电力线通信技术电磁兼容测量方法

电力线通信技术电磁兼容测量方法 PLC 技术简介 电力线通信技术即 PLC 技术，是英文 Power LineCommunication 的简称，现在代表 着一种新兴的技术“电力线上网”，它是利用电力线载波通信技术和电力线的入户功 能来实现多媒体数据的网络化传输。这种方式从传输媒质上来讲，与电话线上网并没有 区别，都是利用金属导线作为传输媒质，不同的只是两者所采用的传输频率不同(PLC 一 般为 1.730 MHz)。理论上电力线作为通信线路的通信速度，根据不同的频率可达每秒 3 兆比特或 10 兆比特，与光纤大致相同。用户只需要添加一个特制的调制解调器就可以 与网络连接。 PLC 技术做为长距离调度的通信手段，早已有之。它以电力线路为传输通道，具有 通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等得天独厚的优点。 PLC 技术的辐射干扰问题 电力线相当于天线，它一方面将产生的电磁波向外辐射，另一方面吸收来自外界的 电磁波。PLC 使用 230 MHz 的频带传输数据时，可能会对该频段的短波无线电广播、 业余爱好者无线电台以及其它电信设备的正常工作产生影响。在电力线调制解调器工作 时，电力线通信设备和电力线会产生泄漏电波，这些泄漏电波将变成无线通信中的噪音， 有可能会对无线通信造成干扰，但是电力线辐射电磁波的能力远远没有电力线通信设备 辐射电磁波的能力大，且无线通讯应用的频带比较窄，所以影响的程度不大。泄漏的电 磁波对于有线通信来说，经过调制接收到的是类似于白噪声的干扰，会使设备间通信的 误码率提高，信噪比升高，影响通信质量。在 10 m 的距离上、用 9 kHz 的带宽测量其电 磁辐射，频率在 10 MHz 以下时达到 66 dBV/m，在 100200 m 范围内，它会干扰无线 电通信和电子设备。但是，当频率到达 10 MHz 以上时，电磁波随距离增加衰减加剧， 通过电力线传输宽带信号造成的辐射影响迅速下降。电力线通信设备此时会对其周围电 子设备的工作造成严重影响。 为了避免这种干扰，各国制定了相应的一些标准和规范。英国的 MPT 1570、德国 的 NB30 是专门针对高速 PLC 通信制定的法规，加上美国的通用电磁兼容标准 FCC Part 15，实际上高速 PLC 现有三个电磁兼容标准。三个标准中，FCC Part 15 最为宽松，NB 30 次之，MPT 1570 最严格。这些标准或规范规定的限值要求见图 1。 主管信息通信产业的日本总务省，已开发利用电力线作为通信网络线路的技术，以 促进社会信息化的发展总务省据此制定一项法令，从 2002 年起准许使用电力线作通信 网络的线路，同时还准备在年内开发可供家用电脑等使用的万能插口等装置。日本 60 家有关企业设立了联合机构“电力线载波通信设备开发部”，研究用输电线做通信线路的 技术。将来只要把电脑的电源插头插入插座，即可接入互联网。目前，在日本互联网主 要是通过电信线路连接电脑。新设立的联合研究机构将研究使电力线发挥通信线路作用 的技术。 德国联邦议院议会上院新近通过一项议案，批准使用能使互联网信息通过电力线和 墙上电源插座传输的技术。联邦议会投票通过的这项议案为今后在广播波段范围内通过 电力线上网铺平了道路。议案还同意，在 2010 年电视信号、2015 年标准无线电的传输 分别完全实现数字化的时候，它们的波段也将接入互联网业务。 德国联邦参议院和联邦通信与邮政管理局颁布了“电网在线”条例，在为 PLC 提供法 律保障的同时也对辐射问题规定了具体指标。 据了解，德国多特蒙德大学的研究表明，在 64 台计算机同时使用五类双绞线上网 时，产生的电磁辐射都已经超过了 NB 30 标准的限值，见图 2 所示。由此可见，该标准 限值的设定不是十分科学。 通过和美国的 FCC part 15 比较，德国规定的缺点是明显的。例如，在 2 MHz 左右， 美国限值比德国的建议限值高 30 dB，这就意味着传送功率高 1 000 倍或者可能的数据传 输速率大约高 10 倍。与美国相比，目前德国的限值已经成为 PLC 系统发展的严重障碍。 一些国际组织如 PLC 论坛正在致力于推翻该标准。 英国的情况更糟，因为其建议的限值更低，一般比德国的 NB 30 低 20 dB 左右，这 大体上相当于将可能的传输速率降低到 60%左右。在这种环境下，不能指望电力公司对 PLC 技术进行投资。此外，从技术方面考虑，这样低的限值也有很大的问题，通常有线 电视、计算机网络、甚至电话线的电磁辐射都会超过这些限值。 PLC 的传导骚扰测量方法 在 CISPR 22 中，电源端口和电信端口都要求测量。 但是 PLC 调制解调器仅仅采用了一个端口就完成了供电和通信的功能。因此，我们 可以把这种端口定义为多用途端口。测量方法基于以下考虑： （1）用户使用的供电电源是非平衡的骚扰源，因此采用 V 型网络（A M N）来衡 量干扰程度是合理的。 （2）对于电信设备而言，引起辐射的共模对称信号远远小于差模信号。采用 T-ISN 来测量差模信号，并根据适当的网络性能的非平衡（LCL）典型值来增加差模到共模的 转换。 限值应用 限值同时采用电源端口和电信端口的限值。多用途端口应当测量 2 次，如下所述： 通信功能不激活，采用 AMN 测量，并符合电源端口的限值要求；通信功能激活，采用 T-ISN 测量，并符合电信端口的限值要求。 测量应当同时满足平均值和准峰值的要求。通信功能测量时，应当满足电压限值或 电流限值的要求。如果测量读数靠近限值，那么在每个频率点的测量时间不少于 15 s。 测量方法 应当忽略 AE（辅助设备）对 EUT 电源端口骚扰电平的贡献。因此，电力线终端适 配器或 PLC 网络模拟传输应当调整到使 EUT 电力线传输功能正常所需要的最小电平。 应当按正常使用方式，将 EUT 搭接到金属参考接地平板或是绝缘。 EUT 的不用于 P L C 的电源端口不按上述要求进行测量，但是应当满足相关电源端 口的限值要求。总的说来，T-ISN 应当在电源电压上端接。出于对操作人员安全的考虑， 应当有良好的绝缘或其它可接受的方法。 应用 T-ISN 测量步骤 T-ISN 的电路如图 3 所示。 测量布置见图 4 所示，将 T-ISN 直接与参考接地平板相连。 如果采用电压测量，就直接在 T-ISN 的端口测量，但是读数需要根据 T-ISN 的分压 系数进行修正。 如果采用电流测量，就使用电流探头直接测量，并与电流限值直接比较。 为了确保电源供电端口在任何测量频率上的无用信号不会影响测量，可能需要在 T- ISN 和 AE 之间插入一个低通滤波器。该滤波器在 150 kHz30 MHz 频率范围内对差模 和共模电压的衰减推荐值至少为 40 dB。当滤波器插入时，应当满足以下所规定的阻抗 要求。滤波器的所有元件应当封装在金属屏蔽壳内，而且该屏蔽外壳应当直接与参考接 地平板相连。 在 1.630 MHz 频率范围内的 RF 低通滤波器与 T-ISN 或与 AE 的差模阻抗，应当 至少比 EUT 发射模式或 AE 接收模式下的差模阻抗大 20 倍。 T-ISN 应当具有以下特性： （1）在 150 kHz30 MHz 频率范围内的共模端接阻抗应当为 150?20?，相位为 020。 （2）T-ISN 应当对 AE 的骚扰提供足够的隔离。T-ISN 对来自 AE 的共模电压或电 流的骚扰衰减应当低于测量骚扰限值 10 dB 以下。 所要求的隔离度至少为： 在 150 kHz1.5 MHz 频率范围内大于 3555 dB，随频率对数线性增加。 在 1.530 MHz 频率范围内大于 55 dB。注：隔离是指 T-ISN 对来自 AE 共模骚扰 的衰减。 （3）在该频率范围内，T-ISN 的 LCL 为 36 dB3 dB。注