KR20050065603A - 통신용 전력선을 세그멘팅하기 위한 필터 - Google Patents

통신용 전력선을 세그멘팅하기 위한 필터 Download PDF

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Abstract

전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 고주파수 자기 코어에 코일을 권선하는 단계; 상기 신호의 주파수에서 공진하는 공진 회로를 생성하기 위해 상기 코일의 단자들에 걸쳐 커패시터를 연결하는 단계; 및 상기 차단이 바람직한 지점의 전력선 주위에 상기 자기 코어를 배치하는 단계를 포함한다.

Description

통신용 전력선을 세그멘팅하기 위한 필터{Filter for Segmenting Power Lines for Communications}
본 발명은 전력선(power line) 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신호, 예를 들어 전력선의 스퓨리어스(spurious) 신호의 일부 에너지를 차단(blocking)하는 기술에 관한 것이다.
전력선 통신 시스템들은 동일한 전주(utility poles)들에 연결된 중간(medium) 전압선 및 저(low) 전압선과 같은 다중 쌍(set)의 인접 선들 또는 상기 동일한 전주들 상의 동일한 전압 등급의 다중 쌍의 선들을 거쳐 데이터 신호들을 전송할 수 있다. 수백 미터 이상의 거리를 두고 있어도, 일측 쌍의 선들에서부터 타측 쌍의 선들로 상당한 신호의 유도(induction)가 있을 수 있고, 이들 유도된 신호들은 모뎀 수신기들에 배경 잡음으로서 나타날 수 있다.
어느 정도까지는, 상기 유도된 신호 세기는 상기 선들이 함께 연장하는 누적 거리의 함수이다. 스퓨리어스 신호인, 상기 유도된 신호는 관련 주파수들을 위한 선의 연속성을 방해함으로써 감쇠될 수 있다. 상기 방해는 관심 주파수에서 고 임피던스를 갖는 필터들을 상기 선들과 직렬로 연결함으로써 이뤄질 수 있다. 통상적으로, 고객들에 대한 서비스 및 전력선 회로를 방해하는 것은 바람직하지 않다.
도 1은 전력선에 필터를 물리적으로 연결한 예시도.
도 2는 전력선에 연결된 2개 필터들의 개략도.
도 3은 도 2의 필터들에 의한 신호들의 감쇠도.
전력선의 신호의 일부 에너지를 차단하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 고주파수 자기 코어(magnetic core)에 코일을 권선하는 단계, 상기 신호의 주파수에서 공진하는 공진 회로를 생성하기 위해 상기 코일의 단자들에 걸쳐 커패시터를 연결하는 단계; 및 상기 차단이 바람직한 지점의 전력선 주위에 상기 자기 코어를 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 신호 필터는 서비스를 방해하지 않은 채 소정의 주파수 대역에 걸쳐 전력선의 세그멘팅을 수행한다. 필터 형태의 직렬 연결된 필터, 즉 클램프 필터(clamp-on filter)는 에너지가 공급된 전력선에 클램프된다. 상기 클램프 필터는 병렬 공진 회로를 생성하기 위해 커패시터가 연결된 제2 코일 및 분할된(split) 자기 코어를 포함한다. 상기 병렬 공진 회로의 임피던스는 상기 전력선 회로에 결합되고, 이로써 특정 주파수 대역 상에서 상당한 크기를 갖는 직렬 임피던스를 유도한다. 상기 특정 주파수 대역이 스퓨리어스 신호 주파수를 포함할 때, 상기 필터는 상기 전력선을 흐르는 스퓨리어스 전류의 크기를 줄여준다.
확산 스펙트럼(spread spectrum) 통신에 있어서, 통신 주파수 대역의 폭은 일반적으로 단일 LC 회로에 의해 구현되는 공진대역 보다 더 넓다. 광대역 차단 필터(wider band-blocking filter)는 2개 이상의 클램프 변압기 필터들(clamp-on transfomer-filters)을 사용함으로써 구현될 수 있고, 그 각각은 약간 상이한 주파수에 동조된다. 일반적으로 10dB 보다 큰 감쇠는 2개 이상의 상기 필터들 중 1개의 쌍으로부터 얻어질 수 있다.
변압기는 코어, 전력선 및 제2 권선으로 형성된다. 상기 전력선에 필터링 임피던스를 효율적으로 결합하기 위한 조건들은 약 0.7을 초과하는 고 변압기 결합 계수를 포함한다. 상기 변압기를 위한 코어 물질과, 상기 코어 하프들(core halves) 사이의 선택적 공극(air gap)은, 상기 필터가 상기 전력선을 흐르는 최대치까지의 전력 전류들에 대해 포화하지 않도록 선정된다.
도 1은 전력선(99) 주위에 클램프된 필터의 예시도이다. 코어는 전력선(99) 주위에 클램프된 코어 하프들(105),(110)로 구성된다. 선택적으로, 코어 하프들(105),(110)은 갭(115)에 의해 분리된다. 전력선(99)이 1차 권선으로서 역할을 담당하고, 1회 이상의 2차 권선(120)은 코어를 통과하며 커패시터(125)에 연결된다. 커패시터(125)의 값은 상기 필터에 의해 차단될 주파수 대역의 2차 권선(120)의 인덕턴스와 공진되도록 선정된다.
도 2는 본 발명에 따라 2개 필터들이 부착된 전력선의 개략도이다. 상기 전력선은 전송선로들의 세그먼트들(100),(101)로 표시되어 있다. 내부 임피던스를 구비한 신호원(130)은 전력선 망(network)에서부터 세그먼트(100)의 좌측까지 세그먼트(100)에 결합된 스퓨리어스 신호를 나타낸다. 세그먼트(101)에서 출력되는 신호는 우측으로 연장하는 전력선을 나타내는 종단(termination) 저항(135) 양단에서 측정된다.
클램프 필터들(140),(145)은 상기 스퓨리어스 신호의 주파수 대역 내의 약간 상이한 주파수들에 동조되어, 넓은 주파수 차단 능력을 제공하며, 상기 스퓨리어스 신호 에너지의 상당한 부분이 전력선 세그먼트(101)와 종단 저항(135)으로 표시된 추가 후단 지점에 도달하는 것을 방지한다. 필터(140)는 1차 권선(155)으로서 역할을 담당하는 세그먼트(100)와, 2차 권선(160)(도 1의 부호(120) 참조)으로서 역할을 담당하는 와이어(wire)를 구비한 변압기(150)를 포함한다. 저항(165)은 구리 손실과 코어 손실을 나타낸다. 커패시터(170)는 소정의 스톱(stop) 대역의 주파수에서 2차 권선(160)과 공진된다.
필터들(140),(145)은 복합 필터로서 함께 동작한다. 이들은 상기 복합 필터가 동작하는 주파수 대역을 확대하기 위해, 약간 상이한 공진주파수들에서만 상이하다. 2개의 필터들이 도 1에 도시되어 있을지라도, 상대적으로 협대역의 신호에 대해서는 1개의 필터이어도 좋고, 또는 더 넓은 신호에 대해서 2개 이상의 필터들로 확장되어도 좋다.
도 3은 도 2의 회로에 대한 필터 응답(filter response)의 시뮬레이션을 나타낸 그래프이다. 상기 시뮬레이션에 사용된 값은: 소스(source) 임피던스, 부하 임피던스 및 전력선 임피던스는 각각 200옴(ohm)이고, 필터 제1 인덕턴스와 제2 인덕턴스는 각각 1마이크로헨리(microhenry)이고, 결합 계수는 0.7이고, 커패시터(160)는 50피코패럿(pF)이고, 커패시터는 57피코패럿(㎊)이며, 손실 저항은 5옴(ohm)이다. 상기 시뮬레이션은 상기 복합 필터가 21.1 내지 23.4 메가헤르쯔(㎒)의 신호들을 10데시벨(㏈) 보다 더 크게 감쇠시키고, 감쇠 대역 이외의 신호들이 상대적으로 방해받지 않은 상태로 통과하도록 한다.
따라서, 전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 (a)고주파수 자기 코어에 코일을 권선하는 단계, (b)상기 신호의 주파수에서 공진하는 공진 회로를 생성하기 위해 상기 코일의 단자들에 걸쳐 커패시터를 연결하는 단계; 및 (c)상기 차단이 바람직한 지점의 전력선 주위에 상기 자기 코어를 배치하는 단계를 포함한다. 상기 코어는 공극(air gap)을 가질 수 있다. 또한, 상기 공진 회로가 제1 주파수 대역 차단 특성을 갖는 제1 공진 회로로서 간주되면, 상기 방법은 또한, 제1 주파수 대역 차단 특성 보다 더 넓은 제2 주파수 대역 차단 특성을 생성하는, 제1 공진 회로와는 상이한 주파수에 동조되는 제2 공진 회로를 제공하기 위해 상기 권선단계, 상기 연결단계 및 상기 배치단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 설명된 요지의 여러 가지 대체, 조합 및 변경은 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다. 본 발명은 첨부된 청구범위 내에 속하는 대체, 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (6)

  1. 고주파수 자기 코어에 코일을 권선하는 단계;
    상기 신호의 주파수에서 공진하는 공진 회로를 생성하기 위해 상기 코일의 단자들에 걸쳐 커패시터를 연결하는 단계; 및
    상기 차단이 바람직한 지점의 전력선 주위에 상기 자기 코어를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 코어는 공극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 공진 회로는 제1 주파수 대역 차단 특성을 갖는 제1 공진 회로이고,
    상기 방법은, 상기 제1 주파수 대역 차단 특성 보다 더 넓은 제2 주파수 대역 차단 특성을 생성하는, 제1 공진 회로와는 상이한 주파수에 동조되는 제2 공진 회로를 제공하기 위해 상기 권선단계, 상기 연결단계 및 상기 배치단계를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 방법.
  4. 코일이 권선된 고주파수 자기 코어; 및
    상기 신호의 주파수에서 공진하는 공진 회로를 생성하기 위해 상기 코일의 단자들에 걸쳐 연결된 커패시터를 포함하며,
    상기 자기 코어는 상기 차단이 바람직한 지점의 상기 전력선 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 코어는 공극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 자기 코어는 제1 자기 코어이고, 상기 코일은 제1 코일이고, 상기 커패시터는 제1 커패시터이며,
    상기 공진 회로는 제1 주파수 대역 차단 특성을 갖는 제1 공진 회로이고,
    상기 장치는,
    제2 코일이 권선된 제2 고주파수 자기 코어; 및
    상기 제1 주파수 대역 차단 특성 보다 더 넓은 제2 주파수 대역 차단 특성을 생성하는, 제1 공진 회로와는 상이한 주파수에 동조되는 제2 공진 회로를 제공하기 위해 상기 제2 코일의 단자들에 걸쳐 연결된 제2 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 신호의 일부 에너지를 차단하는 장치.
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