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电力线通信(Power Line Communication,PLC)是利用已经铺设好的电力线作为传输媒介进行数据传输和信息交换的一种通信技术。然而,电力线最初是为传输50 Hz或60 Hz频率的电能而设计的,对于传输高频载波信号不是一个理想的信道。要在电力线信道中进行高效、可靠的通信,需要克服一些挑战。例如,连接在电力线网络中的各种电气元件所引入的脉冲噪声导致通信信号受到干扰(通信质量下降)。另外,连接在电力线网络中的各种电气元件随机的接入和移除(开/关),使得在电力线网络的不同接入点处的输入阻抗具有位置和时变特性,这将导致PLC发射机/接收机与电力线信道(网络)之间存在着阻抗不匹配问题。阻抗不匹配将会降低信号的功率传输,进而影响通信的可靠性。因此,通过阻抗匹配技术来提高PLC信号的功率传输、改善通信的可靠性,成为一种重要的解决方法。直流电力线通信(Direct Current Power Line Communication,DC-PLC)与交流电力线通信(Alternating Current Power Line Communication,AC-PLC)存在着显著的差异,传统AC-PLC中的阻抗匹配方法及阻抗匹配耦合器(存在一定的局限性)无法直接应用于DC-PLC中。为此,本课题以“阻抗匹配”为研究出发点,试图设计适合于DC-PLC环境下的阻抗匹配耦合器及自适应阻抗匹配系统。本课题从如下四个方面进行研究:1.建立了DC-PLC系统模型及直流电力线信道的集总参数模型,推导了耦合变压器的最佳匝数比与直流电力线信道阻抗之间的数学关系,并在传统固定匝数比耦合变压器的基础上,设计了一种低压窄带DC-PLC可调阻抗匹配耦合器。通过仿真和实物测试,该可调阻抗匹配耦合器可以根据电力线信道阻抗的变化,动态地选择最佳的匝数比,实现PLC发射机/接收机与电力线信道之间的动态阻抗匹配,提高信号的功率传输,改善通信的可靠性和稳定性。2.针对耦合变压器较大的制作成本和体积,以及不利于电路集成等问题,研究了电力线信道的特性参数模型,简化了电力线阻抗的近似计算方法,并设计了一种低压/超低压窄带DC-PLC带通匹配耦合器。该带通匹配耦合器采用较为准确的电力线阻抗(而不是平均电力线阻抗)来设计阻抗匹配电路,因此提高了阻抗匹配的准确性。通过仿真和实物测试,与阻抗失配条件下的耦合器相比,所设计的带通匹配耦合器可以获得1 d B～4 d B的功率增益。3.针对二元L型网络存在匹配禁区,以及三元(Π型和T型)网络在复共轭匹配条件下(只能建立二个方程)其元件值无法得到唯一解,无法满足车载电力线通信中复阻抗匹配的需求等问题,本课题根据电路串联谐振的特点,详细阐述了一种基于谐振和吸收的T型网络复阻抗匹配方法,并设计了一种结构简单、实现成本低的车载电力线通信T型阻抗匹配耦合器。通过仿真实验,所设计的T型阻抗匹配耦合器在匹配频率处可实现最大功率传输,且与没有阻抗匹配耦合器的系统相比,所设计的T型阻抗匹配耦合器在发射机侧和接收机侧阻抗匹配时,信号功率分别提高约2.2 d B和0.35 d B。4.车载电力线网络的输入阻抗是一个复阻抗,且具有位置和时变特性。针对L型自适应阻抗匹配系统具有复杂的电路结构和自适应控制逻辑,本课题在基于谐振和吸收的T型网络复阻抗匹配方法的基础上设计了一种T型自适应阻抗匹配系统。该系统通过动态地调节T型匹配网络中可调电容和可调电感的元件值,来实现VPLC发射机/接收机与车载电力线网络之间的自适应阻抗匹配。通过仿真实验,与没有阻抗匹配的系统相比,所设计的T型匹配网络(T型自适应阻抗匹配系统)在发射机侧和接收机侧阻抗匹配情况下,可以分别获得0.4 d B～3d B和0.2 d B～1.0 d B的功率增益。与L型自适应阻抗匹配系统相比,该T型自适应阻抗匹配系统无需改变匹配网络的结构,因而具有较为简单的电路结构和自适应控制逻辑。