WO2006084452A1 - Vorrichtung zur ankopplung einer signalsende- und/oder signalempfangseinheit an eine spannungsversorgungsleitung - Google Patents

Vorrichtung zur ankopplung einer signalsende- und/oder signalempfangseinheit an eine spannungsversorgungsleitung Download PDF

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WO2006084452A1
WO2006084452A1 PCT/DE2006/000234 DE2006000234W WO2006084452A1 WO 2006084452 A1 WO2006084452 A1 WO 2006084452A1 DE 2006000234 W DE2006000234 W DE 2006000234W WO 2006084452 A1 WO2006084452 A1 WO 2006084452A1
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supply line
signal
receiving unit
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PCT/DE2006/000234
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Martin Rick
Hans-Jürgen Wahl
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Eichhoff Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for coupling a
  • the known device uses as a coupler an inductive coupler in the form of a substantially annular element, which consists of ferromagnetic, and indeed according to the prior art of amorphous or nanocrystalline, ferromagnetic material.
  • the invention particularly relates to devices which use such a coupler. But it also relates to devices in which the coupler is formed by another ferromagnetic material. Furthermore, the invention also relates to devices using capacitive couplers.
  • the signal transmission or signal reception unit is also commonly referred to as a modem, this term being used in the following identically to the term signal transmission or signal reception unit.
  • a modem can load data in the form of electrical signals by means of the coupler on the power supply line, ie aufkoppeln on this line and decouple equally located on the power supply line signals from this line.
  • the invention relates to a device for coupling a modem to a power supply line capable of bidirectional To transmit signals.
  • the term "coupling" in the sense of the present patent application is intended to include both possible signal line directions.
  • Power lines between modems is also referred to as Powerline Communication (PLC).
  • PLC Powerline Communication
  • a number of signal modulation methods are known. It is important that data is transmitted in a broadband frequency range because the bandwidth is a measure of the amount of information that can be coupled per unit time to the power supply line.
  • the object of the invention is therefore to further develop the known device in such a way that improved data transmission is possible with it.
  • the invention solves this problem with the features of claim 1, in particular with those of the characterizing part, and is accordingly characterized in that arranged in the conduction path between the signal transmitting and / or signal receiving unit and the coupler, in the immediate vicinity of the coupler, an active electronic component is.
  • Coupler in the immediate vicinity of an active electronic Assign component. It should be noted that the modem is typically spaced relatively far from the coupler so that the signals to be communicated from the modem to the coupler or in the reverse direction must travel a line of several meters, typically five meters or more.
  • the geometric situation of the cable paths is caused, for example, in the case of a power line designed as a medium voltage line in that a medium voltage cell is arranged in a transformer station, which is structurally separated from the rest of the transformer station in a certain way and arranged within the no security modem for reasons of security or accessibility reasons may be.
  • the modem itself is therefore always located outside the medium voltage cell but within the transformer station in a low voltage range which is easily accessible.
  • a medium-voltage cell or medium-voltage switchgear usually comprises a busbar and separating devices, in particular load disconnectors, fuse load disconnectors and line switches.
  • the impedances which the coupler or the modem sees differ considerably on site. Measurements made by the applicant have shown that completely different impedance values are measured, depending on whether it is air-insulated, air-solid-insulated or SF6 switchgear and whether voltage indicators are provided or not.
  • the decisive for the coupler or for the modem that is to say effective impedances of the medium-voltage system or the power supply network are also highly frequency-dependent and can vary dynamically, for example between 5 and 200 ohms. This is particularly unfavorable if many are constantly Frequencies are used, that is, especially when broadband signals are to be transmitted.
  • the active electronic component is provided to improve the data transmission characteristics of the coupler and offers the possibility of the constant impedance of the modem, for example of the order of 50 ohms, the variable impedance of the medium voltage switchgear, which is dependent on the design of the medium voltage switchgear and also frequency dependent is to adapt.
  • the adaptation can advantageously also take place automatically.
  • the impedance matching of the modem's output side to the network impedance of the power supply network can be automated, ie without Requirement of manual intervention, eg controlled by a ⁇ -controller done.
  • the active electronic component provides the opportunity to equalize the phase response of the signals, which is possible for example by means of a feedback to an amplifier. This allows a broadband acting adaptation of the modem to the impedance of the medium-voltage cell and at the same time a targeted damping of resonance phenomena can be achieved. Shortcomings in the frequency response, in particular in a frequency range between 1 and 70 MHz, could be almost completely compensated with the device according to the invention.
  • a typical line length to be considered between the active electronic component and the coupler is, for example, 2 to 3 cm. Due to the resulting approximation of the cable lengths to the wavelengths relevant for the relevant frequency range, line paths of several meters are not considered, since resonance phenomena and large characteristic impedances play a role here. The desired technical effects can therefore not be achieved if the active electronic component is far away from the coupler and eg near the modem.
  • the conduction paths between the modem and the coupler are typically relatively long, at least 3 meters, in prior art devices. Accordingly, the device should be spaced from the modem, as close as possible to the coupler. Theoretically conceivable at narrow-band transmission rates in a certain frequency range also maximum distances of the device to the coupler of 1 m, in unfavorable starting situations even from 1, 5 m. Preferably, however, the immediately adjacent arrangement of the component is made on the coupler, so that in fact only a few cm line path are provided.
  • the active electronic component further preferably comprises an amplifier, so that on the output side behind the amplifier the shortest possible path to the coupler exists. This allows the amplifier level directly into the power supply network.
  • Power consumption of the active electronic component is preferably only a few watts, for example 3 watts.
  • the active electronic component may be different
  • the invention also includes such devices in which several active electronic components are arranged in the immediate vicinity of the coupler.
  • the device has an impedance converter. This allows a constant impedance facing the modem in the case of data transmission from the modem to the power supply line.
  • the impedance converter may be formed as a passive circuit and be part of the active electronic component.
  • an amplifier is also associated with the active electronic component, the impedance converter being arranged in the line path from the modem to the voltage supply line in front of the amplifier.
  • the impedance converter can also provide a substantially constant input impedance of the amplifier.
  • the device has a device for phase-equalization.
  • This makes possible attenuation, smoothing or equalization of the phase response, in particular in the case of phase-relevant modulation methods, for example in the OFDM (Orthogonal Frequency Division Modulation) method, in particular if phase jumps occur.
  • the OFDM method provides a plurality of closely adjacent carrier frequencies that cause orthogonality of the phases. In a line network, however, resonant circuits can readily form, so that resonances occur when phase jumps occur. In the apparatus of the prior art, therefore, arise entirely problematic frequency responses.
  • Phase equalization can counteract this and equalize the phase responses. This becomes possible, for example. by a feedback of an output signal of the amplifier to an input of an amplifier. This surprisingly leads to a resonance damping, whereby an automatic adaptation to the phase characteristic takes place.
  • any signal transmission method is described as a phase-relevant modulation method, in which not only the amplitudes but also the phases of the signals play a role.
  • the invention further relates to a device according to the preamble of claim 4.
  • This invention is also based on the above-mentioned
  • the object of this invention is to develop the known device in such a way that with her an improved data transmission is possible.
  • the invention solves this problem with the features of claim 4, in particular with those of the characterizing part and is accordingly characterized in that in the conduction path between the signal transmitting and / or signal receiving unit and the coupler, in the immediate vicinity of the coupler, an active electronic component is arranged comprising an impedance converter and means for phase-equalization.
  • the principle of the invention is essentially that an active electronic component with an impedance converter and a Device for phase equalization is arranged immediately adjacent to the coupler. Impedance matching problems and phase jumps, which also adversely affect the transmission characteristics due to the long cable routes between modem and coupler in the device of the prior art, can thus be avoided.
  • the impedance converter is formed by a passive circuit.
  • a passive circuit This takes into account that, for example, using an attenuator (T network), the function of an impedance conversion can also be fulfilled by a functional unit that does not need an operating voltage.
  • an impedance converter for example, an adapter transformer (Balun), in the simplest case a transformer, or alternatively a Pi filter, which is also known under the name Collins filter, into consideration.
  • the impedance converter may also be formed by an active circuit.
  • a transistor can be used as part of the circuit.
  • the device for phase-response equalization on an amplifier requires an operating voltage as part of the electronic component.
  • An amplifier offers the possibility of a particularly simple circuit and construction to achieve the Phasangangentzerrung, since the amplifier with a Feedback branch may be provided.
  • the feedback branch connects the output of the amplifier to its input, creating a loop or loop. As a result, the phase response can be rectified in a simple manner.
  • the amplifier is fed back or fed back.
  • feedback is used interchangeably below with the term “negative feedback”.
  • Negative feedback of the amplifier provided a negative feedback unit. This can for example be connected on the input side to an output of the amplifier and on the output side to an input of the amplifier.
  • the amplifier has at least one transistor. This allows the use of conventional, inexpensive and permanently functioning components.
  • the component is arranged at most 1 m away from the coupler. This takes into account the possibly occurring resonances at the wavelengths calculated from the frequency transmission range.
  • the distance of 1 m is under normal circumstances too wide, but under special circumstances, namely, when only narrowband frequency ranges of smaller frequencies to be transmitted, still tolerable.
  • a distance of up to 1, 5 m between the device and the coupler conceivable.
  • these extreme situations which are still to be considered as belonging to the invention, represent degraded embodiments. However, they are still acceptable if the distance between the coupler and the modem is many meters and only specific frequency ranges are to be used for the signal transmission.
  • the active electronic device is located closer than 5 cm to the coupler.
  • conduction paths of about 2 to 3 cm are provided between the active electronic device and the coupler. Only with such a short line distances of a few cm, in particular less than 10 cm, the benefits of the active electronic component can be used throughout.
  • Coupler on a housing, wherein the component is associated with the housing.
  • the active electronic component is thus fixed relative to the housing, and is located immediately adjacent to the housing. This creates a manageable unit which comprises the component and the coupler.
  • the housing is also associated with a connector unit, which allows a cable-side connection for the modem.
  • the coupler is an inductive coupler. This allows a high quality of data transmission.
  • the coupler is an annular, the power supply line encompassing
  • Element made of ferromagnetic material This is, for example, consists of two parts Schell, as described in the aforementioned application of the prior art, at the
  • the component is connected via a switch with the signal transmission and / or signal receiving unit.
  • Another switch can connect the device directly or indirectly with the coupler.
  • This embodiment of the invention allows different switch positions, e.g. allow adjustment of the direction of signal transmission, depending on whether the signal transmission and / or signal receiving unit operates in the transmission mode or in the reception mode.
  • Device and a coupler can couple signals to the power supply line
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the device according to the invention in a schematic, block diagram-like representation
  • FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 3 in an altered switch position which allows signal transmission from the power supply line to the modem
  • FIG. 5 shows the embodiment of Figure 3 in a further switch position, which can be taken in case of malfunction of the active device
  • FIG. 6 is a detailed, schematic block diagram representation of a first embodiment of an impedance converter as part of an active device,. wherein the impedance converter is passively designed as a T-network,
  • Fig. 7 is a schematic block diagram representation of a second embodiment of an impedance converter as Component of the active component, wherein the impedance converter is designed as an active functional unit in the form of an X-negative-coupled broadband amplifier,
  • Fig. 8 is a schematic block diagram representation of a first embodiment of a negative feedback
  • FIG. 9 is a schematic, block diagram representation of a first embodiment of an adaptive negative feedback network formed counter coupling unit.
  • FIG. 10 shows a schematic, partially block diagram representation of a further embodiment of an active electronic component according to the invention in the vicinity of a schematically indicated in perspective view coupler.
  • the device denoted by 10 in its entirety in the figures, will first of all be described with reference to FIG. 1 with regard to its basic mode of operation and with regard to its location of use. It should be noted in advance that in the different exemplary embodiments in the following description of the figures, for the sake of clarity, the same reference numbers are used for identical or comparable parts or elements, in some cases with the addition of small letters.
  • Fig. 1 shows a power supply line 12, which is formed for example as a medium voltage supply line and thus transmits an AC voltage of about 20 kV.
  • the medium voltage for example, low-voltage of about 400 V or 240 V is low-transformed.
  • Such transformer stations or local network transformer stations are present in large numbers in power supply networks.
  • the medium-voltage cell includes that area of a transformer station, which may only be entered by suitably trained and qualified persons, since medium voltage prevails there, or since medium-voltage-carrying, electrically conductive components are arranged there.
  • Fig. 1 and the remaining figures show only one phase of a medium voltage supply line 12, wherein the skilled person is clear, however, that usually three different phases and thus corresponding to three medium voltage supply lines 12 are provided.
  • PLC signals can be transmitted through one or more phases of the medium voltage supply lines since the different phases are electrically isolated from each other.
  • the device according to the invention is not only used for coupling signals to a medium-voltage line, but equally as well
  • Fig. 1 further shows a signal transmission or signal receiving unit 11, which is also referred to as a modem.
  • the modem 11 is arranged inside the transformer station 17, but outside the medium voltage cell 18. Via lines 13a, 13b, the modem 11 is connected to a coupler 15.
  • the coupler 15 is made of ferromagnetic material, preferably of amorphous or nanocrystalline, ferromagnetic material and may consist of two parts in the assembled state like a ring, that is ring-shaped, the medium voltage supply line 12 engage around.
  • the medium voltage supply line 12 may be provided for this purpose usually also with an insulating sheath.
  • the lines 13a, 13b form a coupling loop 14 around the coupler 15, so that alternating voltage signals generated by the modem 11 are inductively coupled to the medium voltage supply line 12 via the coupler 15. Similarly, signals located on the medium voltage supply line 12 may be coupled out via the coupler 15 and transmitted to the modem 11 for further processing.
  • PLC powerline communication
  • the conduction path of the leads 13a, 13b between modem 11 and coupler 15 in prior art devices is typically several meters, for example five meters. Even with optimal design of the coupler 15 made of high quality materials, the improvement of the transmission properties of the coupler 15 seems possible.
  • an active electronic component in the immediate vicinity of the coupler 15 is provided for this purpose, which is designated in Fig. 1 with 16.
  • the component 16 forms, together with the coupler 15, the device 10, which can advantageously also be arranged within a common housing 19.
  • the supply lines 13a, 13b can then, as shown later in FIG. 10, also be connectable via a plug connection 33 to the housing 19, for which purpose the housing 19 has a BNC socket, for example.
  • the active device 16 is disposed in close proximity to the coupler 15.
  • the distance between the active electronic component 16 and the coupler 15 is typically about 2 to 3 cm. Accordingly short is the conduction path between the component 16 and coupler 15th
  • Fig. 2 shows an embodiment of the device 10, in a respect to FIG. 1 slightly modified, schematic representation. From this, now the internal structure of the active electronic component 16 can be seen.
  • the component 16 has on the input side an impedance converter 20, which represents in the conduction path between the component 16 and the modem 11 in the transmission mode of the modem 11, the first unit, hit by the modem 11 emitted signals.
  • the impedance converter 20 serves to adapt the largely constant output impedance of the modem, for example, 50 ohms to the network-side, that is, voltage supply line side, frequency-dependent impedance.
  • the impedance converter 20 is connected via a line 24 to the input of an amplifier 21.
  • the amplifier 21 is the component requiring its own operating voltage or supply voltage.
  • the active electronic component 16 therefore always has an amplifier 21.
  • the amplifier 21 is connected via a line 25 to a voltage protection device 22, which can also be designated as a transient protection device.
  • a voltage protection device 22 which can also be designated as a transient protection device.
  • Voltage protection device 22 is only optional provided. It is connected as shown in FIG. 2 via a line 26 to the coupler 15 and forms in the immediate vicinity of the coupler 15, the Ankoppelschleife 14 of FIG.
  • the transient protection device 22 ensures that no damage to the electronic components of the electronic active component 16 can be caused in the case of overvoltages, such as those caused by lightning strikes or the like.
  • the output of the amplifier 21 is connected via a line 27 with the
  • Fig. 2 shows only a schematic, block diagram-like representation. The required second
  • the amplifier 21 forms together with the feedback unit
  • FIG. 3 shows a block diagram representation of a further exemplary embodiment of the device 10 according to the invention, in which the voltage protection device 22 is connected via a line 32 to a second input of the feedback unit 23.
  • Switch 30 is arranged.
  • a further switching element 31 is located on the output side of the amplifier 21 immediately before the voltage protection device 22.
  • the two switches 30, 31 are shown in FIG. 3 in a switch position in which signals are routed from the modem 11 to the voltage supply line 12 located on the right side of the voltage protection device 22 with respect to FIG. 3.
  • Fig. 4 shows the embodiment of FIG. 3 in a different operating situation in which the switches 30 and 31 occupy other switch positions.
  • the only indicated in Fig. 4 coupler 15 is now connected via a line 34 of the device 16 to the input of the impedance converter 20.
  • the output of the amplifier 21 is now connected via a line 35 of the device 16 to the only indicated in Fig. 4 modem 11.
  • 4 thus shows a switch position of the switches 30, 31, which corresponds to a receive operation of the modem 11.
  • the modem 11 reads in this switch position on the power supply line 12 located signals and receives them.
  • FIG. 5 shows the exemplary embodiment of FIGS. 3 and 4 in an operating state in which the active electronic component 16 has failed, for example because of a malfunction, or should not be operated for other reasons.
  • the switches 30 and 31 are in a switch position in which the coupler 15 is connected via the line 35 directly to the modem 11.
  • the active electronic component 16 is bridged in this way and is cut off from the signal transmission path. This switch position of the active electronic component 16 corresponds to a situation comparable to the device of the prior art, in which the electronic active component 16 was not present.
  • Fig. 6 shows in detail, schematically, the block diagram of a
  • Impedance converter 20 in a passive version, that is with a Circuit that works without an operating voltage. It should be noted that, contrary to the preceding drawing now a 4-PoI representation is selected.
  • the impedance converter On the input side, the impedance converter via the lines 13 a and
  • the impedance converter 20 is connected via the lines 24a and 24b to the amplifier 21, not shown in FIG.
  • the impedance converter 20 itself has three resistors 36a, 36b and
  • T-network circuit T-filter
  • impedance changes may occur, for example, because the impedance of the power supply network is highly frequency dependent, can be achieved due to the choice of the size of the resistors 36a, 36b, 36c that the input impedance of the amplifier 21 is almost constant is held.
  • Fig. 7 shows an alternative embodiment of the impedance converter
  • an operating voltage VB is required.
  • Fig. 7 shows a transistor 37, the base 38 is supplied with the control voltage VB and the emitter 39 via a throttle
  • Collector 42 of transistor 37 is connected via two inductors 40b and 40c to a control voltage VC, being midway between the inductors
  • 40b, 40a leads a tap via a capacitor 41b and via the output line 24a to the amplifier 21.
  • a line section 43 engages, which connects to the feed line 13b via a resistor 44a and a throttle 40d.
  • the active impedance converter 20 according to FIG. 7 also ensures an impedance matching between the modem 11 and the input side of the amplifier 21 independently of the changing network impedance.
  • FIG. 8 shows, in a schematic, block diagram-like illustration, a first exemplary embodiment of an amplifier 21, which according to FIG. 8 serves as a counter-coupled power amplifier, specifically as
  • Broadband push-pull amplifier is formed.
  • the amplifier 21 has on the input side the supply lines 24a, 24b, which are correspondingly connected to the output of the impedance converter 20, for example according to FIGS. 6 and 7.
  • the output lines 25a and 25b lead, as is apparent, for example, from the overall view according to FIG. 2, to the voltage protection device 22 or to the feedback unit likewise not shown in FIG 23. Feed lines 28a and 28b from the feedback unit 23 also arrive on the input side of the amplifier 21.
  • the lead 24a first encounters a capacitor 41c connected to a primary winding 46a of a first transformer 45a. Its secondary winding 46b is connected to the lines 28a and 28b of the feedback unit 23.
  • the secondary winding 46b also acts as a primary winding for a second transformer 45b whose secondary winding 46c is fed approximately centrally with a control voltage VBB and which is connected to the base 38a of a first transistor 27a and to the base 38b of a second transistor 37b.
  • the transistor 37a is connected across its collector 42a to a primary winding 46d of a third transformer 45c and the second transistor 37b is connected via its collector terminal 42b to the second primary winding 46e of the third transformer 45c.
  • Operating voltages VCC and VBB supply the transistors 37a, 37b with operating voltage and symmetrize via a terminal centrally between the primary windings 46d and 46e the voltages in the primary windings.
  • the secondary winding 46f of the third transformer 45c is connected to the output lines 25a and 25b.
  • the two line branches 47a, 47b with the two transistors 37a and 37b provide a push-pull timing, which allows a particularly balanced signal amplification.
  • FIG. 8 illustrates the signal path according to FIG. 8 from FIG.
  • FIG. 9 shows in a detailed, schematic representation in the manner of a block diagram of the negative feedback unit or feedback unit 23, now in a 3-pole representation.
  • the feedback unit 23 is connected on the input side via the line 27 to the output of the amplifier 21, not shown in FIG. 9. Another input of the feedback unit 23 is connected via the line 32 to the transient protection device 22.
  • the feedback unit 23 is connected via the line 28 to the input side of the amplifier 21.
  • the feedback unit 23 comprises a ⁇ -controller 48, on the input side of a phase detector unit 49 is arranged upstream.
  • Phase detector unit 49 is connected on the one hand to the connecting line 27 and on the other hand via a second input to the input line 32.
  • the ⁇ -controller 48 controls via control lines 50a, 50b
  • Amplitude gear network 51 and an associated phase shifter network 52 The negative feedback network 23 is actively formed in this embodiment, wherein over the operating voltage requiring ⁇ -controller 48, an automatic control, that is adaptation, to different operating situations, can be done. The control of the amplitude response and the control of the phase shift can be done automatically by the ⁇ -controller 48.
  • the medium voltage line 12 via a switch, not shown, which is usually in the range of Medium voltage cell 18 is open, for example, when a network switch is made, so the impedance ratios in the region of the medium voltage cell 18 can change dramatically.
  • the arrangement of a ⁇ -controller 48 allows the desired automatic adjustment.
  • FIG. 10 shows a schematic block diagram-like overall view of a further exemplary embodiment of the device 10 according to the invention.
  • FIG. 10 shows a modem 11 whose connection line can be connected to the active electronic component 16 via a plug connection 33. This can be connected via lines 25a, 25b to the transient protection device 22, which comprises two zener diodes and thus represents an effective protection against overvoltages.
  • the Ankoppelschleife 14 engages the ring coupler 15 in half a winding.
  • the electronic component 16 comprises an impedance converter 20, which corresponds identically to the embodiment according to FIG. 6.
  • the amplifier 21, which together with the feedback unit 23 forms the device 29 for phase-equalization, is formed slightly differently.
  • two line branches 47a, 47b are provided with two transistors 37a, 37b, which lead to a differential clocking.
  • a centering circuit 55 connects the two emitters of the transistors 37a, 37b with an operating voltage VCC and at the same time also centers the primary windings 46d and 46e of a transformer 45c whose secondary winding 46f is connected to the output lines 25a and 25b.
  • a number of elements of the circuit of the amplifier 21 of FIG. 8 have therefore been adopted.
  • the input side of the amplifier 21 is formed, since now only one transformer 45d is provided, which has two primary windings 46g and 46h.
  • the primary winding 46g is connected to the lead 24a coming from the impedance converter 20, and the primary winding 46h is connected to the output lead 28a of the negative feedback unit 23.
  • the secondary windings 46i and 46j of the transformer 45d are connected to the transistors 37a and 37b via the line branches 47a and 47b.
  • the centering circuit 55 leads from the emitters a voltage back to the line branch, which supplies the line branches 47a and 47b with voltage. This is a power stabilization is made, which prevents overheating of the transistors.
  • the active or passive impedance transformer unit 20 ensures an adaptation of the constant low impedance of the output side of the modem 11 to the frequency-dependent, network-dependent, ie voltage-supply-line-side impedance dependent on the individual geometries and structural designs of the medium-voltage cell 18.
  • the modem 11 acts as a signal transmission unit and couples signals to the power supply line 12
  • the situation is indicated in Fig. 4, in which the modem 11 acts as a signal receiving unit.
  • the voltage supply line 12 is connected via the transient protection device 22 and the line 34 to the input side of the impedance converter 20, which is connected via a line 24 to the input side of the amplifier 21.
  • the output side of the amplifier 21 is connected via the line 35 to the modem 11, wherein the phase-response equalization takes place in the same manner as described above.
  • Impedance matching such that the impedance converter is arranged in the signal path in front of the amplifier 21.
  • circuit elements of the different embodiments can be combined. That's how it works
  • corresponding switches 30, 31 and corresponding line sections 34, 35 can of course also be provided in the exemplary embodiment of FIG. 10.

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Abstract

Beschrieben und dargestellt ist eine Vorrichtung (10) zur Ankopplung einer Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) an eine Mittel¬ oder Hochspannungsversorgungsleitung (12) mittels eines Kopplers (15), insbesondere mittels eines induktiven Kopplers, zur Übertragung elektrischer Signale über die Spannungsversorgungsleitung, wobei die Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit von dem Koppler beabstandet angeordnet ist. Die Besonderheit besteht darin, dass im Leitungsweg zwischen der Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) und dem Koppler (15), in unmittelbarer Nähe des Kopplers, ein aktives elektronisches Bauelement (16) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zur Ankopplung einer Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit an eine Spannungsversomungsleitunα
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ankopplung einer
Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit an eine
Spannungsversorgungsleitung mittels eines Kopplers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung der Anmelderin ist aus der DE 102 46 261
A1 der Anmelderin bekannt.
Die bekannte Vorrichtung verwendet als Koppler einen induktiven Koppler in Form eines im Wesentlichen ringförmigen Elementes, welches aus ferromagnetischem, und zwar gemäß dem Stand der Technik aus amorphem oder nanokristallinem, ferromagnetischen Material besteht. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen, die einen derartigen Koppler verwenden. Sie betrifft aber auch Vorrichtungen, bei denen der Koppler von einem anderen ferromagnetischen Material gebildet ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auch auf Vorrichtungen, die kapazitive Koppler verwenden.
Die Signalsende- oder Signalempfangseinheit wird gemeinhin auch als Modem bezeichnet, wobei dieser Begriff im folgenden identisch zu dem Begriff Signalsende- oder Signalempfangseinheit verwendet wird. Ein Modem kann Daten in Form elektrischer Signale mittels des Kopplers auf die Spannungsversorgungsleitung aufspielen, d.h. auf diese Leitung aufkoppeln und gleichermaßen auf der Spannungsversorgungsleitung befindliche Signale von dieser Leitung entkoppeln. Vorzugsweise bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ankopplung eines Modems an eine Spannungsversorgungsleitung, die in der Lage ist, bidirektional Signale zu übermitteln. Der Begriff „Ankopplung" jm Sinne der vorliegenden Patentanmeldung soll dabei beide möglichen Signalleitungsrichtungen umfassen.
Die Übertragung von Daten über Spannungs- oder
Stromversorgungsleitungen zwischen Modems wird auch als Powerline Communication (PLC) bezeichnet. Um hohe PLC-Übertragungsraten zu erzielen, sind eine Reihe von Signalmodulationsverfahren bekannt. Wichtig ist dabei, dass Daten in einem breitbandigen Frequenzbereich übertragen werden, da die Bandbreite mit ein Maß für die Menge an Informationen ist, die pro Zeiteinheit auf die Spannungsversorgungsleitung gekoppelt werden kann.
Die eingangs erwähnte Vorrichtung des Standes der Technik hat sich bereits in vielfacher Hinsicht im Einsatz bewährt. Es besteht allerdings das Bedürfnis, die Übertragungseigenschaften der bekannten Vorrichtung weiter zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die bekannte Vorrichtung derartig weiterzubilden, dass mit ihr eine verbesserte Datenübertragung möglich wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 , insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Leitungsweg zwischen der Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit und dem Koppler, in unmittelbarer Nähe des Kopplers, ein aktives elektronisches Bauelement angeordnet ist.
Das Prinzip der Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, dem
Koppler in dessen unmittelbarer Nähe ein aktives elektronisches Bauelement zuzuordnen. Hierzu ist anzumerken, dass das Modem typischerweise relativ weit von dem Koppler beabstandet angeordnet ist, so dass die vom Modem zum Koppler oder in die umgekehrte Richtung zu übermittelnden Signale einen Leitungsweg von mehreren Metern, typischerweise von fünf Metern oder mehr, zurücklegen müssen.
Die geometrische Situation der Leitungswege ist beispielsweise im Falle einer als Mittelspannungsleitung ausgebildeten Spannungsversorgungsleitung dadurch bedingt, dass in einer Transformatorstation eine Mittelspannungszelle angeordnet ist, die baulich von dem Rest der Transformatorstation in gewisser Weise getrennt ist und innerhalb der aus Sicherheitsgründen bzw. aus Zugänglichkeitsgründen kein Modem angeordnet werden darf. Das Modem selbst ist daher immer außerhalb der Mittelspannungszelle aber innerhalb der Transformatorstation in einem Niederspannungsbereich, der ohne Probleme zugänglich ist, angeordnet.
Eine Mittelspannungszelie oder Mittelspannungsschaltanlage umfasst üblicherweise eine Sammelschiene und Trenneinrichtungen, insbesondere Lasttrenner, Sicherungslasttrenner und Leitungsschalter. Je nach baulicher Ausführung der Mittelspannungszelle differieren die Impedanzen, die der Koppler bzw. das Modem sieht, vor Ort erheblich. Messungen der Anmelderin haben ergeben, dass je nachdem, ob es sich um luftisolierte, luft-feststoffisolierte bzw. SF6-Schaltanlagen handelt und ob Spannungsindikatoren vorgesehen sind oder nicht, völlig unterschiedliche Impedanzwerte gemessen werden. Des Weiteren sind die für den Koppler bzw. für das Modem maßgeblichen, das heißt effektiven Impedanzen der Mittelspannungsanlage bzw. des Spannungsversorgungsnetzes auch in starkem Maße frequenzabhängig und können dynamisch, beispielsweise zwischen 5 und 200 Ohm variieren. Dies ist insbesondere dann ungünstig, wenn ständig viele Frequenzen verwendet werden, das heißt insbesondere wenn breitbandige Signale übertragen werden sollen.
Eine Anpassung der Impedanzen, beispielsweise durch Anordnung einer Funktionseinheit in unmittelbarer Nähe des Modems, bietet dabei, wie die Erfindung erkennt, eine Reihe von Nachteilen, da infolge des langen Leitungsweges zwischen Modem und Koppler von mehreren
Metern die Leitungsimpedanzen berücksichtigt werden müssen.
Stattdessen stellt es sich erfindungsgemäß sehr viel effektiver dar, das aktive elektronische Bauelement in unmittelbarer Nähe des Kopplers anzuordnen.
Das aktive elektronische Bauelement ist zur Verbesserung der Datenübertragungseigenschaften des Kopplers vorgesehen und bietet die Möglichkeit, die konstante Impedanz des Modems, beispielsweise in der Größenordnung von 50 Ohm an, die variable Impedanz der Mittelspannungsschaltanlage, die abhängig von der Bauart der Mittelspannungsschaltanlage ist und die auch frequenzabhängig ist, anzupassen. Die Anpassung kann dabei vorteilhafterweise auch automatisch erfolgen.
Während eine alternative Impedanz-Anpassung vor Ort durch manuelles Messen und das entsprechende manuelle Zuschalten von elektronischen Bauteilen, wie Widerständen, möglich ist, kann durch Vorsehung eines aktiven elektronischen Bauelementes die Impedanzanpassung der Ausgangsseite des Modems an die Netzimpedanz des Spannungsversorgungsnetzes automatisch, das heißt ohne das Erfordernis eines manuellen Eingriffs, z.B. gesteuert durch einen μ-Controller, erfolgen. Des Weiteren stellt das aktive elektronische Bauelement die Möglichkeit bereit, den Phasengang der Signale zu entzerren, was beispielsweise mittels einer Rückkopplung zu einem Verstärker möglich ist. Damit kann eine breitbandig wirkende Anpassung des Modems an die Impedanz der Mittelspannungszelle erfolgen und zugleich eine gezielte Bedämpfung von Resonanzerscheinungen erreicht werden. Unzulänglichkeiten des Frequenzganges, insbesondere in einem Frequenzbereich zwischen 1 und 70 MHz, konnten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nahezu vollständig kompensiert werden.
Außerdem besteht nunmehr die Möglichkeit, den Koppler selbst mit einem ferromag netischen Kern schwächerer Dimensionierung auszubilden, wodurch Materialeinsparungen, bei zugleich gesteigerter Kapazität der Übertragung, von 50 bis 70 % möglich werden. Auch konnten EMV-(elektromagnetische Verträglichkeit) Grenzwerte ohne Weiteres eingehalten werden, da mit einer insgesamt recht geringen Leistung die Signale auf die Spannungsversorgungsleitung aufgekoppelt werden konnten.
Die zuvor beschriebene Erzielung einer Impedanzanpassung und einer Phasengangentzerrung ist im Sinne der Erfindung nur möglich, wenn das Bauelement in unmittelbarer Nähe des Kopplers angeordnet ist. Eine typische, in Betracht zu ziehende Leitungslänge zwischen dem aktiven elektronischen Bauelement und dem Koppier beträgt beispielsweise 2 bis 3 cm. Leitungswege von mehreren Metern kommen aufgrund einer dann entstehenden Annäherung der Leitungslängen an die für den maßgeblichen Frequenzbereich relevanten Wellenlängen nicht in Betracht, da hier Resonanzerscheinungen und große Wellenwiderstände eine Rolle spielen. Die gewünschten technischen Effekte können daher nicht erreicht werden, wenn das aktive elektronische Bauelement weit entfernt von dem Koppler und z.B. in der Nähe des Modems angeordnet ist.
Die Leitungswege zwischen dem Modem und dem Koppler sind bei Vorrichtungen des Standes der Technik typischerweise relativ lang, mindestens 3 m. Dementsprechend soll das Bauelement von dem Modem beabstandet, möglichst nahe an dem Koppler angeordnet sein. Theoretisch denkbar sind bei schmalbandigen Übertragungsraten in einem bestimmten Frequenzbereich auch noch Maximalabstände des Bauelementes zu dem Koppler von 1 m, in ungünstigen Ausgangssituationen auch noch von 1 ,5 m. Bevorzugt wird jedoch die unmittelbar benachbarte Anordnung des Bauelementes an dem Koppler vorgenommen, so dass tatsächlich nur wenige cm Leitungsweg vorgesehen sind.
Das aktive elektronische Bauelement umfasst weiter vorzugsweise einen Verstärker, so dass ausgangsseitig hinter dem Verstärker ein möglichst kurzer Leitungsweg zum Koppler besteht. Dadurch kann der Verstärker unmittelbar in das Spannungsversorgungsnetz einpegeln.
Als aktives elektronisches Bauelement wird ein solches Element bezeichnet, welches im Gegensatz zu einem passiven elektronischen
Bauelement eine eigene Versorgungsspannung benötigt. Die
Leistungsaufnahme des aktiven elektronischen Bauelementes beträgt dabei vorzugsweise nur wenige Watt, beispielsweise 3 Watt.
Das aktive elektronische Bauelement kann unterschiedliche
Baueinheiten oder Funktionseinheiten besitzen. Hierfür kommen passive und aktive Funktionseinheiten in Betracht. Wesentlich ist, dass das Bauelement wenigstens eine aktive Baueinheit, z.B. einen Verstärker, besitzt, die zum Betrieb einer Versorgungsspannung benötigt. Damit können die gewünschten technischen Effekte in optimaler Weise erreicht werden.
Die Erfindung umfasst selbstverständlich auch solche Vorrichtungen, bei denen in unmittelbarer Nähe des Kopplers mehrere aktive elektronische Bauelemente angeordnet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Bauelement einen Impedanzwandler auf. Dies ermöglicht eine dem Modem im Falle einer Datenübertragung vom Modem auf die Spannungsversorgungsleitung zugewandte konstante Impedanz.
Der Impedanzwandler kann als passive Schaltung ausgebildet sein und Teil des aktiven elektronischen Bauelementes sein. Vorteilhafterweise ist dem aktiven elektronischen Bauelement auch ein Verstärker zugeordnet, wobei der Impedanzwandler im Leitungsweg vom Modem zur Spannungsversorgungsleitung vor dem Verstärker angeordnet ist. Der Impedanzwandler kann dabei auch für eine im Wesentlichen konstante Eingangsimpedanz des Verstärkers sorgen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Bauelement eine Einrichtung zur Phasengangentzerrung auf. Dies ermöglicht insbesondere bei phasenrelevanten Modulationsverfahren, beispielsweise bei dem OFDM (Orthogonal frequency division modulation)-Verfahren eine Dämpfung, Glättung oder Vergleichmäßigung des Phasenganges, insbesondere falls Phasensprünge auftreten. Das OFDM-Verfahren sieht eine Vielzahl eng benachbarter Trägerfrequenzen vor, die eine Orthogonalität der Phasen bedingen. In einem Leitungsnetzwerk können sich aber ohne weiteres Schwingkreise bilden, so dass Resonanzen auftreten, wenn Phasensprünge vorkommen. Bei der Vorrichtung des Standes der Technik entstehen daher durchaus problematische Frequenzgänge. Die Einrichtung zur
Phasengangentzerrung kann dem entgegen wirken und die Phasengänge entzerren. Möglich wird dies z.B. durch eine Rückkopplung eines Ausgangssignales des Verstärkers zu einem Eingang eines Verstärkers. Dies führt überraschenderweise zu einer Resonanzdämpfung, wobei eine automatische Anpassung an den Phasenverlauf erfolgt.
Als phasenrelevantes Modulationsverfahren wird dabei jedes Signalübertragungsverfahren bezeichnet, bei dem neben den Amplituden auch die Phasen der Signale eine Rolle spielen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 4.
Diese Erfindung geht ebenfalls aus von der eingangs erwähnten
Vorrichtung des Standes der Technik.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, die bekannte Vorrichtung derartig weiterzubilden, dass mit ihr eine verbesserte Datenübertragung möglich wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 4, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Leitungsweg zwischen der Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit und dem Koppler, in unmittelbarer Nähe des Kopplers, ein aktives elektronisches Bauelement angeordnet ist, das einen Impedanzwandler und eine Einrichtung zur Phasengangentzerrung aufweist.
Das Prinzip der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass ein aktives elektronisches Bauelement mit einem Impedanzwandler und einer Einrichtung zur Phasengangentzerrung unmittelbar benachbart des Kopplers angeordnet ist. Impedanzanpassungsprobleme und Phasensprünge, die auch aufgrund der langen Leitungswege zwischen Modem und Koppler bei der Vorrichtung des Standes der Technik die Übertragungseigenschaften nachteilig beeinflussen, können damit vermieden werden.
Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die zuvor geschilderten Merkmale und deren Würdigung, auch zum Zwecke der Bezugnahme, verwiesen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindungen ist der Impedanzwandler von einer passiven Schaltung gebildet. Dies berücksichtigt, dass beispielsweise unter Verwendung eines Abschwächers (T-Netzwerk) die Funktion einer Impedanzwandlung auch von einer keine Betriebsspannung benötigenden Funktionseinheit erfüllt werden kann. Als Impedanzwandler kommt beispielsweise ein Anpassübertrager (Balun), im einfachsten Falle ein Transformator, oder alternativ ein Pi-Filter, der auch unter dem Namen Collins-Filter bekannt ist, in Betracht.
Alternativ kann der Impedanzwandler auch von einer aktiven Schaltung gebildet sein. Hierzu kann beispielsweise ein Transistor als Bestandteil der Schaltung verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung zur Phasengangentzerrung einen Verstärker auf. Damit wird deutlich, dass die Einrichtung als Bestandteil des elektronischen Bauelementes eine Betriebsspannung benötigt. Ein Verstärker bietet die Möglichkeit einer besonders einfachen Schaltung und Bauweise zu einer Erzielung der Phasengangentzerrung, da der Verstärker mit einem Rückkopplungszweig versehen sein kann. Der Rückkopplungszweig verbindet den Ausgang des Verstärkers mit seinem Eingang, so dass ein Loop oder eine Schleife entsteht. Hierdurch kann der Phasengang auf einfache Weise entzerrt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verstärker rückgekoppelt oder gegengekoppelt. Damit wird die Phasengangentzerrung auf besonders einfache Weise erreicht. Der Begriff „Rückkopplung" wird im Folgenden austauschbar zu dem Begriff „Gegenkopplung" verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur
Gegenkopplung des Verstärkers eine Gegenkopplungseinheit vorgesehen. Diese kann beispielsweise eingangsseitig mit einem Ausgang des Verstärkers und ausgangsseitig mit einem Eingang des Verstärkers verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Verstärker wenigstens einen Transistor auf. Dies ermöglicht die Verwendung herkömmlicher, preiswerter und dauerhaft funktionierender Komponenten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Bauelement höchstens 1 m von dem Koppler entfernt angeordnet. Dies berücksichtigt die möglicherweise auftretenden Resonanzen bei den sich aus dem Frequenzübertragungsbereich errechnenden Wellenlängen. Die Entfernung von 1 m ist unter normalen Umständen zu weit, aber unter besonderen Umständen, nämlich dann, wenn lediglich schmalbandige Frequenzbereiche kleinerer Frequenzen übertragen werden sollen, noch tolerierbar. Schließlich ist in ganz extremen Fällen auch ein Abstand von bis zu 1 ,5 m zwischen dem Bauelement und dem Koppler vorstellbar. Diese Extremsituationen, die noch als zu der Erfindung gehörig angesehen werden sollen, stellen allerdings verschlechterte Ausführungsbeispiele dar. Sie sind allerdings immer noch vertretbar, wenn der Abstand zwischen dem Koppler und dem Modem viele Meter beträgt und nur spezielle Frequenzbereiche für die Signalübertragung herangezogen werden sollen.
Je breiter der zur Signalübertragung verwendete Frequenzbereich sein soll und je höher die mit beteiligten Frequenzen sind, um so näher muss das aktive Bauelement an dem Koppler angeordnet sein.
Weiter vorzugsweise ist das aktive elektronische Bauelement näher als 5 cm an dem Koppler angeordnet. Vorzugsweise werden Leitungswege von etwa 2 bis 3 cm Entfernung zwischen dem aktiven elektronischen Bauelement und dem Koppler vorgesehen. Nur bei derartig kurzen Leitungswegen von wenigen cm, insbesondere von weniger als 10 cm, sind die Vorteile des aktiven elektronischen Bauelementes im gesamten Maße nutzbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der
Koppler ein Gehäuse auf, wobei das Bauelement dem Gehäuse zugeordnet ist. Das aktive elektronische Bauelement ist somit fest relativ zu dem Gehäuse angeordnet, und befindet sich unmittelbar nahe am Gehäuse. Damit wird eine handhabbare Baueinheit geschaffen, die das Bauelement und den Koppler umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das
Bauelement innerhalb des Gehäuses angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform, die berücksichtigt, dass das aktive elektronische Bauelement nur sehr geringe Dimensionen aufweist. Ein gemeinsames Gehäuse für den Koppler und das Bauelement erleichtert die Handhabung. Vorzugsweise ist dem Gehäuse auch eine Steckverbindereinheit zugeordnet, die einen kabelseitigen Anschluss für das Modem ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Koppler ein induktiver Koppler. Dies ermöglicht eine hohe Qualität der Datenübertragung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Koppler ein ringförmiges, die Spannungsversorgungsleitung umgreifendes
Element aus ferromagnetischem Material. Dieses ist beispielsweise aus zwei Schellenteilen bestehend, wie in der eingangs erwähnten Anmeldung des Standes der Technik geschildert, an der
Spannungsversorgungsleitung befestigbar, und kann im montierten Zustand eine insbesondere mit einer Isolierumhüllung versehene
Spannungsversorgungsleitung umgreifen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Bauelement über einen Schalter mit der Signalsende- und /oder Signalempfangseinheit verbunden. Ein weiterer Schalter kann das Bauelement unmittelbar oder mittelbar mit dem Koppler verbinden. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht unterschiedliche Schalterstellungen, die z.B. eine Einstellung der Richtung der Signalübertragung ermöglichen, je nachdem ob die Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit im Sendbetrieb oder im Empfangsbetrieb arbeitet.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen sowie an Hand der nun folgenden Beschreibung mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Darin zeigen: Fig. 1 in einer sehr schematischen blockschaltbildartigen Ansicht eine
Spannungsversorgungsleitung und ein Modem, welches über eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem aktiven, elektronischen
Bauelement und einem Koppler Signale an die Spannungsversorgungsleitung ankoppeln kann,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen, blockschaltbildartigen Darstellung,
Fig. 3 in einem schematischen Blockschaltbild ein weiteres
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
Schalter aufweist, die sich in einer Schalterstellung befinden, die einer Signalübertragung von dem Modem zur Spannungsversorgungsleitung entspricht,
Fig. 4 das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 in einer geänderten Schalterstellung, die eine Signalübertragung von der Spannungsversorgungsleitung zu dem Modem zulässt,
Fig. 5 das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 in einer weiteren Schalterstellung, die bei Funktionsausfall des aktiven Bauelementes eingenommen werden kann,
Fig. 6 in einer detaillierten, schematischen Blockschaltbild-Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Impedanzwandlers als Bestandteil eines aktiven Bauelementes, . wobei der Impedanzwandler passiv als T-Netzwerk ausgebildet ist,
Fig. 7 in einer schematischen blockschaltbildartigen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines Impedanzwandlers als Bestandteil des aktiven Bauelementes, wobei der Impedanzwandler als aktive Funktionseinheit in Form eines X-gegengekoppelten Breitbandverstärkers ausgebildet ist,
Fig. 8 in einer schematischen Blockschaltbild-Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines gegengekoppelten
Leistungsverstärkers in 6-Pol-DarsteIlung, der als Breitband- Gegentaktverstärker ausgebildet ist,
Fig. 9 in einer schematischen, blockschaltbildartigen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer als adaptives Gegenkopplungsnetzwerk ausgebildeten Gegenkopplungseinheit, und
Fig. 10 in einer schematischen, zum Teil blockschaltbildartigen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen aktiven elektronischen Bauelementes in der Nähe eines schematisch in perspektivischer Ansicht angedeuteten Kopplers.
Die in ihrer Gesamtheit in den Figuren mit 10 bezeichnete Vorrichtung soll hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Funktionsweise und hinsichtlich ihres Einsatzortes zunächst anhand der Fig. 1 beschrieben werden. Vorausgeschickt sei angemerkt, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Figurenbeschreibung der Übersichtlichkeit halber gleiche Bezugszeichen für gleiche oder vergleichbare Teile oder Elemente verwendet werden, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben.
Fig. 1 zeigt eine Spannungsversorgungsleitung 12, die beispielsweise als Mittelspannungsversorgungsleitung ausgebildet ist und somit eine Wechselspannung von etwa 20 kV überträgt. Innerhalb einer schematisch mit dem Bezugszeichen 17 angedeuteten Transformatorstation, wird die Mittelspannung beispielsweise auf Niederspannung von ca. 400 V bzw. 240 V niedertransformatiert. Derartige Transformatorstationen oder Ortsnetz-Transformatorstationen sind in einer großen Zahl in Spannungsversorgungsnetzen vorhanden.
Innerhalb der Transformatorstation befindet sich eine Mittelspannungszelle, die in Fig. 1 mit 18 bezeichnet ist. Die Mittelspannungszelle umfasst denjenigen Bereich einer Transformatorstation, der nur von entsprechend ausgebildeten und qualifizierten Personen betreten werden darf, da dort Mittelspannung herrscht, bzw. da dort Mittelspannung tragende, elektrisch leitende Bauteile angeordnet sind. In der Mittelspannungszelle 18 sind beispielsweise eine Sammelschiene und diverse Einrichtungen, wie Lasttrennschalter, Sicherungsschalter und dgl. angeordnet.
Fig. 1 und die übrigen Figuren zeigen lediglich eine Phase einer Mittelspannungsversorgungsleitung 12, wobei dem Fachmann jedoch deutlich ist, dass üblicherweise drei unterschiedliche Phasen und damit entsprechend drei Mittelspannungsversorgungsleitungen 12 vorgesehen sind. Demzufolge können PLC-Signale über eine oder mehrere Phasen der Mittelspannungsversorgungsleitungen übertragen werden, da die unterschiedlichen Phasen elektrisch voneinander getrennt sind.
Des Weiteren wird dem Fachmann deutlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur zur Ankopplung von Signalen an eine Mittelspannungsleitung, sondern gleichermaßen auch an
Hochspannungsleitungen im Bereich von 110, 220 oder 380 kV sowie gleichermaßen an Niederspannungsleitungen dienen kann. Dem Fachmann ist auch ersichtlich, dass Mittelspannungsleitungen verschiedene Ortsnetztransformatorstationen typischerweise miteinander verbinden. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaues eines Spannungsversorgungsnetzes wird beispielsweise auf die deutsche Patentanmeldung DE 100 41 567 A1 der Anmelderin verwiesen, deren Inhalt hiermit in den Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung mit eingeschlossen wird.
Fig. 1 zeigt des Weiteren eine Signalsende- oder Signalempfangseinheit 11 , die auch als Modem bezeichnet wird. Das Modem 11 ist innerhalb der Transformatorstation 17, allerdings außerhalb der Mittelspannungszelle 18 angeordnet. Über Leitungen 13a, 13b ist das Modem 11 mit einem Koppler 15 verbunden. Der Koppler 15 besteht aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus amorphem oder nanokristallinem, ferromagnetischen Material und kann aus zwei Teilen bestehen, die im zusammengebauten Zustand schellenartig, das heißt ringförmig, die Mittelspannungsversorgungsleitung 12 umgreifen. Die Mittelspannungsversorgungsleitung 12 kann hierzu üblicherweise auch mit einer Isolier-Umhüllung versehen sein.
Die Leitungen 13a, 13b bilden um den Koppler 15 herum eine Ankoppelschleife 14, so dass von dem Modem 11 erzeugte Wechselspannungssignale über den Koppler 15 induktiv auf die Mittelspannungsversorgungsleitung 12 aufgekoppelt werden. Gleichermaßen können auf der Mittelspannungsversorgungsleitung 12 befindliche Signale über den Koppler 15 ausgekoppelt und zu dem Modem 11 zur weiteren Verarbeitung übertragen werden.
Signale können auf diese Weise über sehr große Distanzen über die Mittelspannungsversorgungsnetze übertragen werden, ohne dass es hierfür gesonderter Leitungen bedarf. Die Art der Datenübertragung wird als PLC- (powerline communication) Signalübertragung bezeichnet.
Aufgrund der räumlichen Ausdehnungen der Mittelspannungszelle 18 und aufgrund des Erfordernisses, das Modem 11 außerhalb der Mittelspannungszelle 18 anzuordnen, beträgt der Leitungsweg der Zuleitungen 13a, 13b zwischen Modem 11 und Koppler 15 bei Vorrichtungen des Standes der Technik typischerweise mehrere Meter, beispielsweise fünf Meter. Selbst bei optimaler Auslegung des Kopplers 15 aus hochwertigen Materialien erscheint die Verbesserung der Übertragungseigenschaften des Kopplers 15 möglich. Erfindungsgemäß ist hierzu ein aktives elektronisches Bauelement in unmittelbarer Nähe des Kopplers 15 vorgesehen, das in Fig. 1 mit 16 bezeichnet ist. Das Bauelement 16 bildet gemeinsam mit dem Koppler 15 die Vorrichtung 10 aus, die vorteilhafterweise auch innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 19 angeordnet sein kann. Die Zuleitungen 13a, 13b können dann, wie dies später Fig. 10 andeutet, auch über eine Steckverbindung 33 mit dem Gehäuse 19 verbindbar sein, wozu das Gehäuse 19 beispielsweise eine BNC-Steckbuchse aufweist.
Während der Leitungsweg der Leitungen 13a, 13b zwischen Modem 11 und Koppler 15 typischerweise mehrere Meter beträgt, ist das aktive Bauelement 16 in unmittelbarer Nähe zu dem Koppler 15 angeordnet. Der Abstand zwischen dem aktiven elektronischen Bauelement 16 und dem Koppler 15 beträgt typischerweise etwa 2 bis 3 cm. Dementsprechend kurz ist auch der Leitungsweg zwischen Bauelement 16 und Koppler 15.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10, in einer bezüglich Fig. 1 etwas geänderten, schematischen Darstellung. Hieraus ist nunmehr der innere Aufbau des aktiven elektronischen Bauelementes 16 ersichtlich. Das Bauelement 16 weist eingangsseitig einen Impedanzwandler 20 auf, der im Leitungsweg zwischen Bauelement 16 und Modem 11 im Sendebetrieb des Modems 11 die erste Baueinheit darstellt, auf die vom Modem 11 ausgesandte Signale treffen. Der Impedanzwandler 20 dient dazu, die weitgehend konstante Ausgangsimpedanz des Modems von beispielsweise 50 Ohm anzupassen an die netzseitige, das heißt spannungsversorgungsleitungsseitige, frequenzabhängige Impedanz.
Der Impedanzwandler 20 ist über eine Leitung 24 mit dem Eingang eines Verstärkers 21 verbunden. Der Verstärker 21 ist das eine eigene Betriebsspannung oder Versorgungsspannung benötigende Bauteil. Das aktive elektronische Bauelement 16 weist daher in jedem Falle einen Verstärker 21 auf.
Der Verstärker 21 ist über eine Leitung 25 mit einer Spannungsschutzeinrichtung 22 verbunden, die auch als Transientenschutzeinrichtung bezeichenbar ist. Die
Spannungsschutzeinrichtung 22 ist lediglich optional vorgesehen. Sie ist gemäß Fig. 2 über eine Leitung 26 mit dem Koppler 15 verbunden und bildet in unmittelbarer Nähe des Kopplers 15 die Ankoppelschleife 14 gemäß Fig. 1 aus. Die Transientenschutzeinrichtung 22 sorgt dafür, dass im Falle von Überspannungen, wie sie beispielsweise durch Blitzeinschlag od. dgl. verursacht werden können, keine Schädigungen der elektronischen Bauteile des elektronischen aktiven Bauelementes 16 hervorgerufen werden können.
Der Ausgang des Verstärkers 21 ist über eine Leitung 27 mit dem
Eingang einer Rückkopplungseinheit 23 verbunden. Der Ausgang der Rückkopplungseinheit 23 ist über eine Leitung 28 mit einem zweiten Eingang des Verstärkers 21 verbunden. Diese Elemente bilden einen Rückkopplungszweig.
Angemerkt sei, dass Fig. 2 lediglich eine schematische, blockschaltbildartige Darstellung zeigt. Die erforderliche zweite
Verbindungsleitung 13b, die zwischen dem Modem 11 und dem Koppler
15 zur Schließung des Stromkreises notwendig ist, ist aus Gründen der
Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Der Verstärker 21 bildet gemeinsam mit der Rückkopplungseinheit
23 eine Einrichtung 29 zur Phasengangentzerrung aus. Aufgrund der Rückkoppelschleife, die durch die Leitungen 27 und 28 und die Rückkopplungseinheit 23 gebildet wird, wird ein Ausgangssignal des Verstärkers 21 zu seinem Eingang zurückgeführt. Diese Rückkopplung kann in überraschender Weise zu einer Entzerrung des Phasenganges und damit zur Dämpfung von Phasensprüngen führen. Damit wird die Signalübertragung durch den Koppler 15 in einem sehr breiten Frequenzbereich, beispielsweise zwischen 1 und 70 MHz, deutlich verbessert.
Fig. 3 zeigt eine blockschaltbildartige Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, bei der die Spannungsschutzeinrichtung 22 über eine Leitung 32 mit einem zweiten Eingang der Rückkopplungseinheit 23 verbunden ist.
Außerdem ist zwischen der Impedanzwandlereinheit 20 und dem
Modem 11 , eingangsseitig am aktiven elektronischen Bauelement 16, ein
Schalter 30 angeordnet. Ein weiteres Schaltelement 31 befindet sich ausgangsseitig des Verstärkers 21 unmittelbar vor der Spannungsschutzeinrichtung 22. Die beiden Schalter 30, 31 befinden sich gemäß Fig. 3 in einer Schalterstellung, in der Signale von dem Modem 11 zu der sich bezüglich Fig. 3 rechtsseitig der Spannungsschutzeinrichtung 22 befindlichen Spannungsversorgungsleitung 12 geleitet werden.
Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in einer anderen Betriebssituation, bei der die Schalter 30 und 31 andere Schalterstellungen einnehmen. Der in Fig. 4 lediglich angedeutete Koppler 15 ist nunmehr über eine Leitung 34 des Bauelementes 16 mit dem Eingang des Impedanzwandlers 20 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 21 ist über eine Leitung 35 des Bauelementes 16 nunmehr mit dem in Fig. 4 lediglich angedeuteten Modem 11 verbunden. Fig. 4 zeigt somit eine Schalterstellung der Schalter 30, 31 , die einem Empfangsbetrieb des Modems 11 entspricht. Das Modem 11 liest in dieser Schalterstellung auf der Spannungsversorgungsleitung 12 befindliche Signale aus und empfängt diese.
Fig. 5 zeigt das Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 in einem Betriebszustand, in dem das aktive elektronische Bauelement 16, beispielsweise aufgrund einer Funktionsstörung, ausgefallen ist oder aus sonstigen Gründen nicht betrieben werden soll. Die Schalter 30 und 31 befinden sich in einer Schalterstellung, in der der Koppler 15 über die Leitung 35 unmittelbar mit dem Modem 11 verbunden ist. Das aktive elektronische Bauelement 16 ist auf diese Weise überbrückt und ist von dem Signalübertragungsweg abgeschnitten. Diese Schalterstellung des aktiven elektronischen Bauelementes 16 entspricht einer Situation vergleichbar mit der Vorrichtung des Standes der Technik, bei der das elektronische aktive Bauelement 16 nicht vorhanden war.
Fig. 6 zeigt im Detail, schematisch, das Blockschaltbild eines
Impedanzwandlers 20 in einer passiven Ausführung, das heißt mit einer Schaltung, die ohne eine Betriebsspannung auskommt. Angemerkt sei, dass entgegen der vorhergehenden Zeichnung nunmehr eine 4-PoI- Darstellung gewählt ist.
Eingangsseitig ist der Impedanzwandler über die Leitungen 13a und
13b mit dem in Fig. 6 nicht dargestellten Modem 1 1 verbunden. Ausgangsseitig ist der Impedanzwandler 20 über die Leitungen 24a und 24b mit dem in Fig. 6 nicht dargestellten Verstärker 21 verbunden.
Der Impedanzwandler 20 selbst weist drei Widerstände 36a, 36b und
36c auf, so dass eine T-Netzwerk-Schaltung (T-Filter) entsteht.
Während am Ausgang des in Fig. 6 nicht dargestellten Verstärkers 21 Impedanzänderungen auftreten können, beispielsweise weil die Impedanz des Spannungsversorgungsleitungsnetzes stark frequenzabhängig ist, kann aufgrund der Wahl der Größe der Widerstände 36a, 36b, 36c erreicht werden, dass die Eingangsimpedanz des Verstärkers 21 nahezu konstant gehalten wird.
Fig. 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Impedanzwandlers
20, der nunmehr als aktive Baueinheit, das heißt eine Betriebsspannung VB benötigend, ausgebildet ist. Die 4-Pol-Darstellung entspricht im Wesentlichen der Fig. 6. Die Beschreibung der Impedanzwandler 20 gemäß den Figuren 6 und 7, wonach bezüglich der Figuren jeweils linksseitig der Impedanzwandler das Modem 11 angeschlossen wird und sich jeweils rechtsseitig des Impedanzwandlers der Verstärker 21 befindet, berücksichtigt eine Signalleitung von dem Modem hin zur Spannungsversorgungsleitung 12. Für den Fall, dass durch Änderung der Schalterstellungen in eine Betriebsposition gemäß Fig. 4 ein umgekehrter Signalleitungsweg vorgesehen sein soll, befindet sich linksseitig des Impedanzwandlers 20 gemäß den Figuren 6 und 7 statt des Modems der Koppler 15.
Fig. 7 zeigt einen Transistor 37, dessen Basis 38 mit der Steuerspannung VB versorgt wird und deren Emitter 39 über eine Drossel
40a und einen Kondensator 41a mit der Leitung 13a verbunden ist. Der
Kollektor 42 des Transistors 37 ist über zwei Drosseln 40b und 40c mit einer Steuerspannung VC verbunden, wobei mittig zwischen den Drosseln
40b, 40a ein Abgriff über einen Kondensator 41b und über die Ausgangsleitung 24a zu dem Verstärker 21 führt.
Mittig zwischen dem Kondensator 41a und der Drossel 40a greift ein Leitungsabschnitt 43 an, der zu der Zuleitung 13b über einen Widerstand 44a und eine Drossel 40d eine Verbindung herstellt. Auch der aktive Impedanzwandler 20 gemäß Fig. 7 gewährleistet eine Impedanzanpassung zwischen dem Modem 11 und der Eingangsseite des Verstärkers 21 unabhängig von der sich ändernden Netzimpedanz.
Fig. 8 zeigt in einer schematischen, blockschaltbildartigen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verstärkers 21 , der gemäß Fig. 8 als gegengekoppelter Leistungsverstärker, und zwar als
Breitband-Gegentaktverstärker ausgebildet ist. Hier ist nunmehr eine 6-
Pol-Darstellung gewählt.
Der Verstärker 21 weist eingangsseitig die Zuleitungen 24a, 24b auf, die entsprechend mit dem Ausgang des Impedanzwandlers 20, beispielsweise gemäß den Figuren 6 und 7, in Verbindung stehen. Die Ausgangsleitungen 25a und 25b führen, wie sich beispielsweise aus der Gesamtschau gemäß Fig. 2 ergibt, zu der Spannungsschutzeinrichtung 22 bzw. zu der in Fig. 8 ebenfalls nicht dargestellten Rückkopplungseinheit 23. Von der Rückkopplungseinheit 23 kommen Zuleitungen 28a und 28b ebenfalls eingangsseitig an dem Verstärker 21 an.
Gemäß Fig. 8 trifft die Zuleitung 24a zunächst auf einen Kondensator 41c, der mit einer Primärwicklung 46a eines ersten Transformators 45a verbunden ist. Dessen Sekundärwicklung 46b ist mit den Leitungen 28a und 28b von der Rückkopplungseinheit 23 verbunden. Die Sekundärwicklung 46b fungiert zugleich als Primärwicklung für einen zweiten Transformator 45b, dessen Sekundärwicklung 46c etwa mittig mit einer Steuerspannung VBB gespeist wird und die mit der Basis 38a eines ersten Transistors 27a und mit der Basis 38b eines zweiten Transistors 37b verbunden ist. Der Transistor 37a ist über seinen Kollektor 42a mit einer Primärwicklung 46d eines dritten Transformators 45c und der zweite Transistor 37b ist über seinen Kollektoranschluss 42b mit der zweiten Primärwicklung 46e des dritten Transformators 45c verbunden. Steuerbzw. Betriebsspannungen VCC und VBB versorgen die Transistoren 37a, 37b mit Betriebsspannung und symmetrieren über einen Anschluss mittig zwischen den Primärwicklungen 46d und 46e die Spannungen in den Primärwicklungen.
Die Sekundärwicklung 46f des dritten Transformators 45c ist mit den Ausgangsleitungen 25a und 25b verbunden. Die beiden Leitungszweige 47a, 47b mit den beiden Transistoren 37a und 37b sorgen für eine Gegentaktung, die eine besonders symmetrische Signalverstärkung ermöglicht.
Die in Fig. 8 (bzw. auch in den übrigen Figuren) dargestellten Pfeile verdeutlichen den Signalweg gemäß Fig. 8 von der
Impedanzwandlereinheit 20 (in Fig. 8 nicht dargestellt) zu der Spannungsschutzeinrichtung 22 bzw. hin zu dem in Fig. 8 ebenfalls nicht dargestellten Koppler 15. Fig. 9 zeigt in einer detaillierten, schematischen Darstellung nach Art eines Blockschaltbildes die Gegenkopplungseinheit oder Rückkopplungseinheit 23, nunmehr in einer 3-Pol-Darstellung.
Die Rückkopplungseinheit 23 ist eingangsseitig über die Leitung 27 mit dem Ausgang des in Fig. 9 nicht dargestellten Verstärkers 21 verbunden. Ein weiterer Eingang der Rückkopplungseinheit 23 ist über die Leitung 32 mit der Transientenschutzeinrichtung 22 verbunden.
Ausgangsseitig ist die Rückkopplungseinheit 23 über die Leitung 28 mit der Eingangsseite des Verstärkers 21 verbunden.
Die Rückkopplungseinheit 23 umfasst einen μ-Controller 48, dem eingangsseitig eine Phasendetektoreinheit 49 vorgeordnet ist. Die
Phasendetektoreinheit 49 ist einerseits mit der Anschlussleitung 27 und andererseits über einen zweiten Eingang mit der Eingangsleitung 32 verbunden.
Der μ-Controller 48 steuert über Steuerleitungen 50a, 50b ein
Amplitudengangnetzwerk 51 und ein damit verbundenes Phasenschiebernetzwerk 52. Das Gegenkopplungsnetzwerk 23 ist bei diesem Ausführungsbeispiel aktiv ausgebildet, wobei über den eine Betriebsspannung erfordernden μ-Controller 48 eine automatische Steuerung, das heißt Anpassung, an verschiedene Betriebssituationen, erfolgen kann. Die Steuerung des Amplitudenganges und die Steuerung der Phasenverschiebung kann durch den μ-Controller 48 automatisch erfolgen.
Wird beispielsweise die Mittelspannungsleitung 12 über einen nicht dargestellten Schalter, der sich üblicherweise im Bereich der Mittelspannungszelle 18 befindet, geöffnet, beispielsweise wenn eine Netzumschaltung vorgenommen wird, so können sich die Impedanzverhältnisse im Bereich der Mittelspannungszelle 18 dramatisch verändern. Die Anordnung eines μ-Controllers 48 ermöglicht die gewünschte automatische Anpassung.
Fig. 10 zeigt in einer schematischen blockschaltbildartigen Gesamtansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
Fig. 10 zeigt ein Modem 11 , dessen Anschlussleitung über eine Steckverbindung 33 mit dem aktiven elektronischen Bauelement 16 verbindbar ist. Dieses ist über Leitungen 25a, 25b mit der Transientenschutzeinrichtung 22 verbindbar, die zwei Zener-Dioden umfasst und somit einen wirksamen Schutz gegen Überspannungen darstellt. Der eigentliche Koppler 15, der ringförmig die Spannungsversorgungsleitung 12 umgreift, ist schematisch angedeutet. Die Ankoppelschleife 14 umgreift den Ringkoppler 15 in einer halben Wicklung.
Das elektronische Bauelement 16 umfasst einen Impedanzwandler 20, der identisch der Ausführungsform gemäß Fig. 6 entspricht. Die Rückkopplungseinheit 23 weist in einer Änderung gegenüber der Fig. 9 nunmehr keinen μ-Controller sondern einen variabel einstellbaren Widerstand 53 und z.B. manuell umlegbare Schalter 54 auf. Diese können eingestellt bzw. umgeschaltet werden, um manuell drastisch geänderte Schaltungssituationen und damit geänderte Impedanzverhältnisse, beispielsweise aufgrund der Öffnung von
Mittelspannungsleitungsschaltern, vorzunehmen. Auch der Verstärker 21 , der gemeinsam mit der Rückkopplungseinheit 23 die Einrichtung 29 zur Phasengangentzerrung bildet, ist geringfügig unterschiedlich ausgebildet. Wiederum sind zwei Leitungszweige 47a, 47b mit zwei Transistoren 37a, 37b vorgesehen, die zu einer Gegentaktung führen. Eine Zentrierschaltung 55 verbindet die beiden Emitter der Transistoren 37a, 37b mit einer Betriebsspannung VCC und zentriert zugleich auch die primären Wicklungen 46d und 46e eines Transformators 45c, dessen sekundäre Wicklung 46f mit den Ausgangsleitungen 25a und 25b verbunden ist. Eine Reihe von Elementen der Schaltung des Verstärkers 21 gemäß Fig. 8 wurden daher übernommen.
Etwas unterschiedlich ist aber die Eingangsseite des Verstärkers 21 ausgebildet, da nunmehr lediglich ein Transformator 45d vorgesehen ist, der zwei Primärwicklungen 46g und 46h aufweist. Die Primärwicklung 46g ist mit der Zuleitung 24a, die vom Impedanzwandler 20 kommt, verbunden und die Primärwicklung 46h ist mit der Ausgangsleitung 28a der Gegenkopplungseinheit 23 verbunden.
Die Sekundärwicklungen 46i und 46j des Transformators 45d sind über die Leitungszweige 47a und 47b mit den Transistoren 37a und 37b verbunden.
Die Zentrierschaltung 55 führt von den Emittern eine Spannung zurück auf den Leitungszweig, der die Leitungszweige 47a und 47b mit Spannung versorgt. Damit wird eine Stromstabilisierung vorgenommen, die eine Überhitzung der Transistoren verhindert.
Anzumerken ist, dass aufgrund der in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellten Rückkopplung des Verstärkers 21 eine Dämpfung und Glättung von Phasensprüngen auftritt, d.h. eine Entzerrung vorgenommen wird, so dass der Phasengang der Signale vergleichmäßigt wird. Damit werden die Übertragungseigenschaften des Kopplers 15 deutlich verbessert.
Zugleich sorgt die aktive oder passive Impedanzwandlereinheit 20 für eine Anpassung der konstanten niedrigen Impedanz der Ausgangsseite des Modems 11 an die stark frequenzabhängige sowie von den einzelnen Geometrien und konstruktiven Ausbildungen der Mittelspannungszelle 18 abhängige netzseitige, das heißt spannungsversorgungsleitungsseitige Impedanz.
Während bei den überaus meisten vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen die Situation dargestellt worden ist, bei der das Modem 11 als Signalsendeeinheit fungiert und Signale auf die Spannungsversorgungsleitung 12 aufkoppelt, ist gemäß Fig. 4 auch die Situation angedeutet, in der das Modem 11 als Signalempfangseinheit fungiert. In diesem Falle ist die Spannungsversorgungsleitung 12 über die Transientenschutzeinrichtung 22 und die Leitung 34 mit der Eingangsseite des Impedanzwandlers 20 verbunden, der über eine Leitung 24 mit der Eingangsseite des Verstärkers 21 verbunden ist. Die Ausgangsseite des Verstärkers 21 ist über die Leitung 35 mit dem Modem 11 verbunden, wobei die Phasengangentzerrung auf die gleiche, zuvor beschriebene Weise stattfindet.
Bei beiden möglichen Signalrichtungen erfolgt eine
Impedanzanpassung derart, dass der Impedanzwandler im Signalweg vor dem Verstärker 21 angeordnet ist.
Von der Erfindung ist mit umfasst, dass Schaltungselemente der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, soweit dies sinnvoll und möglich erscheint, miteinander kombiniert werden können. So zeigt das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 keine Schalter 30, 31 gemäß Fig. 3. Für den Fachmann ist aber deutlich, dass selbstverständlich auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 entsprechende Schalter 30, 31 sowie entsprechende Leitungsabschnitte 34, 35 vorgesehen sein können.
Des Weiteren ist ersichtlich, dass die in den lediglich dem Verständnis dienenden Figuren dargestellten Leitungswege nicht maßstäblich zu betrachten sind. Von Bedeutung für die Funktion der Erfindung ist, dass ausgangsseitig des Verstärkers bei einer Signalübertragung vom Modem 11 zum Koppler 15 der Leitungsweg zu der Ankoppelschleife 14 bzw. dem Koppler 15 nur noch sehr gering ist und vorzugsweise nur noch wenige cm beträgt.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (10) zur Ankopplung einer Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) an eine Mittel- oder
Hochspannungsversorgungsleitung (12) mittels eines Kopplers (15), insbesondere mittels eines induktiven Kopplers, zur Übertragung elektrischer Signale über die Spannungsversorgungsleitung, wobei die
Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit von dem Koppler beabstandet angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im
Leitungsweg zwischen der Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit
(11) und dem Koppler (15), in unmittelbarer Nähe des Kopplers, ein aktives elektronisches Bauelement (16) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) einen Impedanzwandler (20) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) eine Einrichtung (29) zur Phasengangentzerrung aufweist.
4. Vorrichtung (10) zur Ankopplung einer Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) an eine Spannungsversorgungsleitung (12) mittels eines Kopplers (15), insbesondere mittels eines induktiven Kopplers, zur Übertragung elektrischer Signale über eine Spannungsversorgungsleitung, wobei die Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit von dem Koppler beabstandet angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Leitungsweg zwischen der Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) und dem Koppler (15), in unmittelbarer Nähe des Kopplers, ein aktives elektronisches Bauelement (16) angeordnet ist, das einen Impedanzwandler (20) und eine Einrichtung (29) zur Phasengangentzerrung aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzwandler (20) von einer passiven
Schaltung gebildet ist (Fig. 6).
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzwandler (20) von einer aktiven Schaltung gebildet ist (Fig. 7).
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (29) einen Verstärker (21) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (21) rückgekoppelt oder gegengekoppelt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gegenkopplung des Verstärkers (21) eine Gegenkopplungseinheit (23) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (21) wenigstens einen Transistor (37, 37a, 37b) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (21) als Gegentaktverstärker ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) höchstens 1 m von dem Koppler (15) entfernt angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) näher als 5 cm, vorzugsweise näher als 3 cm, an dem Koppler (15) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (15) ein Gehäuse (19) aufweist, und dass das Bauelement (16) dem Gehäuse zugeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) innerhalb des Gehäuses (19) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (15) ein induktiver Koppler ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (15) ein ringförmiges, insbesondere aus zwei Teilen bestehendes, die Spannungsversorgungsleitung umgreifendes Element aus ferromag netischem Material ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (15) aus amorphem oder nanokristallinem, ferromag netischem Material besteht.
19. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) über einen Schalter (30) mit der Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) verbunden ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) über einen Schalter (31) mit dem Koppler (15) verbunden ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (30, 31) unabhängig voneinander betätigbar sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltersteliung wählbar ist in Abhängigkeit davon, ob die Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) im Sendebetrieb (Fig. 3) oder im Empfangsbetrieb (Fig. 4) arbeitet.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellung der Schalter (30, 31) vorgesehen ist, in der bei einem Ausfall des Bauelementes (16) eine unmittelbare Verbindung der Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) mit dem Koppler (15) unter Überbrückung des Bauelementes (16) besteht (Fig. 5).
24. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungsleitung (12) von einer Mittelspannungsleitung gebildet ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (15) und das Bauelement (16) innerhalb einer Mittelspannungszelle (18) einer Transformatorstation (17) angeordnet sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalsende- und/oder Signalempfangseinheit (11) innerhalb der Transformatorstation (17), aber außerhalb der Mittelspannungszelle (18) angeordnet ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungsleitung (12) von einer Hochspannungsleitung gebildet ist
28. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Spannungsversorgungsleitung (12) übertragenen Signale phasenrelevant moduliert sind.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Spannungsversorgungsleitung (12) übertragenen
Signale nach dem OFDM-Verfahren moduliert sind.
30. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale breitbandig übertragen werden, insbesondere in einem Frequenzbereich, der Frequenzen oberhalb von 1 MHz und unterhalb von 70 MHz umfasst.
31. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Koppler (15) und dem aktiven Bauelement (16) eine Überspannungsschutzeinrichtung (22) angeordnet ist.
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