CN213279604U

CN213279604U - 一种适用于多种负载的匹配电路

Info

Publication number: CN213279604U
Application number: CN202022691283.2U
Authority: CN
Inventors: 孟楠; 黄阳; 邱文杰
Original assignee: Sichuan Injet Electric Co Ltd
Current assignee: Sichuan Injet Electric Co Ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2030-11-19

Abstract

本实用新型涉及一种适用于多种负载的匹配电路，包括可变真空电容C1、可变真空电容C2、电感L1、可调电感L2、可调电感L3，其中C1和L1串联形成第一支路，第一支路的一端接入电源，第一支路的另一端接地；C2的一端接入电源，C2的另一端分别与L2的一端、L3的一端连接，L2的另一端接地，L3的另一端连接负载的输入端。使用本方案的匹配电路，能够匹配实部为1~1000Ω的负载，以及虚部为‑500~+500Ω的负载，能够实现容性负载和感性负载切换时的精准匹配，使得匹配负载的范围增大。本电路成本低，在L型、π型、T型三种基础的电路上，仅增加了两个可调电感，在降低成本的情况下，也能保证电源与变化负载的精准匹配。

Description

一种适用于多种负载的匹配电路

技术领域

本实用新型涉及射频电路技术领域，特别涉及一种适用于多种负载的匹配电路。

背景技术

随着现代社会的高速发展，使用射频电路的方面越来越广，一般情况下，射频电源的内阻为50Ω，而负载的内阻基本上都不是50Ω。根据传输线理论可知，当电源内阻与负载内阻不匹配时，会降低传输效率，因此往往在射频电源和负载之间加入一种射频匹配器，使得射频电源与负载适配，从而实现传输效率最大化。

传统的射频匹配器中的匹配电路包括L型、π型、T型，通常L型匹配电路无法匹配实部大于50Ω的负载，而且匹配虚部往往在-200～+200Ω内，因此适用于中小型平板负载；π型匹配电路因电容容量有限，控制算法相对复杂，匹配范围变化较大等原因常适用于线圈负载；T型匹配电路因匹配范围较小而使用较少。因此若无法获得负载内阻的情况下，则难以设计出较为合适的匹配电路，特别是在部分特殊负载上，则需要较高的成本才能实现负载匹配。

为了解决匹配问题，现有技术中公开号为CN110289819A的专利申请文件中公开了《一种射频前端及其射频功率放大器的输出匹配网络》，如图5所示，公开了四个电容(C0、C、可变真空电容C2、C3)和四个电感(L、LC、可调电感L2、可调电感L3)的匹配电路网络结构，此网络可将RS(电源)与RL(负载)进行网络匹配，但因为八个元器件都是固定值无法变动，因此此网络无法匹配可变负载，并且由于元器件数量过多，只适用于射频功率放大器，不适用于射频匹配器。

公告号为CN105093002B的专利文件中公开了一种《阻抗匹配器的测试系统及方法》，如图6、7所示的匹配网络由三个电容和三个电感组成了T型网络和π型网络，虽然匹配范围较大，但是因为有三个可变电容和三个电感，而可变电容价格昂贵、体积较大，因此匹配网络存在控制方面的难度，以及生产体积较大、成本较高等缺陷；如图8、9所示的匹配网络由两个固定电感和两个可变电容组成了L型匹配网络，而L型匹配网络的匹配范围较小，不适用大范围的负载匹配。

实用新型内容

本实用新型的目的在于在增大匹配范围以适应更多种负载的情况下，也能降低生产成本和减小产品体积，提供一种适用于多种负载的匹配电路。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种适用于多种负载的匹配电路，包括可变真空电容C1、可变真空电容C2、电感L1、可调电感L2、可调电感L3，其中：

所述可变真空电容C1和电感L1串联形成第一支路，所述第一支路的一端接入电源，第一支路的另一端接地；

所述可变真空电容C2的一端接入电源，可变真空电容C2的另一端分别与可调电感L2的一端、可调电感L3的一端连接，可调电感L2的另一端接地，可调电感L3的另一端连接负载的输入端。

更进一步地，所述电感L1为固定电感或可调电感，电感L1根据可变真空电容C1的值及阻抗匹配范围选择，当可变真空电容C1的值满足阻抗匹配范围时，电感L1可采用固定电感，降低电感使用成本。

更进一步地，所述第一支路中可变真空电容C1的一端接入电源，可变真空电容C1的另一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端接地；或所述第一支路中电感L1的一端接入电源，电感L1的另一端与可变真空电容C1的一端连接，可变真空电容C1的另一端接地。

更进一步地，所述第一支路、可变真空电容C2以及可调电感L2形成π型匹配电路。

更进一步地，所述可调电感L2、可调电感L3通过更换绕线匝数来调节电感值，当电感L1为可调电感时，也通过更换绕线匝数来调节电感值。

更进一步地，所述匹配电路连接的负载为容性负载或感性负载。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)使用本方案的匹配电路，能够匹配实部为1～1000Ω的负载，以及虚部为-500～+500Ω的负载，能够实现容性负载和感性负载切换时的精准匹配，使得匹配负载的范围增大。

(2)本电路成本低，在L型、π型、T型三种基础的电路上，仅增加了两个可调电感，在降低成本的情况下，也能保证电源与变化负载的精准匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型匹配电路原理图；

图2为本实用新型的另一种匹配电路原理图；

图3为本实用新型实施例一种举例方式的SMITH原理图及其驻波图；

图4为本实用新型实施例另一种举例方式的SMITH原理图及其驻波图；

图5为一种现有技术原理图；

图6为另一种现有技术原理图(1)；

图7为另一种现有技术原理图(2)；

图8为另一种现有技术原理图(3)；

图9为另一种现有技术原理图(4)。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“可变真空电容C1”、“可变真空电容C2”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本实用新型通过下述技术方案实现，一种适用于多种负载的匹配电路，包括可变真空电容C1、可变真空电容C2、电感L1、可调电感L2、可调电感L3，请参见图1或2，所述可变真空电容C1和电感L1串联形成第一支路，其中：

作为一种可实施方式，请参见图1，所述第一支路中可变真空电容C1的一端接入电源，可变真空电容C1的另一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端接地；所述可变真空电容C2的一端接入电源，可变真空电容C2的另一端分别与可调电感L2的一端、可调电感L3的一端连接，可调电感L2的另一端接地，可调电感L3的另一端连接负载的输入端。

作为另一种可实施方式，请参见图2，与上一实施方式的区别在于，真空电容C1与,电感L1的位置互换，具体为，所述第一支路中电感L1的一端接入电源，电感L1的另一端与可变真空电容C1的一端连接，可变真空电容C1的另一端接地；所述可变真空电容C2的一端接入电源，可变真空电容C2的另一端分别与可调电感L2的一端、可调电感L3的一端连接，可调电感L2的另一端接地，可调电感L3的另一端连接负载的输入端。

所述电感L1为固定电感或可调电感，如图1所示的电感L1即为固定电感，但也可以为可调电感；同样，如图2所示的电感L1即为可调电感，但也可以为固定电感。电感L1根据可变真空电容C1的值及阻抗匹配范围选择，当可变真空电容C1的值满足阻抗匹配范围时，电感L1可采用固定电感，降低电感使用成本。

本匹配电路只需要五个元器件，在匹配负载时，可变真空电容C1和可变真空电容C2的电容值可以进行实时调整，可调电感L2、可调电感L3在安装时需要预先设置好绕线匝数，在匹配负载时进行调试，调试完后再进行绕线匝数的更换来实现调节电感值；同样，当电感L1为可调电感时，也通过预先设置好绕线匝数的方式调节电感值。

请继续参见图1，可变真空电容C1与电感L1串联使得第一支路上的容性范围增大，从而增大匹配负载范围的实部，可调电感L3与负载的输入端串联使得负载感性范围增大。依据如图3或4所示的SMITH原理图，无论负载是容性或是感性，因串联可调电感L3后都能使得负载的感性增加，再通过可变真空电容C1、电感L1、可变真空电容C2以及可调电感L2构成的π型匹配电路则可以进行射频网络匹配。

本方案综合了L型匹配电路和π型匹配电路的特点，使负载匹配范围大大增加，不仅适用于大型平板负载，也适用于大线圈负载，对一些用户的特殊负载需求上，即负载特性是感性与容性互变也能满足其要求，而且不需要进行结构的调试即可匹配，从而进一步实现了市场对匹配网络的大匹配范围需求。

依照图1所示的本方案匹配电路，假设负载的内阻为50Ω，负载与匹配电路的计算公式为：

A＝-50*W²*C1`*L2-50*W²*L2*C2 (3)

B＝-W*L2 (4)

C＝-W²*L2*C2+1 (5)

D＝50*W³*L2*C1`*C2-50*W*C1`-50*W*C2 (6)

其中，R为负载实部，X为负载虚部，W为角频率，A、B、C、D、可变真空电容C1`分别为中间变量(由于R、X的计算公式太长，因此使用A、B、C、D、可变真空电容C1`来等效相应的计算式)，可变真空电容C1、可变真空电容C2、电感L1、可调电感L2、可调电感L3分别为匹配电路中五个元器件的值。

作为实施例的举例，假设当前负载的阻抗为10-j*300(即R+jX)，根据阻抗匹配原理，若要进行阻抗匹配，调试得到的参数如下：

可变真空电容C1＝506pF，可变真空电容C2＝169pF，电感L1＝200nH，可调电感L2＝700nH，可调电感L3＝200nH。

请参见图3所示的SMITH原理图及其驻波图，通常认为驻波小于1.1时即是匹配成功，可以看出图中驻波m1为1.058，则认为匹配网络设计成功。

作为实施例的另一举例，假设当前负载的阻抗为300+j*400，调试得到的参数如下：

可变真空电容C1＝390pF，可变真空电容C2＝280pF，电感L1＝200nH，可调电感L2＝700nH，可调电感L3＝200nH。

请参见图4可以看出驻波m1为1.073，当负载阻抗变化较大时，通过改变可变真空电容C1、可变真空电容C2的电容值，则可以成功匹配范围较大的负载，保证了传输线的传输效率。

根据进一步的调试测验，使用本方案的匹配电路，能够匹配实部为1～1000Ω的负载，以及虚部为-500～+500Ω的负载，能够实现容性负载和感性负载切换时的精准匹配。并且本电路成本低，在L型、π型、T型三种基础的电路上，仅增加了两个可调电感，在降低成本的情况下，也能保证电源与变化负载的精准匹配。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种适用于多种负载的匹配电路，连接于电源和负载之间，其特征在于：包括可变真空电容C1、可变真空电容C2、电感L1、可调电感L2、可调电感L3，其中：

2.根据权利要求1所述的一种适用于多种负载的匹配电路，其特征在于：所述电感L1为固定电感或可调电感。

3.根据权利要求1所述的一种适用于多种负载的匹配电路，其特征在于：

所述第一支路中可变真空电容C1的一端接入电源，可变真空电容C1的另一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端接地；

或所述第一支路中电感L1的一端接入电源，电感L1的另一端与可变真空电容C1的一端连接，可变真空电容C1的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种适用于多种负载的匹配电路，其特征在于：所述第一支路、可变真空电容C2以及可调电感L2形成π型匹配电路。

5.根据权利要求1所述的一种适用于多种负载的匹配电路，其特征在于：所述可调电感L2、可调电感L3通过更换绕线匝数来调节电感值。

6.根据权利要求2所述的一种适用于多种负载的匹配电路，其特征在于：所述电感L1为可调电感，电感L1通过更换绕线匝数来调节电感值。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种适用于多种负载的匹配电路，其特征在于：所述匹配电路连接的负载为容性负载或感性负载。