KR101215129B1 - 데이터 통신을 위한 비접촉식 커플러의 배치 - Google Patents

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Abstract

(a)제1 비접촉식 커플러의 포트(port)와 복수개의 전기적으로 병렬인 전도체들의 제1 서브셋(subset) 사이의 데이터 신호를 커플링하는 제1 비접촉식 커플러, 및 (b) 제2 비접촉식 커플러의 포트와 상기 복수개의 전도체들의 제2 서브셋 사이의 데이터 신호를 커플링하는 제2 비접촉식 커플러를 포함하는 시스템이 제공되어 있다. 또한, 상기 시스템을 배치하는 방법이 제공되어 있다.
비접촉식 커플러, 전도체, 서브셋, 데이터 신호, 커플링

Description

데이터 통신을 위한 비접촉식 커플러의 배치{ARRANGEMENT OF INDUCTIVE COUPLERS FOR DATA COMMUNICATION}
본 발명은 데이터 통신에 관한 것이다. 본 발명은 공통의 배전 시스템을 가진 지점들 사이의 전력선 통신(power line communications; PLC)에 매우 적합하다.
광대역 전력선(Broadband Power Line; BPL)으로도 알려진 전력선 통신(PLC)은 기존의 전력선 즉, 전류를 전송하는데 사용되는 전도체를 통하여 고주파로 데이터를 전송하는 기술이다. 전류는 일반적으로 전력선을 통하여 50 헤르츠(Hz) 내지 60 헤르츠 범위의 주파수로 전송된다. 저압선에서, 전류는 약 90 내지 600 볼트 사이의 전압으로 전송되고, 중압선에서, 전류는 약 2400 내지 35000 볼트 사이의 전압으로 전송된다. 데이터 신호의 주파수는 약 1 메가헤르츠(MHz) 이상이고, 데이터 신호의 전압은 일 볼트의 일부 내지 수십 볼트의 범위에 걸쳐 있다. 데이터 통신은 진폭 변조, 주파수 변조, 펄스 변조 또는 확장 스펙트럼(spread spectrum) 변조와 같이 다양한 변조 방식을 이용할 수 있다.
전력선 통신(PLC) 기술의 기본 요소는 전력선으로 전력선 통신(PLC) 신호를 커플링하고, 전력선으로부터 전력선 통신(PLC) 신호를 커플링하는 비접촉식 커플러(inductive coupler)이다. 비접촉식 커플링은 전력선의 RF 임피던스(RF impedance)가 최소가 되는 점에서 가장 효과적이다.
전류는 폐쇄회로(closed circuit) 또는 루프(loop)를 통해서만 흐를 수 있기 때문에, 전선(wire) 상에서 일 지점에서 타 지점으로 흐르는 신호 전류는 상기 루프를 폐쇄하는 "복귀 경로(return path)"를 가져야만 한다. 각 지점에서 비접촉식 커플러를 사용하는 두 지점간의 전력선 통신이 요구될 때, 고주파의 복귀 경로 임피던스는 최소화되어야만 한다. 단일 전도체, 즉 전선(wire)을 사용하는 전력선 토폴로지(topology)에서, 복귀 경로 임피던스는 복귀 경로의 모든 다른 임피던스의 합을 더한 두 지점간의 전선 임피던스를 포함한다. 복귀 경로를 완성하는데 도움을 주는 분로 장치(shunt device)의 RF 임피던스를 포함한 복귀 경로의 임피던스는 전선 자체의 고유 임피던스에 비하여 높을 수도 있다. 높은 RF 임피던스는 비접촉식 커플러에 의해 유도된 신호 전류량을 줄이고, 이로써 두 지점간의 신호 감쇠(attenuation)를 증가시킨다.
복수개의 병렬 전도체들을 사용함으로써 최소 감쇠를 가진 통신 경로를 제공하기 위한 시스템이 제공되어 있다. 이러한 시스템의 제1 실시예는 (a)제1 비접촉식 커플러의 포트(port)와 복수개의 전기적으로 병렬인 전도체들의 제1 서브셋 (subset) 사이의 데이터 신호를 커플링하기 위한 제1 비접촉식 커플러, 및 (b) 제2 비접촉식 커플러의 포트와 상기 복수개의 전도체들의 제2 서브셋 사이의 데이터 신호를 커플링하기 위한 제2 비접촉식 커플러를 포함한다.
이러한 시스템의 또 다른 실시예는 제1 비접촉식 커플러의 포트와 제1 전도체 사이의 데이터 신호를 커플링하기 위해 제1 전도체 상에 설치된 제1 비접촉식 커플러, 및 제2 비접촉식 커플러의 포트와 제1 전도체 사이의 데이터 신호를 커플링하기 위해 제1 전도체 상에 설치된 제2 비접촉식 커플러를 포함한다. 상기 제1 전도체는 제1 비접촉식 커플러 및 제2 비접촉식 커플러가 모두 설치되지 않은 제2 전도체와 전기적으로 병렬 연결되어 있다.
또한, 이러한 시스템을 배치하기 위한 방법이 제공되어 있다. 일 측면에서, 상기 방법은 (a)제1 비접촉식 커플러의 포트와 복수개의 전기적으로 병렬인 전도체들의 제1 서브셋 사이의 데이터 신호를 커플링하는 제1 비접촉식 커플러를 상기 제1 서브셋 상에 설치하는 단계, 및 제2 비접촉식 커플러의 포트와 복수개의 전기적으로 병렬인 전도체들의 제2 서브셋 사이의 데이터 신호를 커플링하는 제2 비접촉식 커플러를 상기 제2 서브셋 상에 설치하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 상기 방법은 제1 비접촉식 커플러의 포트와 제1 전도체 사이의 데이터 신호를 커플링하는 제1 접촉식 커플러를 제1 전도체 상에 설치하는 단계, 및 제2 비접촉식 커플러의 포트와 제1 전도체 사이의 데이터 신호를 커플링하는 제2 비접촉식 커플러를 제1 전도체 상에 설치하는 단계를 포함한다. 상기 제1 전도체는 제1 비접촉식 커플러 및 제2 비접촉식 커플러가 모두 설치되지 않은 제2 전도체와 전기적으로 병렬 연결되어 있다.
도 1은 데이터 통신을 위하여 설치된 비접촉식 커플러들을 가진 빌딩 내의 전력 회로의 도면이다.
도 2는 복수개의 병렬인 전도체들 중 하나에 설치된 비접촉식 커플러의 도면이다.
도 3은 도 1의 회로의 일부분의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 회로의 여러 변형을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1에 도시된 회로의 추가적인 변형을 도시한 도면이다.
도 6은 고층 빌딩에 설치된 2 세그먼트 라이저(two-segment riser)의 도면이다.
도 7은 데이터 통신을 위해 단일 중성선(neutral wire)을 사용한 단일 종단 전송선로(single-ended transmission line) 배치의 예시도이다.
서로 전기적으로 병렬인 2 이상의 전도체들 상에서 RF 통신을 하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 배치는 중압 및 고압의 지상선로(overhead line) 및 지하선로(underground line)와 같은 전력 전송선로, 및 다가구 주택(multi-unit dwellings)과 고층 빌딩을 위한 전력 배전 시스템에서 공통적으로 전류 전송 능력을 증가시킨다. 병렬 전도체들은 단일의 위상(phase), 중성(neutral) 또는 접지 회 로를 가질 수도 있다.
통신 신호는 구조물 또는 구조물들의 그룹에 전력을 공급하는 기존의 전력선을 통해, 상기 구조물 또는 구조물의 그룹의 이격된 지점에 있는 통신 장치 사이에서 전송 되어질 수도 있다. 병렬의 전력 전도체들은 RF 신호의 저 감쇠 경로로서의 역할을 담당한다. 본 발명에서 기술된 상기 시스템 및 방법은 통신 신호가 빌딩의 상이한 지역 또는 상이한 층에 떨어져서 위치하는 (모뎀과 같은) 통신 장치 사이에서 전송되는 것을 허용한다.
도 1은 빌딩 내의 전력 회로의 도면이다. 배전 회로(100)는 전력을 빌딩 내의 여러 지점(미도시)에 분배한다. 전력은 위상 전도체들(101a, 101b, 101c) 및 중성 전도체(101d)를 거쳐 상기 배전 회로(100)에 제공된다. 상기 위상 전도체들(101a, 101b, 101c)과 상기 중성 전도체(101d)는 각각 다중 전도체들로 형성될 수도 있다.
퓨즈 및 스위치 패널(105)이 상기 위상 전도체들(101a, 101b, 101c)과 상기 중성 전도체(101d)에 전기적으로 연결된다. 버스 바들(buss bar)(110a, 110b, 110c, 110d)은 각각 상기 위상 전도체들(101a, 101b, 101c) 및 중성 전도체(101d)로부터 상기 퓨즈 및 스위치 패널(105)을 거쳐 전력을 받는다.
1 셋트(set)의 라이저 세그먼트들(riser segment)(이하, "라이저 셋트 세그먼트(115)"라고 함)은 상기 버스 바들(110a 내지 110d)에 전기적으로 연결된다. 다수의 라이저 셋트 세그먼트(115)가 포함될 수도 있지만, 단지 1개의 라이저 셋트 세그먼트(115)만이 도시된다. 라이저 셋트 세그먼트(115)는 라이저 전도체 세그먼 트들(이하, "라이저 세그먼트(120a, 120b, 120c, 120d)"라고 함)을 포함한다. 상기 라이저 세그먼트들(120a 내지 120d)의 각각은 서로 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들로 형성된다. 도 1에서, 라이저 세그먼트들(120a 내지 120d) 각각은 2개의 전기적으로 병렬 연결된 전도체들을 갖는 것으로 도시되어 있다. 예를 들면, 라이저 세그먼트(120d)는 전도체들(121a, 121b)로 구성된다. 라이저 세그먼트들(120a 내지 120d) 중 어느 것이든지 2개 이상의 전도체들을 포함할 수도 있다.
빌딩의 고층에서와 같은 라이저 셋트 세그먼트(115)의 상측부에서, 상기 라이저 세그먼트들(120a, 120b, 120c, 120d)은 상기 버스 바들(160a, 160b, 160c, 160d)에 각각 연결된다. 공급용 배전 패널(feed distribution panel)(180)은 상기 버스 바들(160a 내지 160d)로부터 전력을 입력받고, 전선(190)을 거쳐 다수의 아파트먼트(미도시)와 같은 다양한 부하에 전력을 분배한다.
상기 전도체들(121a, 121b)은 서로 전기적으로 병렬인 반면에, 이들은 루프를 형성한다. 상기 제2 전도체(121a)는 상부 영역(195) 및 하부 영역(125)을 포함한다. 상기 제1 전도체(121b)는 상부 영역(200) 및 하부 영역(130)을 포함한다.
제1 비접촉식 커플러(135)는 상기 하부 영역(130) 일 지점의 제1 전도체(121b) 상에 설치된다. 제2 비접촉식 커플러(165)는 상기 상부 영역(200) 일 지점의 제1 전도체(121b) 상에 설치된다. 따라서 상기 제1 비접촉식 커플러(135)가 상기 전도체(121b) 상의 제1 지점에 설치되고, 상기 제2 비접촉식 커플러(165)가 상기 제1 전도체(121b) 상의 제2 지점에 설치된다. 상기 제2 전도체(121a)에는 상기 제1 비접촉식 커플러(135) 및 상기 제2 비접촉식 커플러(165)가 모두 설치되지 않는다. 실제로, 상기 비접촉식 커플러들(135, 165)을 설치하기 이전에, 상기 전도체들(121a, 121b)이 상기 영역들(130, 200)을 따라 서로 물리적으로 이격되어질 필요가 있을 수도 있다.
모뎀과 같은 통신 장치(150)가 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에 연결되고, 통신 장치(170)가 상기 제2 비접촉식 커플러(165)에 연결된다.
도 2는 상기 제1 비접촉식 커플러(135)를 상세히 도시한다. 상기 제1 비접촉식 커플러(135)는 자기 코어(magnetic core)(205), 전선(210) 및 포트(215)를 포함한다.
상기 자기 코어(205)는 서로 인접하여 놓여졌을 때 애퍼쳐(aperture)(220)를 형성하는, 2개의 C 형상 단면으로 구성된 스플릿 코어(split core)이다. 공극(air gap)(225)과 같은 비자기 갭(nonmagnetic gap)은 코어(205)의 자기 회로(magnetic circuit) 내의 코어(205)의 단면부 사이에 비자성 물질을 삽입함으로써 형성될 수 있고, 이로써 상당한 자기 포화(magnetic saturation) 없이 높은 수준의 전력 주파수 전류에서 기능하는 제1 비접촉식 커플러(135)의 능력을 증가시킨다. 그러므로 2개의 C 형상의 단면부를 분리함으로써, 상기 제1 비접촉식 커플러(135)가 상기 제1 전도체(121b) 상에 설치될 수 있거나 상기 제1 전도체(121b)로부터 제거될 수 있다. 상기 제1 비접촉식 커플러(135)가 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 전도체(121b) 상에 설치될 때, 상기 제1 전도체(121b)는 상기 애퍼쳐(220)를 통해 라우팅된다. 또한, 상기 전선(210)은 상기 애퍼쳐(220)를 통해 라우팅되고, 상기 포트(215)에서 종료한다.
상기 제1 비접촉식 커플러(135)는, 상기 제1 전도체(121b)가 코일(winding)로서 역할을 담당하고 상기 전선(210)이 또 다른 코일로서 역할을 담당하는 변압기로 간주될 수도 있다. 여기서, 상기 제1 전도체(121b)는 1번 굽은 코일이고, 상기 전선(210)은 1번 굽은 코일이거나 또는 여러 번 굽은 코일일 수도 있다.
상기 제1 비접촉식 커플러(135)는 상기 제1 전도체(121b)와 상기 포트(215) 사이의 RF 신호를 커플링한다. 통신 장치(150)는 상기 포트(215)를 거쳐 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에 연결된다. 따라서 상기 제1 비접촉식 커플러(135)는 상기 제1 전도체(121b)와 상기 통신 장치(150) 사이의 데이터 신호의 통신을 가능하게 한다.
도 3은 라이저 세그먼트(120d)의 개략도이다. 전도체들(121a, 121b)은 버스 바들(110d, 160d)에서 함께 연결되고, 이로써 루프를 형성한다. 비접촉식 커플러들(135, 165)이 상기 제1 전도체(121b) 상에 고정되고, RF 신호의 통신은 상기 루프의 비교적 낮은 임피던스로부터 이득을 얻는다.
상기 라이저 세그먼트(120d)를 통해 데이터 신호를 전송함으로써, 통신 장치들(150, 170) 사이에서 통신이 이루어진다. 이러한 배치는 상기 통신 장치들(150, 170) 사이에 신호를 위한 매우 낮은 감쇠 경로를 제공한다.
도 4a 및 도 4b는 복수개의 전기적으로 병렬인 전도체들의 서브셋 상의 비접촉식 커플러들(135, 165)의 배치의 전형적인 실시예를 도시한다. 즉, 전도체들(121a, 121b)은, 상기 제2 전도체(121a)가 복수개의 전도체들의 제2 서브 셋(405a)이고 상기 제1 전도체(121b)가 복수개의 전도체들의 제1 서브셋(405b)인 복수개의 전기적으로 병렬인 전도체들을 형성한다. 상기 제2 서브셋(405a)은 상기 제1 서브셋(405b)과 상보적이다. 즉, 상기 서브셋들(405a, 405b)은 서로 같은 전도체를 포함하지 아니하나, 상기 서브셋들(405a, 405b)의 집합은 상기 전도체들 모두를 포함한다.
도 4a에서, 상기 제1 비접촉식 커플러(135) 및 상기 제2 비접촉식 커플러(165)는 모두 상기 제1 전도체(121b) 상에 설치되고, 그래서 이들은 모두 같은 서브셋, 즉 제1 서브셋(405b)에 설치된다. 이러한 구성은 도 1의 구성과 유사하다. 제2 전도체(121a) 상에는 제1 비접촉식 커플러(135)도 제2 비접촉식 커플러(165)도 설치되지 않는다. 사용에 있어서, 예를 들어 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에서 상기 제2 비접촉식 커플러(165)로 통신 신호를 전송함에 있어서, 모뎀 송신기 신호가 먼저 상기 제1 비접촉식 커플러(135)의 포트에 연결된다. 상기 모뎀 송신기 신호는 상기 전도체들(121b, 121a)에 의해 형성된 루프에 전류를 유도한다. 상기 전도체(121b)의 전류가 상기 제2 비접촉식 커플러(165)에 도달하고, 제2 모뎀 수신기에 연결된 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 포트에 출력전압을 유도하여 원래의 데이터 통신 신호의 복사(replica)를 생성한다.
도 4b에서, 제1 비접촉식 커플러(135)는 제1 전도체(121b) 상에 설치되고, 제2 비접촉식 커플러(165)는 제2 전도체(121a) 상에 설치된다. 이로써, 상기 비접촉식 커플러들(135, 165)은 상보적인 서브셋에 설치된다. 사용에 있어서, 예를 들어 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에서 상기 제2 비접촉식 커플러(165)로 통신 신 호를 전송함에 있어서, 모뎀 송신기 신호가 먼저 상기 제1 비접촉식 커플러(135)의 포트에 연결된다. 상기 모뎀 송신기 신호는 상기 전도체들(121b, 121a)에 의해 형성된 루프에 전류를 유도한다. 제2 전도체(121a)의 전류가 상기 제2 비접촉식 커플러(165)에 도달하고, 제2 모뎀 수신기에 연결된 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 포트에 출력전압을 유도하여 원래의 데이터 통신 신호의 복사를 생성한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1에 기술된 구성의 대안을 도시한다. 도 5a 내지 도 5d의 각각은 복수개의 전도체들, 즉 서로 전기적으로 병렬인 3개의 전도체들(121a, 121b, 121c)을 도시한다.
도 5a에서, 제1 비접촉식 커플러(135) 및 제2 비접촉식 커플러(165)가 모두 제1 전도체(121b) 상에 설치된다. 제2 전도체(121a) 상에 제1 비접촉식 커플러(135)도 제2 비접촉식 커플러(165)도 설치되지 않고, 제3 전도체(121c) 상에 제1 비접촉식 커플러(135)도 제2 비접촉식 커플러(165)도 설치되지 않는다. 제1 전도체(121b)는 복수개의 전도체들의 서브셋이고, 그래서 상기 비접촉식 커플러들(135, 165)은 동일한 서브셋에 설치된다. 사용에 있어서, 예를 들어 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에서 상기 비접촉식 커플러(165)로 통신 신호를 전송함에 있어서, 모뎀 송신기 신호가 상기 제1 비접촉식 커플러(135)의 포트에 연결된다. 상기 모뎀 송신기 신호는 전도체들(121a, 121b, 121c)에 의해 형성된 루프에 전류를 유도한다. 상기 제1 전도체(121b)의 전류가 상기 제2 비접촉식 커플러(165)에 도달하여 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 출력 전압을 유도한다. 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 유도된 신호는 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 포트를 거쳐 제2 모뎀 수신기 에 전달되어, 원래의 데이터 통신 신호의 복사를 생성한다.
도 5b에서, 비접촉식 커플러들(135, 165) 각각 전도체들(121a, 121b) 상에 설치된다. 제3 전도체(121c) 상에 제1 비접촉식 커플러(135)도 제2 비접촉식 커플러(165)도 설치되지 않는다. 상기 전도체들(121a, 121b)은 복수개의 전도체들의 서브셋을 형성하고, 그래서 상기 비접촉식 커플러들(135, 165)은 동일한 서브셋에 설치된다. 사용에 있어서, 예를 들어 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에서 상기 제2 비접촉식 커플러(165)로 통신 신호를 전송함에 있어서, 모뎀 송신기 신호가 상기 제1 비접촉식 커플러(135)의 포트에 연결된다. 상기 모뎀 송신기 신호는 전도체들(121a, 121b, 121c)에 의해 형성된 루프에 전류를 유도한다. 상기 전도체들(121a, 121b)의 전류가 상기 제2 비접촉식 커플러(165)에 도달하여 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 출력 전압을 유도한다. 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 유도된 신호는 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 포트를 거쳐 제2 모뎀 수신기에 전달되어, 원래의 데이터 통신 신호의 복사를 생성한다.
도 5c에서, 제1 비접촉식 커플러(135)는 제1 전도체(121b) 상에 설치되고, 제2 비접촉식 커플러(165)는 전도체들(121a, 121c) 상에 설치된다. 상기 제1 전도체(121b)는 복수개의 전도체들의 서브셋(515)을 형성하고, 상기 전도체들(121a, 121c)은 상기 제1 서브셋(515)에 상보적인 제2 서브셋(510)을 형성한다. 이로써 도 5c에서, 상기 제1 비접촉식 커플러(135)와 상기 제2 비접촉식 커플러(165)는 상보적인 서브셋 상에 설치된다. 사용에 있어서, 예를 들어 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에서 상기 제2 비접촉식 커플러(165)로 통신 신호를 전송함에 있어서, 모뎀 송신기 신호가 상기 제1 비접촉식 커플러(135)의 포트에 연결된다. 상기 모뎀 송신기 신호가 상기 전도체들(121a, 121b, 121c)에 의해 형성된 루프에 전류를 유도한다. 상기 전도체들(121a, 121b)의 전류가 상기 제2 비접촉식 커플러(165)에 도달하여 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 출력 전압을 유도한다. 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 유도된 신호는 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 포트를 거쳐 제2 모뎀 수신기에 전달되어, 원래의 데이터 통신 신호의 복사를 생성한다.
도 5d에서, 제1 비접촉식 커플러(135)는 제1 전도체(121b) 상에 설치되고, 제2 비접촉식 커플러(165)는 제2 전도체(121a) 상에 설치된다. 제3 전도체(121c) 상에 제1 비접촉식 커플러(135)도 제2 비접촉식 커플러(165)도 설치되지 않는다. 상기 제1 전도체(121b)는 복수개의 전도체들의 제1 서브셋을 형성하고, 상기 제2 전도체(121a)는 복수개의 전도체들의 제2 서브셋을 형성한다. 이들 서브셋들은 서로 동일하지도 않고, 상보적이지도 않다. 사용에 있어서, 예를 들어 상기 제1 비접촉식 커플러(135)에서 상기 제2 비접촉식 커플러(165)로 통신 신호를 전송함에 있어서, 모뎀 송신기 신호가 상기 제1 비접촉식 커플러(135)의 포트에 연결된다. 상기 모뎀 송신기 신호가 상기 전도체들(121a, 121b, 121c)에 의해 형성된 루프에 전류를 유도한다. 상기 전도체들(121a, 121b)의 전류가 상기 제2 비접촉식 커플러(165)에 도달하여 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 출력 전압을 유도한다. 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 유도된 신호는 상기 제2 비접촉식 커플러(165)의 포트를 거쳐 제2 모뎀 수신기에 전달되어, 원래의 데이터 통신 신호의 복사를 생성한다.
도 5a 내지 도 5d에서와 같이 단일 전력 회로를 운송하는 2개 이상의 병렬 연결된 전도체가 있으면, 제1 비접촉식 커플러(135) 또는 임의의 다른 비접촉식 커플러가 하나의 전도체(도 5a에서와 같음), 2개의 전도체들(도 5에서와 같음) 또는 임의의 개수의 전도체들 상에 설치될 수 있다. 비접촉식 커플러들(135, 165)은 동일한 전도체 또는 전도체들 상에서 커플링 되거나, 상이한 전도체들 또는 병렬 연결된 전도체들의 상이한 서브셋들 상에 설치될 수도 있다. 더욱이, 복수개의 전도체들 중 각각의 전도체는 복수개의 병렬 연결된 전도체들로 구성될 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 5a 내지 도 5d에서 명백한 바와 같이, 루프는 통신 신호를 위한 저 임피던스 경로를 보존하도록 유지된다. 통신 신호는 상기 저 임피던스 경로를 따라 용이하게 전송될 수 있다.
도 6은 다중 라이저 세그먼트, 즉 빌딩 내의 다수 층에 전력을 공급하는 고층(high-rise) 배전 시스템(600)을 도시한다. 상기 배전 시스템(600)은 도 1의 회로(100)에 기술된 바와 유사하게, 위상 전도체들(101a 내지 101c), 중성 전도체(101d), 퓨즈 및 스위치 패널(105), 버스 바들(110a 내지 110d), 라이저 세그먼트들(120a 내지 120d)을 포함하는 라이저 셋트 세그먼트(115), 비접촉식 커플러들(135, 165) 및 통신 장치들(150, 170)을 포함한다. 패널(605)은 라이저 셋트 세그먼트(115)와 중간 층에 위치한 여러 부하들(610) 사이의 전력을 커플링한다. 전력 배전은 라이저 셋트 세그먼트(615)를 거쳐 패널(675)로 상측으로 연장된다. 도 1에 기술된 회로(100)와 유사하게, 통신 장치(150)는 라이저 세그먼트(120d) 및 비접촉식 커플러들(135, 165)을 거쳐 통신 장치(170)와 통신한다.
모뎀(650)은 제3 비접촉식 커플러(635)와 커플링되고, 모뎀(670)은 제4 비접촉식 커플러(665)와 커플링된다. 상기 모뎀(650)이 상기 비접촉식 커플러들(635, 665)과 커플링된 라이저 세그먼트(620d)를 거쳐 상기 모뎀(670)과 통신한다. 상기 라이저 세그먼트(620d)는 전력을 패널(675)에 전송한다. 라이저 전도체 세그먼트(120d)에 의해 형성된 루프가 상기 패널(675)에 도달하지 않으므로, 리피터(repeater)(250)가 모뎀(170)과 모뎀(650) 사이에 연결되어 데이터를 상, 하측으로 중계한다. 상기 리피터(625)는 상기 모뎀들(170, 650) 사이에서 데이터 신호를 커플링하기 위한 임의의 장치일 수도 있다. 이러한 구성에서는, 데이터 전송은 빌딩 도처에 연속적으로 중계될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 리피터와 같은 장치는 데이터 신호를 모뎀(170)에서 여러 층의 통신 장치들에 분배하는 것을 용이하게 하도록 스위치 및 퓨즈 박스일 수도 있는 패널(605)과 같은 1개 이상의 패널 근처에 설치될 수 있다. 상기 패널(605)과 같은 스위치 및 퓨즈 패널은 일반적으로 약 2개 층과 4개 층 사이의 다수 층에 전력을 공급할 수 있다. 비접촉식 커플러 또는 정전용량식 커플러와 같은 적합한 장치는 상기 모뎀(170) 및 상기 패널(605)로부터 나오는 1개 이상의 전도체들(610)에 연결된다. 상기 패널(605)이 패널(675)과 같은 추가 패널이 뒤따르는 일시적인 전력 패널일 때, 상기 리피터(625)는 모뎀(650)과 제3 비접촉식 커플러(635)를 거쳐 라이저 세그먼트(620d)에 원래의 데이터의 적당 부분을 전송하는 새로운 신호를 생성한다.
또 다른 실시예에서, 감쇠가 충분히 낮고 데이터 분배가 상기 패널(605)이 담당하는 층들에는 필요하지 않으면, 상기 제2 비접촉식 커플러(165)는 상기 리피터(625) 없이 상기 제3 비접촉식 커플러(635)에 직접 연결될 수도 있다.
상기한 여러 배치는 임의의 위상 회로, 중성 회로 및 접지 회로에 응용 가능하고, 전력 전류의 흐름이나 그 부족에 의존하지 않는다. 실제로, RF 신호를 전송하는데 사용되는 병렬 전도체들은 전력 전도체들이 아닐 수도 있다. 예를 들면, 다중 전도체 케이블이 임의의 다른 응용에 사용되고, 1개 이상의 전도체가 달리 사용되지 않으면, 다중 전도체 케이블은 이미 사용된 전도체와 병렬로 연결될 수도 있어, 비접촉적으로 커플링된 신호에 이용될 수도 있는 루프를 형성한다.
상기 시스템의 대안 실시예는 신호 전송을 위하여 지하 전력 케이블들을 사용하기 위한 비접촉식 커플러들을 포함한다. 상기 지하 케이블들을 둘러싸는 1개 이상의 중성선은 고주파 전송을 위하여 이용될 수 있는 한편, 선택된 중성선(들)의 전력 전도 기능을 보존한다.
도 7은 데이터 통신을 위하여 단일 중성선을 사용한 단일 종단 전송 선로의 배치의 예시를 도시한다. 케이블(700)이 다중의 중성 전도체들(705), 예를 들어 고압 절연체(740) 및 중앙 위상 전도체(745)를 완만한 나선형으로 감은 전선을 포함한다. 중성 전도체들(705) 중 선택된 하나의 가닥, 즉 중성 전도체(702)는 데이터 신호를 위한 데이터 전송 선로 전도체로서 기능하도록 격리된다.
이미 설치된 지하 케이블에 도 7의 배치를 구현하기 위하여, 여러 중성 전도체들(705) 중에서 중성 전도체(702)가 선택되고, 케이블(700)의 각 종단부의 노출부(710)에서 절단된다. 중성 전도체(702)의 리드(lead)(715)는 상기 케이블(700)의 각 종단부의 링(ring)(750)에 연결이 유지된다. 중성 전도체(702) 및 리드(715)는 비접촉식 커플러(720)의 제1 코일(725)에 연결된다. 제1 코일(725)은 이로써 중성 전도체(702)와 접지 사이에 직렬로 연결된다. 상기 비접촉식 커플러(720)의 제2 코일(735)은 데이터가 전송되고 수신되는 포트(755)와 커플링된다. 이로써 케이블(700)은, 상기 비접촉식 커플러(720)를 거쳐 모뎀(미도시)과 같은 통신 장비에 연결될 수 있는 고주파 전송 선로로서 사용하는데 도움이 된다.
전기적으로 말하면, 상기 비접촉식 커플러(720)는 변압기이다. 상기 변압기의 주요, 즉 제1 코일(725) 양단의 임피던스는 전력을 전달하는데 사용되는 주파수에서 무시할만하다. 중성 전도체(702) 및 리드(715)에 부착된 제1 코일(725)은 중성 전도체(702)의 전선 이상의 두께의 전선으로 감겨야 한다. 이러한 상황에서, 상기 선택된 데이터 전송 중성 전도체(702)는 본질적으로 다른 중성 전선 모두와 동일한 임피던스를 가진다. 상기 전도체(702)는 본질적으로 다른 중성 전선 각각과 동일한 전류를 전송하고, 상기 중성 회로의 전체 앰퍼시티(ampacity)와 서지(surge) 전류 능력은 떨어지지 않는다.
도 7에서, 단일 중성 전도체(702)의 중성 전류는 비접촉식 커플러(720)를 통과한다. 8개 중성 전선을 가진 200 암페어(Amp) 케이블의 경우, 데이터 전송 전선은 25 암페어 알엠에스(Amp rms)의 최대 정상상태 전류를 전송한다. 단일 중성 전도체를 흐르는 최대 정상상태 전류는 소형 앰퍼시티 케이블 및 다수의 중성 전도체들을 가진 케이블의 경우 더 적다. 상기 비접촉식 커플러(720)는 데이터 커플링 기능을 수행하기 위하여, 자기 코어 포화 없이 상기 전류에 의해 생성되는 플럭 스(flux)를 처리할 수 있어야 한다.
중성 전도체(702)는 고주파 데이터 신호를 위한 제1 방향으로 전류를 전송한다. 다른 중성 전도체(705)는 반대 방향으로 상기 데이터 신호의 복귀 전류를 전송하여, 없애려는 경향이 있고, 이로써 변조된 데이터 신호로 인한 방사된 자장의 세기를 크게 감소시킨다. 또한, 상기 배치는 외부 전장으로부터의 노이즈 커플링(noise coupling)에 대하여 정전기적 차폐 효과(electrostatic shielding effect)를 제공한다.
본 발명에서 설명된 요지의 다양한 대안, 조합 및 수정이 당업자에 의해 고안될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 상기 모든 대안, 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (26)

  1. 빌딩내의 라이저 셋트 세그먼트의 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들;
    제1 비접촉식 커플러로서, 상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들의 제1 서브셋에 설치되어 상기 제1 비접촉식 커플러의 포트와 상기 제1 서브셋 사이의 데이터 신호를 커플링하는 상기 제1 비접촉식 커플러; 및
    제2 비접촉식 커플러로서, 상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들의 제2 서브셋에 설치되어 상기 제2 비접촉식 커플러의 포트와 상기 제2 서브셋 사이의 상기 데이터 신호를 커플링하는 상기 제2 비접촉식 커플러를 포함하고,
    상기 제1 비접촉식 커플러와 상기 제2 비접촉식 커플러는 상기 제1 서브셋 및 상기 제2 서브셋에 의해 형성되는 경로를 통하여 상기 데이터 신호를 서로 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 서브셋은 상기 제2 서브셋과 동일한 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 서브셋 및 상기 제2 서브셋은 상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들 중 같은 전도체를 포함하지 않으나, 상기 제1 서브셋 및 상기 제2 서브셋의 합은 상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체를 모두 포함하도록 구성되어, 상기 제2 서브셋은 상기 제1 서브셋과 상보적인 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 신호는 1MHz 이상의 주파수로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들은 전력을 전송하기 위한 것임을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 라이저 셋트 세그먼트는 제1 라이저 셋트 세그먼트이고,
    상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트는, 상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트와 상기 빌딩 내의 제2 라이저 셋트 세그먼트 사이의 상기 데이터 신호를 커플링하는 장치와 커플링된 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  8. 빌딩내의 라이저 셋트 세그먼트의 제1 전도체 상에 설치된 제1 비접촉식 커플러로서, 상기 제1 비접촉식 커플러의 포트와 상기 제1 전도체 사이의 데이터 신호를 커플링하는 상기 제1 비접촉식 커플러; 및
    상기 제1 전도체 상에 설치된 제2 비접촉식 커플러로서, 상기 제2 비접촉식 커플러의 포트와 상기 제1 전도체 사이의 상기 데이터 신호를 커플링하는 상기 제2 비접촉식 커플러를 포함하며,
    상기 제1 전도체는 상기 제1 비접촉식 커플러도 상기 제2 비접촉식 커플러도 설치되지 않은, 상기 라이저 셋트의 세그먼트의 제2 전도체와 전기적으로 병렬이며,
    상기 제1 비접촉식 커플러와 상기 제2 비접촉식 커플러는 상기 제1 전도체를 통하여 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전도체는 서로 병렬인 복수개의 전도체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 신호는 1MHz 이상의 주파수로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전도체 및 제2 전도체는 전력을 전송하기 위한 것임을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 라이저 셋트 세그먼트는 제1 라이저 셋트 세그먼트이고,
    상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트는, 상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트와 상기 빌딩 내의 제2 라이저 셋트 세그먼트 사이의 상기 데이터 신호를 커플링하는 장치와 커플링된 것을 특징으로 하는 데이터 통신 시스템.
  14. 제1 비접촉식 커플러의 포트와, 빌딩내의 라이저 세그먼트의 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들의 제1 서브셋 사이의 데이터 신호를 커플링하기 위해, 상기 제1 서브셋에 상기 제1 비접촉식 커플러를 설치하는 단계;
    제2 비접촉식 커플러의 포트와 상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들의 제2 서브셋 사이의 데이터 신호를 커플링하기 위해, 상기 제2 서브셋에 상기 제2 비접촉식 커플러를 설치하는 단계; 및
    상기 제1 비접촉식 커플러와 상기 제2 비접촉식 커플러가 상기 제1 서브셋 및 상기 제2 서브셋에 의하여 형성된 경로를 통하여 데이터를 서로 송수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 서브셋은 상기 제2 서브셋과 동일한 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 서브셋 및 상기 제2 서브셋은 상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들 중 같은 전도체를 포함하지 않으나, 상기 제1 서브셋 및 상기 제2 서브셋의 합은 상기 전기적으로 병렬인 복수개의 전도체들을 모두 포함하도록 구성되어, 상기 제2 서브셋은 상기 제1 서브셋과 상보적인 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 데이터 신호는 1MHz 이상의 주파수로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전도체 및 제2 전도체는 전력을 전송하기 위한 것임을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  19. 삭제
  20. 제14항에 있어서,
    상기 라이저 셋트 세그먼트는 제1 라이저 셋트 세그먼트이고,
    상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트는, 상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트와 상기 빌딩 내의 제2 라이저 셋트 세그먼트 사이의 상기 데이터 신호를 커플링하는 장치와 커플링된 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  21. 제1 비접촉식 커플러의 포트와, 빌딩내의 라이저 셋트 세그먼트의 제1 전도체 사이의 데이터 신호를 커플링하기 위해, 상기 제1 전도체 상에 상기 제1 비접촉식 커플러를 설치하는 단계; 및
    제2 비접촉식 커플러의 포트와 상기 제1 전도체 사이의 상기 데이터 신호를 커플링하기 위해, 상기 제1 전도체 상에 상기 제2 비접촉식 커플러를 설치하는 단계; 및
    상기 제1 비접촉식 커플러와 상기 제2 비접촉식 커플러가 상기 제1 전도체를 통하여 데이터를 송수신하는 단계를 포함하며,
    상기 라이저 셋트 세그먼트의 제2 전도체에는 상기 제1 비접촉식 커플러도 상기 제2 비접촉식 커플러도 설치되지 않으며, 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체는 전기적으로 병렬인 것 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 전도체는 서로 병렬인 복수개의 전도체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 데이터 신호는 1MHz 이상의 주파수로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제1 전도체 및 제2 전도체는 전력을 전송하기 위한 것임을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
  25. 삭제
  26. 제21항에 있어서,
    상기 라이저 셋트 세그먼트는 제1 라이저 셋트 세그먼트이고,
    상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트는, 상기 제1 비접촉식 커플러의 상기 포트와 상기 빌딩 내의 제2 라이저 셋트 세그먼트 사이의 상기 데이터 신호를 커플링하는 장치와 커플링된 것을 특징으로 하는 데이터 통신 방법.
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