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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時即可使系統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、聲電換能、弱電網并網等場合，系統的源阻抗和負載阻抗可能會發生動態變化，使系統失去匹配。而自動阻抗匹配技術，可以使系統時刻保持匹配狀態，極大地提高了系統的穩定性。

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、粒子群算法和神經網絡算法等。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，往往需要專門的數字處理器，增加了系統的開發成本。

Q值法是由Y. Sun和J. K. Fidler在1996年提出的一種匹配網絡計算方法，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因數Q0，即可完成相應Π型（或T型）匹配網絡的參數設計。B. K. Chung和Liao Ruijin等也針對Q值法開展了后續研究和完善工作。

自動阻抗匹配技術可以提高系統的傳輸效率和穩定性。目前自動阻抗匹配技術常使用智能算法進行求解，但傳統智能算法建模復雜、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。

圖1 T型自動阻抗匹配網絡

據介紹，該研究方法從T型網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值法完成匹配網絡參數的分析計算。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，仿真結果表明該方法的匹配性能與負載電阻的大小有關。分析比較了負載品質因數Q0和可調器件級數N對匹配網絡匹配效果的影響。

圖2 阻抗匹配網絡實驗驗證圖

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，結果顯示該基于Q值法的自動阻抗匹配算法在大多數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。

他們指出，該自動阻抗匹配系統設計簡單，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中，若接收端負載或線圈位置發生變化，傳輸效率就會受到影響。若在交流電源和發射線圈之間增加一自動阻抗匹配環節，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傳輸效率和穩定性。

本文編自2022年第9期《電工技術學報》，論文標題為“基于Q值法的T型自動阻抗匹配網絡的研究”。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新計劃資助項目的支持。