一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路.pdf

本发明公开了一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路，包括输出功率放大器(1)、阻抗匹配网络模块、平衡网络模块、对消网络模块、输出接口电路、输入功率放大器(6)，其特征在于，阻抗匹配网络模块包含一个变压器，对消网络模块包含两个对接的变压器。本发明特别适合是负载阻抗特性非常复杂，且变化的传输媒介，如电力线载波通信上的应用，对于负载阻抗的变化对对消的结果影响较小，其主要特点是能够在宽频带范围内实现对消，克服了桥式消侧音技术的不足。

1、  一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路，包括输出功率放大器(1)、阻抗匹配网络模块、平衡网络模块、对消网络模块、输出接口电路、输入功率放大器(6)，其特征在于，阻抗匹配网络模块包含一个变压器，对消网络模块包含两个对接的变压器。

2、  根据权利要求1所述的一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路，其特征在于，所述平衡网络模块由一个变压器的源极线圈构成。

一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路
技术领域
本发明涉及一种接口电路，尤其是涉及一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路。
背景技术
中低压电力线载波通信技术借助供电的电力网络，以电力电缆或者架空线路资源来进行数据传输，由于是利用电力线进行数据传输采用的是一种共享媒介(电力线)通信技术，其通信方式常常采用时分或者频分工作模式，功率信号发送到媒介(电力线)，从媒介(电力线)接收远端载波信号都是同一接口电路，通信装置为了能够将大功率载波信号发送到电力线上，而又需要将发送大功率信号串到本机接收端的信号抑制掉，通常需要采用收发对消技术，使得发送的大功率载波信号不会对接收电路产生干扰或者烧坏接收电路。
收发双工接口电路在电话机、无线收发器中是常见的电路，在电话交换网络，收发双工接口电路采用桥式消侧音接口电路，通过一个平衡网络，减少送话时在自己受话器中产生的侧音。桥式消侧音技术需要良好的阻抗匹配，然而，在电力线通信中，线路阻抗是变化的，特别是在很宽的频率带宽范围内，很难做到阻抗匹配，因此，桥式消侧音技术无法在电力线通信装置中推广使用。
发明内容
1、发明目的
本发明针对现有技术的不足，提出一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路，以适应共享媒介(如电力线载波信号)双工通信功能。也可理解本发明提出的实现技术，也适用“二线”共享媒体的通信装置的阻抗匹配网络接口的双工通信。
2、技术方案
本发明所公开的电路包括1个输出放大器1，一个阻抗匹配网络2，一个平衡网络3，一个对消网络4，一个输出接口电路5，一个输入放大器6。输出放大器1的输出阻抗一般很小，通过阻抗匹配网络2，实现阻抗变换；平衡网络3的功能是，对于本机输出功率信号通过对消网络4，为对消网络3产生合适的“对消”电压；反之，对于来自于输出接口电路5的接收信号，为对消网络3产生合适的“加强”电压；对消网络4的功能是将平衡网络输出的“对消”电压信号与输出接口电路5反馈的电压信号实现对消，使得本机输出功率信号通过对消网络4输出到一个输入放大器6的信号尽可能小，信号衰减达到20dB以上；反之，对于来自于输出接口电路5的接收信号，通过对消网络3，信号衰减很小。
功率放大器1信号输出到阻抗匹配网络2，经过平衡网络3，一路到对消网络4，一路到输出接口电路5，将信号发送到线路上(负载阻抗)。输出接口电路5一路输出到线路上，一路反馈到对消网络4，输出功率信号经过对消网络4对消后，输出功率残余信号送到输入放大器6。功率放大器1输出的功率信号经过输出接口电路5输出到线路上，信号一般衰减3～5dB；而通过对消网络2到输入接口电路4的信号，对消后衰减达30dB以上。反过来，来自于远端的信号经过输出接口电路5，输入到通过的输入接口电路4的信号仅衰减3～5dB。
其中，阻抗匹配网络由一个阻抗变换变压器构成对消网络由两个变压器对接构成。
本发明进一步的方案是平衡网络模块由一个变压器的源极线圈构成。
电路具有三项功能：1)输出信号经过平衡网络3，其功率衰减尽可能小，使得输出到负载上的信号功率尽可能大；2)输出信号经过平衡网络3和对消网络4，实现本机输出功率信号的对消，使得到达本机输入端的功率信号非常小，达到保护输入电路作用；3)来自于输出接口电路5的接收信号，通过对消网络3，其信号衰减很小，保证接收信号的尽可能大。
3、有益效果
本发明特别适合是负载阻抗特性非常复杂，且变化的传输媒介，如电力线载波通信上的应用，对于负载阻抗的变化对对消的结果影响较小，其主要特点是能够在宽频带范围内实现对消，克服了桥式消侧音技术的不足。
附图说明
图1是本发明的电路功能示意图；
图2是本发明实施例一的示意图；
图3是本发明实施例二的示意图；
图4是本发明实施例二的电路原理图。
具体实施方式
实施例一
如图2所示，一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路实施的具体案例之一，其特征在于：该收发双工接口电路由三个变压器组成，阻抗匹配网络由一个阻抗变换变压器7(n1:n2)构成，平衡网络11由一个阻抗(75欧姆)构成，对消网络由变压器8(n3:n4)和变压器10(n5:n6)对接构成。输出放大器1的功率信号接阻抗变换变压器7(n1:n2)源级，阻抗变换器7次级一路接变压器8的源级，变压器8的变比是1∶1。阻抗变换器7次级的另一路通过平衡网络11接变压器10的源级和输出接口电路12，变压器10的变比是2∶1。变压器8的次级与变压器10的次级对接。
按照本发明，对消网络对于本机功率信号产生30dB以上的衰减，而对来自于远端的接收信号，仅产生3dB左右的附加衰减。其实现原理如下：
输出放大器1的功率信号送阻抗变换器7，阻抗变换器7次级一路送对消网络的变压器8的源级，另一路通过平衡网络11到变压器10的源级，变压器8与10的次级同相对接，理论上，输出负载阻抗大约75欧姆，因此，功率信号电平通过平衡网络11(阻抗为75欧姆)到变压器10的源级，减小一半，再经过变压器10升压增大一倍。在对消网络内，变压器8与10变压器的次级同相对接，串接后，两变压器变换到次级的电压电平相等，极性相方，从而实现本机功率信号电平的完全抵消，使得送到输入放大器9的输入端信号为零。
然而，具体实施时，由于媒介(例如电力线)的阻抗特性非常复杂，不可能是75欧姆，因此，本机功率信号抵消后送到输入放大器输入端的功率信号电平不会完全抵消。另一方面，在该收发双工接口电路中，由于平衡网络11由一个电阻(75欧姆)构成，输出功率信号通过平衡网络11后，衰减了一半.
实施二：
如图3所示，一种适合复合阻抗媒介的收发双工接口电路实施的具体实施案例之二，其特征在于：该收发双工接口电路由三个变压器组成，阻抗匹配网络由一个阻抗变换变压器14(n1:n2)构成，平衡网络15由变压器15(n3:n4)源级线圈构成，对消网络由变压器15(n3:n4)和变压器16(n5:n6)次级对接构成。输出放大器13的功率信号接阻抗变换器14(n1:n2)源级，阻抗变换器14次级一路接变压器8的源级，另一路通过变压器15的源级线圈接变压器16的源级和输出接口电路18，变压器15的次级与变压器16的次级对接，实现本机功率信号的对消。
按照本发明，理论上输出功率信号通过平衡网络15后，仅衰减了十分之一，使得输出到负载上的功率信号为十分之九。由于平衡网络15使用变压器，克服了采用电阻引起发热的问题，另一方面，对消网络对于本机功率信号产生30dB以上的衰减，而对来自于远端的接收信号，仅产生3dB左右的附加衰减。其具体实施原理如下：
输出放大器13的功率信号送阻抗变换变压器14，阻抗变换变压器14次级一路送对消网络的变压器15的源级，通过变压器15源级线圈再连接到变压器16的源级，变压器16次级线圈与变压器16的次级同端反向对接，构成对消网络。变压器15的变比是1∶10，变压器16变比是2∶1。功率信号电平通过平衡网络15到变压器16的源级，衰减十分之一，使得到达输出接口端的功率信号电平达90％。本发明案例的设计原理如下：
图4是本发明实施例二的电路原理图，按照图4，以本发明的三项功能为基础分析设计要点。1)输出信号经过平衡网络3，其功率衰减尽可能小，使得输出到负载上的信号功率尽可能大；2)输出信号经过平衡网络3和对消网络4，实现本机输出功率信号到输入电路的对消，使得到达本机输入端的功率信号非常小，达到保护输入电路作用；3)来自于输出接口电路5的接收信号，通过对消网络3，其信号衰减很小，保证接收信号的尽可能大。
按照本发明三项功能的1)和2)，本发明电路的输入信号是输出功率信号U₀，M₁和M₂分别代表变压器15和16的互感阻抗，Z₁₁和Z₁₂分别代表变压器15源级和次级线圈的阻抗，Z₂₁和Z₂₂分别代表变压器16源级和次级线圈的阻抗，建立本发明电路的电流和电压方程式(1)和(2)，解此方程得：
U0=(Z11+Z21)I2+(M2-M1)I2---(1)(Z12+Z22)I2+(M2-M1)I1=0---(2)]]>
M1=M2=jωkL11L12=jωkL21L22---(3)]]>
Z₁₁＝R₁₁+jωL₁₁；Z₁₂＝R₁₂+jωL₁₂；Z₂₁＝R₂₁+jωL₂₁；Z₂₂＝R₂₂+jωL₂₂   (4)
从式(5)和(6)结果看，I₂是流入到输入回路中的电流，如果需要实现本机输出功率信号到输入电路的对消，必须使得I₂为0或者尽可能小，从式(5)
I2=(M2-M1)U0(Z11+Z21)(Z12+Z22)-(M2-M1)2---(5)]]>
U2=U0Z21(Z11+Z21)-(M2-M1)2(Z12+Z22)≈U01+Z11Z21---(6)]]>
可以看出，如果M₁等于M₂，I₂为0。U₂是输出端的电压，本发明的基本功能之一就是要求输出功率信号到输出端负载尽可能大，也就是说，要求U2尽可能大，从式(6)可以看出，如果Z₂₁远大于Z₁₁，也就是说，L₂₁要远大于L₁₁，U₂的值才可能接近U₀。
从上面分析结果，本发明对于变压器参数选择采用如下原则：
1)L₂₁要远大于L₁₁，L₁₁尽可能小，L₂₁尽可能大，但是，一般情况下，负载阻抗为75欧姆，R₁₁应该远小于75欧姆，也要求L₁₁尽可能小，另一方面，考虑负载阻抗的复杂性，接入负载阻抗后，对R₂₁影响不大。
2)从(3)式可以看出，由于L₁₁和L₁₂的乘积要求等于L₂₁与L₂₂的乘积，如果L₂₁要远大于L₁₁，则也要求L₁₂要远大于L₂₂，因此，本发明选择L₂₁＝10L₁₁，L₁₂＝10L₂₂。
上面从本发明三项功能中的1)和2)角度进行了设计分析，下面从本发明三项功能中的3)角度进行设计分析，即，来自于输出接口电路18的接收信号，通过对消网络15，其信号衰减很小，保证输入到接收电路17的信号的尽可能大。分析时，假设输入信号是U₂，U₀信号源看成短路，建立本发明电路的电流和电压方程式(7)和(8)，解此方程得：
从式(10)结果看，I₂是流入到输入回路中的电流，如果需要实现输入到接收电路17的信号的尽可能大。即I₂尽可能大，必须使得分母尽可能小，由于上面分析已经要求M₁等于M₂，因此，如果Z₂₁等于Z₁₁+Z₀，考虑到Z₂₁远大于Z₁₁，比较Z₂₁，Z₁₁可以忽略不计，因此，Z₂₁应该选择大约等于Z₀，即阻抗匹配。
U2=M2I2+Z21I3---(7)U2=-M1I2+(Z11+Z0)I1---(8)(Z12+Z22+Z1)I2=M1I1+M2I1---(9)]]>
I2=(M2Z21+M1Z11+Z0)U2(M22Z21-M12Z11+Z0+Z12+Z22+Z1)---(10)]]>
以上结合附图实施案例对本发明实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明实用新型的限定。