談低壓電力線通信的信號耦合電路設計

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摘要：載波通信對于耦合電路的設計來說相當的重要，但要想運用低壓電力線完成有效的載波通信，必須考慮一些因素，解決一系列的問題。關鍵的難題在于需要大幅度提高載波信號的傳送和加載效率以及避免電力網的部分工作頻號使載波通信系統的信號受到過度干擾。然而低壓電力線的通信情況非常復雜多變，它的通信十分不平穩而且特別容易遭到破壞。因此，本文對低壓電力線網載波進行了詳細地研究，并通過對低壓電力線狀況的分析，結合了耦合電路相關原理，成功設計了一項利用低壓電力線通信的信號耦合電路，使高速率傳送擁有了較低的工作衰減和較穩定的阻抗性能。

關鍵詞：電力線載波；耦合電路；低壓

電力線載波通信是一種獨特的、基礎的通信途徑，早在上個世紀的20年代，電力載波通信已經運用于某些特定的配電網絡通信里。許多新興起來的數字科技，有效改善了低壓電力載波通信的安全性和實用性，這讓電力載波通信技術有了更多的市場應用潛力。低壓電力線是一種應用廣泛的信號媒介手段，利用相應的科學技術與之相結合，能創造出高效益的經濟鏈，如今受到了世界各國的高度重視。建立在低壓電力線的基礎上并結合成熟的耦合技術，設計出一個性能全面的信號耦合電路，對于電力線載波發展十分重要。

1低壓電力網載波通信的基本情況分析

1.1低壓電力線載波通信的基本原理。電力線載波通信是一項將可利用的電力線運用載波途徑將相關頻率信號實行高速率傳送的科技，其系統里最基礎的作用是依據通信信道上的不同挑選出與之相應的的調制辦法。電力線載波通信大范圍應用于電力系統之內，跟傳統的通信方式相對比，它并不需要其他外部的線路裝置。載波通信機能夠接往零線，或者接在相線。同相傳輸指的是正在通信的載波通信機與零線相接通，或者與同一根相線連接的情況。如果想要在兩個不一樣的變壓器中開展通信工作,可利用高壓電容將兩個電力網相連接在一起，這樣能打開兩個變壓器的低壓電力網通道路，以開始信號耦合技術的通信應用。1.2低壓電力線載波通信的特點。低壓電力線載波通信擁有大量的現有用戶和潛在使用者，已經成為多數人使用電力通信時的第一選擇。但是使用低壓電力線要克服其很多困難，因為它的阻抗性能不強，衰減狀況多變，而且含有著各種干擾噪聲。電力網結構信號傳送利用拓撲輻射的樹型模式，可以完成一定距離內的一對多的通信工作。因此，網絡通信頻率能在電力網上的隨意分支進行通信傳輸，線路上的每一分點均可視為信號的發源點和接收工具。因為分支點不具備阻隔效果，載波信號可順著網路傳送到線路上的具體節點。此外，外路的多重噪音也能不受任何阻攔地侵進通信網絡信道中產生干擾。可以說，低壓電力載波通信的復雜工作情況要比高壓輸電網更加難以控制，這些特點對載波信號的傳輸速率造成不小的沖擊，大大降低了對相關信號輸送的連續性和時效性。

2耦合電路設計

2.1耦合電路的基本原理和要求。我們所說的耦合電路是一種能將各種低壓電力線路相連接，完成能量和信息傳送的連接方法，能將信號從上一級傳遞到下一級。通過分析不同種類的功能信號和電路特點，使用合理的耦合技術能對信號的高速有效傳遞有著非同凡響的意義。耦合性是關于程序中每個模塊間緊密聯系的度量，特別對于軟件工程中起著有相當大的幫助，緊密聯系和維護著被耦合的對象。電力線耦合存在著兩種不同的工作衰減，一種是內部的固有衰減，另一種是裝置的附加衰減。由于阻抗性能的不足和失效，附加衰減在耦合電路中衰減強度最大，耦合電路的設計要能夠全面適應透明公開的低壓電力網情形，與其復雜易變的網絡特性相協調，實現以少量的介入消耗就可以傳送出各種高頻信號的功能，同時避免通信終端受到不必要的電流侵入，克服與其網絡結構不相融合的不利因素，從而提高耦合的實際效果。設計時要擁有較寬的帶寬和完善的阻抗特性，能做到較小限度的工作衰減結果。為了避免瞬時現象，還應設計有效的瞬時保護電路裝置。由于電網情況的特殊結構以及線路阻抗的不穩定性，嚴重阻礙了耦合電路有效作用的發揮，使耦合電路的設計產生了巨大的壓力。最后還得考慮電路位置的選取，保證裝置的便捷性、實用性和簡潔性，方便實際的操作安裝。2.2耦合電路的實際操作設計。在低壓電力線的信號傳遞系統里，主要存在著兩種不同的信號耦合方式，一種是電感耦合，還有一種是電容耦合。電容耦合是一種以耦合電容器為根本器件的耦合辦法，被視為一類直接的耦合裝置，它以最直接的方式將高頻載波信號注往電力網絡中，能從電力線上接收高頻載信號并做出響應。這種電路簡易方便，傳輸效果比電感耦合更佳，而且工作衰減量特別小。信號頻率不同的電路需要不同的耦合電容容量，若是有較高的工作頻率，且其容抗較小，那么耦合電容容量應該取小量，反之取大量。電容耦合電路的相關運用也很廣泛，其實只要存在著有信號輸送的電力網路都有機會用到電容耦合電路。變壓器和電容是融合電路的基礎部分，由電容和變壓器湊整成的基礎線圈電路，大幅度降低了低頻噪音的侵擾，并且使高頻載波信號實現衰減的最小化。電阻在電路斷開時為電容打開了放電的區域，在進行電容傳輸工作時，信號的相位會推遲，當變壓器進行傳輸的時候，部分高頻成分會受到損耗。所以通常情形下，弱小信號傳送時的耦合器件為電容，強烈信號傳送時的耦合器件是變壓器。耦合變壓器電路既有優點也存在著缺點。它的缺點是低頻特殊性能較差，做不到變化緩慢信號的擴大化，并且十分笨重。其優點是能夠完成阻抗的相應變換，所以在某些放大電路應用中受到人們的歡迎。耦合變壓器在很多領域發揮著重要的意義，要成功完成在1~10MHz之內寬帶信號的相應耦合任務，耦合變壓器的相關研究和制定相當重要，但一般的電子變壓器僅僅可以做到約30Hz到105Hz級別的信號耦合。本次電路設計中的變壓器T00運用到了傳輸線變壓器，這是為了拓寬變壓器的工作頻率段位，并使其響應水平和質量得到提升，進而實現高頻載波信號的耦合設計。2.3對耦合電路進行測試。為了使電路相關數據具有更強的可靠性和準確性，需要對耦合電路進行必要的專業性能測試，造建出最實際化的低壓電力電源環境。在5~21MHz級頻帶之內，曲線波動很小，線條較為平緩，對工作衰減的制約效果較為明顯，比較符合本系統的寬帶耦合設計要求。

3結論

因為存在著許多不穩定因素的影響，低壓電力線載波的效率和實用性偏低。如今配電自動化質量逐步提升，電力管理機器化和自動化的技術愈發成熟和完善，因此，低壓電力線載波通信有較為良好的未來發展前景。將低壓電力線應用于傳送用電數據等相關工作，能保證相關數據的真實性、可靠性和準確性，做到精確的收錄和計算，是今天國內外共同夸贊的一個合理有效方法。本文在分析低壓電力線通信的獨特性能的基礎上，研究設計了與低壓電力線環境相適應的寬帶載波通信耦合電路，它不僅可以讓某些特定帶寬的信號在電源線上實現幾乎無失真的高質傳輸，又可以達到相關傳輸特性的特定要求，極大地幫助了有關多點網絡傳輸的分析研究。

參考文獻

[1]劉述鋼.低壓電力線載波通信的無源耦合電路設計[J].電子技術應用，2011(4)．

[2]梁秀敏.基于低壓電力線載波通信的耦合技術電路研究[J].裝備制造技術，2009(3)．

作者:張瑾 單位:國家新聞出版廣電總局2021臺