一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，属于电力线通信技术领域，包括发射端，在发射端连接有第一电容和第一电感，然后连接有并联的第二电感、Π型结构、电力线等效电路，在Π型结构和电力线等效电路之间连接有第三电感，发射端连接有地线；第一电容和第一电感在中心频率处产生谐振；本发明专利技术通过设计具有简单电路结构的T型阻抗匹配耦合电路，用于实现发送端、接收端与电力线的阻抗匹配、信号耦合以及隔绝直流的功能，复杂程度低，同时还设计了电力线等效电路，考虑了电力线的等效电阻和等效电感引起的阻抗，且通过仿真和实物测试，所设计的T型阻抗匹配耦合电路相较于阻抗失配条件下的耦合电路能够获得3dB

【技术实现步骤摘要】
一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器


[0001]本专利技术涉及一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，属于电力线通信


技术介绍

[0002]电力线通信(Power Line Communication，PLC)是利用已存在的电力线作为通信介质，在电力线中同时传输电能和电信号的技术，因不需额外布设信号线缆而有效降低了使用成本。电力线通信需要将通信信号加载到电力线中，或者从电力线中提取通信信号，通常由信号耦合电路来完成这些功能。在信号传输过程中，若信源及信宿的阻抗与电力线的阻抗不匹配会产生严重信号反射，从而造成功率损失，因此该信号耦合电路除了具有信号加载和提取功能外，要期望其能够实现电力线与信源及信宿之间的阻抗匹配，从而使信号的传输功率达到最大。
[0003]在过去二三十年中，电力线通信在交流领域已经得到广泛应用，在交流电力线通信(AC
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PLC)中，耦合方式主要是变压器耦合，其技术逐渐趋于成熟。与之相比，电力线通信在直流领域的应用研究却才刚刚开始。随着可穿戴电子、智能汽车和光伏发电等产业的兴起，正吸引着越来越多的学者和工程师开展直流电力线通信的研究。需要指出的是，在AC
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PLC中耦合变压器的设计要同时兼顾变压器的漏电感、磁化电感、信号源内阻和匝数比等参数，设计方式较为复杂，同时这种耦合器的尺寸往往偏大。考虑到可穿戴电子和智能汽车等对器件尺寸小型化的苛求，因此在直流电力线通信(DC
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PLC)中发展体积小巧且性能优异的耦合电路十分必要。
>[0004]迄今为止，有为数不多的文献报道了适用于DC
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PLC的L
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C带通匹配耦合器。SIBANDA M P等人设计了一个T
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型带通滤波器(Band
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pass Filter,BPF)用于实现通信信号的耦合和滤波，同时实现了对电力信号的隔离，不过该设计没有兼顾考虑电力线与信源及信宿之间的阻抗失配；有鉴于此，SIBANDA M P等人又设计了一种阻抗匹配电路，与之前设计的BPF级联之后能够实现信号的耦合和阻抗匹配，但电路复杂度偏高，且增加了成本。SWANA Z W等人利用电阻的分压特性设计了一种耦合器，但同样没有兼顾考虑电力线与信源及信宿之间的阻抗失配问题。此外，WANG Bingting等人设计了一种只考虑了电力线等效电感阻抗的π
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型带通匹配耦合器，但没有考虑不可完全忽略的等效电阻阻抗。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，解决现有技术中未考虑电力线等效电阻及等效电感引起的阻抗的问题、复杂度高、阻抗失配等问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供了一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，包括发射端，在发射端连接有第一电容和第一电感，然后连接有并联的第二电感、Π型结构、电力线等效电路，在Π型结构和电力线等效电路之间连接有第三电感，发射端连接有地线；
[0008]第一电容和第一电感在中心频率处产生谐振。
[0009]进一步的，所述发射端包括依次连接的信号源和输出电阻，输出电阻连接所述第一电容。
[0010]进一步的，所述Π型结构由第二电容、第三电容、第四电容组成，其中第二电容和第四电容分别是Π型结构的两个脚。
[0011]进一步的，所述电力线等效电路包括串联的电力线等效电感和电力线等效电阻，其数学表达式为：
[0012][0013]Z
L
＝|Z0|*cos(θ)
[0014]其中，L4是电力线等效电感，Z
L
是电力线等效电阻，Z0是电力线特征阻抗，θ是电力线特征阻抗的阻抗角，f0是所述中心频率。
[0015]进一步的，所述中心频率的表达式为：
[0016][0017]其中，f
H
是上限截止频率，f
L
是下限截止频率。
[0018]进一步的，所述第一电容的表达式及取值范围为：
[0019][0020][0021]其中，C1是第一电容，f
H
是上限截止频率，f
L
是下限截止频率，是下限截止频率，是下限截止频率，表示阻抗变换倍数并且Z
L
<50；
[0022]所述第一电感的表达式及取值范围为：
[0023][0024][0025]其中，L1是第一电感；
[0026]所述第二电感的表达式及取值范围为：
[0027][0028][0029]其中，L2是第二电感；
[0030]所述第三电感的表达式及取值范围为：
[0031][0032]进一步的，所述第二电容的表达式为：
[0033][0034]其中所述第三电容的表达式及取值范围为：
[0035][0036][0037]所述第四电容的表达式及取值范围为：
[0038][0039][0040]其中，C1是第一电容，f
H
是上限截止频率，f
L
是下限截止频率，是下限截止频率，是下限截止频率，表示阻抗变换倍数并且Z
L
<50。
[0041]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0042]本专利技术提供的一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，通过设计具有简单电路结构的T型阻抗匹配耦合电路，用于实现发送端、接收端与电力线的阻抗匹配、信号耦合以及隔绝直流的功能，具体地，经过阻抗变换之后使得发射端和接收端与电力线完成了阻
抗匹配，该匹配耦合器的电路能够将信号叠加到电力线上或者从电力线中提取信号，实现信号耦合，通过Π型结构防止直流电力信号与发射端或者接收端接触，从而实现隔绝直流，复杂程度低，同时还设计了电力线等效电路，考虑了电力线的等效电阻和等效电感引起的阻抗，且通过仿真和实物测试，所设计的T型阻抗匹配耦合电路相较于阻抗失配条件下的耦合电路能够获得3dB
‑
7dB的增益。
附图说明
[0043]图1是本专利技术实施例提供的一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器的结构示意图；
[0044]图2是本专利技术实施例提供的本专利技术方案在Multisim仿真软件中搭建的仿真电路；
[0045]图3是本专利技术实施例提供的输出阻抗为22.14Ω时连接不同电路的输出响应对比图；
[0046]图4是本专利技术实施例提供的输出端阻抗分别为22.14Ω、11.07Ω、5.535Ω时匹配与否的输出响应对比图；
[0047]图5是本专利技术实施例提供的22.14Ω阻抗匹配耦合器和50ΩBPF在不同负载情况下的性能对比图。
具体实施方式
[0048]下面结合附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，其特征在于，包括发射端，在发射端连接有第一电容和第一电感，然后连接有并联的第二电感、Π型结构、电力线等效电路，在Π型结构和电力线等效电路之间连接有第三电感，发射端连接有地线；第一电容和第一电感在中心频率处产生谐振。2.根据权利要求1所述的一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，其特征在于，所述发射端包括依次连接的信号源和输出电阻，输出电阻连接所述第一电容。3.根据权利要求1所述的一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，其特征在于，所述Π型结构由第二电容、第三电容、第四电容组成，其中第二电容和第四电容分别是Π型结构的两个脚。4.根据权利要求1所述的一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，其特征在于，所述电力线等效电路包括串联的电力线等效电感和电力线等效电阻，其数学表达式为：Z
L
＝|Z0|*cos(θ)其中，L4是电力线等效电感，Z
L
是电力线等效电阻，Z0是电力线特征阻抗，θ是电力线特征阻抗的阻抗角，f0是所述中心频率。5.根据权利要求1所述的一种用于电力线通信的T型阻抗匹配耦合器，其特征在于，所述中心频率的表达式为：其中，f
H
是上限截止频率，f
L
是下...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹自平，孙超林，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：