ES2328996A1 - Dispositivo de multiinyeccion inductiva sobre multiples conductores. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de multiinyección inductiva sobre múltiples conductores. Que permite la aplicación de procedimientos para aumentar las prestaciones de un sistema de comunicaciones sobre un medio formado por N conductores (2{sub,1} a 2{sub,N}) y un plano de referencia (4), mediante la inyección de señales (1{sub,1} a 1{sub,N}) de forma inductiva en combinaciones de los conductores, incluyendo la inyección en modo común (1{sub,1}), de forma que se pueda lograr que dichas señales inyectadas sean ortogonales entre sí.
Description
Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores.
La presente invención, tal y como se expresa en
el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un
dispositivo de multiinyección inductiva sobre múltiples
conductores.
En cualquier sistema de comunicaciones se
intenta aprovechar al máximo las características del medio de
comunicación para conseguir la máxima capacidad de transmisión,
fiabilidad, cobertura, etc. En el caso de que el medio de
comunicaciones esté formado por múltiples conductores es posible
utilizar dichos conductores para alcanzar uno o varios de estos
objetivos. Existen procedimientos en el estado del arte tanto para
mejorar las prestaciones de la comunicación, como para incrementar
la reutilización de frecuencias, entre otras aplicaciones, pero
que necesitan que las señales se inyecten de forma adecuada para
poder realizarse.
La presente invención muestra un dispositivo
especialmente diseñado para realizar multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores de forma que se facilite la implementación de
procedimientos para aumentar las prestaciones de las
comunicaciones.
Los sistemas de comunicaciones necesitan un
medio de transmisión para las señales que muchas veces está formado
por múltiples conductores. La presencia de estos múltiples
conductores puede ser aprovechada para mejorar diversas
prestaciones del sistema de comunicaciones, tales como la capacidad
de transmisión o la inmunidad al ruido, entre otras. Una de las
formas de aprovechar el medio multiconductor es utilizar modos
ortogonales, para lo que es necesario inyectar las señales en dicho
medio de forma adecuada, lo que puede realizarse de forma inductiva
o en tensión.
El dispositivo de la invención está diseñado
para poder aplicar el procedimiento especificado en la patente
española con número de solicitud 200702256 referente a un
"Procedimiento para aumentar las prestaciones de un sistema de
comunicaciones sobre un medio formado por múltiples conductores"
inyectando las señales en el medio multiconductor de forma
inductiva. Tal y como ocurría en esta patente, en la descripción
del dispositivo de la invención se utilizan varios conceptos
convencionales que a continuación se comentan. Se entiende
"modo" como la inyección de tensión o corriente sobre una
combinación selectiva de conductores, plano de referencia o ambos.
Asimismo, se define la "multiinyección ortogonal" como una
inyección de múltiples modos ortogonales entre sí. Los modos de
inyección se dividen en modo común, modos diferenciales y modos
pseudo-diferenciales. El modo común es aquél que
provoca circulación de corrientes por el plano de referencia. Los
modos diferenciales consisten en la inyección por un conductor y la
toma del retorno por otro, mientras que los modos
pseudo-diferenciales consisten en la inyección de
tensión o corriente entre uno o más conductores y el retorno por
uno o más conductores diferentes a los utilizados para la
inyección, siendo el número de conductores utilizados en este caso
más de dos.
En el estado del arte existen algunas patentes
con procedimientos destinados a incrementar las prestaciones de un
sistema de comunicaciones cuando el medio es multiconductor que
dejan sin solucionar el problema de realizar la inyección en dicho
medio. El dispositivo de la invención soluciona esta carencia y se
centra en la forma concreta de realizar la inyección inductiva
sobre dicho medio para conseguir la ortogonalidad entre las
inyecciones, por lo que resuelve el problema comentado y en
consecuencia no está anticipado por los documento existentes del
estado del arte.
Por otro lado, en el estado del arte también hay
patentes sobre acopladores inductivos, pero que no anticipan la
presente invención. Una de estas patentes es el documento
WO-03/063381-A1 denominado
"Coupling device", en el que se describe un método inductivo
de acoplamiento para zonas donde se necesite inyectar sobre
diferentes ramificaciones de la red eléctrica y donde dichas
inyecciones se realizan de forma diferencial en dos conductores de
cada ramificación. Puesto que con el método descrito no es posible
realizar multiinyección ortogonal sobre múltiples conductores con
inyecciones en modo común, diferencial y
pseudo-diferencial, dicha patente de referencia no
anticipa el dispositivo de invención.
Para lograr los objetivos y evitar los
inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención
consiste en un dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores que permite la aplicación de procedimientos
para aumentar las prestaciones de un sistema de comunicaciones
sobre un medio formado por N conductores y un plano de referencia.
Dicho dispositivo está formado por los siguientes elementos y
conexiones: E entradas de señal, donde E está comprendido entre 1 y
N, para cada una de las señales a inyectar entre los conductores; A
acopladores inductivos, siendo A mayor o igual a dos veces el
número de entradas de señal (2\timesE), donde el número concreto
de acopladores inductivos utilizados en el dispositivo depende del
número de modos de inyección y del número de conductores utilizados
por cada uno de esos modos, y en los que el conductor pasa a través
del hueco del acoplador inductivo una o más veces; E lazos de
inyección de señal, cada uno de los cuales inyecta en un modo
diferencial, pseudo-diferencial o modo común, que
pasan a través de los acopladores, situados alrededor de los
conductores sobre los que dicho lazo va a inyectar corriente, y el
sentido en el que el lazo atraviesa cada acoplador inductivo fija
el sentido de la corriente que se desea inyectar en el conductor;
y el número de vueltas de cada lazo de inyección sobre cada
acoplador o bien de cada conductor en cada acoplador es tal que se
consiguen inyecciones en modo diferencial,
pseudo-diferencial o modo común. Gracias al
dispositivo es posible inyectar señales de comunicación en hasta N
combinaciones de los conductores de forma que dichas señales
inyectadas son ortogonales entre sí.
En este dispositivo las entradas de señal que se
inyectan en modo diferencial o pseudo-diferencial
son balanceadas y se conectan a los dos extremos de cada lazo,
mientras que la entrada de señal que se inyecta en modo común está
referida al plano de referencia y se conecta a uno de los extremos
del lazo utilizado para la inyección en modo común estando el otro
extremo del lazo conectado al plano de referencia.
Los acopladores inductivos utilizados en el
dispositivo son elementos con alta permeabilidad magnética tales
como materiales nanocristalinos o materiales cerámicos
ferromagnéticos, y cuya forma permite que sean atravesados por los
conductores y por los lazos.
En una implementación del dispositivo de la
invención el número de acopladores es igual al número de
conductores utilizados por las diferentes inyecciones, de forma que
todas las inyecciones que apliquen corriente en un conductor
utilizarán el acoplador inductivo asociado a ese conductor.
En este caso, cada conductor sólo atravesará el
acoplador asociado a él una vez, mientras que los lazos de
inyección atravesarán dicho acoplador tantas veces como sean
necesarias para mantener la relación de corrientes adecuada para
conseguir inyecciones ortogonales.
En otra implementación alternativa del
dispositivo, el número de acopladores es igual al número de modos
de inyección utilizados, de forma que cada modo de inyección tiene
asociado un único acoplador.
En este caso cada acoplador es atravesado por un
solo lazo una única vez, mientras que los conductores utilizados
por el modo de inyección asociado al acoplador atraviesan dicho
acoplador tantas veces como sea necesario para mantener la relación
de corrientes adecuada para conseguir inyecciones ortogonales.
Finalmente, aunque el dispositivo de la
invención puede utilizarse en cualquier medio multiconductor, está
específicamente desarrollado para el caso en el que el canal de
comunicaciones formado por múltiples conductores sea la red
eléctrica.
A continuación, para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter
ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la
invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 1.- Muestra un ejemplo del dispositivo de
multiinyección con N señales sobre N conductores con sus distintos
elementos y conexiones.
Figura 2.- Representa una realización de la
invención en la que cada conductor está asociado a un único
acoplador inductivo.
Figura 3.- Muestra una realización de la
invención en la que cada modo de inyección está asociado a un único
acoplador inductivo.
Figura 4.- Representa un ejemplo de realización
en un medio con tres conductores en los que únicamente se realizan
dos inyecciones, una inyección diferencial y otra
pseudo-diferencial.
\vskip1.000000\baselineskip
Seguidamente se realiza la descripción de varios
ejemplos de realización de la invención, haciendo referencia a la
numeración adoptada en las figuras.
Teóricamente es posible utilizar la propiedad de
que el medio de transmisión esté formado por múltiples conductores
para conseguir maximizar las prestaciones de un sistema de
comunicaciones que utilice dicho medio de transmisión. De hecho es
posible conseguir un procedimiento que distribuya las corrientes en
un medio multiconductor de manera que se inyecten de forma
ortogonal las señales en dicho medio, con lo que se consigue una
menor interferencia entre inyecciones, una mayor cobertura, etc. El
problema principal de estos procedimientos es la inyección de las
señales en el medio multiconductor.
El dispositivo de la invención es capaz de
realizar dicha inyección inductiva de forma óptima para seguir el
procedimiento deseado para aumentar las capacidades de comunicación
de un sistema que utilice dicho medio multiconductor.
La figura 1 representa un ejemplo de realización
en el que se muestra un canal de N conductores referidos a un
plano de referencia (4) donde se realizan N inyecciones mediante el
dispositivo de multiinyección inductiva. En este ejemplo hay un
número par de N conductores (2_{1} a 2_{N}), y N señales de
entrada (1_{1} a 1_{N}) que se dividen en una señal que se
inyectará en modo común (1_{1}), múltiples señales que se
inyectarán en modo diferencial (1_{2} a 1_{x}) y múltiples
señales que se inyectarán en modo pseudo-diferencial
(1_{x+1} a 1_{N}). Asimismo, en este ejemplo de realización hay
un acoplador inductivo (3) para cada conductor e inyección
utilizada. Para conseguir inyecciones ortogonales los conductores
donde se inyectan las señales, el sentido de la corriente inyectada
y el número de vueltas del lazo de inyección serán las adecuadas
según el procedimiento de aumento de prestaciones de las
características de la comunicación
utilizado.
utilizado.
Como se puede observar en la figura anterior, la
inyección en modo común tiene su retorno a través del plano de
referencia (4), mientras que los modos diferenciales y
pseudo-diferenciales crean corrientes únicamente
sobre los conductores (2_{1} a 2_{N}).
El número de modos diferenciales máximo depende
del número de conductores, siendo N/2 para un número de
conductores par y (N-1)/2 para un número impar.
Para mejorar la comprensión de la figura 1, las
corrientes dibujadas sobre los distintos conductores tienen tres
subíndices. El primero indica si es corriente de modo común (c),
diferencial (d) o pseudo-diferencial (pd); el
segundo es el número de la señal inyectada (que va de 1 a N) ; y el
tercero es el número del conductor por el que se distribuye la
corriente (que también va de 1 a N en este ejemplo).
Otro ejemplo de realización puede observarse en
la figura 2, donde se muestra el dispositivo sobre un canal
formado por cinco conductores (2_{1} a 2_{5}) referidos a un
plano de referencia (4). En este caso sólo se utiliza un acoplador
(3) por cada conductor, con lo que se disminuye de forma drástica
el número de acopladores inductivos utilizados. Cada uno de los
modos de inyección que necesiten acoplar señal en un conductor
determinado deberán utilizar el acoplador de ese conductor. Esto
hace que sobre un mismo acoplador que envuelve a un conductor
puedan pasar varios lazos de inyección de modos distintos. Los
conductores (2) sólo pasan una vez a través de su acoplo inductivo
(3), pero los lazos de inyección pasarán tantas veces como sean
necesarias a través del acoplo para garantizar la proporción de
acoplamiento que da la característica de ortogonalidad entre los
modos inyectados, y que estará determinada por el procedimiento de
aumento de las prestaciones utilizado sobre el dispositivo de la
invención.
En esta figura 2 se han dibujado las entradas
que serán acopladas en modo común (1_{c}), en modo diferencial
(1_{d1} y 1_{d2}) y en modo pseudo-diferencial
(1_{pd1} y 1_{pd2}). Estas entradas producen corrientes que
serán acopladas en modo común (I_{c}), en modo diferencial
(I_{d1} e I_{d2}) y en modo pseudo-diferencial
(I_{pd1} e I_{pd2}). Los lazos que llevan las señales entre los
diferentes acopladores deben ser tales que se consiga la
ortogonalidad de señales, según el procedimiento utilizado sobre el
dispositivo. En este caso, el lazo del segundo acoplamiento
pseudo-diferencial tiene que dar cuatro vueltas al
acoplador (3) situado en el conductor inferior (2_{5}) para
obtener el valor adecuado de corriente sobre dicho conductor. La
condición de ortogonalidad de las inyecciones sobre los conductores
fija el sentido de las corrientes inyectadas y el número de vueltas
del lazo de inyección o de cada conductor a través de los
acopladores inductivos. El modelo equivalente eléctrico de cada
acoplamiento inductivo se corresponde con un transformador con uno
o más devanados compartidos o no, donde los devanados serán por un
lado los lazos de inyección y por otro lado los conductores.
Suponiendo la condición de adaptación de impedancias se producen el
reparto de corrientes de cada acoplamiento en los conductores que
se ve en la figura 2.
Por otro lado, la figura 3 muestra otra
implementación del acoplamiento inductivo en el dispositivo de la
invención, donde cada modo de inyección tiene asociado un único
acoplador (3), a través del cual pasan los conductores sobre los
que el modo debe acoplar la señal. En este caso hay tres
conductores (2_{1}, 2_{2} y 2_{3}) sobre los que se van a
inyectar una señal en modo común (1_{c}), una modo diferencial
(1_{d}) y otra en modo pseudo-diferencial
(1_{pd}). Estas señales de entrada producirán corrientes
correspondientes (I_{c}, I_{d} e I_{pd}) que se acoplarán de
forma inductiva a los conductores.
En este ejemplo de realización son los
conductores los que atraviesan los acopladores inductivos (3) con
el número de vueltas y en el sentido adecuado para garantizar la
propiedad de ortogonalidad en las señales entre los diferentes
conductores (2). Los lazos de inyección, en cambio, únicamente
pasarán a través de su acoplo inductivo una vez. La figura muestra
una implementación sobre un total de tres conductores, donde son
posibles hasta tres modos de inyección ortogonales. En este caso,
tal y como se muestra en la figura 3, la distribución de corrientes
sería I_{c}/3 por cada conductor para la corriente de modo común,
I_{d}/2 por cada conductor para la corriente de modo
diferencial, e I_{pd}/3 o I_{pd}/6 por cada conductor para las
corrientes de modo pseudodiferencial.
Finalmente la figura 4 muestra un ejemplo de
realización sobre un canal de tres conductores (2_{1}, 2_{2} y
2_{3}) donde únicamente se han implementado los acoplamientos
inductivos de los modos diferencial y
pseudo-diferencial. El modo común en general
presenta mayores pérdidas de señal y mayores interferencias por
radiación, por lo que no suele utilizarse en implementaciones
reales con objeto de cumplir con los estándares y las distintas
regulaciones internacionales sobre radiación.
En este caso habrá dos entradas de señal, una
que será inyectada de modo diferencial (1_{d}) y otra en modo
pseudo-diferencial (1_{pd}), que generarán sus
correspondientes corrientes (I_{p} e I_{pd}). Cada conductor
tiene su propio acoplador (3) de forma que los conductores
(2_{1}, 2_{2}, 2_{3}) únicamente atraviesan el acoplador una
vez, mientras que los lazos que conectan con las entradas de señal
deben atravesar el lazo el número de veces y en el sentido
adecuado para conseguir ortogonalidad entre las inyecciones.
Concretamente, el lazo diferencial atraviesa el
acoplador (3) del conductor superior (2_{1}) en sentido directo y
el acoplador (3) del conductor medio (2_{2}) en sentido inverso,
con lo que genera la mitad de la corriente diferencial (I_{d}/2)
en sentidos opuestos en ambos conductores (2_{1} y 2_{2}). El
lazo pseudo-diferencial, en cambio, atraviesa los
acopladores (3) de los conductores superior (2_{1}) e intermedio
(2_{2}) en sentido directo, y el acoplador (3) del conductor
inferior (2_{3}) en sentido inverso dando dos vueltas. Gracias a
ello se genera una corriente pseudo-diferencial
(I_{pd}) en sentido directo en los conductores superior (2_{1})
y medio (2_{2}) y el doble en sentido contrario (2xI_{pd}) en
el conductor inferior (2_{3}). Se puede comprobar teóricamente
que las inyecciones de esta forma realizadas son ortogonales.
I_{pd1} e I_{pd2}.
Claims (8)
1. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, previsto para permitir la aplicación de
procedimientos para aumentar las prestaciones de un sistema de
comunicaciones sobre un medio formado por N conductores y un plano
de referencia, se caracteriza porque comprende:
- -
- E entradas de señal, donde E está comprendido entre 1 y N, para cada una de las señales a inyectar en los conductores;
- -
- A acopladores inductivos, siendo A mayor o igual al doble del número de entradas de señal (2xE), donde el número de acopladores utilizados en el dispositivo depende del número de modos de inyección y del número de conductores utilizados por cada uno de los modos de inyección, y en los que el conductor pasa a través del hueco del acoplador inductivo al menos una vez;
- -
- E lazos de inyección de señal, cada uno de los cuales inyecta un modo seleccionado entre diferencial, pseudo-diferencial y modo común, que pasan a través de los acopladores situados alrededor de los conductores sobre los que dicho lazo va a inyectar corriente, y el sentido en el que el lazo atraviesa cada acoplador inductivo fija el sentido de la corriente que se desea inyectar en el conductor;
- -
- selectivamente el número de vueltas de cada lazo de inyección sobre cada acoplador y el número de vueltas de cada conductor en cada acoplador es tal que consiguen inyecciones seleccionadas entre modo diferencial, pseudo-diferencial y modo común;
para inyectar señales de
comunicación en hasta N combinaciones de los conductores y obtener
señales inyectadas que sean ortogonales entre
sí.
2. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, según reivindicación 1,
caracterizado porque las entradas de señal que se inyectan en
un modo seleccionado entre diferencial y
pseudo-diferencial son balanceadas y se conectan a
los dos extremos de cada lazo, mientras que la entrada de señal que
se inyecta en modo común está referida al plano de referencia y se
conecta a uno de los extremos del lazo utilizado para la inyección
en modo común estando el otro extremo del lazo conectado a dicho
plano de referencia.
3. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, según reivindicación 1,
caracterizado porque los acopladores inductivos son
elementos con alta permeabilidad magnética seleccionados entre
materiales nanocristalinos y materiales cerámicos ferromagnéticos,
y cuya forma permite que sean atravesados por los conductores y por
los lazos.
4. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, según reivindicación 3,
caracterizado porque el número de acopladores es igual al
número de conductores utilizados por las diferentes inyecciones,
para que todas las inyecciones que apliquen corriente en un
conductor utilicen el acoplador inductivo asociado a ese
conductor.
5. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, según reivindicación 4,
caracterizado porque cada conductor sólo atraviesa el
acoplador asociado a él una única vez, mientras que los lazos de
inyección atraviesan dicho acoplador tantas veces como sean
necesarias para mantener la relación de corrientes adecuada para
conseguir inyecciones ortogonales.
6. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, según reivindicación 3,
caracterizado porque el número de acopladores es igual al
número de modos de inyección utilizados, para que cada modo de
inyección tenga asociado un único acoplador.
7. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, según reivindicación 6, caracterizado
porque cada acoplador es atravesado por un solo lazo una única vez,
mientras que los conductores utilizados por el modo de inyección
asociado al acoplador atraviesan dicho acoplador tantas veces como
sea necesario para mantener la relación de corrientes adecuada para
conseguir inyecciones ortogonales.
8. Dispositivo de multiinyección inductiva sobre
múltiples conductores, según reivindicación 1,
caracterizado porque el canal de comunicaciones formado por
múltiples conductores es la red eléctrica.
Priority Applications (9)
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