[发明专利]一种基于频分复用的多路数据耦合器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于频分复用的多路数据耦合器及其设计方法，基于频分复用原理，设置上行信道耦合通路，所述上行信道耦合通路由第一匹配变压器和高通滤波器组成；下行信道耦合通路，所述下行信道耦合通路由第二匹配变压器和第一低通滤波器组成；直流供电通路，所述直流供电通路由第一低通滤波器和第二低通滤波器组成。本发明利用无源器件实现多路数据耦合，设计简单，应用可扩展性强。

技术领域：

本发明属于数据通信领域，具体涉及一种基于频分复用的多路数据耦合器及其设计方法，应用于采用一对传输线路实现多路数据复用传输的场合。

背景技术：

在石油测井、深海探测、电视监控系统等应用场合中，需要进行远距离双向数据传输和直流供电。常见的采用多芯电缆实现双向数据传输，实现原理简单，但因传输远距离，电缆体积和成本会成为制约因素。单缆如单芯同轴缆或一对双绞线实现双向数据传输的方式主要有两种：⑴采用分时复用实现单缆进行双向数据传输，通过传输时隙控制实现上行和下行数据传输切换；⑵采用频分复用的方式实现单缆双向数据传输，将不同路数据调制至不同的载波上进行传输，通常情况下该数据耦合器的实现复杂度且成本较大。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于频分复用的多路数据耦合器，利用无源器件实现多路数据耦合，设计简单，应用可扩展性强。

本发明的技术解决方案是，提供一种基于频分复用的多路数据耦合器，基于频分复用原理，设置

上行信道耦合通路，所述上行信道耦合通路由第一匹配变压器和高通滤波器组成；

下行信道耦合通路，所述下行信道耦合通路由第二匹配变压器和第一低通滤波器组成；

直流供电通路，所述直流供电通路由第一低通滤波器和第二低通滤波器组成；

其中，所述下行信道耦合通路和所述直流供电通路共用第一低通滤波器，所述上行信道耦合通路和所述下行信道耦合通路在电缆端连接，实现不同路信号之间的频带隔离，达到多路耦合功能。

作为优选的技术方案，所述上行信道耦合通路中，第一电阻和第一电容构成高通滤波器，截止频率f_H，允许上行数据无损耦合进传输线缆中，第一匹配变压器采用隔离型，工作频带满足f_up的数据要求；其中第一电阻具有阻抗匹配作用，使整个耦合器阻抗与线缆特性阻抗匹配，在线缆端，第一电容和第一电阻构成低阻滤波器，阻止传输缆中下行信号和直流电源影响上行数据源，并要求对f_down信号的衰减程度不低于25dB。

作为优选的技术方案，所述下行信道耦合通路中，第一电感和第二电容构成第一低通滤波器，截止频率f_L1，第一低通滤波器阻止上行数据通过，对频率f_up的衰减不低于30dB，允许f_down信号无损通过；第三电容和第二匹配变压器构成下行命令耦合通路，第三电容隔离直流和低频信号，阻止电源信号中低频成分对下行耦合通路的影响的同时允许f_down信号无损通过，第二匹配变压器采用隔离型；整个通路对频率f_up的衰减不低于40dB，对直流供电信号中存在的工频的衰减不低于100dB。

作为优选的技术方案，所述直流供电通路中，第二电感和第四电容构成第二低通滤波器，第二低通滤波器与第一低通滤波器级联，用于提取直流信号，阻止上行数据和下行数据信号，并要求对f_down信号的衰减不低于40dB。

进一步的，本发明还提供上述基于频分复用的多路数据耦合器的设计方法，包括以下步骤，

步骤1，根据传输信息量的需求，设计上行数据速率f_up、下行数据速率f_down、使得满足f_up＞40×f_down，根据直流供电的电压和功率需求，设计各电感、电容的耐压值；