随着信息技术的发展,电力线通信技术(power line communication,PLC)在楼宇自动化、自动抄表、智能控制、物联网以及微网等方面的应用日益广泛,电力线通信业务变得更加多样化,宽带电力线通信(BPLC)在国内外受到了愈来愈广泛的关注。电力线信道模型对于特定线路电力线通信信道特性的掌握、电力线通信相关产品的性能指标确定以及通信编码算法的研究具有重要意义。电力线通信信道的建模一般需要经过确定单位长度的电阻、电感、电导和电容4个分布参数(RLGC);根据分布参数计算特征阻抗、传输常数;根据特征阻抗、传输常数及线路长度建立传输方程;结合终端条件建立信道模型4个步骤。对于给定的传输线,由于单位长度的电阻、电感、电导和电容参数需要包含导体的横截面、半径、导体间的空间间隔以及绝缘材料的电气特性等信息,计算需要运用复杂的数学和电磁场相关知识,尤其对于宽带PLC的通信信道建模而言,计算复杂且准确度难以保证。在以往针对电力线信道的建模中,单位长度参数主要通过解析法获得,此方法需要利用电路原理进行分析,设计实验,测量出电路的一次参数。然后根据一次参数推导出二次参数,过程繁琐,要求建模人员具有扎实的专业知识和数学功底。为能够快速、准确地建立宽带电力线通信信道模型,提出了一种基于Q3D的宽带电力线信道建模方法。Q3D,也称为Quick3-D,用于针对电磁场仿真所需的电阻、电感、电导和电容的参数提取,主要用于PCB高频电路设计领域。Q3D使用了先进的三维准静态电磁场求解器,核心算法为矩量法,同时采用了快速多极子算法进行加速。在求解的过程中,考虑到耦合效应、趋肤效应、介质损耗、金属损耗和频变属性的影响。在实践中发现,Q3D软件对于电力线通信信道的仿真同样适用,不仅适用复杂形状的导体建模,准确度高,而且可以减少计算复杂度,显著简化RLGC参数的提取过程。本文主要介绍了以Q3D Extractor提取参数为依据,建立宽带PLC信道模型的步骤和方法。首先利用Q3D软件提取电力线信道的单位长度参数RLGC,然后根据提取的RLGC参数计算平行电缆的特征阻抗和传输常数,从而根据特征阻抗和传输常数计算出电力线信道的ABCD传输矩阵,最后根据ABCD矩阵求出信道传输函数和输入阻抗的幅频响应和相频响应。由于单位长度参数提取的重点是线缆结合模型的做图和各部分材料的分配,将复杂的数学问题转化成了几何作图问题,对建模人员数学知识的要求大大降低,本文所提建模方法能够适用于双导体、多导体及横截面结构复杂的多种PLC信道。论文最后利用所提方法,针对3 mm×4 mm三芯对称电缆建立了宽带电力线通信信道模型;利用网络分析仪分别测量了三芯对称电缆的S参数(散射参数),利用S参数计算出线缆传输函数和输入阻抗的幅频特性以及相频特性,并在30 kHz～100 MHz频带范围内将模型计算值与实测数据进行对比。结果表明,利用所提方法建立的模型计算值能够很好地描述实际测量结果,本文所提方法能够快速、准确地建立电力线宽带信道模型,对于电力线通信信道特性的研究以及工程实践具有重要意义。