CN116418309B - 阻抗匹配电路的阻抗匹配方法 - Google Patents

阻抗匹配电路的阻抗匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，控制模块将可调阻抗匹配模块的阻抗调整为初始值，阻抗检测模块进行阻抗检测，将阻抗检测模块的检测结果与初始值的差值作为负载的阻抗，根据预定的***阻抗及负载的阻抗即可计算得到可调阻抗匹配模块的需求阻抗，控制模块将可调阻抗匹配模块的阻抗调整到需求阻抗，使得射频输出模块与负载之间的阻抗匹配，即使负载的阻抗改变了，也可以重新调整可调阻抗匹配模块的阻抗，能够有效降低射频反射功率，保持射频能量最大化，同时保障了电路的寿命和安全性。

Description

阻抗匹配电路的阻抗匹配方法
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种阻抗匹配电路的阻抗匹配方法。
背景技术
阻抗匹配电路通常连接在射频电源和负载之间，在射频信号传送至负载的过程中，如果射频电源与负载之间的阻抗不匹配，将会有部分能量被反射，导致射频能量不能被最大化利用，降低电路的效率；此外，较大的反射功率也可能会对电路造成损伤。因此，通过阻抗匹配网络降低射频反射功率在阻抗匹配电路中十分重要。
目前，阻抗匹配网络在匹配时，通常认为负载的阻抗是固定的，通过固定的负载阻抗调整阻抗匹配网络的阻抗，如此一来，阻抗匹配网络的阻抗也是固定的。然而，在一些场合中，例如阻抗匹配电路应用在射频治疗仪中时，负载是人体，在使用射频治疗仪进行治疗的过程中，不同患者或不同治疗部位会使得负载的阻抗发生变化，甚至同一患者的同一治疗部位在治疗过程中由于发热也会使得负载的阻抗发生变化，因此，固定阻抗的阻抗匹配网络在负载的阻抗变化时不能有效降低射频反射功率，从而无法保持射频能量最大化，同时电路的寿命和安全性也或受到威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，以解决现有的阻抗匹配电路在负载的阻抗变化时无法保持射频能量最大化，电路的寿命和安全性低等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，所述阻抗匹配电路连接在射频输出模块及负载之间，包括控制模块、阻抗检测模块及可调阻抗匹配模块，所述射频输出模块、阻抗检测模块、可调阻抗匹配模块和负载依次连接，所述方法包括：
所述控制模块将所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整为初始值，所述阻抗检测模块进行阻抗检测；
将所述阻抗检测模块的检测结果与所述初始值的差值作为所述负载的阻抗；
根据预定的***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗；以及，
所述控制模块将所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整到所述需求阻抗，以使所述射频输出模块与所述负载之间的阻抗匹配。
可选的，所述***阻抗的虚部为0。
可选的，所述可调阻抗匹配模块包括第一阻抗调整通路、第二阻抗调整通路Ⅰ和第二阻抗调整通路Ⅱ；
所述第一阻抗调整通路的两端分别连接所述阻抗检测模块与所述负载；
所述第二阻抗调整通路Ⅰ的一端连接在所述第一阻抗调整通路与所述阻抗检测模块之间，另一端接地；以及，
所述第二阻抗调整通路Ⅱ的一端连接在所述第一阻抗调整通路与所述负载之间，另一端接地。
可选的，当所述负载的阻抗的实部大于所述***阻抗的实部时，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗的步骤包括：
将所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗设置为无穷大；以及，
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路的电抗和所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗。
可选的，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路和所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗：
其中，Xc为所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗；Xa为所述第一阻抗调整通路的电抗；ZN为所述***阻抗；R负为所述负载的阻抗的实部；X负为所述负载的阻抗的虚部；δ1和δ2为电抗校正系数。
可选的，所述第一阻抗调整通路包括串联的电容单元和电感单元，所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ均包括电容单元，所述第一阻抗调整通路、所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ中的所述电容单元的容值均可调；
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗之后，还根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率计算得到所有所述电容单元的需求容值；以及，
所述控制模块将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值，以使所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整到所述需求阻抗。
可选的，根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率利用如下方法计算得到所有所述电容单元的需求容值：
Cb＝0；
其中，ω为所述射频输出模块的频率；Ca为所述第一阻抗调整通路中的电容单元的需求容值；Cb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ中的电容单元的需求容值；Cc为所述第二阻抗调整通路Ⅰ中的电容单元的需求容值；La为所述第一阻抗调整通路中的电感单元的感值。
可选的，当所述负载的阻抗的实部小于所述***阻抗的实部时，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗的步骤包括：
将所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗设置为无穷大；以及，
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路的电抗和所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗。
可选的，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路和所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗：
其中，Xb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗；Xa为所述第一阻抗调整通路的电抗；ZN为所述***阻抗；R负为所述负载的阻抗的实部；X负为所述负载的阻抗的虚部；δ3和δ4为电抗校正系数。
可选的，所述第一阻抗调整通路包括串联的电容单元和电感单元，所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ均包括电容单元，所述第一阻抗调整通路、所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ中的所述电容单元的容值均可调；
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗之后，还根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率计算得到所有所述电容单元的需求容值；以及，
所述控制模块将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值，以使所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整到所述需求阻抗。
可选的，根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率利用如下方法计算得到所有所述电容单元的需求容值：
Cc＝0；
其中，ω为所述射频输出模块的频率；Ca为所述第一阻抗调整通路中的电容单元的需求容值；Cb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ中的电容单元的需求容值；Cc为所述第二阻抗调整通路Ⅱ中的电容单元的需求容值；La为所述第一阻抗调整通路中的电感单元的感值。
可选的，当所述电容单元的需求容值大于其对应的最大容值时，所述控制模块将所述电容单元的容值调整为其对应的容值最大值。
可选的，所述电容单元为可调真空马达电容。
可选的，所述电容单元包括至少两个并联的电容调整通路，所述电容调整通路均包括串联的第二开关单元和电容，所述控制模块通过控制每个所述第二开关单元的开闭调整所述电容单元的容值。
可选的，所述电容调整通路具有n个，第j+1个所述电容调整通路中的电容的容值为第j个所述电容调整通路中的电容的容值的2倍，1≤j≤n-1，所述控制模块将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值的步骤包括：
根据所述电容单元的需求容值除以第一个所述电容调整通路中的电容的容值，得到控制字；以及，
将所述控制字转换为二进制数，所述控制模块输出n个电平信号分别控制n个所述电容调整通路的第二开关单元的开闭，其中，第一个至第n个所述电容调整通路对应的电平信号的电平值分别所述二进制数的低位到高位对应的二进制值。
本发明提供的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法具有如下有益效果：
1)控制模块将可调阻抗匹配模块的阻抗调整为初始值，阻抗检测模块进行阻抗检测，将阻抗检测模块的检测结果与初始值的差值作为负载的阻抗，根据预定的***阻抗及负载的阻抗即可计算得到可调阻抗匹配模块的需求阻抗，控制模块将可调阻抗匹配模块的阻抗调整到需求阻抗，使得射频输出模块与负载之间的阻抗匹配，即使负载的阻抗改变了，也可以重新调整可调阻抗匹配模块的阻抗，能够有效降低射频反射功率，保持射频能量最大化，同时保障了电路的寿命和安全性。
2)***阻抗的虚部为0，只需要调整可调阻抗匹配模块的阻抗的电抗部分即可，调整方法更加简单灵活。
3)可调阻抗匹配模块包括第一阻抗调整通路、第二阻抗调整通路Ⅰ和第二阻抗调整通路Ⅱ，第二阻抗调整通路Ⅰ的一端连接在第一阻抗调整通路与阻抗检测模块之间，另一端接地，第二阻抗调整通路Ⅱ的一端连接在所述第一阻抗调整通路与所述负载之间，另一端接地，第一阻抗调整通路、第二阻抗调整通路Ⅰ和第二阻抗调整通路Ⅱ构成π型结构，形式更灵活，可以匹配实部阻抗大于***阻抗(如50Ω)或小于***阻抗的情况。
4)所有电容单元可以为可调真空马达电容；控制模块可以对电容单元的容值进行连续的调整，调整精度更高，范围更广，结构更简单。
5)电容单元可以包括至少两个并联的电容调整通路，电容调整通路均包括串联的开关单元和电容，控制模块可以通过控制每个第二开关单元的开闭调整电容单元的容值；相较于使用可调真空马达电容来说，价格更加低廉。
6)电容调整通路具有n个，第j+1个电容调整通路中的电容的容值为第j个电容调整通路中的电容的容值的2倍，使得电容单元的容值的调整范围更广，同时第二开关单元更容易控制，调整电容值更加准确。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的阻抗匹配电路的结构框图；
图2为本发明实施例一提供的可调阻抗匹配模块的结构框图；
图3为本发明实施例一提供的可调阻抗匹配模块的电路图；
图4为本发明实施例一提供的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法的流程图；
图5a为本发明实施例二提供的电感单元的电路图；
图5b为本发明实施例二提供的电容单元的电路图；
其中，附图标记为：
100-控制模块；200-射频输出模块；300-阻抗检测模块；400-可调阻抗匹配模块；401-第一阻抗调整通路；402a-第二阻抗调整通路Ⅰ；402b-第二阻抗调整通路Ⅱ；500-负载；
C1、C2、C3、C11、C12、C1n-电容；L1、L11、L12、L1m-电感；K11、K12…K1m-第一开关单元；K21、K22…K2m-第二开关单元。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
图1为本实施例提供的阻抗匹配电路的结构框图。如图1所示，所述阻抗匹配电路连接在射频输出模块200和负载500之间。所述阻抗匹配电路包括控制模块100、阻抗检测模块300和可调阻抗匹配模块400。其中，所述射频输出模块200、所述阻抗检测模块300、所述可调阻抗匹配模块400和所述负载500依次连接，所述控制模块100与所述阻抗检测模块300及所述可调阻抗匹配模块400连接。所述射频输出模块200用于输出射频信号，所述阻抗检测模块300用于检测所述负载500的阻抗，所述控制模块100可以根据所述阻抗检测模块300的检测结果调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗，以使所述射频输出模块200与所述负载500之间的阻抗匹配。
本实施例中，所述阻抗匹配电路应用于射频治疗仪中，所述负载500是人体，在使用所述射频治疗仪进行治疗的过程中，不同患者或不同治疗部位会使得所述负载500的阻抗发生变化，甚至同一患者的同一治疗部位在治疗过程中由于发热也会使得所述负载500的阻抗发生变化。因此，所述阻抗检测模块300可以检测所述负载500的阻抗，所述控制模块100可以根据所述阻抗检测模块300的检测结果调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗，即使所述负载500的阻抗改变了，也可以重新调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗，能够有效降低射频反射功率，保持射频能量最大化，同时保障了电路的寿命和安全性。
应理解，所述阻抗匹配电路不限于应用于所述射频治疗仪中，还可以应用在其他任何可能的场合中。
可选的，所述阻抗检测模块300可以是现有的任何能够实现阻抗检测的电路或器件，在此不再一一解释说明。
图2为本实施例提供的可调阻抗匹配模块400的结构框图。如图2所示，所述可调阻抗匹配模块400包括第一阻抗调整通路401和两个第二阻抗调整通路Ⅰ、Ⅱ，两个所述第二阻抗调整通路分别为第二阻抗调整通路Ⅰ402a和第二阻抗调整通路Ⅱ402b。其中，所述第一阻抗调整通路401的两端分别连接所述阻抗检测模块300与所述负载500；所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的一端连接在所述第一阻抗调整通路401与所述阻抗检测模块300之间，另一端接地；所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的一端连接在所述第一阻抗调整通路401与所述负载500之间，另一端接地。
进一步地，所述第一阻抗调整通路401包括串联的电容单元和电感单元，所述第一阻抗调整通路401中的所述电容单元的容值可调和/或所述电感单元的感值可调。所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b包括电容单元或电感单元，当所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b包括电容单元时，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电容单元的容值可调；当所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b包括电感单元时，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电感单元的感值可调。所述控制模块100可以通过调整所述第一阻抗调整通路401中的电容单元的容值或电感单元的感值以及调整所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电容单元的容值或电感单元的感值调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗，使得所述可调阻抗匹配模块400的阻抗与所述阻抗检测模块300检测到的所述负载500的阻抗之和与所述射频输出模块200的输出阻抗匹配。
图3为本实施例提供的可调阻抗匹配模块400的电路图。如图3所示，本实施例中，所述第一阻抗调整通路401的电容单元为电容C1，所述第一阻抗调整通路401的电感单元为电感L1，所述电容C1和所述电感L1串联，并且，所述电容C1为可调真空马达电容，所述电感L1为定值电感。所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b均包括电容单元，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电容单元为电容C2，所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电容单元为电容C3，所述电容C2和所述电容C3均为可调真空马达电容。
进一步地，由于所述电容C1、所述电容C2和所述电容C3均为可调真空马达电容，所述控制模块100可以分别对所述电容C1、所述电容C2和所述电容C3的容值进行连续的调整，进而改变所述可调阻抗匹配模块400的阻抗大小，调整精度更高，范围更广，结构更简单。并且，所述第一阻抗调整通路401、所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b构成π型结构，形式更灵活，可以匹配实部阻抗大于预定的***阻抗(例如50Ω)或小于预定的***阻抗的情况。
作为可选实施例，所述电感L1也可以为机械滑动可调电感，所述电容C1为定值电容，所述控制模块100可以通过调整所述电感L1的感值、所述电容C2和所述电容C3的容值调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗。
作为可选实施例，所述电感L1可以为机械滑动可调电感，所述电容C1也可以为可调真空马达电容，所述控制模块100可以通过调整所述电感L1的感值、所述电容C1、所述电容C2和所述电容C3的容值调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗。
作为可选实施例，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电容单元也可以替换为电感单元，例如：所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电感单元可以均为机械滑动可调电感，所述控制模块100通过调整所述电容C1的容值、所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的机械滑动可调电感的感值调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗。
作为可选实施例，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b也可以一个包括电容单元，另一个包括电感单元，在此不再过多赘述。
基于此，本实施例还提供了一种阻抗匹配电路的阻抗匹配方法。所述阻抗匹配电路已在上文中进行了详细描述，此处不再过多赘述。图4为本实施例提供的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法的流程图，如图4所示，所述阻抗匹配电路的阻抗匹配方法包括：
步骤S100：所述控制模块将所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整为初始值，所述阻抗检测模块进行阻抗检测；
步骤S200：将所述阻抗检测模块的检测结果与所述初始值的差值作为所述负载500的阻抗；
步骤S300：根据预定的***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗；以及，
步骤S400：所述控制模块将所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整到所述需求阻抗，以使所述射频输出模块与所述负载之间的阻抗匹配。
具体而言，请参阅图1及图2，首先执行步骤S100，所述控制模块100将所述可调阻抗匹配模块400的阻抗调整为初始值，所述初始值可以为0，也可以不为0，本实施例不做限制。
接下来，所述阻抗检测模块300进行阻抗检测，所述阻抗检测模块300可以将射频回路中的入射信号和反射信号摘取出来，然后计算出所述入射信号和所述反射信号的幅值比和相位差，再根据所述入射信号和所述反射信号的幅值比和相位差计算得到检测结果。需要注意的是，所述阻抗检测电路300的检测结果实际上是所述可调阻抗匹配模块400与所述负载500的阻抗之和。
本实施例中，可先将所述阻抗检测模块300检测到的幅值比的倒数与一阈值进行比较，若所述幅值比的倒数小于所述阈值，则表明射频回路中的反射率很小，不需要进行阻抗匹配；反之，若所述幅值比的倒数大于或等于所述阈值，则表明射频回路中的反射率较大，需要进行阻抗匹配。
当判定需要进行阻抗匹配时，执行步骤S200，将所述阻抗检测模块300的检测结果与所述初始值的差值作为所述负载500的阻抗。若所述初始值为0时，所述阻抗检测模块300的检测结果即可认为是所述负载500的阻抗，若所述初始值的不等于0，只需要将所述阻抗检测模块300的检测结果减去所述初始值即可得到所述负载500的阻抗。
接着，执行步骤S300，根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块400的需求阻抗。本实施例中，所述***阻抗的虚部为0，从而只需要调整所述可调阻抗匹配模块400的阻抗的电抗部分即可，调整方法更加简单灵活。举例而言，所述***阻抗可以为40Ω～60Ω，优选为50Ω。
进一步地，当所述负载500的阻抗的实部大于所述***阻抗的实部时，在根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块400的需求阻抗时，将所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗设置为无穷大，然后根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路401的电抗和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗。
具体而言，根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路401和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗：
其中，Xc为所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗；Xa为所述第一阻抗调整通路401的电抗；ZN为所述***阻抗；R负为所述负载500的阻抗的实部；X负为所述负载500的阻抗的虚部；δ1和δ2为电抗校正系数(电路中的电阻、寄生电感和寄生电容的影响)，δ1和δ2可通过实际标定的方式得到。
如此一来，所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗Xc即为所述可调阻抗匹配模块400的需求阻抗。
进一步地，根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗Xc之后，还根据所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗Xc及所述射频输出模块200的频率计算得到所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电容单元的需求容值。具体而言，所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa、所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗Xc及所述射频输出模块200的频率利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路401和所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电容单元的需求容值：
其中，ω为所述射频输出模块200的频率；Ca为所述第一阻抗调整通路401中的电容单元的需求容值；Cc为所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电容单元的需求容值；La为所述第一阻抗调整通路401中的电感单元的感值。
由于所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗设置为无穷大，因此，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电容单元的需求容值Cb＝0。
接下来，所述控制模块100将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值，以使所述可调阻抗匹配模块400的阻抗调整到所述需求阻抗。如图3所示，由于所述第一阻抗调整通路401中的电容单元为电容C1，所述第一阻抗调整通路401中的电感单元为电感L1(La为所述电感L1的感值)，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电容单元为电容C2，所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电容单元为电容C3，且电容C1、电容C2和电容C3均为可调真空马达电容，所述控制模块100可直接将所述电容C1的容值调整为Ca，所述控制模块100将所述电容C2的容值调整为0，所述控制模块100将所述电容C3的容值调整为Cc。
可以理解的是，当所述电容单元的需求容值大于其对应的最大容值时，所述控制模块100将所述电容单元的容值调整为其对应的容值最大值。具体而言，当Ca大于所述电容C1的容值最大值时，无论如何调整所述电容C1的容值，均无法令电容C1的容值等于Ca，因此，所述控制模块100可将所述电容C1的容值调整为其容值最大值，可以尽量使得所述电容C1的容值与Ca接近。
进一步地，当所述负载500的阻抗的实部小于所述***阻抗的实部时，在根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块400的需求阻抗时，将所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗设置为无穷大，然后根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路401的电抗和所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗。
具体而言，根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路401和所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗：
其中，Xb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗；Xa为所述第一阻抗调整通路401的电抗；ZN为所述***阻抗；R负为所述负载500的阻抗的实部；X负为所述负载500的阻抗的虚部；δ3和δ4为电抗校正系数(电路中的电阻、寄生电感和寄生电容的影响)，δ3和δ4可通过实际标定的方式得到。
如此一来，所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗Xb即为所述可调阻抗匹配模块400的需求阻抗。
进一步地，根据所述***阻抗及所述负载500的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗Xb之后，还根据所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗Xb及所述射频输出模块200的频率计算得到所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa和所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a中的电容单元的需求容值。具体而言，所述第一阻抗调整通路401的电抗Xa、所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电抗Xb及所述射频输出模块200的频率利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路401和所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a中的电容单元的需求容值：
其中，ω为所述射频输出模块200的频率；Ca为所述第一阻抗调整通路401中的电容单元的需求容值；Cb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a中的电容单元的需求容值；La为所述第一阻抗调整通路401中的电感单元的感值。
由于所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电抗设置为无穷大，因此，所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b的电容单元的需求容值Cc＝0。
接下来，所述控制模块100将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值，以使所述可调阻抗匹配模块400的阻抗调整到所述需求阻抗。如图3所示，由于所述第一阻抗调整通路401中的电容单元为电容C1，所述第一阻抗调整通路401中的电感单元为电感L1(La为所述电感L1的感值)，所述第二阻抗调整通路Ⅰ402a的电容单元为电容C2，所述第二阻抗调整通路Ⅱ402b中的电容单元为电容C3，且电容C1、电容C2和电容C3均为可调真空马达电容，所述控制模块100可直接将所述电容C1的容值调整为Ca，所述控制模块100将所述电容C2的容值调整为Cb，所述控制模块100将所述电容C3的容值调整为0。
可以理解的是，当所述电容单元的需求容值大于其对应的最大容值时，所述控制模块100将所述电容单元的容值调整为其对应的容值最大值。具体而言，当Cb大于所述电容C2的容值最大值时，无论如何调整所述电容C2的容值，均无法令电容C2的容值等于Cb，因此，所述控制模块100可将所述电容C1的容值调整为其容值最大值，可以尽量使得所述电容C1的容值与Cb接近。
实施例二
图5a为本实施例提供的电感单元的电路图，图5b为本实施例提供的电容单元的电路图。如图5a及图5b所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，至少部分所述电感单元与所述电容单元可以替换为图5a及图5b所示的电路结构。相较于使用机械滑动可调电感或可调真空马达电容来说，价格更加低廉。
具体而言，所述电感单元包括至少两个串联的电感，每个所述电感上并联有第一开关单元，所述控制模块100通过控制每个所述第一开关单元的开闭调整所述电感单元的感值。如图5a所示，所述电感单元具有m(m≥2)个电感，m个电感分别为电感L11、电感L12…电感L1m，所述电感L11、电感L12…电感L1m串联，所述电感L11上并联有第一开关单元K11，所述电感L12上并联有第一开关单元K12…所述电感L1m上并联有第一开关单元K1m。只要所述第一开关单元闭合，其对应的电感就被短路了，因此，所述控制模块100可以通过控制所述第一开关单元K11、第一开关单元K12…第一开关单元K1m的开闭改变所述电感单元的感值。
进一步地，第i+1个所述电感的感值为第i个所述电感的感值的f倍，1≤i≤m-1，f≥2。例如：电感L12的感值为电感L11的感值的2倍。所述电感L11、电感L12…电感L1m的感值是以等比数列的形式递增的。如此一来，所述电感单元的感值的调整范围更广。
本实施例中，f＝2，所述第一开关单元K11、第一开关单元K12…第一开关单元K1m更容易控制，调整电感值更加准确。
具体而言，所述电容单元包括至少两个并联的电容调整通路，所述电容调整通路均包括串联的第二开关单元和电容，所述控制模块100通过控制每个所述第二开关单元的开闭调整所述电容单元的容值。如图5b所示，所述电容单元具有n(n≥2)个电容调整通路，第一个所述电容调整通路包括串联的第二开关单元K21和电容C11，第二个所述电容调整通路包括串联的第二开关单元K22和电容C12…第n个所述电容调整通路包括串联的第二开关单元K2n和电容C1n。只要所述第二开关单元断开，其对应的电容调整通路就断路了，因此，所述控制模块100可以通过控制所述第二开关单元K21、第二开关单元K22…第二开关单元K2n的开闭改变所述电容单元的容值。
进一步地，所述电容调整通路具有n个，第j+1个所述电容调整通路中的电容的容值为第j个所述电容调整通路中的电容的容值的g倍，1≤j≤n-1，g≥2。例如：电容C12的容值为电容C11的容值的g倍。所述电容C11、电容C12…电容C1n的容值是以等比数列的形式递增的。如此一来，所述电容单元的容值的调整范围更广。
本实施例中，g＝2，所述第二开关单元K21、第二开关单元K22…第二开关单元K2n更容易控制，调整电容值更加准确。
具体而言，若需要将所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值时，可以先根据所述电容单元的需求容值除以第一个所述电容调整通路中的电容的容值，得到控制字；然后将所述控制字转换为二进制数，所述控制模块100输出n个电平信号分别控制n个所述电容调整通路的第二开关单元的开闭，其中，第一个至第n个所述电容调整通路对应的电平信号的电平值为所述二进制数的低位到高位对应的二进制值。
举例而言，某个电容单元的n＝4，g＝2，第一个至第四个所述电容调整通路上的电容的容值分别为10pF、20pF、40pF、80pF，需求容值为80pF。先将80pF除以10pF，得到控制字8；然后将所述控制字8转换为二进制数1000，所述第二开关单元是高电平导通的开关，所述控制模块100输出4个电平信号控制第一个至第四个所述电容调整通路上的第二开关单元，4个电平信号的电平值分别为低电平、低电平、低电平、高电平，因此第一个至第三个所述电容调整通路上的第二开关单元关断，第四个所述电容调整通路上的第二开关单元导通，所述电容单元的容值等于第四个所述电容调整通路上的电容的容值，即80pF，因此将所述电容单元的容值调整了到所述需求容值。
综上，在本发明实施例提供的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法中，控制模块将可调阻抗匹配模块的阻抗调整为初始值，阻抗检测模块进行阻抗检测，将阻抗检测模块的检测结果与初始值的差值作为负载的阻抗，根据预定的***阻抗及负载的阻抗即可计算得到可调阻抗匹配模块的需求阻抗，控制模块将可调阻抗匹配模块的阻抗调整到需求阻抗，使得射频输出模块与负载之间的阻抗匹配，即使负载的阻抗改变了，也可以重新调整可调阻抗匹配模块的阻抗，能够有效降低射频反射功率，保持射频能量最大化，同时保障了电路的寿命和安全性。
进一步地，***阻抗的虚部为0，只需要调整可调阻抗匹配模块的阻抗的电抗部分即可，调整方法更加简单灵活。
进一步地，可调阻抗匹配模块包括第一阻抗调整通路、第二阻抗调整通路Ⅰ和第二阻抗调整通路Ⅱ，第二阻抗调整通路Ⅰ的一端连接在第一阻抗调整通路与阻抗检测模块之间，另一端接地，第二阻抗调整通路Ⅱ的一端连接在所述第一阻抗调整通路与所述负载之间，另一端接地，第一阻抗调整通路、第二阻抗调整通路Ⅰ和第二阻抗调整通路Ⅱ构成π型结构，形式更灵活，可以匹配实部阻抗大于***阻抗(如50Ω)或小于***阻抗的情况。
进一步地，所有电容单元可以为可调真空马达电容；控制模块可以对电容单元的容值进行连续的调整，调整精度更高，范围更广，结构更简单。
进一步地，电容单元可以包括至少两个并联的电容调整通路，电容调整通路均包括串联的开关单元和电容，控制模块可以通过控制每个第二开关单元的开闭调整电容单元的容值；相较于使用可调真空马达电容来说，价格更加低廉。
进一步地，电容调整通路具有n个，第j+1个电容调整通路中的电容的容值为第j个电容调整通路中的电容的容值的2倍，使得电容单元的容值的调整范围更广，同时第二开关单元更容易控制，调整电容值更加准确。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。

Claims (15)

1.一种阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述阻抗匹配电路连接在射频输出模块及负载之间，包括控制模块、阻抗检测模块及可调阻抗匹配模块，所述可调阻抗匹配模块为π型结构，以匹配实部阻抗大于***阻抗或小于***阻抗的情况，所述射频输出模块、阻抗检测模块、可调阻抗匹配模块和负载依次连接，所述方法包括：
所述控制模块将所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整为初始值，所述阻抗检测模块进行阻抗检测；
将所述阻抗检测模块的检测结果与所述初始值的差值作为所述负载的阻抗；
根据预定的***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗；以及，
所述控制模块将所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整到所述需求阻抗，以使所述射频输出模块与所述负载之间的阻抗匹配。
2.如权利要求1所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述***阻抗的虚部为0。
3.如权利要求2所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述可调阻抗匹配模块包括第一阻抗调整通路、第二阻抗调整通路Ⅰ和第二阻抗调整通路Ⅱ；
所述第一阻抗调整通路的两端分别连接所述阻抗检测模块与所述负载；
所述第二阻抗调整通路Ⅰ的一端连接在所述第一阻抗调整通路与所述阻抗检测模块之间，另一端接地；以及，
所述第二阻抗调整通路Ⅱ的一端连接在所述第一阻抗调整通路与所述负载之间，另一端接地。
4.如权利要求3所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，当所述负载的阻抗的实部大于所述***阻抗的实部时，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗的步骤包括：
将所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗设置为无穷大；以及，
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路的电抗和所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗。
5.如权利要求4所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路和所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗：
其中，Xc为所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗；Xa为所述第一阻抗调整通路的电抗；ZN为所述***阻抗；R负为所述负载的阻抗的实部；X负为所述负载的阻抗的虚部；δ1和δ2为电抗校正系数。
6.如权利要求5所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述第一阻抗调整通路包括串联的电容单元和电感单元，所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ均包括电容单元，所述第一阻抗调整通路、所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ中的所述电容单元的容值均可调；
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗之后，还根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率计算得到所有所述电容单元的需求容值；以及，
所述控制模块将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值，以使所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整到所述需求阻抗。
7.如权利要求6所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率利用如下方法计算得到所有所述电容单元的需求容值：
Cb＝0；
其中，ω为所述射频输出模块的频率；Ca为所述第一阻抗调整通路中的电容单元的需求容值；Cb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ中的电容单元的需求容值；Cc为所述第二阻抗调整通路Ⅰ中的电容单元的需求容值；La为所述第一阻抗调整通路中的电感单元的感值。
8.如权利要求3所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，当所述负载的阻抗的实部小于所述***阻抗的实部时，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗的步骤包括：
将所述第二阻抗调整通路Ⅱ的电抗设置为无穷大；以及，
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述第一阻抗调整通路的电抗和所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗。
9.如权利要求8所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，根据所述***阻抗及所述负载的阻抗利用如下方法计算得到所述第一阻抗调整通路和所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗：
其中，Xb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ的电抗；Xa为所述第一阻抗调整通路的电抗；ZN为所述***阻抗；R负为所述负载的阻抗的实部；X负为所述负载的阻抗的虚部；δ3和δ4为电抗校正系数。
10.如权利要求9所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述第一阻抗调整通路包括串联的电容单元和电感单元，所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ均包括电容单元，所述第一阻抗调整通路、所述第二阻抗调整通路Ⅰ和所述第二阻抗调整通路Ⅱ中的所述电容单元的容值均可调；
根据所述***阻抗及所述负载的阻抗计算得到所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗之后，还根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率计算得到所有所述电容单元的需求容值；以及，
所述控制模块将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值，以使所述可调阻抗匹配模块的阻抗调整到所述需求阻抗。
11.如权利要求10所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，根据所述可调阻抗匹配模块的需求阻抗及所述射频输出模块的频率利用如下方法计算得到所有所述电容单元的需求容值：
Cc＝0；
其中，ω为所述射频输出模块的频率；Ca为所述第一阻抗调整通路中的电容单元的需求容值；Cb为所述第二阻抗调整通路Ⅰ中的电容单元的需求容值；Cc为所述第二阻抗调整通路Ⅱ中的电容单元的需求容值；La为所述第一阻抗调整通路中的电感单元的感值。
12.如权利要求6、7、10、11中任一项所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，当所述电容单元的需求容值大于其对应的最大容值时，所述控制模块将所述电容单元的容值调整为其对应的容值最大值。
13.如权利要求6、7、10、11中任一项所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电容单元为可调真空马达电容。
14.如权利要求6、7、10、11中任一项所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电容单元包括至少两个并联的电容调整通路，所述电容调整通路均包括串联的第二开关单元和电容，所述控制模块通过控制每个所述第二开关单元的开闭调整所述电容单元的容值。
15.如权利要求14所述的阻抗匹配电路的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电容调整通路具有n个，第j+1个所述电容调整通路中的电容的容值为第j个所述电容调整通路中的电容的容值的2倍，1≤j≤n-1，所述控制模块将所有所述电容单元的容值调整到对应的所述需求容值的步骤包括：
根据所述电容单元的需求容值除以第一个所述电容调整通路中的电容的容值，得到控制字；以及，
将所述控制字转换为二进制数，所述控制模块输出n个电平信号分别控制n个所述电容调整通路的第二开关单元的开闭，其中，第一个至第n个所述电容调整通路对应的电平信号的电平值分别所述二进制数的低位到高位对应的二进制值。
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