[發明專利]220V電源線上寬帶高頻信號注入設備

有效

• 申請號: 201210152946.0
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102739204A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 何堅;王巍強;萬志江;宋玥;劉金偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H03K5/1252
• 分類號: H03K5/1252
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明屬于電子信息領域，具體來說是一種用于向220V電源線上注入400K-20M?HZ寬帶高頻信號的設備。

背景技術

目前已有的無線室內定位技術，有的需要基站與感知節點之間精確同步；有的技術需要感知節點攜帶昂貴的收/發設備；Wi-Fi、GSM等無線定位技術使用前需要進行安裝配置，對終端設備要求較高。上述因素制約了無線室內定位技術的推廣。針對電源線是家居環境中不可或缺基礎設施的現狀，佐治亞理工學院Abowd教授等自2008年以來研究基于電源線和位置指紋的室內定位技術。基于電源線和位置指紋的室內定位技術是以家庭環境(如圖1所示)中的電源線作為天線，在其上注入高頻信號，并依據室內空間中接收到的信號強弱進行準確定位的室內定位技術。

向電源線注入抗干擾能力強、失真度小的信號是此定位技術的基礎。Abowd等通過濾除110V強電（美標強電為110V），并直接使用昂貴的Agilent?33220A信號發生器向電源線上注入信號，目前國內外尚未有面向220V電源線的專用信號發生設備。已有的信號發生器,無法濾除電源線上220V的低頻強電信號，會被強電燒壞；同時，通用高頻信號發生器(如AD9850)產生的高頻信號電壓最高只能達到1V,信號在電源線上傳輸衰減大；此外，家用電器運行過程中產生的高壓串擾會對注入的高頻信號產生影響。

發明內容

針對電源線上存在220V/50Hz強電信號、信號衰減快和干擾信號多等問題，本發明提供了一種220V電源線上400K-20M?Hz寬頻信號注入設備。該設備不僅可以放大信號發生器產生的信號電壓，解決信號在電源線上衰減問題，而且可以有效濾除電源線上220V強電的低頻信號，起到保護注入設備的作用。

本發明采用如下技術方案：

如圖2所示，220V電源線上400K-20M?Hz寬頻信號注入設備包括:在Arduino?Mega開發板上集成的鍵盤1、信號顯示屏LCD2、ATMEGA?1280處理器3、AD9850信號發生器4、400K-20M寬頻信號放大器5、220V電源過濾模塊6；其中，ATMEGA?1280處理器3是注入設備的中央控制器，接收用戶從鍵盤1輸入的頻率數值，并將頻率數值送顯示屏LCD2顯示，ATMEGA?1280處理器3按照公式:

將輸入頻率數值轉換為輸出頻率控制字送往AD9850信號發生器4；AD9850信號發生器4根據輸出頻率控制字進行數模轉換輸出頻率范圍為400K-20M?Hz的高頻正弦信號，并將高頻正弦信號輸出至400K-20M?Hz寬頻信號放大器5；400K-20M?Hz寬頻信號放大器5與AD9850信號發生器4的輸出端連接，用于提高系統的輸入阻抗，防止前級信號源的信號反射，濾除400K-20M?Hz以外的信號噪聲，調節外部電阻控制增益，實現對注入信號的電壓放大和阻抗匹配；220V電源過濾模塊6與400K-20M?Hz寬頻信號放大器5的輸出管腳相連，可以濾除工頻信號，并通過偏置電阻隔離強電、保護設備。

圖3所示的400K-20MHz寬頻信號放大器5中，信號進入運放T1的正輸入端，正輸入端串聯電阻R8接地。T1負輸入端與輸出端相連，T1輸出端接電阻R1接入運放T2負輸入端，T2正輸入端串聯電阻R2接地。T2輸出端接電阻R2接運放T3負輸入端，T3正輸入端串聯電阻R4，R5，接地，T3負輸入端接電容C2，串聯電阻R7，接T3正輸入端，電阻R7接地，電容C1并聯電阻R6分別連接運放T3負輸入端與輸出端。電容C3，C4分別接地，并分別接運放T3正負15V供電電源。T3輸出端串聯電阻R9接地。滑動變阻器R串聯電阻R15，連電阻R9。T3輸出端接電阻R10接入運放T4負輸入端，電阻R12兩端分別接T4負輸入端和輸出端，T4正輸入端串聯電阻R13，接地。T4輸出端接電阻R14后信號輸出。400K-20M寬頻信號放大器的輸出管腳連接220V電源過濾模塊。

圖4所示的220V電源過濾模塊6中，電容C2與兩個反向并聯接地的二極管D1、D2并聯，同時與四個串聯偏置電阻R1、R2、R3、R4串聯。高頻信號注入端經電容C1，與四個偏置電阻串聯，最終注入到電源線上。

本發明可以獲得如下有益效果：

在工作過程中用戶可以根據需要輸入頻率范圍在400K-20MHz間的任意信號，實現該信號的放大和增益控制，進而提高注入信號的抗衰減和抗干擾能力；同時，可以有效濾除電源線上220V強電的50-60Hz工頻信號，起到保護注入設備的作用。

附圖說明

圖1家居環境圖；