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, 3.3 nF, 200 Vdc | 村田製作所 | GRM55N2C2D332JY21B | — | — |
| 面実装インダクタ, 10 μH, 2 A | 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 1.8 m (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 −55 dBm/Hz から −60 dBm/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 20.9 MHz 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．
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．