專利名稱：用于在電力線通信系統(tǒng)中減少共模信號的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及接線(wire-bound)傳輸系統(tǒng)，特別涉及那些具有無固定結構的電纜基礎結構的傳輸系統(tǒng)，所述無固定結構的電纜基礎結構有諸如未屏蔽的電力線路或通信線路。這些電線或傳輸系統(tǒng)的不對稱性導致并不想要的不對稱信號的產生和中繼。本發(fā)明特別涉及減少這種不對稱信號以及由這些信號所產生的有害電磁輻射。
在實踐中已知用于抑制不對稱信號的無源濾波的方法。為了實現所述抑制，在產生不對稱信號的設備和網絡輸入端的連接之間布置共模濾波器。此網絡例如可以是電信網絡或電力網絡(mains)。此共模濾波器保護網絡免受有害不對稱信號的影響。
在功率電子學中已知有源消除例如用于電力驅動的換能器電子設備中的不對稱信號。
因為常規(guī)的電信網絡定義了例如特性阻抗之類的參數并且是對稱的，所以有源消除不對稱信號并不用于常規(guī)的無線電通信連接中，所以可以優(yōu)化用于不對稱干擾電壓的濾波器，這是因為，所述濾波器可以被發(fā)展為離線的。采用這種方法，可以經濟地實現借助于無源元件有效抑制不對稱信號。
常規(guī)電信線路的多股絞合線當被掩埋時包有鉛、金屬或合成材料，或者當其用于住宅時包有鋁。相比之下，不對稱網絡(諸如在建筑物中的電力設備)并不具有屏蔽線路，以致不對稱電流產生有害干擾輻射。這些不對稱電流可以被認為是由經歷電壓補償過程(由dV/dt表示)的電路的每個部分所產生的電容性置換電流。由于寄生雜散電容，不對稱電流作為電容性失調電流從它們的源擴展到其周圍(例如，地電勢)，并且經由這些線路返回到網絡電纜。采用這種方法，它們構成了大的信號回路，所述信號回路作為有效的天線回路輻射有害電磁場。這種源例如可以是具有對稱有用信號輸入耦合的電力線通信(Power-Line Communication，PLC)收發(fā)器。
只利用不可調整的無源裝置不能在不對稱網絡(諸如用于電力線通信的電力網絡)的無線電通信連接中實現足夠大的不對稱信號抑制，這是因為所述網絡的不對稱性可能是不可預見的并且很大，并且使有用的差動模式信號被部分轉換為有害不對稱干擾信號，后者在網絡的未屏蔽線路中產生高且有害的輻射。
對于諸如xDSL、有線電視和PLC之類的接線寬帶通信網絡，在某些國家已經定義了這些寬帶網絡的有害輻射的極限值。遵守這些極限值是在電連接中使用寬帶傳輸系統(tǒng)的條件，特別是使用未屏蔽的網絡基礎結構的那些寬帶傳輸系統(tǒng)。
這些輻射極限值定義了通信系統(tǒng)傳輸電平的上限。例如，用于向網絡線路饋送PLC信號的電平必須不能產生能夠影響無線電接收的輻射。原則上，把相對較高頻率(＞50Hz AC)的信號電壓附加到電力線通信中的230V供電電壓，包括將以適當調制的方式來發(fā)送的信息。優(yōu)選地是，在中性線和相線之間進行耦合。原則上，區(qū)分用于在供電線路上發(fā)送消息的兩個范圍a)從低壓變壓器到家庭連接，b)在建筑物內。
由對稱信號所產生的場大部分可以被忽略，這是因為它在較大距離迅速減弱，并且電力網中的對稱值基本上衰減到比不對稱值更強的程度。
由于傳輸系統(tǒng)中的機械結構所以存在寄生雜散電容。這些雜散電容在相對較高的頻率具有低阻抗，并且構成有用信號的高頻部分的電流路徑。例如，高頻電流可以經由金屬外殼流回。單個線路或電路的寄生元件并不是平衡的從而產生了不對稱性，這在線路上產生具有不同值的信號。合成的場不再被消除并且獲得不對稱或縱向信號擴展。合成的不對稱電壓在線路和地之間產生電流。與不對稱電流所組合的場被輻射。這種影響是互逆的以致其它系統(tǒng)的電磁場把干擾電壓耦合到具有不對稱(信號到串擾)的傳輸系統(tǒng)中。不對稱的原因例如是發(fā)送器的輸出級相對于地的不對稱性，不對稱的接收器，相對于地的不對稱線路。
影響不對稱性及其沿著電纜的隨機分布的參數是可變的。不對稱的共模電流很難被抑制并且是有害輻射的主要原因。電流電路中的不對稱性導致把對稱的有用信號有害地轉換為不對稱的干擾電壓。由于通常在對稱系統(tǒng)中地和信號線路之間沒有低電阻連接，所以不對稱的共模電流經由寄生耦合電容流向地。在較小頻率，這些阻抗是高電阻的，并且共模電流較小并且由此輻射場較小。隨著頻率增加，不對稱的干擾電壓也增加了。為了估算在線路系統(tǒng)中產生不對稱干擾電壓的風險，定義了相對于地的不對稱的度量。用于表征耦入位置處的不對稱性的兩個量是橫向變換損耗(Transverse-Conversion-Loss，TCL)和縱向變換損耗(Longitudinal-Conversion-Loss，LCL)。當測量LCL時，在測量位置把不對稱的電壓EL饋送到電力網，并且測量得到的對稱電壓VT。依照下列方程式(1)，LCL是所測得的對稱電壓VT相對于耦入不對稱電壓EL的對數比(以dB為單位)LCL=20×log10(VTEL)dB...(1)]]>LCL表明了輸入耦合端處對稱和不對稱電壓之間的關系。從而其可以用于估算當把有用信號對稱地耦合到電力線路中時所預計的不對稱的干擾電壓。
由于對稱信號轉換為不對稱信號以及得到的不對稱電流在線路上的分布，所以產生有害輻射。參數LCL描述了多少接線的對稱的有用信號轉換為有害的不對稱干擾信號。LCL具有時間相關性。此相關性可以追蹤到與用戶相關的設備的接通和斷開，以及設備的內部操作模式。
當測量TCL時，在串聯電阻器上測量電壓UL，所述串聯電阻器的值是測試對象全電阻的1/4。此電阻器布置在信號輸入耦合的中心點和地之間。當提供對稱電壓UT時測量電壓UL。依照下列方程式(2)TCL是所測得的供電電壓UT相對于所測得的不對稱電壓UL的對數比(以dB為單位)TCL=20×log(UTUL)dB...(2)]]>本發(fā)明的目的是提供一種防止或減少不對稱干擾信號并由此減少接線網絡的電磁輻射的設備，所述接線范圍網絡包括例如不對稱且未屏蔽的線路。本發(fā)明進一步的目的是提供一種減少具有未屏蔽線路的接線傳輸系統(tǒng)的電磁輻射的方法。
依照本發(fā)明，所述目的由包括用于在供電點測量網絡不對稱性的裝置以及用于有源消除或減少不對稱信號的裝置的設備來實現。
在諸如電力網絡之類的未定義網絡中，LCL和TCL隨時間和供電位置而改變。具有固定調整的過濾系統(tǒng)不能對這些改變作出反應，從而也不能對改變電磁輻射的不對稱屬性作出反應。因此本發(fā)明提出利用適當裝置來有源消除或至少減少不對稱信號。
用于有源消除或減少不對稱信號的裝置包括控制電路，所述控制電路改變所提供有用信號的對稱性達到一定程度，即其根據當前所測得的網絡不對稱性而改變。對于具有不對稱性以及未屏蔽線路的網絡，僅已知使用用于抑制不對稱信號的無源濾波器。在功率電子學中，確實已知使用有源元件，但是對于傳輸系統(tǒng)卻并非如此。因此本發(fā)明是基于這樣的認識的，在具有不可預見行為的網絡中，利用有源且自適應的裝置與利用無源裝置相比能夠進一步減少不對稱信號，并且甚至可以消除所述不對稱信號。在這里，有源被理解為意味著所述裝置的行為是可改變的。
依照本發(fā)明實施例，該控制電路至少包括下列元件用于測量不對稱共模電流的傳感器，所述不對稱共模電流在相線和中性線與地或保護線路之間流動，和用于把所測得的不對稱共模電流值與不對稱電流的標稱值比較的求和點。
優(yōu)選地是，標稱值為0A。控制電路連續(xù)或周期性操作，以便由比較器所產生的差動電流隨時間改變。
用于有源消除或減少不對稱信號的裝置包括控制器，所述控制器被饋送實際傳輸信號和比較器的輸出信號，并且根據兩個輸入信號來計算兩個輸出信號。這兩個輸出信號表示所述傳輸信號的分配。因為傳輸信號被分配到兩個電力網耦合設備，其中一個布置在相線和地之間，而另一個布置在中性線和地之間，所以獲得該分配。
依照本發(fā)明的設備適于產生具有模擬的(artificial)不對稱性的兩個輸出信號。將這樣選擇模擬的不對稱性，以致當其被添加到真正的不對稱性網絡時，能顯著減少或者消除共模電流。
依照本發(fā)明的設備適于具有不對稱性和未屏蔽線路的接線傳輸系統(tǒng)，所述未屏蔽線路例如由通信線路、電力設備線路或供電線路組成。
本發(fā)明的目的還借助于用于減少具有不對稱性和未屏蔽線路的接線傳輸系統(tǒng)的電磁輻射的方法來實現，當發(fā)送頻率高于電力網頻率的數據時產生輻射，其中測量所述網絡的電流不對稱性，并且根據傳輸信號產生兩個輸出信號，所述輸出信號具有與所述網絡的不對稱性互補的模擬的不對稱性。在這方面，模擬被理解為意味著依照使得實際的對稱傳輸信號是不對稱的方式來改變所述實際的對稱傳輸信號?！盎パa”被理解為意味著一方面網絡的不對稱性和另一方面所模擬產生的不對稱性當被混合時相互抵消。
在依照本發(fā)明的方法中，第一電力網耦合設備的次級側傳送第一電力網耦合電壓，其對應于相線和中性線之間的差動模式電壓乘以系數(a)，而第二電源耦合設備的次級側傳送第二電力網耦合電壓，其對應于在所述相線和中性線之間的差動模式電壓乘以系數(1-a)。當a的值不等于0.5時，次級電壓和電力網耦合電壓是不相等的，即是不對稱的。
依照本發(fā)明實施例，所述方法包括步驟測量網絡的電流不對稱性，把所測得的不對稱性與標稱值相比較，向控制器提供所述比較的結果，根據比較的結果和所提供的傳輸信號來計算所述控制器的兩個輸出信號，根據第一輸出信號來控制第一發(fā)送器的第一調整元件，根據第二輸出信號來控制第二發(fā)送器的第二調整元件，并且把通過控制所產生的分配的差動模式電壓耦合到所述網絡中。
網絡的電流不對稱性例如可以由在電流測量傳感器中的感生電壓或通過確定LCL或TCL來測量?？梢栽谇蠛忘c把所測得的不對稱性與標稱值(例如，零)相比較?？刂圃O備的兩個輸出信號是用于兩個發(fā)送器的調整元件的值。每個發(fā)送器連接到電力網耦合設備。
依照本發(fā)明的設備例如可以用于傳輸調制解調器。
以下參考

圖1將以舉例形式來描述本發(fā)明，其中圖1是實施例的示意性框圖。
圖1是依照本發(fā)明用于減少接線傳輸系統(tǒng)的電磁輻射的設備實施例的示意性框圖，其中所述接線傳輸系統(tǒng)具有不對稱性和未屏蔽線路。相線P和中性線N上的有害的不對稱共模電流I_cm在電流測量傳感器1中感生電壓。輸出設備2通過按比例變換由電流測量傳感器1所檢測的感生電壓值，來使共模電流I_cm的實際值可視化。在求和點3從標稱值I_cm中減去共模電流I_cm的電流值。不對稱電流的標稱值優(yōu)選為0A。求和點3處的輸出信號——差值I_diff——被應用于控制器4?？刂破?的第二輸入值是傳輸信號Tx。根據兩個輸入量傳輸信號Tx和電流差I_diff，控制器4計算用于控制兩個發(fā)送器5和6的兩個輸出信號。第一發(fā)送器5由第一調整元件7、第一電阻抗8和第一切換裝置9組成，所述第一切換裝置9用于在第一傳輸信號Txa和第一接收信號Rxa之間切換。第一傳輸信號Txa被經由第一電力網耦合設備10提供給網絡，并且所述切換裝置9閉合。第一電力網耦合設備10的次級側傳送第一電力網耦合電壓U_NK1，依照下列方程式(3)，所述第一電力網耦合電壓U_NK1對應于差動模式電壓U_dm乘以系數aU_NK1＝a×U_dm (3)第二發(fā)送器6由第二調整元件11、第二阻抗12和第二切換裝置13組成，所述第二切換裝置13用于在第二傳輸信號Txb和第二接收信號Rxb之間切換。第二傳輸信號Txb經由第二電力網耦合設備14被提供給網絡，所述切換裝置13閉合。第二電力網耦合設備14的次級側傳送第二電力網耦合電壓U_NK2，依照下列方程式(4)，所述第二電力網耦合電壓U_NK2對應于差動模式電壓U_dm乘以系數(1-a)U_NK2＝-(1-a)×U_dm (4)電力網耦合設備10和14的次級側的相反輸出被連接到地或接地端15。用虛線示出了兩個寄生雜散電容，相線P和保護線路SL之間的C_Str1，以及中性線N和保護線路SL之間的第二寄生雜散電容C_Str2。雜散電容C_Str1和C_Str2都經由保護線路SL的接地端16連接到地。
優(yōu)選地是，相線P和中性線N之間的差動模式電壓U_dm在第一和第二電力網耦合設備10和12的兩個次級側之間被不對稱地分解開，即a≠0.5。
控制設備4通過改變輸出信號AS1和AS2來控制該分配，即值a。為此，網絡的不對稱性在設備的輸入點被測量，并且例如用共模電流I_cm來表示。例如通過在設想的數據傳輸開始之前應用所定義的對稱比較信號，并且通過同時觀察所得到的、有害且不對稱信號的幅度和相位來執(zhí)行測量。根據所觀察到的不對稱性，控制設備4在傳輸信號上給出模擬的不對稱性。該模擬的不對稱性是對在輸入點所測得的網絡的不對稱性的準互補。該模擬的不對稱性以及網絡的電流不對稱性在理論上互相抵消，但是至少減少了電磁輻射。
依照本發(fā)明的變式，傳輸信號適于周期性并且等間隔的網絡不對稱性。依照本發(fā)明的進一步變式，連續(xù)地控制所述控制電路。
總之，依照本發(fā)明的設備包括用于減少或消除共模電流I_cm的有源裝置，以便抵消在由未屏蔽線路(諸如電源線路)構成的接線網絡中所產生的電磁輻射。為此，這些有源裝置產生模擬的不對稱性，所述模擬的不對稱性與所述網絡不對稱性互補，并且被連續(xù)或周期性地測量。
權利要求
1.一種用于減少接線傳輸系統(tǒng)的電磁輻射的設備，所述接線傳輸系統(tǒng)具有不對稱性和未屏蔽線路，用于寬帶通信并且具有用于傳輸信號的傳輸路徑，所述設備包括用于在供電點測量所述網絡不對稱性的裝置，其特征在于所述設備包括用于有源地消除或減少不對稱信號的裝置。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于用于有源地消除或減少不對稱信號的裝置包括用于改變當前所測得的網絡不對稱性的控制電路。
3.如權利要求1或2所述的設備，其特征在于所述控制電路至少包括用于不對稱的共模電流(I_cm)的測量頭(1)，所述不對稱的共模電流在相線(P)和中性線(N)與地或保護線路(SL)之間流動，和用于把不對稱的共模電流(I_cm)的測量值與不對稱電流的標稱值(I_cm，sp)相比較的求和點(3)。
4.如權利要求1到3中任何一個所述的設備，其特征在于用于有源地消除或減少不對稱信號的裝置包括控制器(4)，所述控制器(4)被饋送求和點(3)的輸出信號(I_diff)和電流傳輸信號(Tx)，并且根據輸入信號(Tx，I_diff)來計算兩個輸出信號(AS1，AS2)。
5.如權利要求1到4中任何一個所述的設備，其特征在于所述設備適于產生具有模擬的不對稱性的兩個輸出信號(AS1，AS2)。
6.如權利要求1到5中任何一個所述的設備，其特征在于利用由通信線路、電力設備線路或供電線路組成的未屏蔽線路來構造所述接線傳輸系統(tǒng)。
7.一種用于減少具有不對稱性和未屏蔽線路的接線傳輸系統(tǒng)的電磁輻射的方法，當發(fā)送頻率高于電力網頻率的數據時產生輻射，其特征在于依照所述方法，測量所述網絡的電流不對稱性，并且根據傳輸信號(Tx)產生兩個輸出信號(AS1，AS2)，所述兩個輸出信號具有與所述網絡的不對稱性互補的模擬不對稱性。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于第一電力網耦合設備(10)的次級側傳送第一電力網耦合電壓(U_NK1)，該電壓(U_NK1)對應于相線(P)和中性線(N)之間的差動模式電壓(U_dm)乘以系數(a)，并且第二電力網耦合設備的次級側傳送第二電力網耦合電壓(U_NK2)，該電壓(U_NK2)對應于相線(P)和中性線(N)之間的差動模式電壓(U_dm)乘以系數(1-a)。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于所述方法包括步驟測量網絡的電流不對稱性，把所測量的不對稱性與標稱值相比較，向控制器(4)提供所述比較的結果，根據比較的結果(I_diff)和所提供的傳輸信號(Tx)來計算控制器(4)的兩個輸出信號(AS1，AS2)，根據第一輸出信號(AS1)來控制第一發(fā)送器(5)的第一調整元件(7)，根據第二輸出信號(AS2)來控制第二發(fā)送器(6)的第二調整元件(11)，并且把通過控制所產生的分配的差動模式電壓(U_dm)耦合到所述網絡中。
10.如權利要求1到6中任何一個所述的設備在傳輸調制解調器上的應用。
全文摘要
在包括未屏蔽線路(諸如供電線路)的接線網絡中，當發(fā)送頻率高于電力網頻率的數據時產生電磁輻射。依照本發(fā)明的設備包括用于減少或消除共模電流(I_cm)的有源裝置。為此，這些有源裝置產生模擬的不對稱性，所述模擬的不對稱性與所述網絡不對稱性互補，并且被連續(xù)或周期性地測量。
文檔編號H04B3/54GK1826736SQ200480020674
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權日2003年7月18日
發(fā)明者T·福爾默, T·迪爾鮑姆, G·紹爾萊恩德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司