HU224948B1

HU224948B1 - Kommunikációs berendezés, csatoló és eljárás azok mûködtetésére

Info

Publication number: HU224948B1
Application number: HU0202839A
Authority: HU
Inventors: Charles Abraham
Original assignee: Wire21
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2006-04-28
Also published as: KR20020037750A; CA2380322A1; JP5383749B2; EP1208692B1; WO2001091437A1; EP1208692A4; MXPA02000885A; KR100806683B1; US6396392B1; PL210711B1; CN100586037C; CN1189010C; ATE554576T1; TW511341B; EP1208692A1; JP2013243779A; HUP0202839A2; SA01220201B1; ES2392060T3; RU2254681C2

Description

A leírás terjedelme 24 oldal (ezen belül 13 lap ábra)

HU 224 948 Β1 nélkül a villamos vezetékhez továbbító csatolót tartalmaz. A csatoló nemmágneses maggal ellátott transzformátort és a transzformátorral az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort tartalmaz. A transzformátor első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz. A csatolókondenzátor az első vezetőlemez és a villamos vezeték közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A találmány szerinti másik kommunikációs berendezés villamos jelek egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken történő fogadására szolgál. A kommunikációs berendezés egy 200 MHz vagy annál nagyobb, előre meghatározott frekvenciájú, modulált vivőjelet fogadó és bemeneti impedanciával rendelkező vevőegységet; a vevőegységhez villamosán csatlakozó és demodulált vivőjelet előállító demodulátort; a villamos vezeték és a vevőegység közé kapcsolt, a vevőegység bemeneti impedanciáját a villamos vezeték hullámimpedanciájához illesztő és a modulált vivőjelet a villamos vezetéktől jelentős fázistorzulás nélkül a vevőegységnek továbbító csatolót tartalmaz. A csatoló nemmágneses maggal ellátott transzformátort és a transzformátorral az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort tartalmaz. A transzformátor első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz. A csatolókondenzátor az első vezetőlemez és a villamos vezeték közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A villamos jeleket egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken továbbító kommunikációs berendezéshez csatlakozó csatoló primer oldallal rendelkező szilárdtest-transzformátort; és a transzformátor primer oldala és a villamos vezeték közé kapcsolt kondenzátort tartalmaz. A transzformátor primer oldala és a kondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A villamos jelek egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken történő továbbítására szolgáló eljárás során előállítanak egy előre meghatározott, legalább 200 MHz frekvenciájú modulált vivőjelet; továbbítják a modulált vivőjelet egy kimeneti impedanciával rendelkező adóegységgel; és a modulált vivőjelet jelentős fázistorzulás nélkül a villamos vezetékre csatolják egy olyan csatolóval, amely az adóegység kimeneti impedanciáját illeszti a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A találmány tárgya általában erősáramú rendszerben folytatott kommunikáció és különösen olyan berendezés, amely alkalmas digitális adatjelek nagy adatátviteli sebesség mellett nagy távolságokra történő egyidejű 35 továbbítására és fogadására az erősáramú vezetékeken és hálózati transzformátorokon keresztül, ahol az erősáramú vezetékek többek között váltakozó áramú és egyenáramú vezetékek, koaxiális kábelek és csavart érpárú vezetékek lehetnek. A találmány tárgyát ké- 40 pezi még egy csatoló is.

Az „erősáramú vivőrendszerek’' jól ismertek az erősáramú technikában alkalmazott kommunikáció területén. Az ilyen erősáramú vivőrendszerek alapvető elemei az adó és vevő végberendezések, amelyek egy vagy 45 több vonali szűrőt, egy vagy több csatolókondenzátort, továbbá hangoló- és csatolóberendezéseket tartalmaznak. A hagyományos erősáramú vivőrendszerek tipikus felépítése és részletes leírása megtalálható például a Fundamentals Handbook of Electrical and Computer 50 Engineering című kézikönyv II. kötetében, melynek alcíme: Communication Control Devices and Systems, (John Wiley&Sons, 1983, 617-627. oldal). A technika állásához tartozó erősáramú vivőrendszerek legjellemzőbb problémája, hogy egy vagy több vonali szűrőt, egy 55 vagy több kondenzátort, egy vagy több csatolótranszformátort vagy vivőfrekvenciás hibrid áramkört, továbbá frekvenciakapcsoló vezetékeket igényelnek.

Az US 5,949,327 számú szabadalmi leírás olyan bemeneti és kimeneti eszközt ismertet, amely kb. 60

MHz-nél nagyobb vivőfrekvenciájú távközlési jelek légvezetékes villamos elosztóhálózaton és/vagy nagyfeszültségű távvezetékeken keresztül történő továbbítására szolgál. Az eszköz olyan transzformátorokat tartalmaz, amelyek impedanciaillesztést valósítanak meg a hálózat és a forrás között. A transzformátorok mágneses magjának anyaga, amely lehet például porvas vagy ferrit, lehetővé teszi olyan nagyfeszültségű kondenzátorok és nagy impedanciájú tekercsek előállítását, amelyek kellően kisméretűek ahhoz, hogy be lehessen illeszteni azokat a már meglévő légvezetékes villamos elosztóhálózati infrastruktúrába.

Az US 5,949,327 számú iratban bemutatott és a többi hagyományos csatoló olyan ferritmagos vagy vasmagos transzformátort tartalmaz, amely az adóoldali csatoló és a vevőoldali csatoló közötti átviteli függvény nemlineáris fáziskarakterisztikája miatt jeltorzulást idéz elő. A jeltorzulást a mágneses mag hiszterézises anyaga okozza. Az erősáramú vivők szétosztása szempontjából a jeltorzulás különösen káros, mivel a jelnek legalább három ilyen nemlineáris eszközön kell áthaladnia; nevezetesen az elosztótranszformátoron és két olyan erősáramú csatolón, amelyek mindegyike ferritmagos transzformátort tartalmaz. A nemlineáris eszközök által okozott jeltorzulás késleltetési torzulás kialakulásához vezet, ami korlátozza a kommunikációs sebességet.

A korábbi megoldások legnagyobb hátránya az, hogy a jelcsatolóban ferritmagos vagy vasmagos

HU 224 948 Β1 transzformátorokat használnak. A primer tekercs L1 induktivitását a mag nemlinearitása ismeretlen módon befolyásolja, ami a kívánt vivőfrekvencia elhangolódását eredményezi. Emiatt a kívánt vivőfrekvencián a primer tekercselés impedanciája sem illeszkedik az erősáramú vezeték hullámimpedanciájához. Ezt a tényt felismerve olyan megoldások születtek, amelyeknél a jelet az erősáramú vezetékre egy kis bemeneti impedanciájú adó-vevővel (transceiver) csatolják, amelyben nagy (kb. 0,5 pF) kapacitású csatolókondenzátort használnak. Ez azonban jelentős, akár 20 dB-es csatolási veszteséget is okozhat a vivő frekvenciáján.

A bejelentő folyamatban lévő US 6,407,987 számú szabadalma újszerű fázistoló, lineáris csatolót ismertet erősáramú vezetékek, telefonvezetékek, csavart érpárú vezetékek és koaxiális kábelek számára, amely csatoló egyaránt alkalmas adásra és vételre. A fázistoló lineáris csatoló újszerű légmagos vagy dielektrikummagos transzformátort tartalmaz, amely egyaránt alkalmas erősáramú transzformátorokon keresztül telefonvezetéken, koaxiális kábelen, lokális hálózatban vagy erősáramú vezetéken folytatott kommunikációhoz. Az említett fázistoló, lineáris csatoló olyan csatolókondenzátor-hálózatot is tartalmaz, amely a csatoló ellenállásának értékét jó közelítéssel illeszti a vezeték hullámimpedanciájának legkisebb ismert értékéhez, továbbá maximális stabilitást biztosít a vezetéken történő jeltovábbítás számára. Ez a rezonancia lényegében sáváteresztő szűrőt valósít meg a vivőfrekvencián. Az említett bejelentésre '258 megjelöléssel a leírás során többször is hivatkozni fogunk.

A fenti bejelentés számos problémát kiküszöböl azokhoz a korábbi megoldásokhoz képest, amelyek olyan ferritmagos vagy vasmagos csatolókat tartalmaznak, amelyek rezonálnak az erősáramú vezeték hullámimpedanciájával, és ezáltal a különböző típusú vezetékeken - például erősáramú vezetékeken - tüskéket, jelkimaradásokat és a kommunikáció számára nemlineáris közeget eredményeznek. A ’258-as bejelentésben bemutatott fázistoló, lineáris csatoló a kommunikációs sávszélességben egyrészt nem eredményez tüskéket, másrészt lineáris kommunikációt tesz lehetővé rendkívül nagy sávszélességben.

Továbbra sem megoldott azonban az, hogy egy erősáramú vezetékeket tartalmazó kommunikációs rendszerben a digitális adatjeleket nagyfrekvencián például 200 MHz-500 GHz frekvencián - egyidejűleg lehessen továbbítani és fogadni. Egy ilyen rendszer a nagy sávszélességnek köszönhetően nagy sebességű és nagy távolságú kommunikációt tenne lehetővé erősáramú transzformátorokon keresztül az erősáramú vezetékeken, például egyenáramú és váltakozó áramú vezetékeken, koaxiális kábeleken és a csavart érpárú vezetékeken. A találmánnyal célunk egy ilyen kommunikációs rendszer megvalósítása.

A kitűzött célokat egyrészt olyan kommunikációs berendezés megvalósításával érjük el, amely villamos jelek egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken történő továbbítására szolgál. A kommunikációs berendezés a villamos jeleket moduláló és 200 MHz vagy annál nagyobb, előre meghatározott frekvenciájú, modulált vivőjelet előállító modulátort; a modulátorhoz villamosán csatlakozó, kimeneti impedanciával rendelkező, a modulált vivőjelet kibocsátó adóegységet; és a villamos vezeték és az adóegység közé kapcsolt, az adóegység kimeneti impedanciáját a villamos vezeték hullámimpedanciájához illesztő és a modulált vivőjelet jelentős fázistorzulás nélkül a villamos vezetékhez továbbító csatolót tartalmaz. A csatoló nemmágneses maggal ellátott transzformátort és a transzformátorral az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort tartalmaz. A transzformátor első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz. A csatolókondenzátor az első vezetőlemez és a villamos vezeték közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A kitűzött célokat továbbá olyan kommunikációs berendezés megvalósításával érjük el, amely egy 200 MHz vagy annál nagyobb, előre meghatározott frekvenciájú, modulált vivőjelet fogadó és bemeneti impedanciával rendelkező vevőegységet; a vevőegységhez villamosán csatlakozó és demodulált vivőjelet előállító demodulátort; a villamos vezeték és a vevőegység közé kapcsolt, a vevőegység bemeneti impedanciáját a villamos vezeték hullámimpedanciájához illesztő és a modulált vivőjelet a villamos vezetéktől jelentős fázistorzulás nélkül a vevőegységnek továbbító csatolót tartalmaz. A csatoló nemmágneses maggal ellátott transzformátort és a transzformátorral az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort tartalmaz. A transzformátor első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz. A csatolókondenzátor az első vezetőlemez és a villamos vezeték közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A kitűzött célokat továbbá olyan, a villamos jeleket egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken továbbító kommunikációs berendezéshez csatlakozó csatoló megvalósításával érjük el, amely primer oldallal rendelkező szilárdtest-transzformátort; és a transzformátor primer oldala és a villamos vezeték közé kapcsolt kondenzátort tartalmaz. A transzformátor primer oldala és a kondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A kitűzött célokat végül olyan, villamos jelek egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken történő továbbítására szolgáló eljárással érjük el, amely során előállítunk egy előre meghatározott, legalább 200 MHz frekvenciájú modulált vivőjelet; továbbítjuk a modulált vivőjelet egy kimeneti impedanciával rendelkező adóegységgel; és a modulált vivőjelet jelentős fázistorzulás nélkül a villamos vezetékre csatoljuk egy olyan csatolóval, amely az adóegység kime3

HU 224 948 Β1 neti impedanciáját illeszti a villamos vezeték hullámimpedanciájához. Az eljárásban alkalmazott csatoló egy, a modulált vivőjelet jelentős fázistorzulás nélkül a villamos vezetéken továbbító, nemmágneses maggal ellátott transzformátort és egy, a transzformátorral az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort tartalmaz. A transzformátor első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz. A csatolókondenzátor az első vezetőlemez és a villamos vezeték közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték hullámimpedanciájához.

A találmányt a továbbiakban a rajz alapján, az igénypontokkal összhangban ismertetjük részletesen. A rajzon látható kiviteli alakok a találmány szerinti megoldásnak csak célszerű változatai. A találmány azonban értelemszerűen nem korlátozódik a rajzon bemutatott elrendezésekre és berendezésekre. A rajzon:

az 1. ábra az erősáramú vezetékhez csatlakozó, találmány szerinti csatoló hullámimpedanciáját mutatja a frekvencia függvényében;

a 2. ábra a találmány szerinti erősáramú, nagy távolságú kommunikációs hálózat blokkvázlata;

a 3. ábra a találmány szerinti félduplex erősáramú modem vázlatrajza;

a 4. ábra a találmány szerinti fullduplex erősáramú modem funkcionális blokkvázlata;

az 5. ábra a találmány szerinti erősáramú kommunikációs berendezés funkcionális blokkvázlata;

a 6. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező, egy első frekvencián működő modulátor kapcsolási rajza;

a 7. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező, egy második frekvencián működő modulátor kapcsolási rajza;

a 8. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező, egy első frekvencián működő demodulátor kapcsolási rajza;

a 9. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező, egy második frekvencián működő modulátor kapcsolási rajza;

a 10. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező Ethernet-interfész kapcsolási rajza;

a 11. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező, meghatározott frekvenciák első csoportjába tartozó frekvenciákon működő csatoló kapcsolási rajza;

a 12. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező, meghatározott frekvenciák második csoportjába tartozó frekvenciákon üzemelő csatoló kapcsolási rajza; és a 13. ábra egy, az 5. ábrán látható erősáramú kommunikációs berendezés részét képező tápegység kapcsolási rajza.

A találmány szerinti berendezés a ’258-as bejelentésben ismertetett fázistoló, lineáris csatoló továbbfejlesztett változata. Tapasztalataink szerint magasabb frekvenciákon, például 1-500 GHz frekvencián, légmagos vagy dielektrikummagos csatolóval jobb eredmény érhető el, mivel az ilyen csatolóknak nagyobb a sávszélessége és azokkal nagyobb távolság hidalható át. A nagyfrekvenciás jelek bármilyen típusú vezeték körül mágneses mezőt keltenek és az erősáramú vezeték esetén a jelek a mágneses hullámokhoz hasonlóan a vezeték felülete mentén terjednek. Mivel az ilyen nagyfrekvenciás jelek átjutnak a transzformátorokon is, nagy sávszélességgel továbbíthatók nagy távolságokra.

Szabályozott környezetben, például koaxiális kábelben, az 1 GHz vagy annál nagyobb frekvenciájú jelek csak kis távolságra jutnak el, mielőtt eltűnnének. Ennek oka az, hogy a koaxiális kábelnek nagy és állandó soros L induktivitása és párhuzamos C kapacitása van, ami erős aluláteresztő szűrőként működik. Ez az aluláteresztő szűrő bizonyos távolságban már minden frekvenciát kiszűr. Ezenkívül a koaxiális kábel csak gyenge mágneses mezőt hoz létre a középső vezető körül, mivel az szorosan le van árnyékolva.

Az erősáramú vezetékek más típusú környezetet jelentenek, ugyanis ezek nemcsak két pont között létesítenek összeköttetést, hanem inkább csillag topológiájú hálózatot valósítanak meg. Az erősáramú vezetékeknek nincs fix L induktivitása és C kapacitása, így az erősáramú vezetékek a koaxiális kábelnél gyengébb aluláteresztő szűrőként működnek. Az erősáramú vezetékeknek árnyékolása sincs, így az erősáramú vezetéken a vezető körül erősebb mágneses mező jöhet létre, mint a koaxiális kábelben. Ezenkívül az erősáramú vezetékek Z_o hullámimpedanciája térben és időben változó, és az egymáshoz kapcsolódó vezetékek száma az erősáramú elosztóhálózat különböző pontjain szintén változó lehet. Ebből kifolyólag a digitális jelek által keltett elektromos/mágneses mezők az erősáramú vezeték mentén terjedve nem tűnnek el, és az ilyen jelek nagyobb távolságokra továbbíthatók, mint a koaxiális kábelben. A nagyfrekvenciás jelek átjuthatnak a nagy párhuzamos kondenzátorként viselkedő erősáramú transzformátorokon is anélkül, hogy a jelszint lényegesen lecsökkenne, amennyiben a találmány szerinti illesztéssel csatlakozunk az erősáramú vezetékhez.

A találmány szerinti csatoló lényege, hogy az továbbra is egy, az erősáramú vezeték hullámimpedanciájához illeszkedő eszköz. Akárcsak a ’258 számú bejelentésben bemutatott eszköz, a találmány szerinti csatoló is tartalmaz légmagos vagy dielektrikummagos transzformátort és C_eq kapacitású csatolókondenzátort. A transzformátor primer tekercsének impedancia4

HU 224 948 Β1 változása nem befolyásolja lényegesen a transzformátor szekunder tekercsének impedanciáját, és fordítva, így az erősáramú vezeték szempontjából az egyetlen impedanciát a C_eq kapacitású csatolókondenzátorral együtt rezgő primer tekercselés jelenti. Az ilyen soros rezgés kis, közel 1 ohm nagyságú impedanciát eredményez. A frekvencia növekedésével az impedancia kb. 100-200 ohmra nő meg attól függően, hogy mekkora az erősáramú vezeték hullámimpedanciájához legjobban illeszkedő impedancia értéke, továbbá mekkora sávszélességre van szükség.

Az 1. ábrán az erősáramú vezetékhez csatlakozó csatoló hullámimpedanciája látható. Ha az erősáramú vezeték impedanciája F1 frekvencián 100 ohm, akkor 6 dB-es illesztés mellett a csatoló impedanciája 50-200 ohm lehet, ami egy igen széles, F3 frekvenciától F4 frekvenciáig terjedő sávszélességet fed le. Ha viszont az erősáramú vezeték hullámimpedanciája csak 10 ohm, akkor a 6 dB-es illesztéshez tartozó impedanciatartomány 5-20 ohm, amihez viszont kisebb sávszélesség tartozik. A csatoló impedanciájának csökkentésével nagyobb sávszélességű illesztés biztosítható a kis - például 10 ohm - hullámimpedanciájú erősáramú vezetékekhez.

Ahogy a ’258 bejelentésből is kitűnik, a találmány szerinti csatoló kiemelkedően előnyös tulajdonsága a fázislinearitás. Az erősáramú vezetékeknek különböző frekvenciákon különböző lokális impedanciával rendelkeznek minden egyes néhány méteres szakaszukon. Az erősáramú vezetékhez történő legjobb illesztés olyan induktív és kapacitív komponensek alkalmazásával érhető el, amelyek nem tartalmaznak ferrit- vagy vasmagot, mivel maga az erősáramú vezeték már eleve rendelkezik induktivitással és kapacitással, ráadásul a vezetékek lezáratlan végein visszaverődések alakulnak ki. A ferrit- vagy vasmagos csatolóknak önrezgésük is van az alkalmazás szempontjából lényeges kommunikációs frekvenciákon. A rezonancia és az erősáramú vezetékekben kialakuló visszaverődés különböző sávszélességű tüskéket eredményez. A találmány szerinti légmagos vagy dielektrikummagos csatoló önrezgése azonban az alkalmazás szempontjából lényeges frekvenciasávnál jóval magasabb frekvencián történik, és a légmagos csatoló jól illeszkedik az erősáramú vezeték lokális hullámimpedanciájához. így a visszaverődések az alkalmazás szempontjából lényeges frekvenciasávban nem idéznek elő tüskéket.

A sávszélesség 6-10 dB-es egyenletességét úgy érjük el, hogy az erősáramú vezetékhez történő illesztéshez a találmány szerinti csatolót használjuk. Megfelelő illesztés akkor érhető el, ha az erősáramú vezeték hullámimpedanciája a csatoló primer impedanciájának fele és annak kétszerese között van. A csatoló primer impedanciája lehet például 1-100 ohm a 18-30 MHz-es frekvenciasávban. Ha feltételezzük, hogy az erősáramú vezeték impedanciája 22 MHz-en 50 ohm, 20 MHz-en pedig 10 ohm, akkor 20 MHz körül 25-100 ohmos illesztést érünk el, ami lefedi a kb. 21-30 MHz-es frekvenciatartományt. Ha azt feltételezzük, hogy a csatoló primer impedanciája 20 MHz-en kb. 20 ohm, akkor az illesztést a kb. 18-22 MHz közötti frekvenciatartományban érjük el. A 10 dB-es egyenletesség mellett teljes illesztés a 18-30 MHz-es tartományban érhető el, és itt nem keletkezik tüske sem.

Az erősáramú vezetékek impedanciája tipikusan 50-100 ohm a föld alatti vezetékek esetén, illetve tipikusan 100-500 ohm a légvezetékek esetén. Az áramköri megszakítók és a számos tápvezetékkel rendelkező, föld alatti alállomások a helyszínen akár 1 ohm hullámimpedanciát is előidézhetnek az erősáramú vezetékben. A találmány szerinti csatoló úgy van kialakítva, hogy megfeleljen az erősáramú vezetékek leggyakrabban kialakuló lokális impedanciájának. Ha például az erősáramú vezeték hullámimpedanciája 80 ohm, akkor egy 40-160 ohm impedanciájú, találmány szerinti légmagos csatolóval bárhol 6 dB-es illesztés érhető el. Az erősáramú vezetéket lokálisan kell illeszteni, mivel az erősáramú vezeték lokális impedanciája méterről méterre változik. Mivel a 120 V-os erősáramú vezeték hullámimpedanciája ismert - például 80 ohm -, így a 80 ohm jó illesztési értéknek számít a vezeték bármely pontján.

Mivel a szekunder tekercs impedanciáját lényegesen nem befolyásolja az erősáramú vezeték hullámimpedanciájának változása, az adóegység és a vevőegység is jól illeszthető kb. 50 ohm mellett. Az erősáramú vezeték impedanciaváltozásától függetlenül a transzformátor mindkét oldala jól illeszthető. A transzformátor szekunder oldala az adóegység vagy a vevőegység révén van illesztve. A transzformátor primer oldalának impedanciaváltozása nem befolyásolja a szekunder oldalt, így mindig 45-50 ohmos illesztés érhető el az adóegység és a vevőegység felé, függetlenül az erősáramú vezeték impedanciaváltozásaitól.

Magasabb frekvenciákon, vagyis 200 MHz-500 GHz esetén a légmagos vagy dielektrikummagos transzformátor viselkedése eltér a '258 számú bejelentésben ismertetett eszközétől. A csatoló ekkor már nem tekinthető két, közös tengelyű szolenoidnak vagy olyan, két különböző átmérőjű légmagos tekercsnek, amely mágneses vezetékkel van körbetekerve, hanem sokkal inkább egy lényegesen kisebb, csipszerű eszköznek tekinthető, amely bármilyen műanyaggal vagy villamosán nem vezető anyaggal, például gyantával, ragasztóanyaggal, kerámiával, vagy más kemény szigetelőanyaggal - úgynevezett „csipanyag”-gal - van megtöltve. A csatoló célszerűen rendkívül vékony, villamosán vezetőlemezekből áll, amelyek között csipanyag van. A lemezek anyaga célszerűen réz, de lehet ezüst, arany vagy más villamosán vezető anyag is, attól függően, hogy az eszköz aktív vagy passzív-e. A lemezek alakja szintén tetszőleges lehet, így például négyzet, téglalap, vagy kerekded alakú, azonban célszerűen kör alakú. Az ilyen többrétegű légmagos transzformátorok mérete az alkalmazott frekvenciától függ. Egy 30 GHz-en működő csatoló primer tekercsének átmérője kevesebb, mint 1 mm, a rétegvastagság pedig kisebb, mint kb. 0,1 mm, ami kb. 0,3 nH induktivitást eredményez. Ehhez hasonlóan a vékony, téglalap alakú rézlemezek kb. néhány mm hosszúságúak, 0,1 mm vastagságúak, és az egymásra helyezett

HU 224 948 Β1 primer és szekunder tekercs közötti távolság kb. 0,5 mm. A fentiekből következik, hogy az ilyen eszközök külső megjelenése egy rendkívül kisméretű kondenzátoréra hasonlít. A találmány szerinti csatolóban azonban a végpontok közötti induktivitást használjuk fel a kondenzátorral való rezonáltatásra az erősáramú vezeték hullámimpedanciájához történő illesztés céljából.

Lehetőség van arra is, hogy a lemezeket közvetlenül egy integrált áramkörben alakítsuk ki megfelelő fémrétegek létrehozásával vagy szilícium megfelelő szennyezésével. A szennyezett szilícium villamosán vezető, ha aktív állapotban van, vagyis amikor például bekapcsolás céljából egyenfeszültséget kapcsolnak egy tranzisztorra. így a szennyezett szilíciumból előállított lemezek bizonyos típusú aktív eszközök, például transzformátor vagy dióda módjára viselkednek. Nyilvánvaló azonban, hogy a légmagos vagy dielektrikummagos transzformátorok másféleképpen is kialakíthatók anélkül, hogy eltérnénk a találmány oltalmi körétől, így például egy koaxiális kábel adott hosszúságú szakasza is használható légmagos transzformátorként, ahol is a koaxiális kábel árnyékolása alkotja a transzformátor primer tekercsét, a belső vezeték pedig a transzformátor szekunder tekercsét. Az ilyen légmagos transzformátor rendkívül magas, 500 MHz-nél nagyobb frekvenciákon is alkalmas kommunikációra. Az előbbihez hasonlóan két, egymásba helyezett réz- vagy vascsőből - illetve alumínium- vagy rézfóliából - is létrehozható transzformátor, ahol a külső cső vagy fólia alkotja a légmagos transzformátor primer tekercsét, míg a belső cső vagy fólia a transzformátor szekunder tekercsét. Ez az elrendezés szintén felhasználható a 100 MHz feletti kommunikációhoz.

Az utóbbi időkben a DC-DC átalakításra használt kapcsolóüzemű feszültségszabályozóknál alkalmazott technológiához hasonló technológia felhasználásával létrehoztak olyan szilárdtest-transzformátorokat, amelyek 7,6 kV nagyságrendű középfeszültségű váltakozó feszültséget 120 V váltakozó feszültségre alakítanak át. Az ilyen szilárdtest-transzformátorokban alkalmazott technológiát „tranzisztor kapuáramkörének kapuáramkör-vezérlése (Gate Drive Control of Transistor Gate) elnevezéssel is illetik. Mivel ez a technológia a szakmában jól ismert, annak részletezésétől eltekintünk. Ezeket a transzformátorokat az úgynevezett szilárdtest-technológiával állítják elő, ami elsődlegesen félvezető eszközök, például tranzisztorok és integrált áramkörök gyártásán alapul, szemben a hagyományos transzformátorokkal, amelyek nehéz réztekercseket és vasmagokat tartalmaznak. A szilárdtest-transzformátorok szintén felhasználhatók a találmány szerinti csatolóban. A szakmában jártas szakember számára nyilvánvaló azonban, hogy más integrált áramkörök is felhasználhatók a találmány szerinti csatoló részét képező transzformátorként. Napjainkban az aktív tranzisztorokat használó integrált áramkörök alkalmasak arra, hogy olyan légmagos transzformátorokat szimuláljanak és/vagy valósítsanak meg, amelyek megfelelő induktivitással és kapacitással rendelkeznek ahhoz, hogy a szokásos légmagos transzformátorokkal megegyező módon működjenek.

Bár a találmány szerinti csatoló fentiekben ismertetett felépítése eltér a ’258 számú bejelentésben bemutatott eszközétől, a találmány szerinti csatoló funkciója azonban ugyanaz. A találmány szerinti csatoló lemezei - vagy csövei, fóliái - induktív és kapacitív szempontból úgy vannak csatolva, hogy légmagos vagy dielektrikummagos transzformátort valósítanak meg. A transzformátor primer és szekunder oldalának csatolása a frekvencia függvényében azonban változó. A primer és a szekunder oldal mágnesesen és elektromosan vagyis induktív, illetve kapacitív szempontból - azonosan van csatolva 100 MHz frekvencia alatt, azonban 100 MHz-nél magasabb frekvenciákon inkább induktív, vagyis mágneses - csatolású. 100 GHz körüli frekvencián a transzformátor primer és szekunder oldala egyaránt lényegében induktív csatolású.

Ahogy a '258 számú bejelentésben részletesen tárgyalásra kerül, a '258 számú bejelentésben ismertetett kommunikációs berendezésnek számos alkalmazási lehetősége van. A találmány szerinti nagyfrekvenciás csatolók azonban a felhasználási lehetőségeket tovább bővítik azáltal, hogy sokkal nagyobb adatátviteli sebességet tesznek lehetővé. A találmány szerinti csatoló ugyanis igénybe veheti például a 200 MHz-50 GHz tartományba eső nagyfrekvenciás vivőket az erősáramú vezetéken történő adatátvitelhez. A találmány szerinti légmagos vagy dielektrikummagos csatoló révén akár 1 Gb/s adatátviteli sebesség is elérhető az erősáramú vezetékeken.

A 2. ábrán a találmány szerinti, erősáramú vezetékeken kommunikáló nagy távolságú hálózat (WAN) blokkvázlata látható.

A nagy távolságú hálózatban 12 Ethernet-router csatlakozik egy hálózati gerincvezetékhez, például az Internethez vagy egy Intranethez, egy HUB vagy egy, a rajzon nem látható, kapcsoló segítségével. Ilyen HUB-ok vagy kapcsolók például a Network Peripheral cég NuWave 3 termékei. A 12 Ethernet-router erősáramú 14 modemhez, az pedig egy középfeszültségű, erősáramú 16 csatolóhoz kapcsolódik, amely a 14 modemtől érkező jeleket egy 20 alállomáshoz csatlakozó 11 kV-os erősáramú 18 vezetékre csatolja, illetve a 18 vezetékről leválasztott jeleket a 14 modemhez továbbítja.

A szakmában jártas szakemberek számára nyilvánvaló, hogy a 12 Ethernet-router más alkalmazások más eszközeihez is csatlakoztatható anélkül, hogy eltérnénk a találmány oltalmi körétől. Ilyen alkalmazás például a következő lehet: (1) nagy távolságú Ethernet-hálózat, amelyben további szerverek vannak, és ahol a gerincvezeték egy másik hálózathoz csatlakozik; (2) telefonhálózat, ahol a gerincvezeték egy telefonközponthoz és egy időosztásos multiplexerhez csatlakozik, amely egyidejűleg több telefonvonalat tud létesíteni az erősáramú vezetéken; és (3) televíziós alkalmazás, ahol a gerincvezeték egy olyan televíziós műsorszóró állomáshoz csatlakozik, amely számos tévécsatornát sugároz digitális formában az erősáramú vezetéken.

A 12 Ethernet-router tipikusan egy szabványos Ethernet-router. Az erősáramú 14 modem a középfe6

HU 224 948 Β1 szültségű, erősáramú 16 csatolón keresztül modulálja, illetve demodulálja a 11 kV-os erősáramú 18 vezetéken továbbítandó, illetve azon fogadott Ethernet-jeleket. Az erősáramú 14 modem kialakítását később részletesen ismertetjük. A középfeszültségű, erősáramú 16 csatoló célszerűen 0,5 m magas és 0,2 m átmérőjű kerámiaszigetelőbe van belehelyezve és gyantával van kitöltve. A találmány szerinti csatolóhoz célszerűen olyan, magas frekvenciákon üzemelő, dielektrikummagos transzformátort használunk, amely - mint korábban kifejtettük - megvalósítható olyan kondenzátorszerű elrendezésben, ahol két kisméretű lemez van egymásra helyezve. Nyilvánvalóan a korábban említett egyéb kialakítású, nagyfrekvenciás transzformátorok is felhasználhatók a középfeszültségű, erősáramú 16 csatolóban anélkül, hogy eltérnénk a találmány oltalmi körétől.

A nagyfrekvenciás jel, célszerűen egy 100 Mb/s-os Ethernet-jel az erősáramú 18 vezeték mentén terjed, áthalad egy vagy több 22, 24 elosztótranszformátoron a mágneses hullámok révén, és így jut el a kisfeszültségű 110-220 V-os 26 vezetékekre. A jeleket egy vagy több erősáramú 14 modem fogadja kisfeszültségű 28 csatolókon keresztül. A kisfeszültségű 28 csatolók és az erősáramú 14 modemek célszerűen a kisfeszültségű 26 vezetékek mentén, a 30 épületekhez tartozó - de a rajzon nem látható - mérőórák előtt helyezkednek el. Az erősáramú 14 modemek azonosak az erősáramú 18 vezetékhez csatlakozó erősáramú 14 modemekkel. A kisfeszültségű 28 csatolók kialakíthatók úgy, mint a ’258 számú bejelentésben bemutatott csatolók, azonban kisebbek, mint a középfeszültségű, erősáramú 16 csatolók. A kisfeszültségű 28 csatolókban a korábban már ismertetett nagyfrekvenciás légmagos vagy dielektrikummagos transzformátorokat használjuk.

Amint a 2. ábrán látható, az erősáramú 14 modemekhez 32 Ethernet-kapcsolók, úgynevezett HUB-ok csatlakoznak. A 32 Ethernet-kapcsolók a 30 épületekbe belépő erősáramú vezeték mentén a találmány szerinti erősáramú vezetékeket tartalmazó kommunikációs, lokális hálózat segítségével osztják szét az Ethernet-adatokat. Az említett lokális hálózat működését később ismertetjük.

Az erősáramú 14 modemek célszerűen 1,35 GHz frekvenciát használnak mind adásra, mind vételre. Ez a vivőfrekvencia a középfeszültségű (7-35 kV-os) erősáramú 18 vezetékekről az 22, 24 elosztótranszformátorokon keresztül átkerül a 30 épületekbe belépő, kisfeszültségű (110-240 V-os) 26 vezetékekre. Az említett vivőfrekvencia segítségével 100 Mb/s vagy 10 Mb/s adatátviteli sebességgel továbbíthatók Ethernet-adatok. A szakmában jártas szakemberek számára nyilvánvaló, hogy más vivőfrekvencia, például 2,7 GHz vagy 3,5 GHz is használható anélkül, hogy eltávolodnánk a találmány oltalmi körétől.

A találmány egyik lehetséges változatánál 30 GHz vagy annál nagyobb frekvenciájú vivőt használunk a 10 Mb/s, 100 Mb/s vagy 1 Gb/s adatátviteli sebességű Ethernet-adatok továbbítására. Amikor a vivőfrekvencia ebbe a nagyságrendbe esik, a találmány szerinti, erősáramú vezetékeket tartalmazó nagy távolságú kommunikációs hálózat alkalmas arra, hogy a 20 alállomás és a 30 épületek közötti kommunikációt úgy bonyolítsa le, hogy a továbbított jeleket a 30 épületeken kívül elhelyezkedő mérőkészülékeknél nem szükséges megállítani. így az erősáramú 14 modemeket és a kisfeszültségű 28 csatolókat nem szükséges a kisfeszültségű 26 vezetékek mentén a 30 épületekhez tartozó, a rajzon nem látható fogyasztásmérők előtt elhelyezni. Ehelyett az erősáramú 14 modemek és a kisfeszültségű 28 csatolók elhelyezhetők a 30 épületek belsejében is.

A szakmában jártas szakemberek számára nyilvánvaló, hogy bár a találmány szerinti eszköz bemutatásánál Ethernet-protokollt használunk az adatok továbbítására és vételére, azonban bármilyen más protokoll felhasználható a találmány szerinti, erősáramú vezetékeken kommunikáló nagy távolságú hálózatban anélkül, hogy eltávolodnánk a találmány oltalmi körétől.

A 3. ábrán a találmány szerinti erősáramú 14 modem célszerű felépítése látható. Az erősáramú 14 modemet egy fizikai szintű 38 Ethernet-interfész segítségével egy Ethernet-kártyához, egy HUB-hoz, vagy egy, a rajzon nem látható repeaterhez csatlakoztatjuk. A 38 Ethernet-interfész tetszőleges összeköttetés, például csavart érpárú összeköttetés lehet. A például Manchester-kódolással kódolt Ethernet-adatokat a 38 Ethernet-interfészből egy 40 CPU-hoz, például egy Motorola MPC855T mikroprocesszorhoz továbbítjuk, amely a kódolt adatokat 42 párhuzamos adatsínen továbbítja, illetve fogadja. A 42 párhuzamos adatsínen továbbított, illetve fogadott adatok pufferelésére 44 memóriát használunk.

A 42 párhuzamos adatsínhez olyan 46 FPGA (Field Programmable Gate Array), célszerűen a Xilinx cég Virtex XCV100-FG256 típusú eszköze csatlakozik, amely egyrészt az erősáramú 14 modem vezérlését, másrészt a továbbítandó adatok modulációját, illetve a fogadott adatok demodulációját végzi. A 46 FPGA és a 40 CPU számára 47 EPROM tárolja el a programutasításokat. A 46 FPGA olyan adó/vevő 36 kapcsolót is vezérel, amely a 34 csatolóhoz és azon keresztül a 14 modemből az adatokat továbbító erősáramú 48 vezetékekhez csatlakozik. A 34 csatolónak az erősáramú 48 vezetékhez tartozó interfészét, valamint a 34 csatoló felépítését részletesen ismerteti a '258 számú bejelentés. Azonban mint korábban említettük, a 34 csatolóban a találmány szerinti nagyfrekvenciás, légmagos vagy dielektrikummagos transzformátort kell használni.

A jeleknek a 46 FPGA-hoz történő továbbításáról és attól történő fogadásáról külön áramkör gondoskodik. Adáskor a jel elhagyja a 46 FPGA-t és áthalad egy 50 analóg/digitális (A/D) átalakítón. A vivőfrekvenciára történő felfelé irányuló konverziót 58 keverő és 52 helyi oszcillátor végzi. A konvertált jeleket 56 erősítőn és 54 szűrőkön keresztül továbbítjuk a 34 csatolóhoz. Az előzőekhez hasonlóan, egy jel vételekor a jel áthalad az 54 szűrőkön és az 56 erősítőkön, majd lefelé konvertálódik az 58 keverő és az 52 helyi oszcillátor révén. Egy 62 AGC-áramkör automatikus erősítésvezérlést (automatic gain control, AGC) végez, majd ezután a je7

HU 224 948 Β1 let a 60 A/D átalakítóval digitalizáljuk és így továbbítjuk a 46 FPGA-hoz. A 3. ábrán látható erősáramú modem egy félduplex modem, így abban az adáshoz és a vételhez használt vivőfrekvencia megegyezik. A szakmában jártas szakemberek számára nyilvánvaló, hogy az automatikus erősítésvezérlés, valamint a keverővei végzett felfelé és lefelé történő konverzió egyaránt elvégezhető FPGA-val anélkül, hogy külön áramkör kellene erre a célra.

A 46 FPGA beprogramozható oly módon, hogy bármilyen kívánt modulációt elvégezzen. Bár célszerű a frekvenciamoduláció alkalmazása, a 46 FPGA beprogramozható úgy is, hogy például FSK, QPSK, 16QAM, CDMA, ADSL vagy bármilyen más típusú modulációt végezzen, melyek mind a találmány oltalmi körébe esnek. Nyilvánvaló, hogy a 46 FPGA vagy a 40 CPU konkrét típusa is változó lehet a találmány oltalmi körén belül. A 46 FPGA tulajdonképpen helyettesíthető más típusú digitális jelfeldolgozó processzorral is, ahogy erről a '258 számú bejelentés is említést tesz.

A 4. ábrán az erősáramú 14 modem fullduplex változata látható. A 14 modem felépítése majdnem azonos a 3. ábrán látható félduplex 14 modem felépítésével, a különbség csak a 14 modem és az erősáramú 48 vezetékek közötti interfészben van. A 4. ábrán látható 14 modem nem tartalmazza a 3. ábrán látható adó/vevő 36 kapcsolót. Ehelyett egyetlen, első F1 frekvencián működő 34 csatolót tartalmaz adásra és egy második F2 frekvencián működő, második 34 csatolót tartalmaz vételre. Az erősáramú 48 vezetéken történő egyidejű adásra és vételre például 1,2 GHz és 1,6 GHz frekvenciát használunk. A 14 modem szerkezeti eltérésén kívül a 47 EPROM-ban a 46 FPGA számára eltárolt programot is célszerű módosítani úgy, hogy két különböző frekvencia felhasználásával fullduplex működést biztosítsanak.

Az 5. ábrán a találmány szerinti, erősáramú vezetékeken kommunikáló lokális hálózatban használható, erősáramú 10 kommunikációs berendezés blokkvázlata látható. A 10 kommunikációs berendezés egy pár 48 vezeték csatlakozik. A 10 kommunikációs berendezés általában 64 modulátort, 66 demodulátort, 68 Ethernet-interfészt, 34 csatolót és 70 tápegységet tartalmaz. A 10 kommunikációs berendezés Ethernetkártyához, HUB-hoz, vagy egy, a rajzon nem látható kapcsolóhoz csatlakozik és az Ethernet-adatokat az erősáramú 48 vezetékeken full-duplex módon továbbítja.

Működés közben egy első 10 kommunikációs berendezés, melyet nevezzünk Master egységnek, az erősáramú 48 vezetékhez csatlakozik és első F1 frekvencián továbbít adatokat, illetve második F2 frekvencián fogad adatokat. Egy második 10 kommunikációs berendezés, melyet nevezzünk Slave egységnek, szintén az erősáramú 48 vezetékhez csatlakozik és a második F2 frekvencián továbbít adatokat, illetve az első F1 frekvencián fogad adatokat. Az alábbiakban bemutatásra kerülő 10 kommunikációs berendezésben az F1 frekvencia például 250 MHz, míg az F2 frekvencia például 350 MHz, azonban ezek az adatok csak példaként szolgálnak. A 10 kommunikációs berendezés például 10 Mb/s adatátviteli sebességgel továbbít Ethernet-jeleket az erősáramú 48 vezetékeken. A szakmában jártas szakemberek számára azonban nyilvánvaló, hogy más frekvenciák is alkalmazhatók a találmány oltalmi körén belül. így például a 2,44 GHz-es és 5,8 GHz-es sávokban lévő frekvenciák, melyek egyébként engedélymentes kommunikációs frekvenciasávok, szintén felhasználhatók 100 Mb/s-os Ethernet-jelek továbbítására az erősáramú vezetékeken.

A például 250 MHz frekvencián adó, Master egységként szolgáló 64 modulátor részletes kapcsolási rajza a 6. ábrán látható. A 64 modulátor célszerűen olyan frekvenciamodulátor, amely 76 oszcillátort, 74 modulátort és ezekhez tartozó kondenzátorokat és tekercseket tartalmaz. A 64 modulátor tartalmaz olyan 72 rádiófrekvenciás (RF) transzformátort és ahhoz tartozó áramköröket is, amelyek a 68 Ethernet-interfész AUI portjaként szolgálnak. A bemeneti Ethernet-jelet a 72 rádiófrekvenciás (RF) transzformátortól 74 modulátoron és 76 oszcillátoron keresztül továbbítjuk, majd egy LC-szűrőn keresztül juttatjuk a kimenetre a modulált jelet. A kapacitás és induktivitás értékét a vivőfrekvencia alapján határozzuk meg. Ez a Master egység esetében 250 MHz.

A 7. ábrán egy például 350 MHz frekvencián adó, Slave egységként szolgáló 64 modulátor kapcsolási rajza látható. A 64 modulátor megegyezik a Master egységként szolgáló 64 modulátorral, azzal a különbséggel, hogy az LC-szűrőben lévő kapacitás- és induktivitásértékek mások. A Slave egységként szolgáló 64 modulátor kapacitásainak és induktivitásainak értékét a 350 MHz-es vivőfrekvencia alapján határozzuk meg.

A 8. ábrán egy például 350 MHz-en vevő, Master egységként szolgáló 66 demodulátor kapcsolási rajza látható. A frekvenciamodulált bemeneti jelet először két rádiófrekvenciás (RF) erősítőn és az azok között lévő áramkörökön keresztül továbbítjuk, amely áramkörök Blinch-szűrőket tartalmaznak annak érdekében, hogy a modulált bemeneti jelről leválasszák a zajokat és az egyéb frekvenciákat. A Blinch-szűrőkben lévő kapacitás- és induktivitásértékeket a 10 kommunikációs berendezésben használt vivőfrekvencia alapján határozzuk meg. A szűrt, modulált jelet ezután egy 80 rádiófrekvenciás (RF) transzformátoron keresztül 82 FM-detektoráramkörbe csatoljuk be. A 82 FM-detektoráramkör célszerűen egy MC13155D típusú áramkör. A 82 FM-detektoráramkör kimenetét 84 gyorserösitőkön és 86 szűrőkön vezetjük át, és így állítjuk elő a modulált bemeneti jelből a helyreállított Ethernet-adatokból álló kimeneti jelet.

A 9. ábrán egy például 250 MHz frekvencián vevő, Slave egységként szolgáló 66 demodulátor kapcsolási rajza látható. A Slave egységként működő 66 demodulátor megegyezik a Master egységként működő 66 demodulátorral, azzal a különbséggel, hogy a modulált bemeneti jel szűrésére használt Blinch-szűrőkben lévő induktivitás- és kapacitásértékek mások. A Slave egységként működő 66 demodulátor induktivitás- és kapa8

HU 224 948 Β1 citásértékei azért különbözők, mert más vivőfrekvenciát kell kiszűrni a modulált bemeneti jelből.

A 66 demodulátor fent bemutatott változata az Ethernet-szabvány 10 Mb/s-os adatátviteli sebességére korlátozódik az MC13155D típusú FM-detektoráramkör, valamint a 250 MHz-es és 350 MHz-es vivőfrekvenciák alkalmazása miatt. A 66 demodulátor sávszélessége megnövelhető az Ethernet-szabvány szerinti 100 Mb/s-ra olyan 82 FM-detektoráramkörrel, amely alkalmas 200 MHz-nél magasabb frekvenciasávban való üzemelésre és képes 1 GHz-nél nagyobb vivőfrekvenciák alkalmazására.

A 10. ábrán olyan 68 Ethernet-interfész kapcsolási rajza látható, amely egyaránt használható Master és Slave egységként. A 68 Ethernet-interfészben egyszerre két választható interfész van kialakítva. A 68 Ethernet-interfész egyrészt tartalmaz egy AUI interfészt, amely 88 csatlakozón keresztül az Ethernet-HUB-bal vagy Ethernet-kapcsolóval áll összeköttetésben. A 88 csatlakozóból két 90 vezeték vezet közvetlenül a 64 modulátorba. A 66 demodulátor kimenetét 92 RF transzformátoron keresztül továbbítjuk a 88 csatlakozóhoz. Másfelől a 10 kommunikációs berendezés csavart érpárú, Ethernet RJ-45 típusú 94 csatlakozó felhasználásával kapcsolódik az Ethernet HUB-hoz vagy Ethernet-kapcsolóhoz. Az RJ-45 típusú 94 csatlakozó alkalmazása esetén a 94 csatlakozó és a 88 csatlakozó AUI portja közötti interfészként olyan 96 integrált áramkört és ahhoz tartozó áramköröket használunk, ahol a 96 integrált áramkör egy 10Base-T adóegység vagy egy Ethernet csavart érpárú/AUI adapter, célszerűen az ML4658CQ típusú eszköz.

A 11. ábrán egy Master egységként szolgáló 10 kommunikációs berendezésben használt 34 csatoló kapcsolási rajza látható. Az erősáramú 48 vezetéken történő adáshoz a 64 modulátor kimenetét először átvezetjük egy 97 rádiófrekvenciás (RF) erősítőn és egy 98 aluláteresztő szűrőn. A jelet ezután a találmány szerinti nagyfrekvenciás, légmagos vagy dielektrikummagos csatolóhoz továbbítjuk, amely légmagos vagy dielektrikummagos 100 transzformátort és 102 csatolókondenzátort (C_eq) tartalmaz. A 100 transzformátor és a 102 csatolókondenzátor a jelet az erősáramú 48 vezetékekre csatolja. A 98 aluláteresztő szűrőben alkalmazott kapacitás- és induktivitásértékeket a vivőfrekvencia alapján választjuk meg. A 102 csatolókondenzátor kapacitásának értékét úgy választjuk meg, hogy 50 ohmos impedanciaillesztést valósítsunk meg az erősáramú 48 vezetékek a 97 rádiófrekvenciás erősítő között.

Az erősáramú 48 vezetékeken érkező jelek fogadásakor a találmány szerinti légmagos vagy dielektrikummagos 104 transzformátort és 106 csatolókondenzátort tartalmazó légmagos vagy dielektrikummagos csatolóval először a bemeneti jelet leválasztjuk az erősáramú 48 vezetékről. A bemeneti jelet ezután átvezetjük egy 108 rádiófrekvenciás erősítőn és egy 110 Blinch-szűrőn és így juttatjuk el a 66 demodulátorhoz. Akárcsak az adóoldalon, a 110 Blinch-szűrő kapacitás- és induktivitásértékeit a vivőfrekvencia alapján határozzuk meg.

A 106 csatolókondenzátor C_eq kapacitását úgy választjuk meg, hogy 50 ohmos impedanciaillesztést biztosítsunk az erősáramú 48 vezetékek és a 108 rádiófrekvenciás erősítők között.

A12. ábrán egy Slave egységként működő 10 kommunikációs berendezésben alkalmazott 34 csatoló kapcsolási rajza látható. A Slave egységként működő 34 csatoló azonos a Master egységként működő 34 csatolóval, azzal az eltéréssel, hogy a 110 Blinchszűrő, továbbá a 98 aluláteresztő szűrő kapacitás- és induktivitásértékei, valamint a 102, 106 csatolókondenzátorok C_eq kapacitásai eltérőek. A Slave egységként működő 34 csatolóban alkalmazott kapacitás- és induktivitásértékek azért különböznek, mert a jelek adására és vételére szolgáló vivőfrekvenciák fel vannak cserélve a Master egységként szolgáló 10 kommunikációs berendezéshez képest.

Végül a 13. ábrán a 10 kommunikációs berendezésnél használható 70 tápegység kapcsolási rajza látható. A váltakozó áramot az erősáramú 48 vezetékekről vesszük és az áramot 112 szemeken keresztül továbbítjuk annak érdekében, hogy az erősáramú 114 transzformátorok impedanciáját izoláljuk az erősáramú 48 vezetékek impedanciájától. Erre azért van szükség, hogy az erősáramú vezetékeken stabilabb sávszélességet, továbbá nagyobb jelszintet érjünk el. Az egyenáramot 114 teljesítménytranszformátorok és 116 egyenirányítók segítségével állítjuk elő. Végül a 10 kommunikációs berendezésben szükséges, különböző feszültségű egyenfeszültségű kimeneteket 118 feszültségszabályozóval biztosítjuk. Amint a

13. ábrán látható, a 10 kommunikációs berendezés adási oldalán és vételi oldalán az áram biztosítására külön 114 teljesítménytranszformátorokat, 116 egyenirányítókat és 118 feszültségszabályozókat használunk. Ily módon a 250 MHz-es és 350 MHz-es vivőfrekvenciák egymástól izolálva vannak.

A szakmában jártas szakemberek számára nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti eszközök fent bemutatott változatai az igénypontok által meghatározott oltalmi körön belül tetszőlegesen módosíthatók. Nyilvánvaló továbbá, hogy a találmány nem korlátozódik a leírásban bemutatott konkrét példákra, így azok tetszőlegesen módosíthatók az oltalmi körön belül. Bár a találmány szerinti csatolónak konkrét alkalmazási példáit mutattuk be, a szakmában jártas szakemberek számára nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti csatolók az igénypontok által meghatározott oltalmi körön belül más módon is felhasználhatók erősáramú vezetékeken végzett kommunikációra. Ezenkívül a találmány szerinti csatolási technika felhasználható más vezetékeken, például telefonvezetékeken, koaxiális kábeleken, csavart érpárú vezetékeken, bármilyen más rézvezetéken, adatsíneken, villamosán árnyékolt és/vagy AC/DC erősáramú vezetékeken folytatott kommunikációra. Bár a leírásban Ethernet-protokollt említettünk célszerű adatátviteli protokollként, azonban bármilyen más kommunikációs protokoll is használható a találmány szerinti kommunikációs berendezésben.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Kommunikációs berendezés villamos jelek egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken (48) történő továbbítására, amely kommunikációs berendezés:

a villamos jeleket moduláló és 200 MHz vagy annál nagyobb, előre meghatározott frekvenciájú, modulált vivőjelet előállító modulátort (64);

a modulátorhoz (64) villamosán csatlakozó, kimeneti impedanciával rendelkező, a modulált vivőjelet kibocsátó adóegységet; és a villamos vezeték (48) és az adóegység közé kapcsolt, az adóegység kimeneti impedanciáját a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához illesztő és a modulált vivőjelet jelentős fázistorzulás nélkül a villamos vezetékhez (48) továbbító csatolót (34) tartalmaz;

ahol a csatoló (34) nemmágneses maggal ellátott transzformátort (100) és a transzformátorral (100) az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort (102) tartalmaz;

azzal jellemezve, hogy a transzformátor (100) első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz; továbbá a csatolókondenzátor (102) az első vezetőlemez és a villamos vezeték (48) közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor (102) egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához.
2. Kommunikációs berendezés villamos jelek egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken (48) történő továbbítására, amely kommunikációs berendezés:

200 MHz vagy annál nagyobb, előre meghatározott frekvenciájú, modulált vivőjelet fogadó és bemeneti impedanciával rendelkező vevőegységet;

a vevőegységhez villamosán csatlakozó és demodulált vivőjelet előállító demodulátort (66);

a villamos vezeték (48) és a vevőegység közé kapcsolt, a vevőegység bemeneti impedanciáját a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához illesztő és a modulált vivőjelet a villamos vezetéktől (48) jelentős fázistorzulás nélkül a vevőegységnek továbbító csatolót (34) tartalmaz;

ahol a csatoló (34) nemmágneses maggal ellátott transzformátort (104) és a transzformátorral (104) az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort (106) tartalmaz;

azzal jellemezve, hogy a transzformátor (104) első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz; továbbá a csatolókondenzátor (106) az első vezetőlemez és a villamos vezeték (48) közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor (106) egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a villamos vezeték (48) az alábbi csoportból választott vezeték: nagyfeszültségű vezeték, középfeszültségű vezeték, kisfeszültségű vezeték, koaxiális kábel, csavart érpáras vezeték, telefonvezeték.
4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (100, 104) egy légmagos transzformátor.
5. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (100, 104) első átmérővel rendelkező primer tekercset tartalmaz;

az első átmérőnél kisebb, második átmérővel rendelkező szekunder tekercset tartalmaz, amely koaxiálisán helyezkedik el a primer tekercs belsejében úgy, hogy a primer tekercs és a szekunder tekercs között légrés van kiképezve; és a primer tekercs és a villamos vezeték (48) közé kapcsolt kondenzátort tartalmaz;

ahol a primer tekercs és a kondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához.
6. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (100, 104) egy dielektrikummagos transzformátor.
7. A 6. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (100, 104) magja gyantával van kitöltve.
8. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (100, 104) egy szilárdtest-transzformátor.
9. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy az első vezetőlemez és a második vezetőlemez között csipanyag van.
10. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy az első vezetőlemez és a második vezetőlemez kör alakú.
11. A 9. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy az első vezetőlemez és a második vezetőlemez közvetlenül egy csipben van kiképezve úgy, hogy a csipre fémrétegek vannak felhordva.
12. A 9. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy az első vezetőlemez és a második vezetőlemez szennyezett szilíciumból van.
13. A 4. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (100, 104) első átmérővel rendelkező, első fémcsövet tartalmaz;

az első átmérőnél kisebb, második átmérővel rendelkező második fémcsövet tartalmaz, amely koaxiálisán helyezkedik el az első fémcső belsejében úgy, hogy az első fémcső és a második fémcső között légrés van kiképezve; és az első fémcső és a villamos vezeték közé kapcsolt kondenzátort tartalmaz;

ahol az első fémcső és a kondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához.

HU 224 948 Β1
14. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a villamos jelek Ethernet-jelek.
15. A 14. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a villamos jelek az alábbi csoportból választott jelek: 10 Mb/s-os Ethernet-jelek, 100 Mb/s-os Ethernet-jelek, 1 Gb/s-os Ethernet-jelek.
16. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy az előre meghatározott frekvencia legalább 1 GHz.
17. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a villamos jelek egy Ethernet HUB/kapcsolóegységen keresztül egy hálózati gerincvezetékre vannak kapcsolva.
18. A 17. igénypont szerinti kommunikációs berendezés, azzal jellemezve, hogy a hálózati gerincvezeték az alábbi csoportból választott hálózathoz tartozik: Internet, Ethernet nagy távolságú hálózat (WAN), Ethernet lokális hálózat (LAN), telefon- vagy távközlési központ, televíziós műsorszóró állomás.
19. Csatoló villamos jeleket egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken (48) továbbító kommunikációs berendezéshez (10), azzal jellemezve, hogy primer oldallal rendelkező szilárdtest-transzformátort tartalmaz; és a szilárdtest-transzformátor primer oldala és a villamos vezeték (48) közé kapcsolt kondenzátort tartalmaz;

ahol a szilárdtest-transzformátor primer oldala és a kondenzátor egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához.
20. Eljárás villamos jelek egy vagy több, hullámimpedanciával rendelkező villamos vezetéken (48) történő továbbítására, azzal jellemezve, hogy előállítunk egy előre meghatározott, legalább 200 MHz frekvenciájú modulált vivőjelet;

továbbítjuk a modulált vivőjelet egy kimeneti impedanciával rendelkező adóegységgel; és a modulált vivőjelet jelentős fázistorzulás nélkül a villamos vezetékre (48) csatoljuk egy olyan csatolóval (34), amely az adóegység kimeneti impedanciáját illeszti a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához;

ahol a csatoló (34) egy, a modulált vivőjelet jelentős fázistorzulás nélkül a villamos vezetéken (48) továbbító, nemmágneses maggal ellátott transzformátort (100) és egy, a transzformátorral (100) az előre meghatározott frekvencián rezonáló csatolókondenzátort (102) tartalmaz;

amely transzformátor (100) első vezetőlemezt és az első vezetőlemeztől a nemmágneses maggal elválasztott második vezetőlemezt tartalmaz; továbbá a csatolókondenzátor (102) az első vezetőlemez és a villamos vezeték (48) közé van kapcsolva úgy, hogy az első vezetőlemez és a csatolókondenzátor (102) egy előre meghatározott sávszélességben illesztve van a villamos vezeték (48) hullámimpedanciájához.