CN102355222A - 阻抗匹配***和阻抗匹配装置 - Google Patents

阻抗匹配***和阻抗匹配装置 Download PDF

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CN102355222A CN2011101651881A CN201110165188A CN102355222A CN 102355222 A CN102355222 A CN 102355222A CN 2011101651881 A CN2011101651881 A CN 2011101651881A CN 201110165188 A CN201110165188 A CN 201110165188A CN 102355222 A CN102355222 A CN 102355222A
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Abstract

本发明实施例公开了一种阻抗匹配***和阻抗匹配装置。其中，一种阻抗匹配***，包括：第一阻抗电路、第二阻抗电路和阻抗匹配装置，阻抗匹配装置包括：基准阻抗匹配子单元、可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元，N为大于1的自然数；基准阻抗匹配子单元和可调基波阻抗匹配子单元用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的基波阻抗；可调N次谐波调谐电路子单元用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N次谐波阻抗。本发明实施例的技术方案，有利于实现对基波阻抗和谐波阻抗的分别匹配，简化电路阻抗匹配的调试复杂度。

Description

阻抗匹配***和阻抗匹配装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及阻抗匹配***和阻抗匹配装置。
背景技术
在现有的阻抗匹配***如通信射频***中，一般会通过阻抗匹配单元来进行***中不同单元之间的阻抗匹配，例如：射频负载电路的阻抗为50或75欧姆，而射频放大器的阻抗往往较小，就需要在射频放大器与射频负载之间连接阻抗匹配单元，通过阻抗匹配单元使得射频负载阻抗与射频放大器的输出阻抗相匹配。
目前阻抗匹配单元主要是对基波阻抗进行匹配的电路，这样谐波阻抗会影响电路中如放大电路的增益、输出功率、线性和效率等各项指标，这种影响在开关类功放和道尔蒂(Doherty)功放中表现得尤为明显；而现有的另一种阻抗匹配单元是将基波阻抗和谐波阻抗综合考虑形成匹配网络，但是这种阻抗匹配网络的调试较困难，对匹配网络的改变将同时使得基波和各次谐波阻抗发生变化。
发明内容
本发明实施例提供阻抗匹配***和阻抗匹配装置，以便实现对基波阻抗和谐波阻抗的分别匹配，简化电路阻抗匹配的调试复杂度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
一种阻抗匹配***，包括：
第一阻抗电路、第二阻抗电路和阻抗匹配装置，
所述阻抗匹配装置包括：基准阻抗匹配子单元、可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元，所述N为大于1的自然数；
所述基准阻抗匹配子单元串联连接于所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间；所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元的一端分别接地，且所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元串联和/或并联连接后，连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；
其中，所述基准阻抗匹配子单元和可调基波阻抗匹配子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的基波阻抗；所述可调N次谐波调谐电路子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N次谐波阻抗。
一种阻抗匹配装置，用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的阻抗，所述阻抗匹配装置包括：
基准阻抗匹配子单元、可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元，所述N为大于1的自然数；
所述基准阻抗匹配子单元串联连接于所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间；所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元的一端分别接地，且所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元串联和/或并联连接后，连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；
其中，所述基准阻抗匹配子单元和可调基波阻抗匹配子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的基波阻抗；所述可调N次谐波调谐电路子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N次谐波阻抗。
由上可见，本发明实施例的阻抗匹配***中包括第一阻抗电路、第二阻抗电路和阻抗匹配装置，其中，由于分别是利用阻抗匹配装置中的基准阻抗匹配子单元和可调基波调谐电路子单元对第一和第二阻抗电路之间的基波阻抗进行匹配，而利用阻抗匹配装置中的可调N次谐波调谐电路子单元对第一和第二阻抗电路之间的谐波阻抗进行匹配，这样就实现了对基波阻抗和谐波阻抗的分别匹配，而基波阻抗和谐波阻抗的分别匹配有利于简化匹配过程，简化电路阻抗匹配的调试复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种阻抗匹配***的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种阻抗匹配***的结构示意图；
图3是本发明应用实施例提供的一种阻抗匹配***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例提供的一种阻抗匹配***，可包括：
第一阻抗电路10、第二阻抗电路20和阻抗匹配装置30；其中，阻抗匹配装置30包括基准阻抗匹配子单元301、可调N次谐波调谐电路子单元302和可调基波调谐电路子单元303，该N是大于1的自然数。
其中，可调基波调谐电路子单元303包括串联(或并联)连接的感性元件和容性元件，可调N次谐波调谐电路子单元302都包括串联(或并联)连接的感性元件和容性元件。
图1中以串联为例说明，在可调N次调谐电路子单元302中，其容性元件322的串联(或并联)谐振频率为N次谐波频率，故而该可调N次调谐电路子单元302用于匹配第一阻抗电路10和第二阻抗电路20之间的N次谐波阻抗，而其感性元件312为接入可调N次谐波调谐电路子单元302中的电感量能够调节的感性元件，这样，可通过调节感性元件312接入可调N次谐波调谐电路子单元302中的电感量来改变阻抗匹配装置30匹配的N次谐波阻抗。在可调基波调谐电路子单元303中，其容性元件323的串联(或并联)谐振频率为1次谐波频率，而其感性元件313为接入可调基波调谐电路单元303中的电感量能够调节的感性元件，这样，可通过调节感性元件313接入可调基波调谐电路子单元303中的电感量来改变阻抗匹配装置30匹配的N次基波阻抗。
基准阻抗匹配子单元301串联连接于第一阻抗电路10和第二阻抗电路20之间，基准阻抗匹配子单元301和可调基波调谐电路子单元303用于对第一阻抗电路10和第二阻抗电路20之间的基波阻抗进行匹配。其中，阻抗匹配指的就是，使第二阻抗电路20的阻抗(即负载阻抗)与第一阻抗电路10的输出阻抗之间满足特定配合关系，而设置阻抗匹配装置30的目的，就是使得第一阻抗电路10和第二阻抗电路20实现阻抗匹配。
可调N次谐波调谐电路子单元302和可调基波调谐电路子单元303的一端分别与地线连接，可调基波调谐电路子单元中的感性元件与可调N次谐波调谐电路子单元302中的感性元件相互串联和/或并联连接后可连接于基准阻抗匹配子单元301的一端。
举例来说，例如可调基波调谐电路子单元303包含的感性元件和容性元件串联连接，可调N次谐波调谐电路子单元302中包含的感性元件和容性元件串联连接；其中，该可调N次谐波调谐电路子单元302的感性元件与可调基波调谐电路子单元303的感性元件串联连接后连接于基准阻抗匹配子单元301的一端；可调N次谐波调谐电路子单元302和可调基波调谐电路子单元302中的容性元件分别接地。
阻抗匹配装置30可以综合考虑基波阻抗和谐波阻抗进行匹配。可调基波调谐电路子单元303中的感性元件和容性元件可以是串联连接、可调N次谐波调谐电路子单元302中的感性元件和容性元件可以是串联连接，这时，这两个单元中的容性元件的串联谐振频率分别为基波频率(即1次谐波频率)和N次谐波频率。当然，可调基波调谐电路子单元303中的感性元件和容性元件也可以是并联连接、可调N次谐波调谐电路子单元302中的感性元件和容性元件也可以是并联连接，这时，这两个单元中的容性元件的并联谐振频率分别为基波频率(即1次谐波频率)和N次谐波频率。在实际应用中，可调基波调谐电路子单元303和可调N次谐波调谐电路子单元302中感性元件的电感量调节，可以通过调节该感性元件接入电路中的长度来实现。
对于可调N次谐波调谐电路子单元302来说，接入该单元的感性元件312的电感量发生改变时，由于容性元件322的串联(或并联)谐振频率为N次谐波频率，电路中阻抗匹配装置30匹配的N次谐波阻抗就会发生改变，且理论上会影响电路中的基波阻抗，因为，相对高次谐波阻抗的变化会对相对低次谐波阻抗产生影响。为了消除这种影响，***中配置可调基波调谐电路子单元303，用来调节阻抗匹配装置30匹配的基波阻抗，而可调基波调谐电路子单元303和可调N次谐波调谐电路子单元302的基本结构可能是相同的，不同的是可调基波调谐电路子单元303中容性元件的串联(或并联)谐振频率为基波频率。
可以理解，上述阻抗匹配***中的第一阻抗电路10和第二阻抗电路20可以是任何需要进行阻抗匹配的电路，比如放大器，功率管或压控振荡器(VCO)等电路。阻抗匹配装置30中的感性元件可以为微带线，或带状线，或金属连接线，或电感等元器件等；阻抗匹配装置30中的容性元件可以为微带线，或带状线，或电容等元器件等。
由上可见，在本实施例的阻抗匹配***中包括第一阻抗电路、第二阻抗电路和阻抗匹配装置，阻抗匹配装置中的基准阻抗匹配子单元对第一和第二阻抗电路之间的阻抗进行匹配，可调N次谐波调谐电路子单元可以通过调节感性元件的接入电感量，从而改变阻抗匹配装置的谐波阻抗，可调基波调谐电路子单元可以通过调节感性元件的接入电感量，从而改变阻抗匹配装置的基波阻抗。这样就实现了对基波阻抗和谐波阻抗的分别匹配，且电路的调试也比较简单，即调节电路中感性元件的电感量。
在另一个具体的实施例中，阻抗匹配装置30中可以包括两个或两个以上的可调高次(即大于或等于2次)谐波调谐电路子单元，例如图2所示，可调N+m次谐波调谐电路子单元和可调N-n次谐波调谐电路子单元(当然也可只包括其中一个)，而可调N+m次谐波调谐电路子单元、可调N-n次谐波调谐电路子单元、可调N次谐波调谐电路子单元的感性元件相互串联连接和/或并联连接后(其中，图2中以各个可调高次(N-n次、N次、N+m次)谐波调谐电路子单元的感性元件串联连接为例)，连接于基准阻抗匹配子单元301的一端；其中，该n为小于N的自然数、该m为自然数；可调N+m次谐波调谐电路子单元用于匹配第一阻抗电路10和第二阻抗电路20之间的N+m次谐波阻抗；可调N-n次谐波调谐电路子单元用于匹配第一阻抗电路10和第二阻抗电路20之间的N-n次谐波阻抗。举例来说，阻抗匹配装置30包括的高次谐波调谐电路子单元例如有，可调2次谐波调谐电路子单元，可调3次谐波调谐电路子单元、可调4次谐波调谐电路子单元等等。
在实际应用中，对谐波阻抗进行匹配可以使得阻抗匹配***的效率、功率、增益和线性等指标得到提升，以效率为例说明，Class B放大器除基波阻抗外，高次谐波阻抗均为0，其饱和效率为78.5％，若对基波输出阻抗匹配进行适当调节，再将其偶次谐波阻抗变为无穷大，则其饱和效率为100％。
为便于更好的理解和实施本发明实施例的上述方案，下面以一个具体的应用电路为例来说明各个可调谐波调谐电路子单元的连接关系。
请参考图3，在如图3所示的阻抗匹配***中第一阻抗电路为放大器，第二阻抗电路为放大器的负载电路，即串联连接于地线的电容和电阻；在阻抗匹配装置中：基准阻抗匹配子单元为输出匹配单元，可调二次谐波调谐电路子单元的容性元件为C2，其串联谐振频率为二次谐波频率、可调三次谐波调谐电路子单元的容性元件为C3，其串联谐振频率为三次谐波频率，可调基波调谐电路子单元的容性元件为C1，其串联谐振频率为基波频率，三个谐波调谐电路子单元的感性元件为馈电线。
图3中输出匹配单元连接在放大器与负载电路之间；可调二次谐波调谐电路子单元、可调三次谐波调谐电路子单元和可调基波调谐电路子单元中的感性元件即馈电线相互串联后，再与输出匹配单元的一端连接，且每个可调谐波调谐电路单元中的感性元件和容性元件都串联连接在输出匹配单元的一端和地线之间。这样就可以通过调节感性元件接入这些可调谐波调谐电路单元的电感量，从而改变阻抗匹配装置中对应的谐波阻抗，从高次谐波阻抗到低次谐波阻抗依次调节，最终完成阻抗匹配。
图3所示阻抗匹配***中，输出匹配单元完成对放大器与负载电路之间主要的基波匹配。通过调节可调三次谐波调谐电路子单元中馈电线的长度即c点在馈电线上的位置(即调整可调三次谐波调谐电路子单元中感性元件接入该可调三次谐波调谐电路子单元的电感量)，使得三次谐波阻抗值为10*j欧；而后再调节可调二次谐波调谐电路子单元中馈电线的长度即b点在馈电线上的位置(即调整可调二次谐波调谐电路子单元中感性元件接入该二次谐波调谐电路子单元的电感量)，使得二次谐波阻抗值为30*j欧，且三次谐波阻抗不会受到影响(低次谐波阻抗的调节不影响高次谐波阻抗)；而后调节可调基波调谐电路子单元中馈电线的长度即a点在馈电线上的位置(即调整可调基波调谐电路子单元中感性元件接入该可调基波调谐电路单元的电感量)，最终完成三次谐波、二次谐波和基波阻抗的阻抗匹配。当然，在实际应用中也不限于上述举例的阻抗匹配调节顺序。
本发明实施例还提供一种阻抗匹配装置，用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的阻抗，阻抗匹配装置，包括：
基准阻抗匹配子单元、可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元，上述N为大于1的自然数；
其中，基准阻抗匹配子单元串联连接于第一阻抗电路和第二阻抗电路之间；上述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元的一端分别接地，且上述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元串联和/或并联连接后，连接于上述基准阻抗匹配子单元的一端。
其中，上述基准阻抗匹配子单元和可调基波阻抗匹配子单元用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的基波阻抗；上述可调N次谐波调谐电路子单元用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N次谐波阻抗。
在一种应用场景下，可调基波调谐电路子单元包括串联和/或并联连接的感性元件和容性元件；上述可调N次谐波调谐电路子单元包括串联和/或并联连接的感性元件和容性元件；其中，上述可调N次谐波调谐电路子单元中的容性元件的谐振频率为N次谐波频率，其感性元件为接入上述可调N次谐波调谐电路子单元中的电感量能够调节的感性元件；上述可调基波调谐电路子单元中的容性元件的谐振频率为基波频率，其感性元件为接入上述可调基波调谐电路子单元中的电感量能够调节的感性元件。
在一种应用场景下，上述可调基波调谐电路子单元包含的感性元件和容性元件串联连接，上述可调N次谐波调谐电路子单元中包含的感性元件和容性元件串联连接；其中，上述可调N次谐波调谐电路子单元的感性元件与可调基波调谐电路子单元的感性元件串联连接后连接于上述基准阻抗匹配子单元的一端；上述可调N次谐波调谐电路子单元和可调基波调谐电路子单元中的容性元件分别接地。
在一种应用场景下，阻抗匹配装置还可包括：可调N+m次谐波调谐电路子单元和可调N-n次谐波调谐电路子单元(或者其中一个)，其中，上述可调N+m次谐波调谐电路子单元和可调N-n次谐波调谐电路子单元的感性元件相互串联连接和/或并联连接后，连接于上述基准阻抗匹配子单元的一端；其中，上述n为小于N的自然数、上述m为自然数；上述可调N+m次谐波调谐电路子单元用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N+m次谐波阻抗；上述可调N-n次谐波调谐电路子单元用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N-n次谐波阻抗。
在实际应用中，感性元件可为微带线、或带状线、或金属连接线、或电感等；容性元件可为微带线、或带状线、或电容等。
可以理解，本实施例中的第一阻抗电路和第二阻抗电路可以是任何需要进行阻抗匹配的电路，如放大器，功率管或压控振荡器(VCO)等电路。
可以理解的是，本实施例中的阻抗匹配装置的结构可以如上述实施例中的阻抗匹配装置30，相关结构可参考上述实施例的相关描述。
综上，本发明实施例的阻抗匹配***中包括第一阻抗电路、第二阻抗电路和阻抗匹配装置，其中，由于分别是利用阻抗匹配装置中的基准阻抗匹配子单元和可调基波调谐电路子单元对第一和第二阻抗电路之间的基波阻抗进行匹配，而利用阻抗匹配装置中的可调N次谐波调谐电路子单元对第一和第二阻抗电路之间的谐波阻抗进行匹配，这样就实现了对基波阻抗和谐波阻抗的分别匹配，而基波阻抗和谐波阻抗的分别匹配有利于简化匹配过程，简化电路阻抗匹配的调试复杂度。
同时，可以通过调节感性元件的接入电感量，从而改变阻抗匹配装置的谐波阻抗或基波阻抗，阻抗匹配过程简易，可操作性强。
以上对本发明实施例所提供的阻抗匹配***和阻抗匹配装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种阻抗匹配***，其特征在于，包括：
第一阻抗电路、第二阻抗电路和阻抗匹配装置，
所述阻抗匹配装置包括：基准阻抗匹配子单元、可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元，所述N为大于1的自然数；
所述基准阻抗匹配子单元串联连接于所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间；所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元的一端分别接地，且所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元串联和/或并联连接后，连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；
其中，所述基准阻抗匹配子单元和可调基波阻抗匹配子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的基波阻抗；所述可调N次谐波调谐电路子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N次谐波阻抗。
2.根据权利要求1所述的阻抗匹配***，其特征在于，
所述可调基波调谐电路子单元包括串联和/或并联连接的感性元件和容性元件；所述可调N次谐波调谐电路子单元包括串联和/或并联连接的感性元件和容性元件；其中，所述可调N次谐波调谐电路子单元中的容性元件的谐振频率为N次谐波频率，其感性元件为接入所述可调N次谐波调谐电路子单元中的电感量能够调节的感性元件；所述可调基波调谐电路子单元中的容性元件的谐振频率为基波频率，其感性元件为接入所述可调基波调谐电路子单元中的电感量能够调节的感性元件。
3.根据权利要求1所述的阻抗匹配***，其特征在于，所述可调基波调谐电路子单元包含的感性元件和容性元件串联连接，所述可调N次谐波调谐电路子单元中包含的感性元件和容性元件串联连接；
其中，所述可调N次谐波调谐电路子单元的感性元件与可调基波调谐电路子单元的感性元件串联连接后连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；所述可调N次谐波调谐电路子单元和可调基波调谐电路子单元中的容性元件分别接地。
4.根据权利要求1所述的阻抗匹配***，其特征在于，
所述阻抗匹配装置还包括可调N+m次谐波调谐电路子单元，
其中，所述可调N+m次谐波调谐电路子单元和所述可调N次谐波调谐电路子单元的感性元件相互串联连接和/或并联连接后，连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；其中，所述m为自然数；所述可调N+m次谐波调谐电路子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N+m次谐波阻抗。
5.根据权利要求1所述的阻抗匹配***，其特征在于，
所述感性元件为微带线、或带状线、或金属连接线、或电感；
所述容性元件为微带线、或带状线、或电容。
6.根据权利要求1至5任一项所述的***，其特征在于，所述阻抗匹配***为放大器，或功率管，或压控振荡器VCO***。
7.一种阻抗匹配装置，用于匹配第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的阻抗，其特征在于，所述阻抗匹配装置包括：
基准阻抗匹配子单元、可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元，所述N为大于1的自然数；
所述基准阻抗匹配子单元串联连接于所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间；所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元的一端分别接地，且所述可调基波调谐电路子单元和可调N次谐波调谐电路子单元串联和/或并联连接后，连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；
其中，所述基准阻抗匹配子单元和可调基波阻抗匹配子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的基波阻抗；所述可调N次谐波调谐电路子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N次谐波阻抗。
8.根据权利要求7所述的阻抗匹配装置，其特征在于，
所述可调基波调谐电路子单元包括串联和/或并联连接的感性元件和容性元件；所述可调N次谐波调谐电路子单元包括串联和/或并联连接的感性元件和容性元件；其中，所述可调N次谐波调谐电路子单元中的容性元件的谐振频率为N次谐波频率，其感性元件为接入所述可调N次谐波调谐电路子单元中的电感量能够调节的感性元件；所述可调基波调谐电路子单元中的容性元件的谐振频率为基波频率，其感性元件为接入所述可调基波调谐电路子单元中的电感量能够调节的感性元件。
9.根据权利要求7所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述可调基波调谐电路子单元包含的感性元件和容性元件串联连接，所述可调N次谐波调谐电路子单元中包含的感性元件和容性元件串联连接；
其中，所述可调N次谐波调谐电路子单元的感性元件与可调基波调谐电路子单元的感性元件串联连接后连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；所述可调N次谐波调谐电路子单元和可调基波调谐电路子单元中的容性元件分别接地。
10.根据权利要求7至9任一项所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述阻抗匹配装置还包括：
可调N+m次谐波调谐电路子单元，
其中，所述可调N+m次谐波调谐电路子单元和所述可调N次谐波调谐电路子单元的感性元件相互串联连接和/或并联连接后，连接于所述基准阻抗匹配子单元的一端；其中，所述m为自然数；所述可调N+m次谐波调谐电路子单元用于匹配所述第一阻抗电路和第二阻抗电路之间的N+m次谐波阻抗。
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