信号・電源分離ユニットの製作

信号・電源分離ユニットの製作 (2006/08/10)

8月10日現在，高速電力線通信の規制緩和は電波監理審議会で検討中です．従って，電力が重畳している線に短波帯のデータ信号を伝送すると電波法違反です．といっても，高速電力線通信信号のスペクトラムとかには興味があります．そこで，通信信号と電源を分離するユニットを製作し，信号のみを抽出して，信号の時間領域や周波数領域を見てみたいと思います．

下の写真は，アメリカで販売されている電力線通信用モデムである，Netgear XE104 85Mbps Wall-Plugged Ethernet Switchです．PHY層の伝送レートが最大で85Mbpsで，イーサネットスイッチと一体化しています．一つは分解していないもの，一つは分解したものです．分解したものの左側が電源と信号を分離する部分とイーサネットスイッチになり，右側は電力線通信用のPHY層とMAC層のチップがあります．なお，分解には，T-9Hのトルクスドライバーが必要になります．トルクスドライバーは近くのホームセンターで購入できると思います．購入することは可能ですが，これをその辺のコンセントにつなげてデータのやり取リをすれば，電波法違反になりますので，注意して下さい．

さて，信号・電源を分離するには，要は信号側端子にはハイパスフィルター(HPF)，電源側端子にはローパスフィルター(LPF)を作ればよいことになります．電源側のLPF(ACライン・ノイズフィルターと言われる)は，市販のもので安価で性能がよいものが出ているので，自作せずにそちらを使用することにします．秋月電子通商より，NEC/TOKINのGL-2080FVP-T1を購入しました．信号側端子のHPFとして，次数が3次のものと1次のものを設計しました．非常に簡単ですが，下が回路図となります．

表は今回のために購入したものです．

商品名メーカー名型番単価 (円) 数量

チップコンデンサ, 3.3nF, 200V_dc 村田製作所 GRM55N2C2D332JY21B - -

面実装インダクタ, 10μH, 2A Wuerth Elektronik 74454010 310 5

ACノイズフィルター NEC/TOKIN GL-2080FVP-T1 150 5

プラスチックケースタカチ電機 SS-N125G 470 5

ACアウトレットサトーパーツ S-80 50 5

めがねACインレットマル信無線電機 MJ-27S 100 5

2P-3P ACコード - - 110 5

ACコード 1.8m (メガネプラグ付) - - 110 5

単芯ケーブル, 24AWG, 黒 Alpha Wire 5854/7-BLACK-30M 1,900 1

単芯ケーブル, 24AWG, 白 Alpha Wire 5854/7-WHITE-30M 1,900 1

単芯ケーブル, 24AWG, 赤 Alpha Wire 5854/7-RED-30M 1,900 1

銅箔テープ - - - -

商品名	メーカー名	型番	単価 (円)	数量
チップコンデンサ, 3.3nF, 200V_dc	村田製作所	GRM55N2C2D332JY21B	-	-
面実装インダクタ, 10μH, 2A	Wuerth Elektronik	74454010	310	5
ACノイズフィルター	NEC/TOKIN	GL-2080FVP-T1	150	5
プラスチックケース	タカチ電機	SS-N125G	470	5
ACアウトレット	サトーパーツ	S-80	50	5
めがねACインレット	マル信無線電機	MJ-27S	100	5
2P-3P ACコード	-	-	110	5
ACコード 1.8m (メガネプラグ付)	-	-	110	5
単芯ケーブル, 24AWG, 黒	Alpha Wire	5854/7-BLACK-30M	1,900	1
単芯ケーブル, 24AWG, 白	Alpha Wire	5854/7-WHITE-30M	1,900	1
単芯ケーブル, 24AWG, 赤	Alpha Wire	5854/7-RED-30M	1,900	1
銅箔テープ	-	-	-	-

下の写真は，製作後の信号・電源ユニット(HPFが次数1のもの)の中身です．

電力線通信モデルが接続するポートをModem Port，電源を供給するポートをPower Port，高周波信号が流れるポートをSignal Portと呼びます．研究室のネットワークアナライザAgilent 8712ETでModem PortからPower Portへの伝送レスポンスを測定しました．このとき，Signal Portはオープンとします．また，図中の"1st order"は次数1のHPF，"3rd order"は次数3のHPFを示します．

電力線通信モデムの電力スペクトラム密度は-55dBm/Hzから-60dBm/Hzですので，次数1のものでも背景雑音レベルに減衰していることが分かります．次に，Modem PortからSignal Portへの伝送レスポンスを測定しました．このとき，Power Portに擬似電源回路網(AMN)などを接続して測定する方が好ましいかも知れませんが，今回はPower Portはオープンとしました．

電力線通信モデムの使用周波数帯は4.3MHzから20.9MHzですので，グラフより十分に信号が通過することが分かります．これらの結果から，次数1でも十分な特性が得られています．これからは，HPFの次数が1の信号・電源分離ユニットを利用していきます．さて，次は，通信を行うための伝送路の構築，測定データを集めるための準備をしていきたいと思います．

(追記 2006/08/18) 複数のADSLのスプリッタを利用すると，FAXができないなどの障害が起こることがあります．

スプリッタの複数使用は諸悪の根源

複数のスプリッタを利用することで，周波数が共振してしまう現象があるようです．今回の信号・電源分離ユニットの場合でも，電力線通信モデムのアナログフロントエンド(AFE)との間で同じようなことが起こる危険性があるかも知れません．そこで，信号・電源分離ユニットに電力線通信モデムを接続した上で，Signal PortからPower Portへの透過特性をネットワークアナライザAgilent 8712ETで測定しました．利用した電力線通信モデムは，前述のNetgear XE104 85Mbps Wall-Plugged Ethernet Switchです．測定時の写真です．

測定結果は，次のグラフです．

電力線通信モデムが信号周波数帯でインピーダンスマッチングがとれているためか，かなりの減衰量が得られています．従って，信号・電源分離ユニットと電力線通信モデムのAFEの組み合わせによって，電力線側にデータ信号が通過するようなことはないものと思われます．

梅原大祐 / UMEHARA Daisuke umehara@kit.ac.jp

Last modified: 2020/05/02 13:08