CN116582098A - 一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法、设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及单阵元双频换能器阻抗匹配方法、设备、介质，该方法包括步骤：测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据；确定待匹配的低频点和高频点和对应阻抗；对高低频分别进行单频阻抗匹配：将两个单频匹配网络组合成双频匹配网络，形成初匹配网络；将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始状态，进行仿真优化，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值；测量阻抗匹配后的双频换能器的自反射系数，根据测量结果调整阻抗匹配电路中元器件的参数值。本发明能实现高频、大谐振频率跨度的双频换能器的阻抗匹配；经过双频匹配，加入匹配电路的双频回波信号都获得明显增强，信噪比获得提高，提升了超声灵敏度和探测深度，有利于提升超声图像质量。
Description
技术领域
本发明涉及超声换能器阻抗匹配技术领域，特别涉及一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法、设备、存储介质。
背景技术
超声换能器在超声成像系统中起着至关重要的作用，其中心频率决定了超声的分辨率。随着中心频率的增加，超声分辨率增加，但成像深度随之相应减小。目前，常见的超声换能器一般工作于单一的频率，如需要改变工作频率以获得相应的成像效果则需更换另一种探头，这带来了很大的不便，尤其是介入超声(如血管内介入成像)，更换探头会增加手术风险和时间,也给病人增加了痛苦。即常见的单频换能器在成像深度和分辨率方面存在内在矛盾，需要相互折衷，从而限制了超声成像的进一步提升。
为了提升换能器应用场景，提高超声图像质量，实现看得远又看得清，国内外研究者们探索研究出了多频换能器。在一个换能器上设计两个或多个工作频率，实现一个换能器可以同时或者分时发射多个频率的超声波。其中，低频超声可以实现更深的深度，高频超声可以提供更高的分辨率和更小的近场盲区，实现不需要更换探头就可以提供不同频率的超声波，提高了检测效率，减小了介入式超声成像手术风险。
尽管多频换能器具有很多优势，但它们也带来了很多问题。多频换能器电阻抗在不同工作频率下变化很大，而与换能器相连接的设备，例如激励信号源或者数据采集设备，其阻抗通常为50Ω，并且在工作频段范围内保持稳定。因此，将多频换能器直接连接到激励/接收源会导致不匹配，从而导致能量传输效率降低和回波信号减弱，严重不匹配时使得多频换能器甚至无法正常工作。此外，多频换能器的电阻抗也影响超声换能器的噪声性能、驱动响应、带宽和灵敏度。为了实现能量或信号良好的传输，需要激励/接收源设备和换能器阻抗之间相互匹配。目前，已有的换能器阻抗匹配技术多是针对单频换能器，对于单频换能器，通常只需要匹配单一频段(谐振点频率附近)的阻抗，包括解析法、实频计数法、史密斯圆图法等。
对于多频单阵元换能器，因其拥有多个谐振点，并且不同谐振频率点的阻抗差别很大，这导致需要同时匹配多个谐振频点，使多频换能器在几个谐振频段都能很好的与源阻抗匹配，从而获得更强的超声波信号。关于多频换能器匹配技术研究，美国德克萨斯州阿灵顿德克萨斯大学的机械与航天工程系黄海英等人在200-700KHz频率范围内进行了宽带阻抗匹配，将采集信号的功率提高了9倍；中国科学技术大学安剑飞等人采用基于遗传算法的阻抗匹配方法实现了换能器的宽带电阻抗匹配，匹配频段为200～600KHz。现有的多频匹配研究主要集中在宽频带阻抗匹配上，宽带匹配本质上还是一个频段，因此匹配的频率跨度是有限的，无法实现高频(>2MHz)、大谐振频率跨度的双频换能器的阻抗匹配。
发明内容
为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法，包括以下步骤：
测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据；
通过所述阻抗特征数据确定待匹配的双频换能器的低频段的频率中心点和对应的阻抗值，以及高频段的频率中心点和对应的阻抗值；
通过低频段的频率中心点、对应的阻抗值和低频匹配网络进行低频阻抗匹配；
通过高频段的频率中心点、对应的阻抗值和高频匹配网络进行高频阻抗匹配：
将两个单频匹配网络组合成双频匹配网络，形成初匹配网络；
将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始状态，并进行仿真优化，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值；
测量阻抗匹配后的双频换能器的自反射系数，并根据测量结果调整阻抗匹配电路中元器件的参数值。
进一步地，所述测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据为通过阻抗分析仪测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据。
进一步地，所述通过所述阻抗特征数据确定待匹配的双频换能器的低频段的频率中心点和对应的阻抗值，以及高频段的频率中心点和对应的阻抗值包括以下步骤：
通过测量的阻抗特征数据生成阻抗曲线；
获取双频换能器的设计谐振频率点；
在设计谐振频率点的预设范围内，选择在阻抗曲线的最低点和最高点之间，且相位最接近0°线的点，最终测得低频的待匹配频率和对应的阻抗值，以及和高频的待匹配频率和对应的阻抗值。
进一步地，所述通过低频段的频率中心点、对应的阻抗值和低频匹配网络进行低频阻抗匹配包括以下步骤：
将确定的低频段的频率中心点和对应的阻抗值带入史密斯圆图；
在低频分类匹配电路中选择预设的低频匹配网络，得到低频阻抗匹配图像和元件参数值。
进一步地，所述低频匹配网络包括L型低频匹配网络、Π型低频匹配网络和T型低频匹配网络，所述L型低频匹配网络包括第一L型低频匹配网络和第二L型低频匹配网络；
所述第一L型低频匹配网络包括电感和电容，所述第一L型低频匹配网络中的电感与源阻抗并联，所述第一L型低频匹配网络的电感、电容、负载阻抗依次串联；
所述第二L型低频匹配网络包括电感和电容，源阻抗、所述第二L型低频匹配网络的电容、电感依次串联，所述第二L型低频匹配网络的电感与负载阻抗并联；
所述Π型低频匹配网络包括第一电感、第二电感、电容，所述Π型低频匹配网络的第一电感、电容、第二电感依次串联，所述第一电感与源阻抗并联，所述第二电感与负载阻抗并联；
所述T型低频匹配网络包括第一电容、第二电容、电感，源阻抗、所述T型低频匹配网络的第一电容、电感依次串联，所述T型低频匹配网络的电感、第二电容、负载阻抗依次串联。
进一步地，所述通过高频段的频率中心点、对应的阻抗值和高频匹配网络进行高频阻抗匹配包括以下步骤：
将确定的高频段的频率中心点和对应的阻抗值带入史密斯圆图；
在高频分类匹配电路中选择预设的高频匹配网络，得到高频阻抗匹配图像和元件参数值。
进一步地，所述高频匹配网络包括L型高频匹配网络、Π型高频匹配网络和T型高频匹配网络，所述L型高频匹配网络包括第一L型高频匹配网络和第二L型高频匹配网络；
所述第一L型高频匹配网络包括电感和电容，所述第一L型高频匹配网络的电容与源阻抗并联，所述第一L型高频匹配网络的电容、电感、负载阻抗依次串联；
所述第二L型高频匹配网络包括电感和电容，源阻抗、所述第二L型高频匹配网络的电感、电容依次串联，所述第二L型高频匹配网络的电容与负载阻抗并联；
所述Π型高频匹配网络包括第一电容、第二电容、电感，所述Π型高频匹配网络的第一电容、电感、第二电容依次串联，所述第一电容与源阻抗并联，所述第二电容与负载阻抗并联；
所述T型高频匹配网络包括第一电感、第二电感、电容，源阻抗、所述T型高频匹配网络的第一电感、电容依次串联，所述T型高频匹配网络的电容、第二电感、负载阻抗依次串联。
进一步地，所述将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始状态，并进行仿真优化，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值包括以下步骤：
搭建阻抗匹配网络和仿真环境，获取设置的源阻抗和负载阻抗；
将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始条件；
设置优化要达到的目标和元器件参数的变化范围；
计算双频换能器的自反射系数，并判断是否满足优化要达到的目标；
否则继续进入循环，调整元器件参数，再跳转至所述计算双频换能器的自反射系数步骤继续执行，直至满足优化要达到的目标，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值。
本发明的第二目的是提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现单阵元双频换能器阻抗匹配方法。
本发明的第三目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现单阵元双频换能器阻抗匹配方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过分析串联和并联电容、电感对高低频阻抗的影响，将高频匹配和低频匹配先解耦合，通过选择合适的匹配结构实现匹配一个频点时不弄乱另一个频点的阻抗，尽可能减小对另一个频点的影响，这样能够独立匹配低频和高频。将低频匹配结构和高频匹配结构组合形成完整的双频匹配网络，组合后的匹配网络在两个匹配频率点的阻抗都会有小范围变动，偏离原有最优阻抗，将该匹配作为初匹配状态，对匹配网络参数值进行仿真优化，将初匹配的网络结构和参数值带入软件，设定合适的匹配目标，从而获得更优的元件匹配参数值。
本发明能够实现高频(频率>2MHz)、大谐振频率跨度的单阵元双频换能器的阻抗匹配，提升了单阵元双频换能器信号质量。通过阻抗测试以及脉冲回波响应测试发现，匹配后工作频段的阻抗数值位于50ohm附近，回波幅值以及信噪比都有明显提升。从而可以看出，经过双频匹配，加入匹配电路的回波信号明显增强，信噪比获得提高，提升了超声灵敏度和探测深度，有利于提升超声图像质量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例1的单阵元双频换能器阻抗匹配方法流程图；
图2为实施例1的匹配网络仿真优化流程图；
图3为实施例1的换能器阻抗曲线示意图；
图4为实施例1的低频阻抗匹配图像示意图；
图5为实施例1的高频阻抗匹配图像示意图；
图6为实施例1的组合匹配网络结构示意图；
图7为实施例1的低频匹配结构和高频匹配结构示意图；
图8为实施例1的匹配前后低频回波和高频回波对比图；
图9为实施例2的电子设备示意图；
图10为实施例3的存储介质示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
双频换能器和单频换能器阻抗匹配最大的不同点在于，单频换能器只需要匹配单个频率点，而双频换能器拥有两个工作频率，需要同时匹配两个频率点，当使用电容、电感匹配其中一个频率点时，会扰乱另一个频率点的阻抗，从而使得双频匹配更加困难。
本实施例采用的双频匹配的具体原理为：
电阻抗匹配网络要传输最大功率，其元器件应采用非耗能元器件，如电感、电容元件等。电容器和电感器的阻抗和导纳公式如公式(1)和公式(2)所示。
ZL＝jωL (1)
ZC＝1/jωC (2)
ω＝2πf (3)
其中，ZL为电感阻抗，ZC为电容阻抗，ω为角频率，f为换能器待匹配频率，j为虚数单位，L为电感值，C为电容值。
由公式(1)能得出，当阻抗网络与电感串联时，整体虚部增加ZL，ZL与频率f正相关。因此，在阻抗匹配网络中串联相同的电感值L时，与低频相比，高频的阻抗变化更为明显；并联电感则相反，在阻抗匹配网络中并联相同的电感值时，低频时的阻抗变化比高频时更明显。对电容进行类似的分析，当阻抗网络串联电容时，整体虚部增大ZC，ZC与1/f正相关，当高频和低频的阻抗匹配采用相同的电容值时，高频时的阻抗变化小于低频时的阻抗变化，而对于并联电容器，高频时的阻抗变化大于低频时的阻抗变化。
在进行换能器双频阻抗匹配时，选择对另一频段影响较小的电容和电感的串并联方式来降低相互影响程度，即解耦合。因此，可以总结出：在低频段匹配时，采用串联电容和并联电感方式；在高频段匹配时，采用并联电容和串联电感方式。
常用的单频匹配网络包括L型匹配网络、T型匹配网络和Π型匹配网络。其中，L型匹配网络只需要两个元件，结构简单，一旦确定了匹配网络的形式，随即确定元器件的参数值。T网络和Π网络是三元件网络，提供更大灵活性。根据串联或并联的电容和电感对不同频段的影响，本实施基于上述的高低频匹配方式，将单频匹配电路分类为适用于高频段(HF)匹配或低频段(LF)匹配，如图7所示。可以从图7的电路中独立选择低频匹配电路和高频匹配电路，并且可以减少对另一个频段的影响。
对于单频匹配，可以通过史密斯圆图完成单频阻抗匹配网络。为了匹配换能器阻抗，首先确定换能器目标频点阻抗，并带入史密斯圆图上获取相应点，源阻抗通常为50Ω，位于史密斯圆图的中心。为了实现50Ω的阻抗匹配，利用串并联的电容和电感，将阻抗点移到史密斯圆图的中心。
为每个频率点设计匹配网络后，将两个匹配网络串联组合形成完整的阻抗匹配网络，作为初状态。将初匹配网络和元器件参数值带入电子设计自动化工具，如Advanced Design System软件，进行仿真优化。以元件参数值作为初始值，通过调整元件值开始调优，得到合适的匹配网络。
具体地，一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法，如图1所示，包括以下步骤：
测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据；可以通过阻抗分析仪测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据。
通过阻抗特征数据确定待匹配的双频换能器的低频段的频率中心点和对应的阻抗值，以及高频段的频率中心点和对应的阻抗值；具体包括以下步骤：
通过测量的阻抗特征数据生成阻抗曲线，如图3所示；
获取双频换能器的设计谐振频率点；
在设计谐振频率点的预设范围内，选择在阻抗曲线的最低点和最高点之间，且相位最接近0°线的点，最终测得低频的待匹配频率和对应的阻抗值，以及和高频的待匹配频率和对应的阻抗值。
可以通过换能器手册获取设计谐振频点，本实施例的换能器设计谐振点分别为2.5MHz和10MH，需要匹配的目标频率在设计频率附近，具体地，选择在阻抗曲线的最低点(并联谐振阻抗)和阻抗曲线的最高点(串联谐振阻抗)之间，且相位最接近0°线的点，如图3中的虚竖线所示。最终测得低频的待匹配频率分别为2.5MHz，高频的待匹配频率为11MHz,低频的待匹配频率对应的阻抗值为238.3Ω/-35.1°@2.5MHz；高频的待匹配频率对应的阻抗值为79.9Ω/-63.5°@11MHz。
通过低频段的频率中心点、对应的阻抗值和低频匹配网络进行低频阻抗匹配；具体包括以下步骤：
将确定的低频段的频率中心点和对应的阻抗值带入史密斯圆图；
在低频分类匹配电路中选择预设的低频匹配网络，得到低频阻抗匹配图像和元件参数值。
如图7所示，低频匹配网络包括L型低频匹配网络、Π型低频匹配网络(图7中的LF(3))和T型低频匹配网络(图7中的LF(4))，L型低频匹配网络包括第一L型低频匹配网络(图7中的LF(1))和第二L型低频匹配网络(图7中的LF(2))；
第一L型低频匹配网络包括电感L1和电容C1，第一L型低频匹配网络中的电感与源阻抗ZS并联，第一L型低频匹配网络的电感、电容、负载阻抗ZL依次串联；
第二L型低频匹配网络包括电感L1和电容C1，源阻抗、第二L型低频匹配网络的电容、电感依次串联，第二L型低频匹配网络的电感与负载阻抗并联；
Π型低频匹配网络包括第一电感L1、第二电感L2、电容C1，Π型低频匹配网络的第一电感、电容、第二电感依次串联，第一电感与源阻抗并联，第二电感与负载阻抗并联；
T型低频匹配网络包括第一电容C1、第二电容C2、电感L1，源阻抗、T型低频匹配网络的第一电容、电感依次串联，T型低频匹配网络的电感、第二电容、负载阻抗依次串联。
通过高频段的频率中心点、对应的阻抗值和高频匹配网络进行高频阻抗匹配：具体包括以下步骤：
将确定的高频段的频率中心点和对应的阻抗值带入史密斯圆图；
在高频分类匹配电路中选择预设的高频匹配网络，得到高频阻抗匹配图像和元件参数值。
高频匹配网络包括L型高频匹配网络、Π型高频匹配网络(图7中的HF(3))和T型高频匹配网络(图7中的HF(4))，L型高频匹配网络包括第一L型高频匹配网络(图7中的HF(1))和第二L型高频匹配网络(图7中的HF(2))；
第一L型高频匹配网络包括电感L1和电容C1，第一L型高频匹配网络的电容与源阻抗并联，第一L型高频匹配网络的电容、电感、负载阻抗依次串联；
第二L型高频匹配网络包括电感L1和电容C1，源阻抗、第二L型高频匹配网络的电感、电容依次串联，第二L型高频匹配网络的电容与负载阻抗并联；
Π型高频匹配网络包括第一电容C1、第二电容C2、电感L1，Π型高频匹配网络的第一电容、电感、第二电容依次串联，第一电容与源阻抗并联，第二电容与负载阻抗并联；
T型高频匹配网络包括第一电感L1、第二电感L2、电容C1，源阻抗、T型高频匹配网络的第一电感、电容依次串联，T型高频匹配网络的电容、第二电感、负载阻抗依次串联。
即本实施例对高低频分别进行单频阻抗匹配。对于低频阻抗匹配设计，将确定的待匹配频率中心点和阻抗值(238.3Ω/-35.1°@2.5MHz)带入Smith软件，在低频分类匹配电路中选择L型匹配网络，smith匹配图像和元器件参数值如图4所示。需要说明的是，低频匹配网络不仅限于选择L型匹配网络，可以根据实际需求和设计选择其他的匹配网络。
对于高频阻抗匹配设计，将确定的频率中心点和阻抗值(79.9Ω/-63.5°@11MHz)带入Smith软件，在高频分类匹配电路中选择Π型匹配网络，smith匹配图像和元器件参数值如图5所示。需要说明的是，高频匹配网络不仅限于选择Π型匹配网络，可以根据实际需求和设计选择其他的匹配网络。
将两个单频匹配网络组合成双频匹配网络，形成初匹配网络，如图6所示。
将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始状态，并进行仿真优化，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值；如图2所示，具体包括以下步骤：
搭建阻抗匹配网络和仿真环境，获取设置的源阻抗和负载阻抗，如：在软件中设置term1为50Ω，即源阻抗为50Ω，term 2作为负载阻抗，term2的阻抗为测量的换能器阻抗数据，随频率变化。
将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始条件；在软件的term1和term2中间插入完整阻抗匹配网络。
设置优化要达到的目标，对于换能器阻抗匹配，一般设置两个待匹配频率点的自反射系数S11<-10dB或VSWR<2作为参考标准。因为S11＝20log(ρ),ρ＝|Γ|，其中，Γ为反射系数,工程应用通常使用-10dB作为回波损耗的参考，此时Γ为1/3，反射功率为10％。若需要更优的带宽，也可以设置S11<-10dB的最小频率和最大频率，以提升带宽。
设置元器件参数的变化范围，一般可先设置为原元器件值的±50％,若没有满足的元器件值，可根据实际情况扩大范围。
计算双频换能器的自反射系数S11，并判断是否满足优化要达到的目标；
否则继续进入循环，调整元器件参数，再跳转至计算双频换能器的自反射系数步骤继续执行，直至满足优化要达到的目标，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值。
焊接阻抗匹配电路，使用网络分析仪测量阻抗匹配后的双频换能器的自反射系数S11，因为仿真中使用的是理想电容、电感元器件，与元器件真实值有一定差别。因此，需要根据测量结果调整阻抗匹配电路中元器件的参数值，从而获得良好的阻抗匹配效果。
比较匹配前后的换能器高低频的回波图像，如图8所示。从图8中可以看出，双频匹配对回波信号灵敏度有很好的提升，经过匹配后回波灵敏度(回波幅值)的低频提升84％，高频提升126％。对于信噪比，低频提升7.4dB，高频提升9.9dB。匹配有效提升了两个频率段回波图像性能，对应的匹配前后的阻抗和回波数据如表1所示。
表1匹配前后低频和高频具体参数测量结果
本发明提供了一种双频换能器阻抗匹配方法，提升了双频换能器信号质量。通过阻抗测试以及脉冲回波响应测试结果能看出，匹配后工作频段的阻抗数值位于50ohm附近，回波幅值以及信噪比都有明显提升。经过双频匹配，加入匹配电路的回波信号明显增强，信噪比获得提升，提升了超声灵敏度和探测深度，有利于提升超声图像质量。
实施例2
一种电子设备200，如图9所示，包括但不限于：存储器201，其上存储有程序代码；处理器202，其与存储器联接，并且当程序代码被处理器执行时，实现单阵元双频换能器阻抗匹配方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。
实施例3
一种计算机可读存储介质，如图10所示，其上存储有程序指令，程序指令被执行时实现单阵元双频换能器阻抗匹配方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变换。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据；
通过所述阻抗特征数据确定待匹配的双频换能器的低频段的频率中心点和对应的阻抗值，以及高频段的频率中心点和对应的阻抗值；
通过低频段的频率中心点、对应的阻抗值和低频匹配网络进行低频阻抗匹配；
通过高频段的频率中心点、对应的阻抗值和高频匹配网络进行高频阻抗匹配：
将两个单频匹配网络组合成双频匹配网络，形成初匹配网络；
将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始状态，并进行仿真优化，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值；
测量阻抗匹配后的双频换能器的自反射系数，并根据测量结果调整阻抗匹配电路中元器件的参数值。
2.如权利要求1所述的单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于：所述测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据为通过阻抗分析仪测量单阵元双频换能器的阻抗特征数据。
3.如权利要求1所述的单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于，所述通过所述阻抗特征数据确定待匹配的双频换能器的低频段的频率中心点和对应的阻抗值，以及高频段的频率中心点和对应的阻抗值包括以下步骤：
通过测量的阻抗特征数据生成阻抗曲线；
获取双频换能器的设计谐振频率点；
在设计谐振频率点的预设范围内，选择在阻抗曲线的最低点和最高点之间，且相位最接近0°线的点，最终测得低频的待匹配频率和对应的阻抗值，以及和高频的待匹配频率和对应的阻抗值。
4.如权利要求3所述的单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于，所述通过低频段的频率中心点、对应的阻抗值和低频匹配网络进行低频阻抗匹配包括以下步骤：
将确定的低频段的频率中心点和对应的阻抗值带入史密斯圆图；
在低频分类匹配电路中选择预设的低频匹配网络，得到低频阻抗匹配图像和元件参数值。
5.如权利要求4所述的单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于：所述低频匹配网络包括L型低频匹配网络、Π型低频匹配网络和T型低频匹配网络，所述L型低频匹配网络包括第一L型低频匹配网络和第二L型低频匹配网络；
所述第一L型低频匹配网络包括电感和电容，所述第一L型低频匹配网络中的电感与源阻抗并联，所述第一L型低频匹配网络的电感、电容、负载阻抗依次串联；
所述第二L型低频匹配网络包括电感和电容，源阻抗、所述第二L型低频匹配网络的电容、电感依次串联，所述第二L型低频匹配网络的电感与负载阻抗并联；
所述Π型低频匹配网络包括第一电感、第二电感、电容，所述Π型低频匹配网络的第一电感、电容、第二电感依次串联，所述第一电感与源阻抗并联，所述第二电感与负载阻抗并联；
所述T型低频匹配网络包括第一电容、第二电容、电感，源阻抗、所述T型低频匹配网络的第一电容、电感依次串联，所述T型低频匹配网络的电感、第二电容、负载阻抗依次串联。
6.如权利要求3所述的单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于，所述通过高频段的频率中心点、对应的阻抗值和高频匹配网络进行高频阻抗匹配包括以下步骤：
将确定的高频段的频率中心点和对应的阻抗值带入史密斯圆图；
在高频分类匹配电路中选择预设的高频匹配网络，得到高频阻抗匹配图像和元件参数值。
7.如权利要求6所述的单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于：所述高频匹配网络包括L型高频匹配网络、Π型高频匹配网络和T型高频匹配网络，所述L型高频匹配网络包括第一L型高频匹配网络和第二L型高频匹配网络；
所述第一L型高频匹配网络包括电感和电容，所述第一L型高频匹配网络的电容与源阻抗并联，所述第一L型高频匹配网络的电容、电感、负载阻抗依次串联；
所述第二L型高频匹配网络包括电感和电容，源阻抗、所述第二L型高频匹配网络的电感、电容依次串联，所述第二L型高频匹配网络的电容与负载阻抗并联；
所述Π型高频匹配网络包括第一电容、第二电容、电感，所述Π型高频匹配网络的第一电容、电感、第二电容依次串联，所述第一电容与源阻抗并联，所述第二电容与负载阻抗并联；
所述T型高频匹配网络包括第一电感、第二电感、电容，源阻抗、所述T型高频匹配网络的第一电感、电容依次串联，所述T型高频匹配网络的电容、第二电感、负载阻抗依次串联。
8.如权利要求1所述的单阵元双频换能器阻抗匹配方法，其特征在于，所述将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始状态，并进行仿真优化，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值包括以下步骤：
搭建阻抗匹配网络和仿真环境，获取设置的源阻抗和负载阻抗；
将初匹配网络的阻抗电路结构和元器件值作为初始条件；
设置优化要达到的目标和元器件参数的变化范围；
计算双频换能器的自反射系数，并判断是否满足优化要达到的目标；
否则继续进入循环，调整元器件参数，再跳转至所述计算双频换能器的自反射系数步骤继续执行，直至满足优化要达到的目标，得到优化后的双频匹配网络和元器件参数值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现如权利要求1所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现如权利要求1所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310664196.3A CN116582098A (zh) | 2023-06-06 | 2023-06-06 | 一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法、设备、存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310664196.3A CN116582098A (zh) | 2023-06-06 | 2023-06-06 | 一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法、设备、存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116582098A true CN116582098A (zh) | 2023-08-11 |
Family
ID=87541384
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310664196.3A Pending CN116582098A (zh) | 2023-06-06 | 2023-06-06 | 一种单阵元双频换能器阻抗匹配方法、设备、存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116582098A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117236265A (zh) * | 2023-11-14 | 2023-12-15 | 成都四威功率电子科技有限公司 | 基于实频法的宽带功率放大器自适应阻抗匹配方法 |
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2023
- 2023-06-06 CN CN202310664196.3A patent/CN116582098A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117236265A (zh) * | 2023-11-14 | 2023-12-15 | 成都四威功率电子科技有限公司 | 基于实频法的宽带功率放大器自适应阻抗匹配方法 |
| CN117236265B (zh) * | 2023-11-14 | 2024-02-23 | 成都四威功率电子科技有限公司 | 基于实频法的宽带功率放大器自适应阻抗匹配方法 |
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