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阻抗匹配是一種提高能量傳輸效率的常見手段，當負載阻抗與源阻抗互為共軛復數(shù)時即可使系統(tǒng)的功率傳輸效率達到最大。在一些特殊情況下，如無線電能傳輸、微波系統(tǒng)、聲電換能、弱電網(wǎng)并網(wǎng)等場合，系統(tǒng)的源阻抗和負載阻抗可能會發(fā)生動態(tài)變化，使系統(tǒng)失去匹配。而自動阻抗匹配技術(shù)，可以使系統(tǒng)時刻保持匹配狀態(tài)，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

目前對于阻抗匹配算法的研究主要集中于智能算法，如遺傳算法、粒子群算法和神經(jīng)網(wǎng)絡算法等。這些智能算法在理論上可以獲得較好的匹配，但建模較為復雜，所需的迭代時間長，計算量大，往往需要專門的數(shù)字處理器，增加了系統(tǒng)的開發(fā)成本。

Q值法是由Y. Sun和J. K. Fidler在1996年提出的一種匹配網(wǎng)絡計算方法，使用該方法對已知的源阻抗和負載阻抗進行匹配，只需確定合適的負載品質(zhì)因數(shù)Q0，即可完成相應Π型（或T型）匹配網(wǎng)絡的參數(shù)設計。B. K. Chung和Liao Ruijin等也針對Q值法開展了后續(xù)研究和完善工作。

自動阻抗匹配技術(shù)可以提高系統(tǒng)的傳輸效率和穩(wěn)定性。目前自動阻抗匹配技術(shù)常使用智能算法進行求解，但傳統(tǒng)智能算法建模復雜、迭代時間長、計算量大。針對這一問題，桂林電子科技大學機電工程學院的研究人員范興明、蘇斌華、唐福鴻、張鑫，在2022年第9期《電工技術(shù)學報》上撰文，提出一種基于Q值法的自動阻抗匹配方法，并以該算法為核心設計了一個自動阻抗匹配系統(tǒng)。

圖1 T型自動阻抗匹配網(wǎng)絡

據(jù)介紹，該研究方法從T型網(wǎng)絡器件的解空間入手，利用解空間的截面求出Q0，進一步運用Q值法完成匹配網(wǎng)絡參數(shù)的分析計算。與智能算法相比，所需計算量大大減小。他們在Matlab平臺上建立該方法的仿真分析模型，仿真結(jié)果表明該方法的匹配性能與負載電阻的大小有關(guān)。分析比較了負載品質(zhì)因數(shù)Q0和可調(diào)器件級數(shù)N對匹配網(wǎng)絡匹配效果的影響。

圖2 阻抗匹配網(wǎng)絡實驗驗證圖

研究人員通過樣機測試對該算法進行實驗驗證，并與使用遺傳算法的自動阻抗匹配方法進行比較，結(jié)果顯示該基于Q值法的自動阻抗匹配算法在大多數(shù)場合通過簡單的計算即可達到較好的匹配效果，并且匹配速度快，占用資源少，較容易實現(xiàn)。

他們指出，該自動阻抗匹配系統(tǒng)設計簡單，只需確定源阻抗和負載阻抗的范圍即可快速設計出整個匹配網(wǎng)絡，適用于對匹配速度有較高要求的應用場合。例如在無線電能傳輸系統(tǒng)中，若接收端負載或線圈位置發(fā)生變化，傳輸效率就會受到影響。若在交流電源和發(fā)射線圈之間增加一自動阻抗匹配環(huán)節(jié)，可針對負載端的阻抗變化進行快速匹配，則能極大地提高系統(tǒng)傳輸效率和穩(wěn)定性。

本文編自2022年第9期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“基于Q值法的T型自動阻抗匹配網(wǎng)絡的研究”。本課題得到了國家自然科學基金、廣西自然科學基金和廣西研究生教育創(chuàng)新計劃資助項目的支持。