provide a coupling device of the type mentioned at the outset which avoids the disadvantages of the known couplers and in particular enables inexpensive and good coupling of the data signal.
  • the coupling device is designed to couple a data signal into and out of a power supply network for inductively coupling the data signal between a signal line and a pair of current conductors of the power supply network.
  • Carrier signal are modulated, which has a carrier frequency of over one MHz.
  • phase conductors ie. H. the phase conductors, the neutral conductor and any protective conductor, such as an earth conductor, are understood.
  • the coupling device By inductively coupling the data signal, the coupling device can be made from cheaper materials, which means, for example, a great price advantage compared to the capacitive couplers.
  • the coupling itself is also improved. Compared to capacitive coupling, coupling losses are reduced by about 20 to 30 dB.
  • the invention already has a significantly improved coupling.
  • an HF short circuit is advantageously provided at the coupling site. This includes, for example, a capacitance which is either connected between the two current conductors of the pair of current conductors or between each of the current conductors and a protective conductor, for example the earth conductor, of the power supply network.
  • an overcurrent fuse can optionally be connected in series with it.
  • the transverse capacitances of the HF short-circuits not only result in an improvement in the coupling factor, but also serve at the same time to ensure that the data signal only propagates in one direction on the power lines. RF interferences, which originate on the other side of the RF short-circuits, are blocked accordingly.
  • the data signal can be transmitted both in push-pull and in common mode.
  • the data signal is only transmitted on a conductor, a defined potential, for example the potential of a protective conductor, being used as a reference.
  • the data signal is transmitted between two conductors of a transmission system and can be read, for example, at the end of the two conductors as a voltage difference as a function of time.
  • the signal line therefore preferably has two signal lines for transmitting the data signal.
  • the coupling device has two coupling bodies made of a magnetic material. This material is, for example, ferrites, which are ceramic or single-crystalline substances.
  • Each coupling body is advantageously cylindrical in shape with an arbitrary base area, wherein it has a hole between the base area and the cover area.
  • Other shapes of coupling bodies can also be used, but the selected cylindrical shape, especially if it is, for example, a straight cylinder a circular or square base area, facilitates the handling and assembly of the coupling body.
  • a coupling body is used to couple the data signal between one of the signal conductors and one of the current conductors of a pair of current conductors, both of which are looped through the hole in the coupling body for this purpose.
  • the coupling body, the signal conductor and the current conductor together form a transformer, each with at least one turn on the primary and on the secondary side.
  • the size of the coupling body as well as that of its hole is matched to the corresponding conductor.
  • the coupling device can also be designed such that it can be used for coupling the data signal between the signal line and a plurality of pairs of current conductors.
  • the coupling between one of the signal conductors and one of the current conductors of each pair of current conductors takes place as just described. Both are looped through the hole of a coupling body. If several pairs of current conductors are now present, each current conductor of each pair is looped through the hole of its own coupling body and one of the signal conductors is looped through the hole in each case one of the coupling bodies of a pair of current conductors and the other signal conductor through the hole of the other coupling body of the pair of current conductors.
  • the ends of the signal conductors which have each been looped through the hole of one or more coupling bodies, are connected to one another.
  • This can be a low-resistance connection, for example via ohmic resistors, but the signal conductors can also be connected by means of capacitors in such a way that they are low-resistance only for high-frequency signals.
  • the signal conductors are advantageously connected directly to one another, ie galvanically short-circuited. This allows maximum signal currents in the signal line. So that the ends can be connected to each other, the data signal must be transmitted in push-pull mode. If this were not the case, no data signal could be transmitted in this case, since the currents in one direction do not match those in the other.
  • each coupling body consists of at least two partial bodies that can be assembled.
  • the partial bodies can be taken apart, placed around the desired conductors and put together again.
  • the partial bodies are typically held together or even pressed together by a holding device.
  • One-piece coupling bodies could also be installed, but for this the power lines would have to be disconnected, passed through the hole and then reattached to the correct location. However, this would make a power cut necessary. Thanks to the multi-part coupling body, this complex assembly work is no longer necessary.
  • the so-called folding coupling bodies which are installed in a housing and can be folded around a fixedly mounted power cable, the coupling bodies can be assembled simply and quickly.
  • the coupling body can for example be made without any air gap. So that they do not reach saturation so quickly even with high currents through the current conductors, they advantageously have an air gap which is larger the larger the saturation currents are supposed to be.
  • the inductance of the coupling body typically decreases with the enlargement of the air gap. This can result in the inductance of the coupling body becoming too small.
  • Another material could be used for the coupling bodies to increase the inductance.
  • the inductance is increased again by simply connecting a plurality of coupling bodies in series. That is, the current conductor and the signal conductor are looped not only through one coupling body, but through two or even more coupling bodies.
  • each coupling body has a series resonance circuit.
  • the coupling works without this resonance circuit, but it can be improved with it.
  • the resonance circuit typically comprises only one winding through the hole in the coupling body, the winding being closed again via a capacitance. Of course, several turns can also be present. With this winding, the attenuation when coupling from one conductor to the other can be reduced, the resonance frequency with the capacitor being able to be matched to the desired transmission frequency of the data signal.
  • a data signal with a carrier frequency above one MHz is generated from the data.
  • the data can of course also be encoded, compressed or otherwise processed.
  • a first signal line, on which the data signal is transmitted, is connected to the first transceiver.
  • the data signal is now coupled from the signal line to any pair of current conductors in a power supply network.
  • the two ends of the signal conductors, which are not connected to the transceiver are connected to one another, as mentioned above.
  • the data signal can propagate on the power supply network, the direction of propagation being determined by the HF short-circuits mentioned above.
  • the data signal is coupled from the current conductors to a second signal line with a second coupling device according to the invention, the ends of which are in turn connected to one another on one side and to a second transceiver on the other side. With the second transceiver, the original data can be recovered from the data signal.
  • the data signal transmitted on the power network can also be coupled out with other coupling devices and fed to a user.
  • the capacitive couplers mentioned at the beginning could be used in the home for the end customer, since they can be connected to any socket.
  • the coupling device according to the invention can of course also be integrated into a housing which can be plugged into a socket at the customer and which has the corresponding coupling body and in which the signal line is led to the outside.
  • the transceiver could also be integrated into this housing.
  • a further application of the coupling device according to the invention is the possibility of bypassing a specific network area of the power supply network, for example an area with high attenuation. So that the data signal does not pass through this area and is attenuated accordingly, a coupling device is used to couple the data signal from the power supply network to a signal line. The signal line is then routed around this network area and on the other side of the network area a second coupling device is used to couple the data signal again from the signal line to the power supply network. In this case, the ends of the signal line are connected on both sides.
  • the cross impedances of the RF short-circuits also present here on both sides of the network area have several advantages. First, they block high-frequency interference, which can originate from other power conductors as well as from the bypassed network area, then they result in improved coupling and finally they prevent the data signal from spreading on the power supply network into the network area to be bypassed.
  • Fig. 1 shows a schematically illustrated application of the inventive
  • FIG. 2 shows a further application of the coupling device according to the invention in a sub-distribution to a plurality of risers
  • FIG. 3 shows an application of the coupling device according to the invention for bypassing a floor distribution
  • Fig. 4 shows an application of the coupling device according to the invention in the outdoor area for adapting the impedance between an overhead line and a
  • Fig. 5 shows a plurality of coupling ferrites connected in series as well
  • FIG. 6 shows a coupling ferrite with a series resonance circuit.
  • FIG. 1 shows an application of the coupling device according to the invention.
  • a house connection line 1 is shown in a house connection box, the phase conductors 2.1, 2.2 and 2.3 and the neutral / protective conductor 3 of which are each laid on a busbar 4.1, 4.2, 4.3 or 5.
  • the phase conductors 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6 are each protected by an overcurrent fuse 9.
  • a first transmitter / receiver 10.1 for example a modem, is shown, to which a signal line 11 with two signal lines 11.1, 1.2 is connected.
  • a coupling ferrite 12.1, 12.2 is further placed around the phase conductors 2.2 and 2.3, respectively, through which one of the two signal conductors 1 1.1 and 1 1.2 are also guided.
  • the coupling ferrites 12.1, 12.2 each have a hole through which the phase conductors or the signal conductors can be looped.
  • the signal conductors 1 1.1 and 1 1.2 are connected to each other after they are passed through the hole of each coupling ferrite 12.1, 12.2 so that the maximum signal current can flow.
  • coupling rings with a width in the range of approximately 10 to 30 mm, an outer diameter in the range of 20 to 40 mm and an inner diameter in the range of 10 to 30 mm are used as coupling ferrites 12.1, 12.2, with an air gap of the order of magnitude from 0.1 mm to about 2 mm.
  • the size of the air gap depends on the ferrite material used and on the desired maximum saturation currents, with saturation currents of up to about 300 amperes being easily achieved.
  • the inductance of the coupling ferrites decreases with the size of the air gap. With the size of the air gap and the number of coupling ferrites, both the inductance and the maximum saturation currents of the couplers can be set practically as desired.
  • an HF short circuit 13.1, 13.2, 13.3, ie a connection is in each case between the phase conductors 7.1, 7.2, 7.3 of the riser 6.1 and the busbar 5 for the neutral / protective conductors.
  • a capacitance which acts as a short circuit for high-frequency signals.
  • this comprises a series connection of a capacitance and an overcurrent fuse, the capacitance being a high-frequency short circuit between a respective phase and the neutral / protective conductor serves.
  • the overcurrent fuse is only inserted to protect the circuit.
  • the HF short circuits 13.1, 13.2, 13.3 thus prevent the propagation of a data signal received on the house connection cable both on the riser 6.1 and on any other riser 6.2 which branch off from the busbars 4.1, 4.2, 4.3, 5.
  • the data signal decoupled from the house connection line 1 is processed by the transmitter / receiver 10.1, which is connected to a second transmitter / receiver 10.2, for example via Ethernet.
  • a signal line 14 with two signal conductors 14.1, 14.2 is in turn connected to the transmitter / receiver 10.2.
  • a corresponding data signal is coupled from the signal line 14 to the risers 6.1, 6.2.
  • further coupling ferrites 12.3, 12.4, 12.5, 12.6 are present, which are each laid around two phase conductors 7.2, 7.3, 7.5, 7.6 of the two risers 6.1, 6.2.
  • the HF short circuits 13.1, 13.2, 13.3 thus also serve to improve the coupling between the signal line 14 and the risers 6.1, 6.2. In addition, they simultaneously prevent the spread of a data signal coupled into a riser 6.1, 6.2 in the direction of the house connection or block RF interferences which come from the other current conductors.
  • the interface between the two transmitters / receivers 10.1 and 10.2 effectively forms the interface between two PLC (powerline communication) lines, the first PLC line comprising the transmission of a data signal on the house connection line 1 and the second PLC line the transmission of the data signal on the Electricity grid within the house includes.
  • PLC powerline communication
  • the coupling of the data signal naturally also works in the opposite direction, ie if a customer couples a data signal into the power supply network at a socket in the house, this will be on the second PLC line, ie the corresponding riser 6.1, 6.2, transmitted in the direction of the house connection, coupled to the signal line 14, transmitted from the transmitter / receiver 10.2 to the transmitter / receiver 10.1 and coupled from the signal line 11 to the first PLC route, namely the house connection line 1.
  • the data signal is transmitted on the house connection line, for example, to the next transformer station, where it is decoupled from the house connection line and fed into an external communication system.
  • FIG. 2 shows only the indoor system with a transmitter / receiver 10.3, to which two signal lines 15, 16 with two signal conductors 15.1, 15.2 and 16.1, 16.2 are connected at the same time ,
  • risers 6.3, 6.4, 6.5, 6.6 are connected to the busbars 4.1, 4.2, 4.3, 5, with one signal line 15 and 16 coupling the data signal onto two risers 6.3 and 6.4 or 6.5 and 6.6, respectively.
  • two coupling ferrites 12.7, 12.8, 12.9, 12.10, 12.1 1, 12.12, 12.13, 12.14 are available per riser, through which the corresponding phase conductors 7.7, 7.8, 7.1 1, 7.12, 7.13, 7.15, 7.17 and 7.18 are looped.
  • HF short circuits 13.4, 13.5, 13.6, 13.7 are present.
  • they are not provided here between the phase conductors and the neutral / protective conductor, but rather between the two phase conductors 7.7 and 7.8 or 7.1 1 and 7.12 or 7.13 and 7.15 or 7.17 and 7.18 each of a riser 6.3, 6.4, 6.5, 6.6 on which the data signal is coupled.
  • FIG. 3 shows a further application of the coupling device according to the invention.
  • two coupling devices are used to bypass an area of the power supply network which has, for example, increased attenuation for high-frequency signals.
  • Such an area is, for example, an electricity meter 17 in a floor distribution together with the busbars 4.1, 4.2, 4.3 and 5 and the overcurrent protection devices 9 in the output area of the electricity meter 17.
  • the phase conductors 7.1, 7.2, 7.3 and the neutral / protective conductor 8 of the riser are routed to the input of the electricity meter 17.
  • the corresponding outputs for the phase conductors lead to busbars 4.1, 4.2, 4.3, from which, each protected by an overcurrent fuse 9, the individual phase conductors branch off for the individual rooms in an apartment!
  • the Neutra I / protective conductor 8 for the individual rooms are routed around the electricity meter 17 and can be tapped off from their own busbar 5.
  • the data signal is now extracted from the device using two coupling ferrites 19.1, 19.2
  • Riser line 6.1 coupled to a signal line 18 with the signal conductors 18.1, 18.2.
  • an HF short circuit 13.8 is again provided, which not only improves the coupling but also prevents the data signal from spreading in the direction of the electricity meter 17.
  • coupling ferrites 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, cube-shaped coupling bodies with an edge length of approximately 10 to 35 mm and a hole diameter in the range of 3 to 20 mm are used in this example, with an air gap of the order of magnitude of 0.1 mm to approximately 2 mm exhibit.
  • the inductance of the couplers and the maximum saturation currents can also be set here with the number of coupling ferrites, the choice of ferrite material and the size of the air gap.
  • the signal line 18 is routed around the unwanted network area and behind this area of increased attenuation, the data signal can be specifically coupled back onto those phase conductors 7.19, 7.21 where it is needed by the customer.
  • the data signal is transmitted on phase conductors 7.19 and 7.21 in common mode, since it is only coupled onto one conductor at a time.
  • the neutral / protective conductor 8 serves as a reference when tapping the data signal in the respective target areas.
  • the phase conductor 7.19 covers, for example the living room / corridor area and the phase conductor 7.21 the working / bedroom area.
  • An HF short circuit 13.9 is again provided between these two phase conductors, which not only improves the coupling and blocks HF interference from outside, for example from the electricity meter 17 or from the other phase conductors 7.20, 7.22, 7.23, 7.24, but also the propagation of the data signal back towards the electricity meter 17 and thus also on the remaining phase conductors 7.20, 7.22, 7.23, 7.24 prevented.
  • FIG. 4 shows schematically an impedance matching in an overhead line 20.
  • This comprises a plurality of masts 21, on each of which two overhead lines 20.1, 20.2 are suspended.
  • An impedance of the order of magnitude of approximately 600 ohms is present between the overhead conductors 20.1, 20.2.
  • the overhead lines 20.1, 20.2 are brought together to form a house connection line 22, the impedance between the two lines being reduced to approximately 100 ohms.
  • This is such a large difference in impedance that it can lead to problems. For example, reflections can occur at the transitions, which means that only a small amount of signal energy can be transmitted.
  • a data signal transmitted on the overhead line 20 is coupled to the signal lines 23.1, 23.2 before the leads 20.1, 20.2 are brought together, the signal line having a defined impedance of, for example, 100 ohms.
  • coupling ferrites 12.15 and 12.16 are used, which are placed around the free conductors 20.1, 20.2, the signal conductors 23.1, 23.2 being looped through the hole in the coupling ferrites 12.15, 12.16 not only once, but at least twice each, in contrast to the previous examples ,
  • an RF short circuit 13.10 is provided between the two overhead lines 20.1, 20.2, which improves the coupling on the one hand and blocks interference on the other hand and prevents the further propagation of the data signal in the direction of the house connection line 22 on the overhead line 20.
  • the data signal is again coupled from the signal line 23 to the free conductors 20.1, 20.2.
  • two coupling ferrites 12.17, 12.18 are used, which are placed around the two free conductors 20.1, 20.2 shortly before they are brought together, and a signal line 23.1, 23.2 is passed through each of the holes.
  • the impedance difference could thus be reduced from 6 to 1 to approximately 6 to 4.
  • FIG. 5 shows an example of a coupling device in which a plurality of coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 are connected in series.
  • a current conductor 25 and a signal conductor 26 are looped through the coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4, between which a data signal is to be coupled.
  • the coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 each have an air gap 27 which increases the saturation current of each coupling ferrite, but at the same time reduces its impedance.
  • four coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 are simply connected in series.
  • FIG. 6 shows a further possibility for improving the coupling factor.
  • a coupling ferrite 28 with an air gap 27 is supplemented with a resonance which only consists of a turn 29 of a wire which is closed by a capacitance 30.
  • the winding 29 with the capacitance 30 forms a series resonance circuit, the resonance frequency of which depends on the size of the capacitance 30 on the transmission frequency, i. H. the carrier frequency of the data signal, which is above 1 MHz, can be tuned.
  • the invention allows an efficient coupling of a high-frequency data signal between a signal line and (at least) one

Abstract

A data signal in a powerline system is inductively coupled between a service line (1) and a signal line (11) connected to a transmitter/receiver (10.1). Coupling ferrites (12.1, 12.2) are arranged around two phase conductors (2.2, 2.3) of the service line (1). The signal conductors (11.1, 11.2) of the signal line (11) are fed through the holes of said coupling ferrites (12.1, 12.2) in the form of a loop and are then connected to each other. A data signal transmitted from the transmitter/receiver (10.1) to the signal line (11) can be coupled to the two phase conductors (2.2, 2.3) of the service line (1) by means of the inventive coupling device. The whole process is of course reversible.

Description

Koppelvorrichtung coupling device
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung zur Ein- bzw. Auskopplung eines Datensignals mit einer Trägerfrequenz von über einem MHz in ein bzw. aus einem Stromversorgungsnetz. Weiter betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Übertragung von Daten über ein Stromversorgungsnetz sowie entsprechende Anordnungen. Stand der TechnikThe invention relates to a coupling device for coupling or decoupling a data signal with a carrier frequency of more than 1 MHz into or from a power supply network. The invention further relates to a corresponding method for transmitting data via a power supply network and corresponding arrangements. State of the art
Die hochbitratige Datenkommunikation hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. Immer häufiger werden auch grosse Datenmengen wie Musik von hoher Qualität, Videosequenzen oder andere grosse Datenbestände auf elektronischem Weg verschickt. Bestehende Kommunikationsnetze wie beispielsweise das Telefon- Festnetz oder Mobilfunknetze bieten hierfür zu geringe Bandbreiten und sind häufig stark ausgelastet. Weiter haben solche Netze einen gewichtigen Nachteil mit bereits bestehenden Breitbandnetzen wie ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) oder die Datenübertragung über die Kabel-Fernseh-Anlagen gemein: sie sind teuer und müssen vorgängig erst mit enormem Aufwand erstellt werden.High-bit-rate data communication has become increasingly important in recent years. Large amounts of data such as high quality music, video sequences or other large amounts of data are also being sent electronically. Existing communication networks such as the fixed telephone network or cellular networks offer insufficient bandwidth for this and are often very busy. Furthermore, such networks have a major disadvantage with already existing broadband networks such as ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) or data transmission via cable television systems: they are expensive and have to be created beforehand with enormous effort.
Stromversorgungsnetze bilden eine geeignete Alternative für die breitbandige Datenübermittlung, denn erstens verfügt praktisch jeder Haushalt über einen Anschluss an ein Stromversorgungsnetz und zweitens lassen sich auch grosse Datenübertragungsraten realisieren. Um Daten über ein Stromversorgungsnetz zu übertragen, müssen sie jedoch zuerst in eine dafür geeignete Form gebracht und danach in das Stromversorgungsnetz eingespiesen werden.Power supply networks are a suitable alternative for broadband data transmission, because firstly practically every household has a connection to a power supply network and secondly large data transmission rates can also be realized. In order to transmit data via a power supply network, however, it must first be brought into a suitable form and then fed into the power supply network.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Die Daten werden zunächst codiert, bei Bedarf komprimiert und anschliessend einem hochfrequenten Trägersignal aufmoduliert. Das so entstehende, hochfrequente Datensignal wird beim Sender in das Stromversorgungsnetz eingekoppelt und beim Empfänger auf analoge Weise wieder aus dem Stromnetz ausgekoppelt, demoduliert, wenn nötig dekomprimiert und schiiesslich decodiert.Such devices are known. The data is first encoded, compressed if necessary and then modulated onto a high-frequency carrier signal. The resulting high-frequency data signal is coupled into the power supply network at the transmitter and is again coupled out of the power network at the receiver in an analog manner, demodulated, decompressed if necessary and finally decoded.
In der WO/01 3305 sind Koppelvorrichtungen beschrieben, bei welchen die Ein- resp. Auskopplung der Daten kapazitiv erfolgt. D.h. die Stromleitungen müssen physikalisch angezapft und die Daten mittels einer Frequenzweiche in die Stromleitungen eingespiesen bzw. daraus herausgefiltert werden. Diese Koppler weisen jedoch verschiedene Nachteile auf: Zur Montage eines Kopplers muss der Strom in den entsprechenden Leitungen abgeschaltet werden, da sonst eine grosse Verletzungsgefahr besteht. Zudem weisen die typischen Kopplungspunkte wie beispielsweise die Sammelschienen in einem Hausanschlusskasten mit einer Mehrzahl von Abgängen niedrige Impedanzen auf, was grosse Impedanzunterschiede und damit eine schlechtere Übertragungsqualität zur Folge hat. Schliesslich sind solche Koppelvorrichtungen, bedingt durch die erforderliche elektrische Schutzisolation enorm teuer in der Herstellung.In WO / 01 3305 coupling devices are described in which the input or. The data is extracted capacitively. This means that the power lines must be tapped physically and the data fed into the power lines using a crossover or filtered out of them. However, these couplers have various disadvantages: To install a coupler, the current in the corresponding lines must be switched off, since there is otherwise a great risk of injury. In addition, the typical coupling points, such as the busbars in a house connection box with a plurality of outlets, have low impedances, which results in large impedance differences and thus a poorer transmission quality. Finally, such coupling devices are extremely expensive to manufacture due to the required electrical protective insulation.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Koppelvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Nachteile der bekannten Koppler vermeidet und insbesondere eine günstige und gute Kopplung des Datensignals ermöglicht.The object of the invention is to provide a coupling device of the type mentioned at the outset which avoids the disadvantages of the known couplers and in particular enables inexpensive and good coupling of the data signal.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss derThe solution to the problem is defined by the features of claim 1. According to the
Erfindung ist die Koppelvorrichtung zur Ein- bzw. Auskopplung eines Datensignals in ein bzw. aus einem Stromversorgungsnetz zur induktiven Kopplung des Datensignals zwischen einer Signalleitung und einem Stromleiterpaar des Stromversorgungsnetzes ausgebildet.The coupling device is designed to couple a data signal into and out of a power supply network for inductively coupling the data signal between a signal line and a pair of current conductors of the power supply network.
Hierbei ist festzuhalten, dass es sich um hochbitratige Daten handelt, welche einemIt should be noted that it is high bit rate data that one
Trägersignal aufmoduliert werden, das eine Trägerfrequenz von über einem MHz aufweist.Carrier signal are modulated, which has a carrier frequency of over one MHz.
Weiter können unter dem Begriff Stromleiter sämtliche Leiter eines Stromversorgungs- netzes, d. h. die Phasenleiter, der Nullleiter wie auch ein allfälliger Schutzleiter wie beispielsweise ein Erdleiter, verstanden werden.Furthermore, all conductors of a power supply network, ie. H. the phase conductors, the neutral conductor and any protective conductor, such as an earth conductor, are understood.
Indem die Kopplung des Datensignals induktiv erfolgt, kann die Koppelvorrichtung aus günstigeren Materialien hergestellt werden, was beispielsweise gegenüber den kapazitiven Kopplern einen grossen Preisvorteil bedeutet. Weiter wird auch die Kopplung selber verbessert. Gegenüber der kapazitiven Kopplung erzielt man etwa 20 bis 30 dB geringere Kopplungsverluste. Zwar weist die Erfindung schon eine wesentlich verbesserte Kopplung auf. Um diese jedoch weiter zu verbessern, ist am Ort der Kopplung mit Vorteil ein HF-Kurzschluss vorgesehen. Dieser umfasst beispielsweise eine Kapazität, welche entweder zwischen die beiden Stromleiter des Stromleiterpaares oder jeweils zwischen einem der Stromleiter und einem Schutzleiter, beispielsweise dem Erdleiter, des Stromversorgungsnetzes geschaltet ist. Wahlweise kann zusätzlich zur Kapazität auch eine Überstromsicherung in Serie zu dieser geschaltet sein.By inductively coupling the data signal, the coupling device can be made from cheaper materials, which means, for example, a great price advantage compared to the capacitive couplers. The coupling itself is also improved. Compared to capacitive coupling, coupling losses are reduced by about 20 to 30 dB. The invention already has a significantly improved coupling. However, in order to further improve this, an HF short circuit is advantageously provided at the coupling site. This includes, for example, a capacitance which is either connected between the two current conductors of the pair of current conductors or between each of the current conductors and a protective conductor, for example the earth conductor, of the power supply network. In addition to the capacity, an overcurrent fuse can optionally be connected in series with it.
Die Querkapazitäten der HF-Kurzschlüsse haben allerdings nicht nur eine Verbesserung des Koppelfaktors zur Folge, sondern dienen gleichzeitig auch dazu, dass sich das Datensignal auf den Stromleitungen nur in einer Richtung ausbreitet. Entsprechend werden HF-Störungen, welche ihren Ursprung auf der anderen Seite der HF-Kurzschlüsse haben, abgeblockt.The transverse capacitances of the HF short-circuits not only result in an improvement in the coupling factor, but also serve at the same time to ensure that the data signal only propagates in one direction on the power lines. RF interferences, which originate on the other side of the RF short-circuits, are blocked accordingly.
Die Übertragung des Datensignals kann sowohl im Gegentakt- als auch im Gleichtaktmodus erfolgen. Im Falle des Gleichtaktbetriebes wird das Datensignal lediglich auf einem Leiter- übertragen, wobei ein definiertes Potential, beispielsweise das Potential eines Schutzleiters, als Referenz dient.The data signal can be transmitted both in push-pull and in common mode. In the case of common mode operation, the data signal is only transmitted on a conductor, a defined potential, for example the potential of a protective conductor, being used as a reference.
Im Falle eines Gegentaktbetriebes, der bevorzugt verwendet wird, wird das Datensignal zwischen zwei Leitern eines Übertragungssystems übertragen und ist beispielsweise am Ende der beiden Leiter als Spannungsdifferenz in Funktion der Zeit abzulesen. Zur Übertragung des Datensignals verfügt daher die Signalleitung vorzugsweise über zwei Signalleitungen. Zur Kopplung des Datensignals zwischen der Signalleitung und den zwei Stromleitern eines Stromleiterpaares weist die Koppelvorrichtung zwei Koppelkörper aus einem magnetischen Material auf. Bei diesem Material handelt es sich beispielsweise um Ferrite, welches keramische oder einkristalline Stoffe sind.In the case of push-pull operation, which is preferably used, the data signal is transmitted between two conductors of a transmission system and can be read, for example, at the end of the two conductors as a voltage difference as a function of time. The signal line therefore preferably has two signal lines for transmitting the data signal. To couple the data signal between the signal line and the two current conductors of a pair of current conductors, the coupling device has two coupling bodies made of a magnetic material. This material is, for example, ferrites, which are ceramic or single-crystalline substances.
Jeder Koppelkörper ist mit Vorteil zylinderformig mit einer beliebigen Grundfläche ausgebildet, wobei er zwischen der Grund- und der Deckfläche ein Loch aufweist. Auch andere Formen von Koppelkörpern können verwendet werden, aber die gewählte Zylinderform, insbesondere wenn es sich beispielsweise um einen geraden Zylinder mit einer kreisförmigen oder quadratischen Grundfläche handelt, erleichtert die Handhabung und die Montage der Koppelkörper.Each coupling body is advantageously cylindrical in shape with an arbitrary base area, wherein it has a hole between the base area and the cover area. Other shapes of coupling bodies can also be used, but the selected cylindrical shape, especially if it is, for example, a straight cylinder a circular or square base area, facilitates the handling and assembly of the coupling body.
Ein Koppelkörper dient jeweils zur Kopplung des Datensignals zwischen einem der Signalleiter und einem der Stromleiter eines Stromleiterpaares, welche hierfür beide durch das Loch des Koppelkörpers geschlauft sind. Der Koppelkörper, der Signalleiter und der Stromleiter bilden zusammen einen Übertrager mit je mindestens einer Windung auf der Primär- und auf der Sekundärseite.A coupling body is used to couple the data signal between one of the signal conductors and one of the current conductors of a pair of current conductors, both of which are looped through the hole in the coupling body for this purpose. The coupling body, the signal conductor and the current conductor together form a transformer, each with at least one turn on the primary and on the secondary side.
Die Grosse des Koppelkörpers wie auch jene dessen Loches wird hierbei auf die entsprechenden Leiter abgestimmt.The size of the coupling body as well as that of its hole is matched to the corresponding conductor.
Die Koppelvorrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass sie zur Kopplung des Datensignals zwischen der Signalleitung und einer Mehrzahl von Stromleiterpaaren verwendet werden kann. Die Kopplung zwischen einem der Signalleiter und jeweils einem der Stromleiter jedes Stromleiterpaares erfolgt wie eben beschrieben. Beide werden durch das Loch jeweils eines Koppelkörpers geschlauft. Sind nun mehrere Stromleiterpaare vorhanden, wird jeder Stromleiter jedes Paares durch das Loch eines eigenen Koppelkörpers geschlauft und einer der Signalleiter wird durch das Loch jeweils eines der Koppelkörper eines Stromleiterpaares und der andere Signalleiter durch das Loch des jeweils anderen Koppelkörpers des Stromleiterpaares geschlauft.The coupling device can also be designed such that it can be used for coupling the data signal between the signal line and a plurality of pairs of current conductors. The coupling between one of the signal conductors and one of the current conductors of each pair of current conductors takes place as just described. Both are looped through the hole of a coupling body. If several pairs of current conductors are now present, each current conductor of each pair is looped through the hole of its own coupling body and one of the signal conductors is looped through the hole in each case one of the coupling bodies of a pair of current conductors and the other signal conductor through the hole of the other coupling body of the pair of current conductors.
Damit die durch die induktive Kopplung erzeugten Signalströme innerhalb der Signalleitung fliessen können, sind die Enden der Signalleiter, welche je durch das Loch eines oder mehrerer Koppelkörper geschlauft wurden, miteinander verbunden. Hierbei kann es sich um eine niederohmige Verbindung beispielsweise via ohmsche Widerstände handeln, die Signalleiter können aber auch mittels Kapazitäten derart verbunden werden, dass sie nur für hochfrequente Signale niederohmig ist. Mit Vorteil werden die Signalleiter jedoch direkt miteinander verbunden, d.h. galvanisch kurzgeschlossen. Dies erlaubt maximale Signalströme in der Signalleitung. Damit die Enden jedoch miteinander verbunden werden können, muss die Übertragung des Datensignals im Gegentaktbetrieb erfolgen. Wäre dies nicht der Fali, könnte in diesem Fall gar kein Datensignal mehr übertragen werden, da die Ströme in der einen Richtung nicht mit jenen in der anderen Richtung übereinstimmen.So that the signal currents generated by the inductive coupling can flow within the signal line, the ends of the signal conductors, which have each been looped through the hole of one or more coupling bodies, are connected to one another. This can be a low-resistance connection, for example via ohmic resistors, but the signal conductors can also be connected by means of capacitors in such a way that they are low-resistance only for high-frequency signals. However, the signal conductors are advantageously connected directly to one another, ie galvanically short-circuited. This allows maximum signal currents in the signal line. So that the ends can be connected to each other, the data signal must be transmitted in push-pull mode. If this were not the case, no data signal could be transmitted in this case, since the currents in one direction do not match those in the other.
Bei einer bevorzugten Variante der Koppelvorrichtung besteht jeder Koppelkörper aus zumindest zwei zusammensetzbaren Teilkörpern. Zur Montage können die Teilkörper auseinandergenommen, um die gewünschten Leiter gelegt und wieder zusammengesetzt werden. Typischerweise werden die Teilkörper von einer Haltevorrichtung zusammengehalten bzw. gar zusammengepresst. Zwar könnten auch einteilige Koppelkörper montiert werden, aber hierfür müssten die Stromleitungen gelöst, durch das Loch hindurch geführt und danach wieder am richtigen Ort befestigt werden. Dies würde jedoch eine Stromabschaltung notwendig machen. Durch die mehrteiligen Koppelkörper entfallen diese aufwändigen Montagearbeiten. Insbesondere mit den sogenannten Klapp- Koppelkörpem, welche in einem Gehäuse eingebaut sind und sich um ein fest montiertes Stromkabel klappen lassen, ist eine einfache und schnelle Montage der Koppelkörper möglich.In a preferred variant of the coupling device, each coupling body consists of at least two partial bodies that can be assembled. For assembly, the partial bodies can be taken apart, placed around the desired conductors and put together again. The partial bodies are typically held together or even pressed together by a holding device. One-piece coupling bodies could also be installed, but for this the power lines would have to be disconnected, passed through the hole and then reattached to the correct location. However, this would make a power cut necessary. Thanks to the multi-part coupling body, this complex assembly work is no longer necessary. In particular with the so-called folding coupling bodies, which are installed in a housing and can be folded around a fixedly mounted power cable, the coupling bodies can be assembled simply and quickly.
Die Koppelkörper können beispielsweise ohne jeglichen Luftspalt gefertigt sein. Damit sie aber auch bei hohen Strömen durch die Stromleiter nicht so schnell in die Sättigung gelangen, weisen sie mit Vorteil einen Luftspalt auf, der umso grösser ist, je grösser die Sättigungsströme sein sollen.The coupling body can for example be made without any air gap. So that they do not reach saturation so quickly even with high currents through the current conductors, they advantageously have an air gap which is larger the larger the saturation currents are supposed to be.
Allerdings nimmt mit der Vergrösserung des Luftspaltes typischerweise die Induktivität des Koppelkörpers ab. Dadurch kann es geschehen, dass die Induktivität des Koppelkörpers zu klein wird. Zur Erhöhung der Induktivität könnte ein anderes Material für die Koppelkörper verwendet werden. Bei der Erfindung wird die Induktivität hingegen wieder erhöht, indem einfach mehrere Koppelkörper hintereinander geschaltet werden. D. h. der Stromleiter und der Signalleiter werden nicht nur durch einen Koppelkörper, sondern durch zwei oder noch mehr Koppelkörper hindurch geschlauft. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Koppelvorrichtung weist jeder Koppelkörper einen Serieresonanzkreis auf. Die Kopplung funktioniert zwar auch ohne diesen Resonanzkreis, aber sie kann mit ihm verbessert werden. Der Resonanzkreis umfasst typischerweise lediglich eine Wicklung durch das Loch des Koppelkörpers, wobei die Wicklung via eine Kapazität wieder geschlossen wird. Selbstverständlich können auch mehrere Windungen vorhanden sein. Mit dieser Wicklung lässt sich die Dämpfung bei der Kopplung von einem Leiter auf den anderen reduzieren, wobei sich die Resonanzfrequenz mit dem Kondensator auf die gewünschte Übertragungsfrequenz des Datensignals abstimmen lässt.However, the inductance of the coupling body typically decreases with the enlargement of the air gap. This can result in the inductance of the coupling body becoming too small. Another material could be used for the coupling bodies to increase the inductance. In the invention, however, the inductance is increased again by simply connecting a plurality of coupling bodies in series. That is, the current conductor and the signal conductor are looped not only through one coupling body, but through two or even more coupling bodies. In a further preferred embodiment of the coupling device, each coupling body has a series resonance circuit. The coupling works without this resonance circuit, but it can be improved with it. The resonance circuit typically comprises only one winding through the hole in the coupling body, the winding being closed again via a capacitance. Of course, several turns can also be present. With this winding, the attenuation when coupling from one conductor to the other can be reduced, the resonance frequency with the capacitor being able to be matched to the desired transmission frequency of the data signal.
Die Übertragung von Daten über ein Stromversorgungsnetz mit Hilfe solcher Koppelvorrichtungen geschieht nun wie folgt. Mit einem ersten Sende/Empfangsgerät wird aus den Daten ein Datensignal mit einer Trägerfrequenz über einem MHz generiert. Hierbei können die Daten selbstverständlich auch kodiert, komprimiert oder anderweitig aufbereitet werden. An das erste Sende/Empfangsgerät ist eine erste Signalleitung angeschlossen, auf welcher das Datensignal ausgesendet wird. Mit einer ersten erfindungsgemässen Koppelvorrichtung wird nun das Datensignal von der Signalleitung auf ein beliebiges Stromleiterpaar eines Stromversorgungsnetzes gekoppelt. Um die maximalen Signalströme zum fliessen zu bringen, sind hierbei die beiden Enden der Signalleiter, die nicht am Sende/Empfangsgerät angeschlossen sind, wie weiter oben erwähnt, miteinander verbunden. Auf dem Stromversorgungsnetz kann sich das Datensignal ausbreiten, wobei die Ausbreitungsrichtung durch die weiter oben erwähnten HF-Kurzschlüsse bestimmt ist. Am Zielpunkt wird das Datensignal mit einer zweiten erfindungsgemässen Koppelvorrichtung von den Stromleitern auf eine zweite Signalleitung gekoppelt, deren Enden auf einer Seite wiederum miteinander verbunden und auf der anderen Seite an ein zweites Sende/Empfangsgerät angeschlossen sind. Mit dem zweiten Sende/Empfangsgerät lassen sich aus dem Datensignal die ursprünglichen Daten wiedergewinnen.The transmission of data via a power supply network with the aid of such coupling devices now takes place as follows. With a first transceiver, a data signal with a carrier frequency above one MHz is generated from the data. The data can of course also be encoded, compressed or otherwise processed. A first signal line, on which the data signal is transmitted, is connected to the first transceiver. With a first coupling device according to the invention, the data signal is now coupled from the signal line to any pair of current conductors in a power supply network. In order to make the maximum signal currents flow, the two ends of the signal conductors, which are not connected to the transceiver, are connected to one another, as mentioned above. The data signal can propagate on the power supply network, the direction of propagation being determined by the HF short-circuits mentioned above. At the destination, the data signal is coupled from the current conductors to a second signal line with a second coupling device according to the invention, the ends of which are in turn connected to one another on one side and to a second transceiver on the other side. With the second transceiver, the original data can be recovered from the data signal.
Selbstverständlich kann das auf dem Stromnetz übertragene Datensignal auch mit anderen Koppelvorrichtungen ausgekoppelt und einem Benutzer zugeführt werden. So könnten in der Wohnung beim Endkunden beispielsweise die eingangs erwähnten kapazitiven Koppler eingesetzt werden, da diese an jede Steckdose angeschlossen werden können. Allerdings lässt sich natürlich auch die erfindungsgemässe Koppelvorrichtung in ein Gehäuse integrieren, das beim Kunden in eine Steckdose eingesteckt werden kann und welches die entsprechenden Koppelkörper aufweist und bei welchem die Signalleitung nach aussen geführt ist. Auch das Sende/Empfangsgerät könnte bereits in dieses Gehäuse integriert sein.Of course, the data signal transmitted on the power network can also be coupled out with other coupling devices and fed to a user. So For example, the capacitive couplers mentioned at the beginning could be used in the home for the end customer, since they can be connected to any socket. However, the coupling device according to the invention can of course also be integrated into a housing which can be plugged into a socket at the customer and which has the corresponding coupling body and in which the signal line is led to the outside. The transceiver could also be integrated into this housing.
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemässen Koppelvorrichtung besteht in der Möglichkeit zur Umgehung eines bestimmten Netzbereiches des Stromversorgungsnetzes, beispielsweise eines Bereiches hoher Dämpfung. Damit das Datensignal nicht diesen Bereich durchläuft und entsprechend stark gedämpft wird, wird eine Koppelvorrichtung verwendet, um das Datensignal vom Stromversorgungsnetz auf eine Signalleitung zu koppeln. Die Signalleitung wird dann um diesen Netzbereich herum geführt und auf der anderen Seite des Netzbereiches wird eine zweite Koppelvorrichtung verwendet, um das Datensignal wieder von der Signalleitung auf das Strόmversorgungsnetz zu koppeln. In diesem Fall sind die Enden der Signalleitung auf beiden Seiten miteinander verbunden. Die Querimpedanzen der hier ebenfalls vorhandenen HF-Kurzschlüsse auf beiden Seiten des Netzbereiches haben mehrere Vorteile. Zunächst blockieren sie hochfrequente Störungen, welche sowohl von anderen Stromleitern als auch von dem umgangenen Netzbereich stammen können, dann haben sie eine verbesserte Kopplung zur Folge und schliesslich verhindern sie ein Ausbreiten des Datensignals auf dem Stromversorgungsnetz in den zu umgehenden Netzbereich hinein.A further application of the coupling device according to the invention is the possibility of bypassing a specific network area of the power supply network, for example an area with high attenuation. So that the data signal does not pass through this area and is attenuated accordingly, a coupling device is used to couple the data signal from the power supply network to a signal line. The signal line is then routed around this network area and on the other side of the network area a second coupling device is used to couple the data signal again from the signal line to the power supply network. In this case, the ends of the signal line are connected on both sides. The cross impedances of the RF short-circuits also present here on both sides of the network area have several advantages. First, they block high-frequency interference, which can originate from other power conductors as well as from the bypassed network area, then they result in improved coupling and finally they prevent the data signal from spreading on the power supply network into the network area to be bypassed.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung. Kurze Beschreibung der ZeichnungenFrom the following detailed description and the entirety of the claims, further advantageous embodiments and combinations of features of the invention result. Brief description of the drawings
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:The drawings used to explain the exemplary embodiment show:
Fig. 1 Eine schematisch dargestellte Anwendung der erfindungsgemässenFig. 1 shows a schematically illustrated application of the inventive
Koppelvorrichtung in einem Hausanschlusskasten;Coupling device in a house connection box;
Fig. 2 eine weitere Anwendung der erfindungsgemässen Koppelvorrichtung in einer Unterverteilung auf mehrere Steigleitungen;2 shows a further application of the coupling device according to the invention in a sub-distribution to a plurality of risers;
Fig. 3 eine Anwendung der erfindungsgemässen Koppelvorrichtung zur Umgehung einer Etagenverteilung;3 shows an application of the coupling device according to the invention for bypassing a floor distribution;
Fig. 4 eine Anwendung der erfindungsgemässen Koppelvorrichtung im Outdoor- Bereich zur Anpassung der Impedanz zwischen einer Freileitung und einerFig. 4 shows an application of the coupling device according to the invention in the outdoor area for adapting the impedance between an overhead line and a
Hausanschlussleitung;Service line;
Fig. 5 eine Mehrzahl von hintereinander geschalteten Koppelferriten sowieFig. 5 shows a plurality of coupling ferrites connected in series as well
Fig. 6 einen Koppelferriten mit einer Serieresonanzschaltung.6 shows a coupling ferrite with a series resonance circuit.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In principle, the same parts are provided with the same reference symbols in the figures.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Figur 1 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemässen Koppelvorrichtung. Dargestellt ist eine Hausanschlussleitung 1 in einem Hausanschlusskasten, deren Phasenleiter 2.1, 2.2 und 2.3 sowie deren Neutral-/Schutzleiter 3 je auf eine Sammelschiene 4.1 , 4.2, 4.3 bzw. 5 gelegt sind. Von den Sammelschienen 4.1 , 4.2, 4.3, 5 zweigen zwei Steigleitungen 6.1 , 6.2 mit jeweils drei Phasenleitern 7.1, 7.2, 7.3 bzw. 7.4, 7.5, 7.6 und ebenfalls je einem Neutral-/Schutzleiter 8 ab. Die Phasenleiter 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6 sind jeweils durch eine Überstromsicherung 9 abgesichert.Figure 1 shows an application of the coupling device according to the invention. A house connection line 1 is shown in a house connection box, the phase conductors 2.1, 2.2 and 2.3 and the neutral / protective conductor 3 of which are each laid on a busbar 4.1, 4.2, 4.3 or 5. Two risers 6.1, 6.2, each with three phase conductors 7.1, 7.2, 7.3 or 7.4, 7.5, 7.6 and likewise one each, branch from the busbars 4.1, 4.2, 4.3, 5 Neutral / protective conductor 8 from. The phase conductors 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6 are each protected by an overcurrent fuse 9.
Weiter ist ein erster Sender/Empfänger 10.1, beispielsweise ein Modem, dargestellt, an welches eine Signalleitung 1 1 mit zwei Signalleitem 1 1.1, 1 1.2 angeschlossen ist. Zur Kopplung eines Datensignals zwischen der Hausanschlussleitung 1 und der Signalleitung 1 1 sind weiter je ein Koppelferrit 12.1 , 12.2 um die Phasenleiter 2.2 bzw. 2.3 gelegt, durch welche jeweils auch einer der beiden Signalleiter 1 1.1 bzw. 1 1.2 geführt sind. Die Koppelferrite 12.1 , 12.2 weisen hierfür jeweils ein Loch auf, durch welches die Phasenleiter bzw. die Signalleiter geschlauft werden können. Die Signalleiter 1 1.1 und 1 1.2 sind, nachdem sie durch das Loch je eines Koppelferriten 12.1 , 12.2 geführt sind, miteinander verbunden, damit der maximale Signalstrom fliessen kann.Furthermore, a first transmitter / receiver 10.1, for example a modem, is shown, to which a signal line 11 with two signal lines 11.1, 1.2 is connected. In order to couple a data signal between the house connection line 1 and the signal line 11, a coupling ferrite 12.1, 12.2 is further placed around the phase conductors 2.2 and 2.3, respectively, through which one of the two signal conductors 1 1.1 and 1 1.2 are also guided. For this purpose, the coupling ferrites 12.1, 12.2 each have a hole through which the phase conductors or the signal conductors can be looped. The signal conductors 1 1.1 and 1 1.2 are connected to each other after they are passed through the hole of each coupling ferrite 12.1, 12.2 so that the maximum signal current can flow.
Als Koppelferrite 12.1, 12.2 werden in diesem Beispiel Koppelringe mit einer Breite im Bereich von etwa 10 bis 30 mm, einem Aussendurchmesser im Bereich von 20 bis 40 mm und einem Innendurchmesser im Bereich von 10 bis 30 mm eingesetzt, wobei sie einen Luftspalt in der Grössenordnung von 0.1 mm bis etwa 2 mm aufweisen. Die Grosse des Luftspalts hängt vom verwendeten Ferritmaterial und von den gewünschten, maximalen Sättigungsströmen ab, wobei Sättigungsströme bis etwa 300 Ampere unschwer zu erreichen sind. Mit der Grosse des Luftspalts sinkt jedoch die Induktivität der Koppelferrite. Mit der Grosse des Luftspalts und der Anzahl Koppelferrite lassen sich daher sowohl die Induktivität, als auch die maximalen Sättigungsströme der Koppler praktisch beliebig einstellen.In this example, coupling rings with a width in the range of approximately 10 to 30 mm, an outer diameter in the range of 20 to 40 mm and an inner diameter in the range of 10 to 30 mm are used as coupling ferrites 12.1, 12.2, with an air gap of the order of magnitude from 0.1 mm to about 2 mm. The size of the air gap depends on the ferrite material used and on the desired maximum saturation currents, with saturation currents of up to about 300 amperes being easily achieved. However, the inductance of the coupling ferrites decreases with the size of the air gap. With the size of the air gap and the number of coupling ferrites, both the inductance and the maximum saturation currents of the couplers can be set practically as desired.
Zur Verbesserung der Signalkopplung zwischen der Hausanschlussleitung 1 und der Signalleitung 1 1 ist jeweils zwischen den Phasenleitern 7.1 , 7.2, 7.3 der Steigleitung 6.1 und der Sammelschiene 5 für die Neutral-/Schutzleiter ein HF-Kurzschluss 13.1, 13.2, 13.3, d. h. eine Verbindung, beispielsweise eine Kapazität, welche für hochfrequente Signale als Kurzschluss wirkt, vorgesehen. Diese umfasst im dargestellten Beispiel eine Serieschaltung einer Kapazität und einer Überstromsicherung, wobei die Kapazität als Hochfrequenz-Kurzschluss zwischen jeweils einer Phase und dem Neutral-/Schutzleiter dient. Die Überstromsicherung ist lediglich zum Schutz der Schaltung eingefügt. Die HF- Kurzschlüsse 13.1 , 13.2, 13.3 verhindern damit die Ausbreitung eines auf dem Hausanschlusskabel empfangenen Datensignals sowohl auf der Steigleitung 6.1 als auch auf jeder anderen Steigleitung 6.2, welche von den Sammelschienen 4.1, 4.2, 4.3, 5 abzweigen.To improve the signal coupling between the house connection line 1 and the signal line 1 1, an HF short circuit 13.1, 13.2, 13.3, ie a connection, is in each case between the phase conductors 7.1, 7.2, 7.3 of the riser 6.1 and the busbar 5 for the neutral / protective conductors. For example, a capacitance, which acts as a short circuit for high-frequency signals, is provided. In the example shown, this comprises a series connection of a capacitance and an overcurrent fuse, the capacitance being a high-frequency short circuit between a respective phase and the neutral / protective conductor serves. The overcurrent fuse is only inserted to protect the circuit. The HF short circuits 13.1, 13.2, 13.3 thus prevent the propagation of a data signal received on the house connection cable both on the riser 6.1 and on any other riser 6.2 which branch off from the busbars 4.1, 4.2, 4.3, 5.
Das aus der Hausanschlussleitung 1 ausgekoppelte Datensignal wird vom Sender/Empfänger 10.1 verarbeitet, welcher mit einem zweiten Sender/Empfänger 10.2 beispielsweise via Ethernet verbunden ist. An den Sender/Empfänger 10.2 ist wiederum eine Signalleitung 14 mit zwei Signalleitern 14.1, 14.2 angeschlossen. Von der Signalleitung 14 wird ein entsprechendes Datensignal auf die Steigleitungen 6.1, 6.2 gekoppelt. Hierfür sind weitere Koppelferrite 12.3, 12.4, 12.5, 12.6 vorhanden, welche je um zwei Phasenleiter 7.2, 7.3, 7.5, 7.6 der beiden Steigleitungen 6.1, 6.2 gelegt sind. Indem die Signalleiter 14.1 bzw. 14.2 je durch einen Koppelferriten 12.3, und 12.6 bzw. 12.4 und 12.5 einer Steigleitung 6.1 bzw. 6.2 geschlauft und danach miteinander verbunden werden.The data signal decoupled from the house connection line 1 is processed by the transmitter / receiver 10.1, which is connected to a second transmitter / receiver 10.2, for example via Ethernet. A signal line 14 with two signal conductors 14.1, 14.2 is in turn connected to the transmitter / receiver 10.2. A corresponding data signal is coupled from the signal line 14 to the risers 6.1, 6.2. For this, further coupling ferrites 12.3, 12.4, 12.5, 12.6 are present, which are each laid around two phase conductors 7.2, 7.3, 7.5, 7.6 of the two risers 6.1, 6.2. By looping the signal conductors 14.1 or 14.2 through a coupling ferrite 12.3, and 12.6 or 12.4 and 12.5 of a riser 6.1 or 6.2 and then connecting them together.
Die HF-Kurzschlüsse 13.1, 13.2, 13.3 dienen damit auch zur Verbesserung der Kopplung zwischen der Signalleitung 14 und den Steigleitungen 6.1, 6.2. Zusätzlich verhindern sie gleichzeitig auch die Ausbreitung eines auf eine Steigleitung 6.1 , 6.2 eingekoppelten Datensignals in Richtung Hausanschluss bzw. blocken HF-Störungen ab, welche von den anderen Stromleitern stammen.The HF short circuits 13.1, 13.2, 13.3 thus also serve to improve the coupling between the signal line 14 and the risers 6.1, 6.2. In addition, they simultaneously prevent the spread of a data signal coupled into a riser 6.1, 6.2 in the direction of the house connection or block RF interferences which come from the other current conductors.
Die Schnittstelle zwischen den beiden Sender/Empfängern 10.1 und 10.2 bildet quasi die Schnittstelle zwischen zwei PLC (powerline communication) Strecken, wobei die erste PLC Strecke die Übertragung eines Datensignals auf der Hausanschlussleitung 1 umfasst, und die zweite PLC Strecke die Übertragung des Datensignals auf dem Stromnetz innerhalb des Hauses umfasst.The interface between the two transmitters / receivers 10.1 and 10.2 effectively forms the interface between two PLC (powerline communication) lines, the first PLC line comprising the transmission of a data signal on the house connection line 1 and the second PLC line the transmission of the data signal on the Electricity grid within the house includes.
Die Kopplung des Datensignals funktioniert selbstverständlich auch in der umgekehrten Richtung, d. h. wenn ein Kunde mit einem Sender ein Datensignal bei einer Steckdose im Haus in das Stromversorgungsnetz einkoppelt, wird dieses auf der zweiten PLC Strecke, d. h. der entsprechenden Steigleitung 6.1, 6.2, in Richtung Hausanschluss übertragen, auf die Signalleitung 14 gekoppelt, vom Sender/Empfänger 10.2 zum Sender/Empfänger 10.1 übertragen und von der Signalleitung 1 1 auf die erste PLC Strecke, nämlich die Hausanschlussleitung 1, gekoppelt. Auf der Hausanschlussleitung wird das Datensignal beispielsweise bis zur nächsten Transformatorstation übertragen, wo es aus der Hausanschlussleitung ausgekoppelt und in ein externes Kommunikationssystem eingespiesen wird.The coupling of the data signal naturally also works in the opposite direction, ie if a customer couples a data signal into the power supply network at a socket in the house, this will be on the second PLC line, ie the corresponding riser 6.1, 6.2, transmitted in the direction of the house connection, coupled to the signal line 14, transmitted from the transmitter / receiver 10.2 to the transmitter / receiver 10.1 and coupled from the signal line 11 to the first PLC route, namely the house connection line 1. The data signal is transmitted on the house connection line, for example, to the next transformer station, where it is decoupled from the house connection line and fed into an external communication system.
Die Situation in Figur 2 ist ähnlich jener in Figur 1. Figur 2 zeigt jedoch nur das Indoor- System mit einem Sender/Empfänger 10.3, an welchen gleichzeitig zwei Signalleitungen 15, 16 mit je zwei Signalleitern 15.1, 15.2 bzw. 16.1, 16.2 angeschlossen sind.The situation in FIG. 2 is similar to that in FIG. 1. However, FIG. 2 shows only the indoor system with a transmitter / receiver 10.3, to which two signal lines 15, 16 with two signal conductors 15.1, 15.2 and 16.1, 16.2 are connected at the same time ,
Im Unterschied zu Figur 1 sind vier Steigleitungen 6.3, 6.4, 6.5, 6.6 an die Sammelschienen 4.1 , 4.2, 4.3, 5 angeschlossen, wobei jeweils eine Signalleitung 15 bzw. 16 das Datensignal auf zwei Steigleitungen 6.3 und 6.4 bzw. 6.5 und 6.6 einkoppelt. Hierfür sind pro Steigleitung je zwei Koppelferrite 12.7, 12.8, 12.9, 12.10, 12.1 1, 12.12, 12.13, 12.14 vorhanden, durch welche die entsprechenden Phasenleiter 7.7, 7.8, 7.1 1, 7.12, 7.13, 7.15, 7.17 und 7.18 geschlauft sind.In contrast to FIG. 1, four risers 6.3, 6.4, 6.5, 6.6 are connected to the busbars 4.1, 4.2, 4.3, 5, with one signal line 15 and 16 coupling the data signal onto two risers 6.3 and 6.4 or 6.5 and 6.6, respectively. For this, two coupling ferrites 12.7, 12.8, 12.9, 12.10, 12.1 1, 12.12, 12.13, 12.14 are available per riser, through which the corresponding phase conductors 7.7, 7.8, 7.1 1, 7.12, 7.13, 7.15, 7.17 and 7.18 are looped.
Auch in diesem Fall sind HF-Kurzschlüsse 13.4, 13.5, 13.6, 13.7 vorhanden. Im Gegensatz zu Figur 1 sind sie hier allerdings nicht zwischen den Phasenleitern und dem Neutral- /Schutzleiter vorgesehen, sondern zwischen den beiden Phasenleitern 7.7 und 7.8 bzw. 7.1 1 und 7.12 bzw. 7.13 und 7.15 bzw. 7.17 und 7.18 jeweils einer Steigleitung 6.3, 6.4, 6.5, 6.6 auf weichen das Datensignal eingekoppelt wird.In this case too, HF short circuits 13.4, 13.5, 13.6, 13.7 are present. In contrast to FIG. 1, however, they are not provided here between the phase conductors and the neutral / protective conductor, but rather between the two phase conductors 7.7 and 7.8 or 7.1 1 and 7.12 or 7.13 and 7.15 or 7.17 and 7.18 each of a riser 6.3, 6.4, 6.5, 6.6 on which the data signal is coupled.
In Figur 3 ist eine weitere Anwendung der erfindungsgemässen Koppelvorrichtung dargestellt. In diesem Beispiel dienen zwei Koppelvorrichtungen zur Umgehung eines Bereiches des Stromversorgungsnetzes, der beispielsweise eine erhöhte Dämpfung für hochfrequente Signale aufweist. Ein solcher Bereich ist etwa ein Stromzähler 17 in einer Etagenverteilung zusammen mit den Sammelschienen 4.1, 4.2, 4.3 und 5 sowie den Überstromsicherungen 9 im Ausgangsbereich des Stromzählers 17. Die Phasenleiter 7.1, 7.2, 7.3 und der Neutral-/Schutzleiter 8 der Steigleitung werden auf den Eingang des Stromzählers 17 geführt. Die entsprechenden Ausgänge für die Phasenleiter führen auf Sammelschienen 4.1, 4.2, 4.3, von welchen, jeweils abgesichert durch eine Überstromsicherung 9, die einzelnen Phasenleiter für die einzelnen Zimmer einer Wohnung abzweigen! Die Neutra I-/Schutzleiter 8 für die einzelnen Zimmer sind um den Stromzähler 17 herumgeführt und können von einer eigenen Sammelschiene 5 abgegriffen werden.FIG. 3 shows a further application of the coupling device according to the invention. In this example, two coupling devices are used to bypass an area of the power supply network which has, for example, increased attenuation for high-frequency signals. Such an area is, for example, an electricity meter 17 in a floor distribution together with the busbars 4.1, 4.2, 4.3 and 5 and the overcurrent protection devices 9 in the output area of the electricity meter 17. The phase conductors 7.1, 7.2, 7.3 and the neutral / protective conductor 8 of the riser are routed to the input of the electricity meter 17. The corresponding outputs for the phase conductors lead to busbars 4.1, 4.2, 4.3, from which, each protected by an overcurrent fuse 9, the individual phase conductors branch off for the individual rooms in an apartment! The Neutra I / protective conductor 8 for the individual rooms are routed around the electricity meter 17 and can be tapped off from their own busbar 5.
Um den Bereich des Stromzählers 17 inklusive der Sammelschienen 4.1, 4.2, 4.3 und der Überstromsicherungen 9, welche für HF-Signale eine hohe Dämpfung aufweisen, umgehen zu können, wird nun das Datensignal mit Hilfe zweier Koppelferrite 19.1, 19.2 aus derIn order to be able to bypass the area of the electricity meter 17, including the busbars 4.1, 4.2, 4.3 and the overcurrent protection devices 9, which have a high level of attenuation for HF signals, the data signal is now extracted from the device using two coupling ferrites 19.1, 19.2
Steigleitung 6.1 auf eine Signalleitung 18 mit den Signalleitern 18.1, 18.2 gekoppelt.Riser line 6.1 coupled to a signal line 18 with the signal conductors 18.1, 18.2.
Zwischen den beiden Phasenleitern 7.2, 7.3, aus welchen das Datensignal ausgekoppelt wird, ist wiederum ein HF-Kurzschluss 13.8 vorgesehen, welcher nicht nur die Kopplung verbessert sondern auch die Ausbreitung des Datensignals in Richtung Stromzähler 17 verhindert. Between the two phase conductors 7.2, 7.3, from which the data signal is coupled out, an HF short circuit 13.8 is again provided, which not only improves the coupling but also prevents the data signal from spreading in the direction of the electricity meter 17.
Als Koppelferrite 19.1, 19.2, 19.3, 19.4 werden in diesem Beispiel würfelförmige Koppelkörper mit einer Kantenlänge von etwa 10 bis 35 mm und einem Lochdurchmesser im Bereich von 3 bis 20 mm eingesetzt, wobei sie einen Luftspalt in der Grössenordnung von 0.1 mm bis etwa 2 mm aufweisen. Auch hier gilt, dass sich die Induktivität der Koppler und die maximalen Sättigungsströme mit der Anzahl Koppelferrite sowie der Wahl des Ferritmaterials und der Grosse des Luftspalts einstellen lassen.As coupling ferrites 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, cube-shaped coupling bodies with an edge length of approximately 10 to 35 mm and a hole diameter in the range of 3 to 20 mm are used in this example, with an air gap of the order of magnitude of 0.1 mm to approximately 2 mm exhibit. The inductance of the couplers and the maximum saturation currents can also be set here with the number of coupling ferrites, the choice of ferrite material and the size of the air gap.
Die Signalleitung 18 wird um den unerwünschten Netzbereich herum geführt und hinter diesem Bereich erhöhter Dämpfung kann das Datensignal gezielt auf jenen Phasenleitern 7.19, 7.21 wieder eingekoppelt werden, wo es vom Kunden gebraucht wird. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Übertragung des Datensignals auf den Phasenleitern 7.19 und 7.21 im Gleichtaktmodus erfolgt, da es ja nur auf jeweils einen Leiter eingekoppelt wird. Als Referenz beim Abgreifen des Datensignals in den jeweiligen Zielräumen dient zum Beispiel der Neutral-/Schutzleiter 8. In Figur 3 deckt der Phasenleiter 7.19 beispielsweise den Bereich Wohnzimmer/Flur und der Phasenleiter 7.21 den Bereich Arbeits-/Schlafzim- mer ab. Zwischen diesen beiden Phasenleitern ist wiederum ein HF-Kurzschluss 13.9 vorgesehen, welcher nicht nur die Kopplung verbessert und HF-Störungen von aussen, beispielsweise vom Stromzähler 17 oder von den anderen Phasenleitern 7.20, 7.22, 7.23, 7.24 blockiert, sondern auch die Ausbreitung des Datensignals zurück in Richtung Stromzähler 17 und damit auch auf den restlichen Phasenleitern 7.20, 7.22, 7.23, 7.24 verhindert.The signal line 18 is routed around the unwanted network area and behind this area of increased attenuation, the data signal can be specifically coupled back onto those phase conductors 7.19, 7.21 where it is needed by the customer. At this point it should be mentioned that the data signal is transmitted on phase conductors 7.19 and 7.21 in common mode, since it is only coupled onto one conductor at a time. The neutral / protective conductor 8, for example, serves as a reference when tapping the data signal in the respective target areas. In FIG. 3, the phase conductor 7.19 covers, for example the living room / corridor area and the phase conductor 7.21 the working / bedroom area. An HF short circuit 13.9 is again provided between these two phase conductors, which not only improves the coupling and blocks HF interference from outside, for example from the electricity meter 17 or from the other phase conductors 7.20, 7.22, 7.23, 7.24, but also the propagation of the data signal back towards the electricity meter 17 and thus also on the remaining phase conductors 7.20, 7.22, 7.23, 7.24 prevented.
In Figur 4 ist eine weitere Anwendung der Erfindung dargestellt. Und zwar zeigt Figur 4 schematisch eine Impedanzänpassung bei einer Freileitung 20. Diese umfasst mehrere Masten 21, an welchen jeweils zwei Freileiter 20.1, 20.2 aufgehängt sind. Zwischen den Freileitern 20.1, 20.2 ist eine Impedanz in der Grössenordnung von etwa 600 Ohm vorhanden. Soll die Freileitung 20 nun in ein Haus geführt werden, werden die Freileiter 20.1, 20.2 zu einer Hausanschlussleitung 22 zusammengeführt, wobei die Impedanz zwischen den beiden Leitern auf etwa 100 Ohm verringert wird. Dies ist ein derart grösser Impedanzunterschied, dass er zu Problemen führen kann. Es können beispielsweise Reflexionen an den Übergängen auftreten, welche dazu führen, dass nur wenig Signalenergie übertragen werden kann.A further application of the invention is shown in FIG. 4 shows schematically an impedance matching in an overhead line 20. This comprises a plurality of masts 21, on each of which two overhead lines 20.1, 20.2 are suspended. An impedance of the order of magnitude of approximately 600 ohms is present between the overhead conductors 20.1, 20.2. If the overhead line 20 is now to be routed into a house, the overhead lines 20.1, 20.2 are brought together to form a house connection line 22, the impedance between the two lines being reduced to approximately 100 ohms. This is such a large difference in impedance that it can lead to problems. For example, reflections can occur at the transitions, which means that only a small amount of signal energy can be transmitted.
Um nun diesen Impedanzunterschied etwas auszugleichen, wird ein auf der Freileitung 20 übertragenes Datensignal vor der Zusammenführung der Freileiter 20.1, 20.2 auf eine Signalleitung 23 mit den Signalleitern 23.1, 23.2 gekoppelt, wobei die Signalleitung eine definierte Impedanz von beispielsweise 100 Ohm aufweisst. Hierzu werden Koppelferrite 12.15 und 12.16 verwendet, welche um die Freileiter 20.1 , 20.2 gelegt sind, wobei die Signalleiter 23.1, 23.2 im Gegensatz zu den bisherigen Beispielen nicht nur ein Mal, sondern mindestens je zwei Mal durch das Loch der Koppelferrite 12.15, 12.16 geschlauft werden. Auch hier ist zwischen den beiden Freileitern 20.1, 20.2 ein HF-Kurzschluss 13.10 vorgesehen, der einerseits die Kopplung verbessert und andererseits Störungen abblockt und die weitere Ausbreitung des Datensignals in Richtung Hausanschlussleitung 22 auf der Freileitung 20 verhindert. Bevor die Freileiter 20.1, 20.2 dann zur Hausanschlussleitung 22 zusammengeführt werden, wird das Datensignal wieder von der Signalleitung 23 auf die Freileiter 20.1, 20.2 gekoppelt. Hier ür werden zwei Koppelferrite 12.17, 12.18 verwendet, welche kurz vor der Zusammenführung der beiden Freileiter 20.1, 20.2 um diese gelegt werden und durch deren Löcher jeweils wiederum je eine Signalleitung 23.1 , 23.2 geführt wird.In order to compensate for this difference in impedance somewhat, a data signal transmitted on the overhead line 20 is coupled to the signal lines 23.1, 23.2 before the leads 20.1, 20.2 are brought together, the signal line having a defined impedance of, for example, 100 ohms. For this purpose, coupling ferrites 12.15 and 12.16 are used, which are placed around the free conductors 20.1, 20.2, the signal conductors 23.1, 23.2 being looped through the hole in the coupling ferrites 12.15, 12.16 not only once, but at least twice each, in contrast to the previous examples , Here, too, an RF short circuit 13.10 is provided between the two overhead lines 20.1, 20.2, which improves the coupling on the one hand and blocks interference on the other hand and prevents the further propagation of the data signal in the direction of the house connection line 22 on the overhead line 20. Before the free conductors 20.1, 20.2 are then brought together to form the house connection line 22, the data signal is again coupled from the signal line 23 to the free conductors 20.1, 20.2. For this purpose, two coupling ferrites 12.17, 12.18 are used, which are placed around the two free conductors 20.1, 20.2 shortly before they are brought together, and a signal line 23.1, 23.2 is passed through each of the holes.
Da die Signalleiter 23.1, 23.2 jeweils nur ein Mal durch das Loch der Koppelferrite 12.17, 12.18 geschlauft ist, ergibt sich eine Impedanzanpassung von 1 zu 4.Since the signal conductors 23.1, 23.2 are looped only once through the hole of the coupling ferrites 12.17, 12.18, there is an impedance matching of 1 to 4.
Mit Hilfe der Erfindung konnte damit der Impedanzunterschied von 6 zu 1 auf etwa 6 zu 4 verringert werden.With the help of the invention, the impedance difference could thus be reduced from 6 to 1 to approximately 6 to 4.
Figur 5 zeigt ein Beispiel einer Koppelvorrichtung, bei welchem eine Mehrzahl von Koppelferriten 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 hintereinander geschaltet sind. Durch die Koppelferrite 24.1 , 24.2, 24.3, 24.4 hindurch ist ein Stromleiter 25 sowie ein Signalleiter 26 geschlauft, zwischen denen ein Datensignal gekoppelt werden soll. Die Koppelferrite 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 weisen jeweils einen Luftspalt 27 auf, der den Sättigungsstrom jedes Koppelferriten erhöht, gleichzeitig jedoch dessen Impedanz verkleinert. Um die Gesamtimpedanz zu erhöhen, werden nun einfach vier Koppelferrite 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 hintereinander geschaltet.FIG. 5 shows an example of a coupling device in which a plurality of coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 are connected in series. A current conductor 25 and a signal conductor 26 are looped through the coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4, between which a data signal is to be coupled. The coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 each have an air gap 27 which increases the saturation current of each coupling ferrite, but at the same time reduces its impedance. To increase the overall impedance, four coupling ferrites 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 are simply connected in series.
In Figur 6 ist eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Kopplungsfaktors dargestellt. Ein Koppelferrit 28 mit einem Luftspalt 27 wird mit einer Resonanz ergänzt, die lediglich aus einer Windung 29 eines Drahtes besteht, die durch eine Kapazität 30 geschlossen wird. Die Wicklung 29 mit der Kapazität 30 bildet einen Serieresonanzkreis, dessen Resonanzfrequenz durch die Grosse der Kapazität 30 auf die Übertragungsfrequenz, d. h. die Trägerfrequenz des Datensignals, welche über 1 MHz liegt, abgestimmt werden kann.FIG. 6 shows a further possibility for improving the coupling factor. A coupling ferrite 28 with an air gap 27 is supplemented with a resonance which only consists of a turn 29 of a wire which is closed by a capacitance 30. The winding 29 with the capacitance 30 forms a series resonance circuit, the resonance frequency of which depends on the size of the capacitance 30 on the transmission frequency, i. H. the carrier frequency of the data signal, which is above 1 MHz, can be tuned.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass es die Erfindung erlaubt, eine effiziente Kopplung eines hochfrequenten Datensignals zwischen einer Signalleitung und (zumindest) einemIn summary, it can be stated that the invention allows an efficient coupling of a high-frequency data signal between a signal line and (at least) one
Paar von Stromleitern eines Stromversorgungsnetzwerkes zu erreichen. Gleichzeitig kann die Ausbreitung des Datensignals durch HF-Kurzschlüsse auf bestimmte Richtungen beschränkt werden, was die Störstrahlung in solchen Powerline-Systemen generell verringert und im Hinblick auf entsprechende regulatorische Aspekte viele Vorteile bringt. Gleichzeitig werden auch Störungen von aussen her abgeblockt, was eine bessere Übertragung erlaubt. Reach pair of power conductors of a power supply network. At the same time, the spreading of the data signal due to RF short circuits in certain directions be limited, which generally reduces the interference in such powerline systems and brings many advantages with regard to corresponding regulatory aspects. At the same time, interference from outside is blocked, which enables better transmission.

Claims

Patentansprüche claims
1. Koppelvorrichtung zur Ein- bzw. Auskopplung eines Datensignals mit einer Trägerfrequenz von über einem MHz in ein bzw. aus einem Stromversorgungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur induktiven Kopplung des Datensignals zwischen einer Signalleitung und zumindest einem Stromleiterpaar mit jeweils zwei Stromleitern des1. Coupling device for coupling or decoupling a data signal with a carrier frequency of over one MHz into or from a power supply network, characterized in that it is used for inductive coupling of the data signal between a signal line and at least one pair of current conductors, each with two current conductors of the
Stromversorgungsnetzes ausgebildet ist.Power supply network is formed.
2. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie am Ort der Kopplung zur Verbesserung der Kopplung einen HF-Kurzschluss aufweist, welcher insbesondere eine Kapazität und wahlweise eine Überstromsicherung in Serieschal- tung zwischen den zwei Stromleitern eines Stromleiterpaares oder zwischen je einem der Stromleiter und einem Schutzleiter des Stromversorgungsnetzes umfasst.2. Coupling device according to claim 1, characterized in that it has an RF short-circuit at the location of the coupling to improve the coupling, which in particular has a capacitance and optionally an overcurrent protection in series connection between the two current conductors of a pair of current conductors or between each of the current conductors and a protective conductor of the power supply network.
3. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung zwei Signalleiter aufweist und die Koppelvorrichtung zwei Koppelkörper aus einem magnetischen Material, insbesondere aus Ferrit, umfasst, wobei jeder Koppelkörper zylinderformig mit einer beliebigen Grund- bzw. Deckfläche ausgebildet ist, zwischen der Grund- und der Deckfläche ein Loch aufweist und jeweils ein Koppelkörper zur Kopplung des Datensignals zwischen einem der Signalleiter und einem der Stromleiter eines Stromleiterpaares dient, indem je einer der Stromleiter eines Stromleiterpaares und je einer der Signalleiter durch das Loch jeweils eines Koppelkörpers geschlauft sind.3. Coupling device according to claim 1 or 2, characterized in that the signal line has two signal conductors and the coupling device comprises two coupling bodies made of a magnetic material, in particular of ferrite, each coupling body being cylindrical in shape with any base or cover surface between the base and top surfaces have a hole and a coupling body is used for coupling the data signal between one of the signal conductors and one of the current conductors of a pair of current conductors, in that one of the current conductors of a pair of current conductors and one of the signal conductors are looped through the hole of each coupling body.
4. Koppelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kopplung des Datensignals zwischen einer Signalleitung und einer Mehrzahl von Stromleiterpaaren ausgebildet ist, wobei jeder Stromleiter durch das Loch je eines Koppelkörpers geschlauft ist und einer der Signalleiter durch das Loch jeweils eines der Koppelkörper jedes Stromleiterpaares und der andere Signalleiter durch das Loch des jeweils anderen Koppelkörpers jedes Stromleiterpaares geschlauft ist.4. Coupling device according to claim 3, characterized in that it is designed for coupling the data signal between a signal line and a plurality of conductor pairs, each conductor being looped through the hole of each coupling body and one of the signal conductors through the hole in each case one the coupling body of each pair of current conductors and the other signal conductor is looped through the hole of the other coupling body of each pair of current conductors.
5. Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleiter mit je einem Ende miteinander verbunden sind.5. Coupling device according to one of claims 3 or 4, characterized in that the signal conductors are connected to one another at one end.
6. Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Koppelkörper zur einfacheren Montage aus zumindest zwei zusammensetzbaren Teilkörpern besteht, welche insbesondere durch eine Haltevorrichtung zusammengehalten sind.6. Coupling device according to one of claims 3 to 5, characterized in that each coupling body consists of at least two partial bodies which can be assembled and which are held together in particular by a holding device for easier assembly.
7. Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Koppelkörper zur Erhöhung eines Sättigungsstromes einen Luftspalt aufweist.7. Coupling device according to one of claims 3 to 6, characterized in that each coupling body has an air gap to increase a saturation current.
8. Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung einer Induktivität eine Mehrzahl . von Koppelkörpern hintereinander geschaltet sind.8. Coupling device according to one of claims 3 to 7, characterized in that a plurality to increase an inductance. of coupling bodies are connected in series.
9. Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Koppelkörper zur Verbesserung der Kopplung einen Serieresonanzkreis aufweist, welcher eine Wicklung durch das Loch des Koppelkörpers umfasst, wobei die Wicklung eine Kapazität aufweist.9. Coupling device according to one of claims 3 to 8, characterized in that each coupling body to improve the coupling has a series resonance circuit, which comprises a winding through the hole of the coupling body, the winding having a capacitance.
10. Verfahren zur Übertragung von Daten über ein Stromversorgungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Daten mit einem ersten Sende/Empfangsgerät ein Datensignal mit einer Trägerfrequenz über einem MHz generiert, das Datensignal auf einer ersten Signalleitung übertragen, von der ersten Signalleitung mit einer ersten Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 auf ein Stromleiterpaar des Stromversorgungsnetzes gekoppelt, mit einer zweiten Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 aus dem Stromleiterpaar auf eine zweite Signalleitung gekoppelt, über die zweite Signalleitung zu einem zweiten Sende/Empfangsgerät übermittelt wird und dass mit dem zweiten Sende/Empfangsgerät die Daten aus dem Datensignal zurückgewonnen werden.10. A method for transmitting data via a power supply network, characterized in that from the data with a first transceiver generates a data signal with a carrier frequency above MHz, the data signal is transmitted on a first signal line, from the first signal line with a first coupling device coupled to a pair of conductors of the power supply network according to claim 1, coupled to a second coupling device according to claim 1 from the pair of conductors to a second signal line, via the second signal line is transmitted to a second transceiver and that the data is recovered from the data signal with the second transceiver.
11. Anordnung zur Übertragung von Daten zwischen einem ersten und einem zweiten Sende/Empfangsgerät, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste an dem ersten Sende/Empfangsgerät angeschlossene Signalleitung, eine erste Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 zur Kopplung des Datensignals zwischen der ersten Signalleitung und einem Stromleiterpaar des Stromversorgungsnetzes, eine zweite Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 zur Kopplung des Datensignals zwischen dem Stromleiterpaar und einer zweiten an dem zweiten Sende/Empfangsgerät angeschlossenen Signalleitung aufweist, wobei das erste Sende/Empfangsgerät zur11. Arrangement for the transmission of data between a first and a second transceiver, characterized in that it has a first signal line connected to the first transceiver, a first coupling device according to claim 1 for coupling the data signal between the first signal line and a pair of conductors of the power supply network, a second coupling device according to claim 1 for coupling the data signal between the pair of conductors and a second signal line connected to the second transceiver, wherein the first transceiver for
Generierung eines Datensignals aus den Daten und das zweite Sende/Empfangsgerät zur Rückgewinnung der Daten aus dem Datensignal ausgebildet sind.Generation of a data signal from the data and the second transceiver are designed to recover the data from the data signal.
12. Anordnung zur Übertragung eines Datensignals über ein Stromversorgungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Umgehung eines bestimmten Netzbereiches des Stromversorgungsnetzes, insbesondere eines Bereiches hoher Dämpfung, ausgebildet ist, indem eine erste Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 zum Koppeln des Datensignals zwischen einem zum Netzbereich hinführenden Stromleiterpaar und einer Signalleitung und eine zweite Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 zum Koppeln des Datensignals zwischen der Signalleitung und einem vom Netzbereich wegführenden Stromleiterpaares ausgebildet ist. 12. Arrangement for the transmission of a data signal via a power supply network, characterized in that it is designed to bypass a specific network area of the power supply network, in particular a high attenuation area, by a first coupling device according to claim 1 for coupling the data signal between a pair of current conductors leading to the network area and a signal line and a second coupling device according to claim 1 for coupling the data signal between the signal line and a pair of conductors leading away from the network area.
EP02806558A 2002-01-24 2002-01-24 Coupling device Withdrawn EP1468504A1 (en)

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ES2328996B1 (en) 2007-10-02 2010-08-30 Diseño De Sistemas En Silicio, S.A. INDUCTIVE MULTIINJECTION DEVICE ON MULTIPLE DRIVERS.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4668934A (en) * 1984-10-22 1987-05-26 Westinghouse Electric Corp. Receiver apparatus for three-phase power line carrier communications
JP3473455B2 (en) * 1998-11-12 2003-12-02 三菱電機株式会社 Power line communication system for mobile objects
DE10019322C2 (en) * 2000-04-19 2003-06-18 Rundfunkschutzrechte Ev Device for conditioning the electrical building installation for fast data transmission

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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