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阻抗匹配是一種提高能量傳輸效率的常見(jiàn)手段，當(dāng)負(fù)載阻抗與源阻抗互為共軛復(fù)數(shù)時(shí)即可使系統(tǒng)的功率傳輸效率達(dá)到最大。在一些特殊情況下，如無(wú)線電能傳輸、微波系統(tǒng)、聲電換能、弱電網(wǎng)并網(wǎng)等場(chǎng)合，系統(tǒng)的源阻抗和負(fù)載阻抗可能會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，使系統(tǒng)失去匹配。而自動(dòng)阻抗匹配技術(shù)，可以使系統(tǒng)時(shí)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(duì)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(luò)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(fù)雜，所需的迭代時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算量大，往往需要專門的數(shù)字處理器，增加了系統(tǒng)的開(kāi)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(luò)計(jì)算方法，使用該方法對(duì)已知的源阻抗和負(fù)載阻抗進(jìn)行匹配，只需確定合適的負(fù)載品質(zhì)因數(shù)Q0，即可完成相應(yīng)Π型（或T型）匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計(jì)。B. K. Chung和Liao Ruijin等也針對(duì)Q值法開(kāi)展了后續(xù)研究和完善工作。

自動(dòng)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(dòng)阻抗匹配技術(shù)常使用智能算法進(jìn)行求解，但傳統(tǒng)智能算法建模復(fù)雜、迭代時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)算量大。針對(duì)這一問(wèn)題，桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院的研究人員范興明、蘇斌華、唐福鴻、張?chǎng)?，?022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種基于Q值法的自動(dòng)阻抗匹配方法，并以該算法為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)阻抗匹配系統(tǒng)。

圖1 T型自動(dòng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)

據(jù)介紹，該研究方法從T型網(wǎng)絡(luò)器件的解空間入手，利用解空間的截面求出Q0，進(jìn)一步運(yùn)用Q值法完成匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的分析計(jì)算。與智能算法相比，所需計(jì)算量大大減小。他們?cè)贛atlab平臺(tái)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(fù)載電阻的大小有關(guān)。分析比較了負(fù)載品質(zhì)因數(shù)Q0和可調(diào)器件級(jí)數(shù)N對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)匹配效果的影響。

圖2 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖

研究人員通過(guò)樣機(jī)測(cè)試對(duì)該算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并與使用遺傳算法的自動(dòng)阻抗匹配方法進(jìn)行比較，結(jié)果顯示該基于Q值法的自動(dòng)阻抗匹配算法在大多數(shù)場(chǎng)合通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算即可達(dá)到較好的匹配效果，并且匹配速度快，占用資源少，較容易實(shí)現(xiàn)。

他們指出，該自動(dòng)阻抗匹配系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只需確定源阻抗和負(fù)載阻抗的范圍即可快速設(shè)計(jì)出整個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，適用于對(duì)匹配速度有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。例如在無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中，若接收端負(fù)載或線圈位置發(fā)生變化，傳輸效率就會(huì)受到影響。若在交流電源和發(fā)射線圈之間增加一自動(dòng)阻抗匹配環(huán)節(jié)，可針對(duì)負(fù)載端的阻抗變化進(jìn)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(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于Q值法的T型自動(dòng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的研究”。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣西自然科學(xué)基金和廣西研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目的支持。