CN105591629B - 自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动频率调谐阻抗匹配的方法及装置。在该方法中，基于预设参数与RF频率的非线性函数关系，根据最先设置的三步调谐频率以及该最先设置的三步调谐频率对应的预设参数值可以获取到下一步的调谐频率，然后利用预设算法依次逐步获取下一步的调谐频率直至获取到匹配频率。因而在本发明提供的阻抗匹配的自动频率调谐方法中，调谐过程中除了三个最先设定的调谐频率外，其后续每一步的调谐频率都不是一个预先设定的值，该调谐频率是根据其上一步的调谐频率以及该调谐频率下的预设参数值对RF频率的反应动态得出的。该自动频率调谐方法无需对RF频率的整个范围进行逐级扫描。因而本发明提供的方法提高了调谐效率。

Description

自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法和装置

技术领域

本发明涉及RF等离子体系统领域，尤其涉及一种自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法和装置。

背景技术

在典型的RF等离子体发生器中，一个RF射频源产生固定频率(例如13.56MHz)的RF波，该RF波通过一个输能管道被送到等离子体腔。RF射频源通常以一个固定的已知阻抗(例如50Ω)提供RF功率。由于在RF射频源与等离子体腔之间存在阻抗不匹配，必须采取一些方法进行调节以使等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗匹配。

为了使得等离子体腔阻抗与RF射频源的阻抗匹配，现有技术中通常采用自动频率调谐技术通过调整RF射频源的频率使RF等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗相匹配。当RF等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗相匹配时的RF射频源的频率为匹配频率。因此，采用频率调谐阻抗匹配的过程也就是获取匹配频率的过程。现有的自动频率调谐技术是以预设方向和预设步长逐级调节RF射频源的频率使得等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗相匹配。这种自动频率调谐方法存在以下缺点：

1、当调谐的起始频率与匹配频率相差较大时，需要花费很长的时间才能完成调谐匹配过程，导致频率调谐的效率较低。

2、需要定义粗调和微调区域，以在不同的调谐步骤中采用不同的频率幅度。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种自动频率调谐阻抗匹配的方法和装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法，包括：

A、设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk；其中，j＝i+1，k＝j+1，i、j和k均为整数；

B、分别获取与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk；其中，所述预设参数为与负载阻抗相关的任意一个参数；所述预设参数与RF频率的关系为非线性函数关系，所述非线性函数为具有极值的非线性函数；

C、根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk以及预设算法，计算第q步频率调谐的频率fq；其中，q＝k+1，q为整数；所述预设算法具有收敛性；

D、将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk更新为第j步频率fj，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk；

E、判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率；

当所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值时，确定所述fk为匹配频率；

当所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且当所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值时，循环执行步骤C至步骤E，直至所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值。

可选地，所述预设算法为牛顿迭代算法，所述步骤C具体包括：

C1、根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk，获取所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)；

C2、根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)，计算第q步频率调谐的频率fq。

可选地，所述判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率具体包括：

判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率，如果否，判断所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率。

可选地，所述第q步频率调谐频率fq具体通过以下公式计算得到：

可选地，所述预设参数为入射功率、反射功率或反射系数。

一种自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取装置，包括：

设置单元，用于设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk；其中，j＝i+1，k＝j+1，i、j和k均为整数；

获取单元，用于分别获取与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk；其中，所述预设参数为与负载阻抗相关的任意一个参数；所述预设参数与RF频率的关系近似为非线性函数关系，所述非线性函数为具有极值的非线性函数；

计算单元，用于根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk以及预设算法，计算第q步频率调谐的频率fq；其中，q＝k+1，q为整数；所述预设算法具有收敛性；

更新单元，用于将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk更新为第j步频率fj，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk；

判断确定单元，用于判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率；当所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值时，确定所述fk为匹配频率，当所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且当所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值时，将所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值的信号发送至所述获取单元。

可选地，所述预设算法为牛顿迭代算法，所述计算单元具体包括：

获取子单元，用于根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk，获取所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)；

计算子单元，用于根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)，计算第q步频率调谐的频率fq。

可选地，所述判断确定单元具体包括：

第一判断子单元，用于判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率；

第二判断子单元，用于当所述第一判断子单元的判断结果为否时，判断所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率。

可选地，所述第q步频率调谐频率fq具体通过以下公式计算得到：

可选地，所述预设参数为入射功率、反射功率或反射系数。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的自动频率调谐阻抗匹配的方法中，基于预设参数与RF频率的非线性函数关系，根据最先设置的三步调谐频率以及该最先设置的三步调谐频率对应的预设参数值可以获取到下一步的调谐频率，然后利用预设算法依次逐步获取下一步的调谐频率直至获取到匹配频率。

因而在本发明提供的阻抗匹配的自动频率调谐方法中，调谐过程中除了三个最先设定的调谐频率外，其后续每一步的调谐频率都不是一个预先设定的值，该调谐频率是根据其上一步的调谐频率以及该调谐频率下的预设参数值对RF频率的反应动态得出的。因而通过这种方法获取的调谐频率的步长不是固定的，而是随着其上一步的调谐频率以及该协调频率下的预设参数值对RF频率的反应动态变化的，所以，该自动频率调谐方法无需对RF频率的整个范围进行逐级扫描。所以，相较于现有技术中以预设方向和预设步长逐级调节RF射频源的频率的方法，利用本发明提供的获取方法，提高了获取效率。而且，由于本发明通过计算的方法得到匹配频率，所以在获取过程中无需定义粗调和微调区域。

附图说明

为了清楚地理解本发明的技术方案，下面结合附图对描述本发明的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本发明实施例的部分附图，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它的附图。

图1是本发明实施例一提供的自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一中当射频功率为60MHz时调谐过程中的反射功率与RF频率的关系示意图；

图3是本发明实施例一中RF频率为60MHz时调谐过程中各个调谐步骤对应的RF频率以及反射功率的关系示意图；

图4是本发明实施例一中当射频功率为13.56MHz时调谐过程中的反射功率与RF频率的关系示意图；

图5是本发明实施例一中RF频率为13.56MHz时调谐过程中各个调谐步骤对应的RF频率以及反射功率的关系示意图；

图6是本发明实施例一中当射频功率为2MHz时调谐过程中的反射功率与RF频率的关系示意图；

图7是本发明实施例一中RF频率为2MHz时调谐过程中各个调谐步骤对应的RF频率以及反射功率的关系示意图；

图8是是本发明实施例二提供的自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、效果以及技术方案更加清楚完整，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。

由于自动频率调谐方法是通过调整RF射频源的频率使负载阻抗与RF射频源的阻抗相匹配。当RF等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗相匹配时的RF射频源的频率为匹配频率。因此，采用自动频率调谐阻抗匹配的过程也就是获取匹配频率的过程。

经过试验验证，与负载阻抗相关的任意一个参数与RF射频源的频率的关系为非线性函数关系，并且该非线性函数为具有极值的非线性函数。并且当负载阻抗(即等离子体腔内的阻抗)与RF射频源的阻抗匹配时，与负载阻抗相关的任意一个参数在此时达到极值(根据参数的不同，可能为极大值，也可能为极小值)。反射功率是与负载阻抗相关的一个参数，以反射功率为例，当负载阻抗与RF射频源的阻抗相匹配时，反射功率最小。而根据数学函数的概念，当函数在某一点达到极值时，其对应的一阶导数为0，所以，获取匹配频率的过程就可以简化为获取预设参数与RF射频源频率的非线性函数的极值点的过程。

然而，与负载阻抗相关的预设参数与RF射频源频率的非线性函数的具体解析表达式很难获得，所以，很难通过对函数求导的方式得到非线性函数的一阶导数，进而也就很难通过对函数求导的方式获取某一参数与RF射频源频率的非线性函数的一阶导数，因而很难通过函数求导的方式获取匹配频率。基于此，本发明实施例提供了一种通过预设算法获取自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的具体实施方式，具体参见实施例一。

需要说明的是，虽然很难获得预设参数与RF射频源频率的函数解析式，但是根据实验值是能够获知该非线性函数是具有极大值的函数还是具有极小值的函数。也就是说，该非线性函数的函数值具有收敛性，因此，可以通过已知的至少三个数据值和具有收敛性的预设算法通过多次计算可以得到极值。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的自动频率调谐阻抗匹配的方法流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101、设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk；其中，j＝i+1，k＝j+1，i、j和k均为整数；

设置调谐过程中的3个连续调谐步骤中的RF射频频率，设定，i、j、k为连续的三个整数，则设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk；其中，j＝i+1，k＝j+1，其中，i、j和k均为整数。

S102、分别获取与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的反射功率的第i反射功率值P_fi、第j反射功率值P_fj和第k反射功率值P_fk；

按照上述设置的频率依次向等离子体腔内施加射频功率，等离子体腔会反射一部分功率，采用本领域惯用的技术手段分别探测与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的反射功率的第i反射功率值P_fi、第j反射功率值P_fj和第k反射功率值P_fk。然后，分别获取探测到的与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的反射功率的第i反射功率值P_fi、第j反射功率值P_fj和第k反射功率值P_fk。

在本发明实施例中，所述反射功率为与负载阻抗相关的一个参数。经过试验验证，所述反射功率与RF频率的关系为非线性函数关系，并且，所述非线性函数为具有极值的非线性函数。

S103、根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述反射功率的第i反射功率值P_fi、第j反射功率值P_fj和第k反射功率值P_fk以及预设算法，计算第q步频率调谐的频率fq；其中，q＝k+1，q为整数：

需要说明的是，所述预设算法可以采用数学领域任意一种迭代算法。作为本发明的一个具体实施例，以牛顿迭代算法为例进行说明该步骤的具体实现方式。该步骤具体包括以下两个步骤：

S1031、根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk，获取所述非线性函数在频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)；

根据一阶导数的定义，当自变量的增量趋于零时，因变量的增量与自变量的增量之商的极限。根据该定义，由于在调谐过程中，相邻两步的频率相差很小，所以，可以通过导数的定义获得反射功率P在第k步频率fk处的一阶导数和二阶导数。

其中，一阶导数P’(fk)的表达式为：

或者

二阶导数P”(fk)的表达式为：

S1032、根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)，计算第q步频率调谐的频率fq：

需要说明的是，基于预设参数和RF频率的非线性函数关系，获取匹配频率的过程实际上是求解预设参数与RF频率的函数满足一阶导数为零(Pr’＝0)的RF频率的过程。由于P’(fk)＝0为一个以RF频率为自变量的非线性方程，可以用通用的求解非线性方程的方法求解。具体地，可以利用牛顿迭代算法，根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)，计算第q步频率调谐的频率fq；其中，q＝k+1，q为整数。

其中，牛顿迭代算法的计算公式如下：

需要说明的是，本发明中利用牛顿迭代方法依次逐步推导出下一步的调谐频率直至获取到匹配频率。牛顿迭代法只是求解非线性方程诸多方法中的一种，在本发明实施例中也可以用其他类似方法诸如二次插值法得到匹配频率。由于很难获得所涉及非线性函数的具体解析表达式，用于推导匹配频率所需的函数值(P)通过测量单元得到。

S104、将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk更新为第j步频率fj，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk；

本步骤即为：设定fi＝fj，fj＝fk，fk＝fq。

S105、判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值ε1，如果是，确定所述fk为匹配频率，结束自动频率调谐，如果否，执行步骤S106。

需要说明的是，所述第一阈值ε1为判断射频频率是否收敛的参数。其中，第一阈值ε1为一极小值。具体数值可以由试验数值确定。

如果根据牛顿迭代公式计算出的fk与fj之差的绝对值(|fk-fj|＜ε1)小于第一阈值ε1时，说明fk与fj相差很小，所以，反射功率P在fk处的一阶导数P’(fk)可以近似看作为0。所以，在频率为fk处，反射功率P达到极小值。因而，频率fk为负载阻抗与RF射频源阻抗匹配时的匹配功率。

S106、判断所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率，结束自动频率调谐，如果否，返回执行步骤S103。

需要说明的是，所述第二阈值ε2为判断反射功率是否收敛的参数。其中，第一阈值ε2为一极小值。具体数值可以由试验数值确定。

如果两个相邻调谐步骤第k步与第j步中的反射功率相差很小时也即|P_fk-P_fj|＜ε2时，则表明反射功率也有收敛的趋势。此时，第k步对应的RF频率即为匹配频率，此时自动频率调谐过程结束。

以上为本发明实施例提供的自动频率调谐阻抗匹配的方法的具体实施方式。在本发明实施例中，获取匹配频率的过程有可能通过3个或10个循环过程，或者更多个或者更少个循环过程。

需要说明的是，牛顿迭代法只是求解非线性方程诸多方法中的一种，也可用其他类似方法诸如二次插值法得到匹配频率。

在本发明实施例一提供的自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法中，除了三个最先设置的RF频率外，后续的每步调谐过程中的RF频率都是基于牛顿迭代方法并根据反射功率与RF频率的关系计算出来的。所以，在本发明提供的方法进行调谐的过程中，除了三个最先设定的调谐频率外，其后续每一步的调谐频率都不是一个预先设定的值，该调谐频率是根据其上一步的调谐频率以及该调谐频率下的预设参数值对RF频率的反应动态得出的。因而通过这种方法获取的调谐频率的步长不是固定的，而是随着其上一步的调谐频率以及该协调频率下的预设参数值对RF频率的反应动态变化的，所以，该自动频率调谐方法无需对RF频率的整个范围进行逐级扫描。所以，相较于现有技术中以预设方向和预设步长逐级调节RF射频源的频率的方法，利用本发明提供的自动频率调谐方法进行阻抗匹配调谐时，即使调谐的起始频率与匹配频率相差较大，也不会花费很长的时间进行调谐，因而本发明提供的方法提高了调谐效率。试验表明，通过该方法进行频率调谐，调谐步数可以小于15步。而且，由于调谐频率时动态根据上一步的调谐情况动态变化的，所以无需定义粗调和微调区域。

为了进一步证实本发明提供的自动频率调谐阻抗匹配的方法的有益效果，本发明的发明人针对发出几种不同固定频率RF波的RF射频源做了实验。每个频率RF波的调谐步数不超过15步。具体参见图2至图8。

其中，图2是当射频功率为60MHz时调谐过程中的反射功率与RF频率的关系示意图。图2中的数字表示调谐步数。结合表1对该具体实施例的调谐过程进行描述。

在该实施例中，第1步、第2步和第3步的RF频率值(分别为57.8MHz、57.9MHz、57.6MHz)是人为设定的。基于反射功率与RF频率的关系，根据该三个RF频率值以及该三个频率值对应的反射功率值，可以计算出第4步的RF频率值。从图2中可以看出，计算出的第4步的频率值和第1、2、3步的频率值分别位于匹配频率(第12步的RF频率)的两侧。

从该图以及表1中可以明显看出，计算出的第4步至第12步的频率值是随着前一步的频率值以及反射功率Pr和频率的关系动态变化的。而且采用这种方法进行匹配的速度较快。匹配频率57.469MHz以及最小反射功率Pr通过12步调谐过程就完成了。假设在RF射频源中，标准样品速度为50μs，则自动频率调谐时间小于1ms。因而，通过该60MHz频率下的试验可知，相较于现有技术，该方法提高了调谐效率。

表1

Step	Freq，k	Pr	Pr′	Pr″	Freq，l
						1	57.800	489
2	57.700	239	2500.000
						3	57.600	81	1580.000	9200.000	57.428
4	57.428	10	413.418	8586.046	57.380
						5	57.380	37	-560.748	8860.521	57.443
6	57.443	5	-505.640	7281.656	57.513
						7	57.513	12	100.806	9138.28g	57.502
8	57.502	8	362.609	8964.447	57.461
						9	57.461	3	123.611	9284.937	57.448
10	57.448	5	-150.229	10186.977	57.463
						11	57.463	3	-135.619	20373.954	57.469
12	57.469	3	0.000	12672.543	57.469

从该图中可以看出，计算得出的各个调谐步骤中的RF频率之间的差值相较于设置的RF频率之间的差值相对较小，而且越靠近匹配频率时，相邻两步之间的RF频率差值相差越少。

当RF频率为13.56MHz以及2MHz时的自动频率调谐阻抗匹配的规律与RF频率为60MHz的规律基本相同。为了简要起见，不再详细描述这两个RF频率下的调谐过程。

其中，图4是当射频功率为13.56MHz时调谐过程中的反射功率与RF频率的关系示意图。图5是RF频率为13.56MHz时调谐过程中各个调谐步骤对应的RF频率以及反射功率的关系示意图。

其中，图6是当射频功率为2MHz时调谐过程中的反射功率与RF频率的关系示意图。图7是RF频率为2MHz时调谐过程中各个调谐步骤对应的RF频率以及反射功率的关系示意图。

以上实施例一中，与负载阻抗相关的参数是以反射功率为例进行说明的。所述反射功率仅是是示例性的描述，不应理解为是对本发明实施例的限制。实际上，上述所述的反射功率可以替换为与负载阻抗相关的任意一个参数。在本发明实施例中，与负载阻抗相关的任意一个参数除了是反射功率外，还可以包括入射功率、反射系数或负载阻抗的变化率。当参数不同时，该参数与RF频率的非线性函数具有的极值有可能是极大值也有可能是极小值。当与负载阻抗相关的参数为入射功率时，入射参数与RF射频频率的函数具有极大值。

另外，在调谐开始时设置的三个频率值中的任意一个有可能刚好是匹配频率值。所以，为了使得上述实施例一提供的自动频率调谐阻抗匹配的方法更加完整，在步骤S103之后，还可以直接执行步骤S105以及其后的各个步骤。这种情况是自动频率调谐过程中的一种特殊情况。若设置的一个频率值刚好是匹配频率值，此时就省去了循环调谐过程。

基于上述实施例一提供的自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法，本发明还提供了自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取装置。具体参见实施例二。

实施例二

图8是本发明实施例二提供的自动频率调谐阻抗匹配的装置的结构示意图。如图8所示，该装置包括以下单元：

设置单元81，用于设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk；其中，j＝i+1，k＝j+1，i、j和k均为整数；

获取单元82，用于分别获取与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk；其中，所述预设参数为与负载阻抗相关的任意一个参数；所述预设参数与RF频率的关系近似为非线性函数关系，所述非线性函数为具有极值的非线性函数；

计算单元83，用于根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk以及预设算法，计算第q步频率调谐的频率fq；其中，q＝k+1，q为整数；

更新单元84，用于将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk更新为第j步频率fj，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk；

判断确定单元85，用于判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值是否小于第二阈值，当所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值时，确定所述fk为匹配频率，当所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且当所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值时，将所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值的信号发送至所述获取单元82。

利用本发明实施例二提供的自动频率调谐阻抗匹配的装置获取的调谐频率的步长不是固定的，而是随着其上一步的调谐频率以及该协调频率下的预设参数值对RF频率的反应动态变化的，所以，该自动频率调谐阻抗匹配的装置无需对RF频率的整个范围进行逐级扫描即可获取到匹配频率。所以，相较于现有技术中以预设方向和预设步长逐级调节RF射频源的频率的方法，利用本发明提供的自动频率调谐阻抗匹配的装置进行阻抗匹配调谐时，即使调谐的起始频率与匹配频率相差较大，也不会花费很长的时间进行调谐，因而本发明提供的装置提高了调谐效率。试验表明，通过该装置进行频率调谐，调谐步数可以小于15步。

而且，由于调谐频率时动态根据上一步的调谐情况动态变化的，所以无需定义粗调和微调区域。

进一步地，作为本发明的一个具体实施例，所述预设算法可以为牛顿迭代算法，此时，所述计算单元83可以具体包括以下子单元：

获取子单元831，用于根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk，获取所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)；

计算子单元832，用于根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)，计算第q步频率调谐的频率fq。

进一步地，作为本发明的具体实施例，所述判断确定单元85可以具体包括以下子单元：

第一判断子单元851，用于判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率；

第二判断子单元852，用于当所述第一判断子单元的判断结果为否时，判断所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率。

进一步地，所述第q步频率调谐频率fq具体通过以下公式计算得到：

进一步地，所述非线性函数具有极大值和/或极小值。

进一步地，所述预设参数为反射功率、反射系数或负载阻抗的变化率。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法，其特征在于，包括：

A、设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk；其中，j＝i+1，k＝j+1，i、j和k均为整数；

B、分别获取与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk；其中，所述预设参数为与负载阻抗相关的任意一个参数；所述预设参数与RF频率的关系为非线性函数关系，所述非线性函数为具有极值的非线性函数；

C、根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk以及预设算法，计算第q步频率调谐的频率fq；其中，q＝k+1，q为整数；所述预设算法具有收敛性；

D、将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk更新为第j步频率fj，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk；

E、判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率；

当所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值时，确定所述fk为匹配频率；

当所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且当所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值时，循环执行步骤C至步骤E，直至所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值。

2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述预设算法为牛顿迭代算法，所述步骤C具体包括：

C1、根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk，获取所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)；

C2、根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)，计算第q步频率调谐的频率fq。

3.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率具体包括：

判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率，如果否，判断所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率。

4.根据权利要求2所述的获取方法，其特征在于，所述第q步频率调谐频率fq具体通过以下公式计算得到：

<mrow> <mi>f</mi> <mi>q</mi> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>P</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msup> <mi>P</mi> <mrow> <mo>&amp;prime;</mo> <mo>&amp;prime;</mo> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

5.根据权利要求1-4任一项所述的获取方法，其特征在于，所述预设参数为入射功率、反射功率或反射系数。

6.一种自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取装置，其特征在于，包括：

设置单元，用于设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk；其中，j＝i+1，k＝j+1，i、j和k均为整数；

获取单元，用于分别获取与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk；其中，所述预设参数为与负载阻抗相关的任意一个参数；所述预设参数与RF频率的关系近似为非线性函数关系，所述非线性函数为具有极值的非线性函数；

计算单元，用于根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk以及预设算法，计算第q步频率调谐的频率fq；其中，q＝k+1，q为整数；所述预设算法具有收敛性；

更新单元，用于将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk更新为第j步频率fj，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk；

判断确定单元，用于判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率；当所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值时，确定所述fk为匹配频率，当所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且当所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值时，将所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且所述P_fj与P_fk之差的绝对值不小于第二阈值的信号发送至所述获取单元。

7.根据权利要求6所述的获取装置，其特征在于，所述预设算法为牛顿迭代算法，所述计算单元具体包括：

获取子单元，用于根据所述第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的第i参数值P_fi、第j参数值P_fj和第k参数值P_fk，获取所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)；

计算子单元，用于根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的一阶导数P’(fk)和二阶导数P”(fk)，计算第q步频率调谐的频率fq。

8.根据权利要求6所述的获取装置，其特征在于，所述判断确定单元具体包括：

第一判断子单元，用于判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率；

第二判断子单元，用于当所述第一判断子单元的判断结果为否时，判断所述P_fj与P_fk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率。

9.根据权利要求7所述的获取装置，其特征在于，所述第q步频率调谐频率fq具体通过以下公式计算得到：

<mrow> <mi>f</mi> <mi>q</mi> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>P</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msup> <mi>P</mi> <mrow> <mo>&amp;prime;</mo> <mo>&amp;prime;</mo> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

10.根据权利要求6-9任一项所述的获取装置，其特征在于，所述预设参数为入射功率、反射功率或反射系数。