WO2021115536A1 - Variable capacitor system for impedance matching - Google Patents

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WO2021115536A1
WO2021115536A1 PCT/DE2020/101039 DE2020101039W WO2021115536A1 WO 2021115536 A1 WO2021115536 A1 WO 2021115536A1 DE 2020101039 W DE2020101039 W DE 2020101039W WO 2021115536 A1 WO2021115536 A1 WO 2021115536A1
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WO
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variable
impedance
matching network
capacitor
tuple
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/101039
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Bromberger
Original Assignee
Kiefel Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38Impedance-matching networks
    • H03H7/40Automatic matching of load impedance to source impedance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183Matching circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H5/00One-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H5/12One-port networks comprising only passive electrical elements as network components with at least one voltage- or current-dependent element
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • H03H2001/0021Constructional details
    • H03H2001/005Wound, ring or feed-through type inductor

Definitions

  • the invention relates to a variable capacitor system for impedance matching, a matching network with such a variable capacitor system, a system comprising such a matching network and a use of the variable capacitor system for impedance matching, and a method for regulating such a matching network for impedance matching.
  • a signal source is connected to a load via a dual directional coupler and a variable matching network for impedance matching.
  • the signal source has an output with an internal source impedance, the load an input with a load impedance.
  • the variable matching network has an input connected to the output of the signal source via the directional coupler and an output connected to the input of the load.
  • the signal source emits a source signal with a signal frequency.
  • an input impedance acts on the source signal, which is transported by means of the directional coupler from the signal source to the input of the variable matching network.
  • the signal with a source impedance is emitted from the output of the directional coupler. Part of the signal is reflected back to the source at the input of the variable matching network.
  • the directional coupler In addition to a directional coupler input which is connected to the output of the signal source, the directional coupler has a directional coupler output which is connected to the input of the variable matching network.
  • the directional coupler also has a forward coupling port and a reverse coupling port.
  • the directional coupler generates a forward signal on the forward coupling port which is proportional to the source signal.
  • the directional coupler generates a backward signal on the backward coupling port, which is proportional to the portion of the source signal reflected back to the source at the input of the variable matching network.
  • a mismatch between the source impedance and the input impedance can be determined from the ratio of the powers of the forward signal and the reverse signal according to the methods known from the prior art.
  • the input impedance itself can be determined from the source impedance and the amount and phase of the forward and backward signal.
  • the transformation effect of the variable matching network is influenced by the values of a first number of control signals. The aim of this influencing can be to minimize the mismatch.
  • variable matching networks with a first variable reactance and a second variable reactance are known.
  • the value of the first variable reactance is controlled with the aid of a first control signal
  • the value of the second variable reactance is controlled with the aid of a second control signal.
  • the most complete possible reduction in the amount of the input reflection is used as the target variable, the first control signal and the second control signal as control variables.
  • the first control signal is applied with a variation of its value by a small amount with a first variation frequency and the second control signal with a variation of its value by a small amount with a second variation frequency.
  • the change in the target variable is related to the variation in the manipulated variables. Starting from this, the target variable is optimized by suitable adaptation of the values of the manipulated variables.
  • varactors in which the change in capacitance is based on the change in a bias voltage across a space charge zone between oppositely doped semiconductor regions. If they also make electrically variable capacitance values available, they seem hardly suitable for building high-performance matching networks in an economically justifiable manner.
  • capacitors with a field strength-dependent dielectric constant of a dielectric are only for Suitable for small-signal operation - the capacitance is modulated by applying a high AC voltage.
  • the disadvantage of the prior art is therefore that it does not provide any capacitors whose capacitance value can be changed rapidly and continuously in terms of their capacitance value.
  • the invention is based on the object of providing a variable capacitor which does not show the above disadvantages.
  • variable capacitor system for impedance matching from a parallel or series connection of a variable transducer with a capacitor.
  • the capacitor used here does not need to be a variable capacitor, as the transducer itself is the variable actuator that, together with the capacitor in parallel or in series, acts like a variable overall capacitor without having to use a variable capacitor in the circuit.
  • the transducer which can be switched quickly, provides a rapidly and continuously variable overall capacitor in the form of the variable capacitor system.
  • the present invention thus provides a variable capacitor which does not exhibit the foregoing disadvantages of the prior art.
  • the capacitor is a capacitor with a fixed capacitance value or a variable capacitance value, the capacitor for the latter preferably being designed as a vacuum capacitor or a variable capacitor.
  • the capacitor and the transducer can be arranged as a parallel circuit.
  • the capacitor system further comprises an electronic control device which allows a capacitor value for the variable Adjust the capacitor system at least by means of the variable transducer for impedance matching
  • the transducer is a high power, high frequency transducer.
  • the transducer has a soft magnetic iron core, ferrite core or a saturable ferromagnetic core.
  • the transducer has a ring core, a rod core or an EI core.
  • the shell design is formed, for example, from alternately layered stacks of E- and I-shaped sheets.
  • the invention further relates to a variable matching network for impedance matching, comprising one or more variable capacitor systems according to the invention as an actuator.
  • the invention further relates to a system comprising a signal source, a load, a directional coupler and a variable matching network according to the invention, the signal source being connected to the load via the directional coupler and the variable matching network for impedance matching.
  • the invention further relates to the use of one or more variable capacitors according to the invention of a matching network for impedance matching in a system according to the invention. It has been established that transducers are unsuitable for high frequency power matching networks because of inherent losses. Contrary to this prejudice, impedance-variable matching networks according to the invention are also suitable for matching extreme impedance ratios of 100: 1 in the range of 27 MHz and 50 kW high-frequency power.
  • the invention also relates to a method for regulating a variable matching network according to the invention for impedance matching, comprising the following steps:
  • the matching network can be used for a welding press, for example.
  • the load is a package made of PVC film to be welded using high frequency
  • the remaining thickness and the temperature reached of the film package can be calculated from the area of the welding tool and the load impedance, provided that the temperature-dependent material parameters of the PVC film are known. This greatly simplifies precise process management.
  • a “matching network” is an electrical network that is suitable for impedance matching.
  • “Impedance matching”, also known as power matching, is used in high-frequency technology to optimally match a source of a signal to a load. If the impedance is not matched when transporting high-frequency power, this leads to standing waves on the line; this increases the load on the line, while at the same time not the full power is transferred from the generator to the load. On a line with completely standing wave no energy can be transported.
  • the matching network can include capacitive and / or inductive elements. In the case of a welding press according to the invention, for example, a time-varying input impedance can be seen in the high-frequency input of the welding press. This can typically be in the region of 1 ohm.
  • the impedance of the source In contrast to a constant load, the impedance of the source must therefore be adapted to a load impedance that changes over time.
  • the variable matching network has an RF input and an RF output.
  • the HF input of the welding press is connected to the HF output of the variable matching network.
  • a high-frequency source feeds high-frequency power into the HF input of the variable matching network and, via the variable matching network, high-frequency power into the welding press.
  • the high frequency source has an RF output with a source impedance. This source impedance can typically be 50 ohms.
  • the HF output of the high frequency source is connected to the HF input of the matching network. High frequency power is optimally transmitted between a source and a load when the input impedance of the load and the output impedance of the source are complex conjugate at the operating frequency.
  • An “input-side matching” occurs when, while the high-frequency source feeds a high-frequency signal into the RF input of the variable matching network, the output impedance of the high-frequency source is matched to the input impedance of the variable matching network.
  • the input impedance effective into the high-frequency signal in the HF input of the variable matching network therefore represents the load impedance for the high-frequency source.
  • Power is optimally transmitted between the output of the high-frequency source and the RF input of the variable matching network when the output impedance of the high-frequency source and the input impedance of the variable matching network are complex conjugate to one another.
  • An “output-side adjustment” is related to the output of the variable adjustment network, if the variable adjustment network, on the other hand, is used as a “source” for High frequency power for the welding press works. Power is optimally transferred between the output of the variable matching network and the RF input of the welding press when the output impedance of the variable matching network and the input impedance of the welding press are complex conjugate to one another. If the variable matching network is essentially reciprocal and lossless, then there is an input-side adaptation precisely when there is an output-side adaptation.
  • a “transformation effect” describes the adaptation effect of the adaptation network, which can be controlled by a set of control variables at control inputs of the variable adaptation network.
  • the transformation effect is measured between the input and the output of the variable matching network.
  • the transformation effect cannot be limited to mapping input impedance to output impedance. Every “tuple” (also called “value tuple”) of control variables has a transformation effect.
  • a “transformation matrix” or “transformation effects matrix” is understood to be a one or more dimensional matrix with one or different transformation effects as matrix elements.
  • the transformation effect (s) associated with the transformation matrix are selected by given circumstances (such as the state of the load, etc.).
  • a transformation effect is determined by a tuple of control variables.
  • the variable matching network according to the invention can in many cases be approximated as a linear system. Therefore, the transformation effect matrix can be, for example, an S-matrix.
  • the transformation effect can be measured directly with a vector network analyzer as an S-matrix if both the source and load impedance of the matching network are sufficiently close to 50 ohms.
  • the transformation effect in a non-linear matching network can be measured with a sufficiently powerful signal.
  • the value of the load impedance of the welding press can be calculated on the basis of the input impedance of the network (eg the load impedance of a welding press transformed by the matching network) and the S-matrix. This can also apply to the calculation of the losses in the matching network.
  • the Transformation effects can therefore be much more extensive than just a (complex) quotient of output and input impedance (not: signal).
  • Control signals also called “control variables” or “controlled variables” or similar, are understood to mean, for example, currents that are applied to the control inputs of the network.
  • a set of control variables is referred to as “tuple” or “value tuple”. If a (first) transformation effect of the matching network is set, for example with the help of two independent currents II and 12, a value tuple would be a pair of specific values of these two control currents. Another tuple of values with different values of control currents results in a further transformation effect.
  • the control variables or control currents II and 12 can be varied independently of one another in a range from e.g. 0A to as required. This creates a value tuple table, with each entry being assigned to a transformation effect.
  • transformation matrices of the variable matching network are measured for each value tuple from a set of predefined value tuples from a number of control signals in a method according to the invention.
  • a transformation effect of the matching network according to the invention is measured for a predefined finite set of tuples of control variables t.
  • the “transformation matrices for a set of predefined tuples of values for a number of control signals” are understood to mean, for example, the set of measured transformation effects of the matching network for predefined currents at a discrete support load. These transformation effects are also called “first transformation effect (s)”.
  • the elements of the set are tuples of control variables, and each tuple from the set is assigned a measured transformation effect of the variable adaptation network.
  • a transformation effect TW1 could be determined and included in the set of transformation matrices that are present for streams II and 12 via the matching network.
  • a transformation effect TW2 could be determined in the same way for currents 13 and 14.
  • the set and its elements, the tuples, are not changed at runtime Subsequently, in a step of the method according to the invention, an input impedance seen into the input of the matching network is measured for any tuple of values of control signals.
  • variable load With a variable load and with any value tuple (also called “second value tuple") of control signals (eg any II and 12), this input impedance seen into the input of the matching network is measured.
  • the input impedance of the variable matching network and the output impedance of the high-frequency source for a welding press are typically in a range in which the power transport of high-frequency power is sensibly possible, for example 50 ohms.
  • Directional couplers can accordingly be suitable for measuring forward and backward HF signals.
  • the input impedance of the welding press is typically in the region of 1 ohm. It is difficult to measure impedances here.
  • variable matching network In order to be able to measure the transformation effect of the variable matching network (from 50 ohms to 1 ohm), measuring adapters that can shift the 1 ohm back to around 50 ohms would be required. However, these are disadvantageous during the welding process. According to the invention, a transformation effect of the variable matching network and the impedance measured into its input are therefore used to calculate the impedance with which the output of the variable matching network is terminated, i.e. the input impedance of the welding press.
  • variable matching network If there is complex conjugate matching between the high-frequency source and the input of the variable matching network, no power is reflected back from the input of the variable matching network into the output of the high-frequency source.
  • the transformation effect of the variable matching network is set with the aid of control signals. It is possible to measure the reflection of the source power at the input of the variable matching network and to minimize it with the help of the control variables. For example, the power delivered by the high-frequency source to the variable matching network can be maximized. If the variable matching network were reciprocal and loss-free, the output of the variable matching network to the welding press would thereby also be maximized. In practice, however, it can actually happen that essentially the entire high-frequency power of the high-frequency source is converted into heat in the matching network.
  • the impedance that affects the input of the welding press changes, as, for example, the geometry and conductivity of the foil to be welded changes. This also changes the reflection of the power between the high-frequency source and the input of the variable matching network. If the control signals are regulated in such a way that the reflection at the input of the matching network is minimized, a case would be possible in which the power is no longer output from the variable matching network to the welding press, but instead is burned in the variable matching network. The weld can then come to a standstill and the variable matching network can be damaged.
  • a predefined value tuple that best approximates any value tuple is determined from the set of predefined value tuples of a number of control signals, as well as one of the predefined value tuples.
  • the “second transformation effect” is required via the matching network.
  • the currently prevailing transformation effect cannot, however, be measured and is therefore approximately replaced by a transformation matrix, that is to say a first transformation effect, of the abovementioned set of transformation matrices.
  • interpolation points close to the currently applied tuple of control signals are selected, for which interpolation points the transformation effects have been measured, and interpolation is carried out between these in order to be able to approximately determine the transformation effect for the currently applied tuple of control signals.
  • the transformation effect of the variable matching network is approximately determined for the currently applied tuple of control signals.
  • the load impedance on which the input impedance is based is approximately calculated based on the best possible approximating predefined value tuple and from the associated transformation effect according to the transformation effect matrix.
  • the current impedance of the load is calculated from the input impedance measured above and the approximately known current transformation effect of the matching network, or determined approximately at its actual value. If the current load impedance is known, a new tuple of control signals can be determined by means of which the load impedance can be better matched to the desired load impedance for the amplifier by the variable matching network.
  • a first transformation effect belongs to a value tuple from the set of value tuples for which the transformation effect of the variable matching network has been measured in advance.
  • the “second” transformation effect is that associated with any tuple of control signals occurring during the operation of the variable matching network Transformation effect. In general, this tuple will not be from the set, but can be appropriately approximated by a suitable tuple from the set. In this case, the second transformation effect is approximated by the transformation effect for the specific tuple or by suitable interpolation between such tuples and the transformation effects associated with the tuples.
  • a tuple from the set that best approximates the second tuple can be selected as a certain tuple, or a new tuple that interpolates suitably between tuples from the set, in which case an interpolating new transformation effect would also have to be assigned to it.
  • the input reflection of the variable matching network - which can be measured well in an environment of, for example, 50 ohms - and the approximation to the actual transformation effect of the variable matching network
  • an approximation to the input impedance of the welding press is determined, and from the approximation to the input impedance of the welding press and the approximation
  • An estimate of the current power losses in the variable matching network can be obtained from the actual transformation effect.
  • variable matching network for example computer-controlled, so that the portion of the high-frequency power of the high-frequency source delivered to the welding press is maximized, and not just the portion of the reflected at the input of the variable matching network High frequency power of the high frequency source is minimized. Furthermore, the losses in the variable matching network can be controlled and thermal damage to the variable matching network can be avoided.
  • a variable matching network has a fast regulating speed at which, at the same time, a global optimum of the mismatching is reliably achieved at the input of a variable matching network with a first number of control signals.
  • the state of the art typically measures at most the high-frequency power emitted by the source, but mostly only the DC power consumed by the source, around that of the weld metal or Estimate the high-frequency power consumed by the welding source.
  • the power consumed by the weld metal or welding press is determined much more precisely than in the prior art.
  • Application of the method according to the invention then allows a significantly more precise control of the weld.
  • At least one of the impedances can be well below 50 ohms, so that one or more adapters are required that push the 50 ohms of your VNA sufficiently close to the desired impedances.
  • an adapter can transform at an operating frequency of 50 ohms to 5 ohms (and, conversely, from 5 ohms to 50 ohms).
  • the transformation effect of the adapter must first be determined. This can be done through simulation.
  • two adapters can be measured “back to back" (50R- 5R, 5R-50R) and then inserted between the two adapters (e.g.) 5-ohm lines of different lengths (50R-> 5R, line, 5R-> 50R). From the assumption of the symmetry of the adapter and the S-matrices determined with different lengths of the lines with the VNA, the S-matrix of the adapter can be inferred.
  • an arrangement, adapter 50R-> 5R, matching network (for example from 5R to 50R) ”with the VNA, with both sides being approximately 50R is then measured. After this measurement, the effect of the adapter can be calculated, which is also called “de-embedding". In this way one can determine the transformation effect of a large number of meaningful matching networks (e.g. as S-matrices).
  • the method comprises the further steps:
  • the “first set” corresponding to the predefined value tuples of a number of control signals.
  • the level of the respective control signal is meant as the minimum and maximum of each control signal.
  • a computer-controlled search algorithm can find out, for example, a minimum and a maximum, ie a range of values for each control variable for optimal adaptation to the given load.
  • minima and maxima can be selected from the value tuple table. In this way, the amount of value tuples can be selected for the method according to the invention.
  • This embodiment has the advantage that, for. B. a subsequent application can be carried out within an “optimal” minimum / maximum of the control signals. This enables the application to run in a particularly time-efficient manner. It also has the advantage that a particularly time-efficient process can protect sensitive semiconductor components in the high-frequency source.
  • the method comprises the further steps:
  • the method comprises the further steps:
  • variable matching network generally has losses. In the case of low losses in the variable matching network, the third and fourth value tuples do not differ significantly; the minimization of the mismatch to the source impedance and the maximization of the power delivered to the load take place with the same value tuples. With increasing losses in the matching network, this is no longer necessarily the case. If the power delivered to the load is to be maximized even with non-negligible losses in the variable matching network, this is advantageously achieved by this alternative embodiment.
  • the method includes the further step of determining the power delivered to the load at the load impedance from the power of the source signal, the source impedance and the transformation effect of the variable matching network when the control signals are set to the values given by the fourth value tuple .
  • the load represents a plasma for processing semiconductor wafers
  • the precise knowledge (and, based on this, control) of the power delivered to the load is of great importance.
  • Fig.l a schematic representation of a variable capacitor system according to the invention
  • FIG. 3 a schematic representation of a system according to the invention
  • FIG. 4 a schematic representation of a method according to the invention.
  • Fig.l shows schematically the inventive variable capacitor system 1 for an impedance matching from a parallel or series connection of a variable transducer 11 with a capacitor 12 in Fig.la, the capacitor system 1 due to the variable transducer 11 acts like a variable capacitor according to Fig.lb .
  • the capacitor 12 in the capacitor system 1 can be a capacitor with a fixed capacitance value or with a variable capacitance value, in the latter case the capacitor 12 is preferably designed as a vacuum capacitor or variable capacitor, the capacitor 12 and the transducer 11 then being arranged as a parallel circuit.
  • the capacitor system 1 can furthermore comprise an electronic control device 13 which allows a capacitor value for the variable capacitor system 1 to be set at least by means of the variable transducer 11 for impedance matching.
  • the transducer 11 can be a Be high-performance high-frequency transducer.
  • the transducer 11 can have a soft magnetic iron core, ferrite core, a ring core, a rod core, an EI core or a saturable ferromagnetic core.
  • the matching network 4 schematically shows the matching network 4 according to the invention, comprising one or more variable capacitor systems 1 as an actuator for impedance matching.
  • the matching network 4 can comprise one or more variable transducers 11 as variable actuators 41.
  • FIG. 3 shows schematically the system 1 according to the invention comprising a signal source 2, a load 5, a directional coupler 3 and a variable matching network 4 according to the invention, the signal source 2 being connected to the load 5 via the directional coupler 3 and the variable matching network 4 for impedance matching.
  • FIG. 4 schematically shows the method 100 according to the invention for regulating a variable matching network 4 according to the invention for impedance matching, comprising a measurement 110 of transformation matrices of the variable matching network 4 for a set of predefined value tuples of a number of control signals; a measurement 120 of an input impedance seen into the input of the matching network 4 for an arbitrary value tuple; determining 130 a predefined value tuple that best approximates the arbitrary value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and one of the predefined value tuples in accordance with the transformation matrices; and calculating 140 the load impedance on which the input impedance is based on the basis of the predefined value tuple, which approximates as best as possible, and of the associated transformation effect in accordance with one of the transformation matrices.
  • step 150 by selecting a first whole number n and selecting a minimum and a maximum for each control signal and selecting the set of predefined value tuples, a number of control signals can be performed as a tuple of n equidistant values between the respective minimum and maximum of the respective control signal become.
  • the method can include the steps of determining 160 a third value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and a second transformation effect such that the mismatch between the load impedance transformed by means of the second transformation effect and the source impedance assumes a minimum among all value tuples from the set of value tuples; and setting 162 the control signals to the values given by the third value tuple.
  • the method can include the further steps of determining 170 a fourth value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and a second transformation effect such that the part of the power of the source signal delivered to the input of the load at the load impedance among all value tuples from the Set of predefined value tuples of a number of control signals assumes a maximum; and setting 172 the control signals to the values given by the fourth value tuple.
  • the further step of determining 180 the power delivered to the load at the load impedance from the power of the source signal, the source impedance and the transformation effect of the variable matching network 4 can take place.
  • variable matching network 41 actuators in the variable matching network

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Abstract

The invention relates to a variable capacitor system (1) for impedance matching, a matching network (4) comprising said type of variable capacitor system (1), a system (10) comprising said type of matching network (4) and to a use of the variable capacitor system (1) for impedance matching, formed by a parallel or series connection of a variable transducer (11) with a capacitor (12). The invention also relates to a method (100) for controlling said type of impedance matching network (4).

Description

VARIABLES KONDENSATORSYSTEM ZUR IMPEDANZANPASSUNG VARIABLE CONDENSER SYSTEM FOR IMPEDANCE ADAPTATION
Gebiet der Erfindung Field of invention
Die Erfindung betrifft ein variables Kondensatorsystem zur Impedanzanpassung, ein Anpassnetzwerk mit einem solchen variablen Kondensatorsystem, ein System umfassend ein solches Anpassnetzwerk und eine Verwendung des variablen Kondensatorsystems zur Impedanzanpassung sowie ein Verfahren zur Regelung eines solchen Anpassnetzwerks zur Impedanzanpassung. The invention relates to a variable capacitor system for impedance matching, a matching network with such a variable capacitor system, a system comprising such a matching network and a use of the variable capacitor system for impedance matching, and a method for regulating such a matching network for impedance matching.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Eine Signalquelle wird über einen dualen Richtkoppler und ein variables Anpassnetzwerk zur Impedanzanpassung mit einer Last verbunden. Die Signalquelle weißt einen Ausgang mit einer inneren Quellimpedanz auf, die Last einen Eingang mit einer Lastimpedanz. Das variable Anpassnetzwerk weist einen, über den Richtkoppler mit dem Ausgang der Signalquelle verbundenen Eingang und einen mit dem Eingang der Last verbundenen Ausgang auf. Die Signalquelle gibt ein Quellsignal mit einer Signalfrequenz ab. In den Eingang des variablen Anpassnetzwerkes hinein wirkt eine Eingangsimpedanz auf das Quellsignal, welches vermittels des Richtkopplers von der Signalquelle zum Eingang des variablen Anpassnetzwerkes transportiert wird. Aus dem Ausgang des Richtkopplers wird das Signal mit einer Quellimpedanz abgegeben. Ein Teil des Signales wird am Eingang des variablen Anpassnetzwerkes zurück zur Quelle reflektiert. A signal source is connected to a load via a dual directional coupler and a variable matching network for impedance matching. The signal source has an output with an internal source impedance, the load an input with a load impedance. The variable matching network has an input connected to the output of the signal source via the directional coupler and an output connected to the input of the load. The signal source emits a source signal with a signal frequency. In the input of the variable matching network, an input impedance acts on the source signal, which is transported by means of the directional coupler from the signal source to the input of the variable matching network. The signal with a source impedance is emitted from the output of the directional coupler. Part of the signal is reflected back to the source at the input of the variable matching network.
Der Richtkoppler weißt neben einem Richtkopplereingang, welcher dem Ausgang der Signalquelle verbunden ist, einen Richtkopplerausgang auf, welcher mit dem Eingang des variablen Anpassnetzwerkes verbunden ist. Der Richtkoppler weist ferner einen Vorwärts-Koppelport auf und einen Rückwärts-Koppelport. Der Richtkoppler erzeugt auf dem Vorwärts-Koppelport ein Vorwärts-Signal, welches dem Quellsignal proportional ist. Der Richtkoppler erzeugt auf dem Rückwärts-Koppelport ein Rückwärts-Signal, welches dem am Eingang des variablen Anpassnetzwerkes zurück zur Quelle reflektierten Anteil des Quellsignals proportional ist. Aus dem Verhältnis der Leistungen des Vorwärts-Signales und des Rückwärts-Signales lässt sich nach dem Stand der Technik bekannten Methoden eine Fehlanpassung zwischen Quellimpedanz und Eingangsimpedanz bestimmen. Aus der Quellimpedanz und dem Vorwärts- und Rückwärtssignal in Betrag und Phase lässt sich darüber hinaus nach dem Stand der Technik bekannten Methoden die Eingangsimpedanz selbst bestimmen. Die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes wird über die Werte einer ersten Anzahl von Steuersignalen beeinflusst. Ziel dieser Beeinflussung kann sein, die Fehlanpassung zu minimieren. In addition to a directional coupler input which is connected to the output of the signal source, the directional coupler has a directional coupler output which is connected to the input of the variable matching network. The directional coupler also has a forward coupling port and a reverse coupling port. The directional coupler generates a forward signal on the forward coupling port which is proportional to the source signal. The directional coupler generates a backward signal on the backward coupling port, which is proportional to the portion of the source signal reflected back to the source at the input of the variable matching network. A mismatch between the source impedance and the input impedance can be determined from the ratio of the powers of the forward signal and the reverse signal according to the methods known from the prior art. In addition, the input impedance itself can be determined from the source impedance and the amount and phase of the forward and backward signal. The transformation effect of the variable matching network is influenced by the values of a first number of control signals. The aim of this influencing can be to minimize the mismatch.
Aus der Druckschrift US 4,951,009 sind variable Anpassnetzwerke mit einer ersten variablen Reaktanz und einer zweiten variablen Reaktanz bekannt. Der Wert der ersten variablen Reaktanz wird mit Hilfe eines ersten Steuersignales, der Wert der zweiten variablen Reaktanz wird mit Hilfe eines zweiten Steuersignales geregelt. Beim automatischen Abgleich des variablen Anpassnetzwerks dient die möglichst vollständige Reduktion der des Betrags der Eingangsreflektion als Zielgröße, das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal als Regelgrößen. Im Rahmen eines automatischen Abgleichs wird das erste Steuersignal mit einer Variation seines Wertes um einen kleinen Betrag mit einer ersten Variationsfrequenz und das zweite Steuersignal mit einer Variation seines Wertes um einen kleinen Betrag mit einer zweiten Variationsfrequenz beaufschlagt. Die Änderung der Zielgröße wird mit der Variation der Stellgrößen in Beziehung gesetzt. Hiervon ausgehend wird die Zielgröße durch geeignete Anpassung der Werte der Stellgrößen optimiert. From the document US 4,951,009 variable matching networks with a first variable reactance and a second variable reactance are known. The value of the first variable reactance is controlled with the aid of a first control signal, the value of the second variable reactance is controlled with the aid of a second control signal. In the automatic adjustment of the variable matching network, the most complete possible reduction in the amount of the input reflection is used as the target variable, the first control signal and the second control signal as control variables. As part of an automatic adjustment, the first control signal is applied with a variation of its value by a small amount with a first variation frequency and the second control signal with a variation of its value by a small amount with a second variation frequency. The change in the target variable is related to the variation in the manipulated variables. Starting from this, the target variable is optimized by suitable adaptation of the values of the manipulated variables.
Weiterer sind Stand der Technik sogenannte Varaktoren, bei denen die Kapazitätsänderung auf der Änderung einer Vorspannung über einer Raumladungszone zwischen entgegennamig dotierten Halbleiterbereichen beruht. Stellen sie auch elektrisch veränderliche Kapazitätswerte zur Verfügung, erscheinen sie doch nur schwerlich geeignet, auf eine wirtschaftlich vertretbare Weise Hochleistungs-Anpassnetzwerke aufzubauen. Furthermore, prior art are so-called varactors, in which the change in capacitance is based on the change in a bias voltage across a space charge zone between oppositely doped semiconductor regions. If they also make electrically variable capacitance values available, they seem hardly suitable for building high-performance matching networks in an economically justifiable manner.
Der Stand der Technik kennt ferner Kondensatoren mit feldstärkeabhängiger Dielektrizitätskonstante eines Dielektrikums. Auch diese sind selbstverständlich nur für den Kleinsignalbetrieb geeignet - durch Beaufschlagung mit einer hohen Wechselspannung wird ja die Kapazität moduliert. The prior art also knows capacitors with a field strength-dependent dielectric constant of a dielectric. Of course, these are only for Suitable for small-signal operation - the capacitance is modulated by applying a high AC voltage.
Nachteilig an dem Stand der Technik ist demnach, dass dieser keine in ihrem Kapazitätswert schnell und stufenlos in ihrem Kapazitätswert veränderlichen Kondensatoren zur Verfügung stellt. The disadvantage of the prior art is therefore that it does not provide any capacitors whose capacitance value can be changed rapidly and continuously in terms of their capacitance value.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen veränderlichen Kondensator zur Verfügung zu stellen, der die voranstehenden Nachteile nicht zeigt. The invention is based on the object of providing a variable capacitor which does not show the above disadvantages.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein variables Kondensatorsystem für eine Impedanzanpassung aus einer Parallel- oder Serienschaltung eines variablen Transduktors mit einem Kondensator. Der hier verwendete Kondensator braucht kein variabler Kondensator zu sein, da der Transduktor selber das variable Stellglied ist, dass zusammen mit dem Kondensator in Parallel- oder Serienschaltung wie ein variabler Gesamtkondensator wirkt, ohne dass dafür ein variabler Kondensator in der Schaltung verwendet werden muss. Über den schnell zu schaltenden Transduktor erhält man einen schnell und stufenlos veränderlichen Gesamtkondensator in Form des variablen Kondensatorsystems. The object of the invention is achieved by a variable capacitor system for impedance matching from a parallel or series connection of a variable transducer with a capacitor. The capacitor used here does not need to be a variable capacitor, as the transducer itself is the variable actuator that, together with the capacitor in parallel or in series, acts like a variable overall capacitor without having to use a variable capacitor in the circuit. The transducer, which can be switched quickly, provides a rapidly and continuously variable overall capacitor in the form of the variable capacitor system.
Die vorliegende Erfindung stellt somit einen veränderlichen Kondensator zur Verfügung, der die voranstehenden Nachteile des Stands der Technik nicht zeigt. The present invention thus provides a variable capacitor which does not exhibit the foregoing disadvantages of the prior art.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Kondensator um einen Kondensator mit einem festen Kapazitätswert oder einem variablen Kapazitätswert, wobei der Kondensator für letzteres vorzugsweise als Vakuumkondensator oder Drehkondensator ausgeführt ist. Dabei können der Kondensator und der Transduktor als Parallelschaltung angeordnet sein. In one embodiment, the capacitor is a capacitor with a fixed capacitance value or a variable capacitance value, the capacitor for the latter preferably being designed as a vacuum capacitor or a variable capacitor. The capacitor and the transducer can be arranged as a parallel circuit.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kondensatorsystem des Weiteren eine elektronische Steuereinrichtung, die es erlaubt, einen Kondensatorwert für das variable Kondensatorsystem zumindest mittels des variablen Transduktors zur Impedanzanpassung einzustellen· In a further embodiment, the capacitor system further comprises an electronic control device which allows a capacitor value for the variable Adjust the capacitor system at least by means of the variable transducer for impedance matching
In einer weiteren Ausführungsform ist der Transduktor ein Hochleistungs- Hochfrequenz-Transduktor. In einer weiteren Ausführungsform weist der Transduktor einen weichmagnetischen Eisenkern, Ferritkern oder einen sättigbaren ferromagnetischen Kem auf. In another embodiment, the transducer is a high power, high frequency transducer. In a further embodiment, the transducer has a soft magnetic iron core, ferrite core or a saturable ferromagnetic core.
In einer weiteren Ausfährungsform weist der Transduktor einen Ringkem, einen Stabkem oder einen EI-Kem auf. Bei einem EI-Kem ist die Mantelbauform beispielsweise aus wechselseitig geschichteten Stapeln aus Blechen in E- und I-Form gebildet. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein variables Anpassnetzwerk zur Impedanzanpassung umfassend als Stellglied ein oder mehrere erfindungsgemäße variable Kondensatorsysteme. In a further embodiment, the transducer has a ring core, a rod core or an EI core. In the case of an EI core, the shell design is formed, for example, from alternately layered stacks of E- and I-shaped sheets. The invention further relates to a variable matching network for impedance matching, comprising one or more variable capacitor systems according to the invention as an actuator.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System umfassend eine Signalquelle, eine Last, einen Richtkoppler und ein erfindungsgemäßes variables Anpassnetzwerk, wobei die Signalquelle über den Richtkoppler und das variable Anpassnetzwerk zur Impedanzanpassung mit der Last verbunden ist. The invention further relates to a system comprising a signal source, a load, a directional coupler and a variable matching network according to the invention, the signal source being connected to the load via the directional coupler and the variable matching network for impedance matching.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verwendung eines oder mehrerer erfindungsgemäßer variabler Kondensatoren eines Anpassnetzwerks zur Impedanzanpassung in einem erfindungsgemäßen System. Es war geltende Lehre, dass sich Transduktoren aufgrund inhärenter Verluste nicht für Hochfrequenz-Leistungs- Anpassnetzwerke eignen. Entgegen diesem Vorurteil sind erfindungsgemäße impedanzvariable Anpassnetzwerke auch im Bereich von 27MHz und 50kW Hochfrequenzleistung auch zur Anpassung extremer Impedanzverhältnisse von 100:1 geeignet sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Regelung eines erfindungsgemäßen variablen Anpassnetzwerkes zur Impedanzanpassung umfassend die folgenden Schritte: The invention further relates to the use of one or more variable capacitors according to the invention of a matching network for impedance matching in a system according to the invention. It has been established that transducers are unsuitable for high frequency power matching networks because of inherent losses. Contrary to this prejudice, impedance-variable matching networks according to the invention are also suitable for matching extreme impedance ratios of 100: 1 in the range of 27 MHz and 50 kW high-frequency power. The invention also relates to a method for regulating a variable matching network according to the invention for impedance matching, comprising the following steps:
Vermessen von Transformationsmatrizen des variablen Anpassnetzwerkes für eine Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen; Vermessen einer bei einem beliebigen Wertetupel in den Eingang des Anpassnetzwerkes hinein gesehenen Eingangsimpedanz; Measuring transformation matrices of the variable matching network for a set of predefined value tuples of a number of control signals; Measuring an input impedance seen into the input of the matching network for any tuple of values;
Bestimmen eines das beliebige Wertetupel bestmöglich approximierenden vordefinierten Wertetupels aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer dem vordefinierten Wertetupel entsprechend der Transformationsmatrizen; und Determining a predefined value tuple that best approximates the arbitrary value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and one of the predefined value tuples in accordance with the transformation matrices; and
Berechnen der der Eingangsimpedanz zugrundeliegenden Lastimpedanz ausgehend von dem bestmöglich approximierenden vordefinierten Wertetupels und von der zugehörigen Transformationswirkung gemäß einer der Transformationsmatrizen. Calculating the load impedance on which the input impedance is based on the basis of the predefined value tuple that approximates as closely as possible and the associated transformation effect according to one of the transformation matrices.
Die Kenntnis der Lastimpedanz erlaubt weitgehende Schlussfolgerungen auf den Zustand der Last, welche eine genaue Prozessfiihrung in vielen Fällen erleichtern. Das Anpassnetzwerk kann z.B. für eine Schweißpresse eingesetzt werden. Ist die Last beispielsweise ein vermittels Hochfrequenz zu verschweißendes Paket aus PVC-Folie, lässt sich, bei Kenntnis der temperaturabhängigen Materialparameter der PVC-Folie, aus der Fläche des Schweißwerkzeuges und der Lastimpedanz die verbleibende Dicke und die erreichte Temperatur des Folienpakets berechnen. Hierdurch wird eine genaue Prozessführung enorm vereinfacht. Knowing the load impedance allows extensive conclusions to be drawn about the state of the load, which in many cases facilitate precise process control. The matching network can be used for a welding press, for example. For example, if the load is a package made of PVC film to be welded using high frequency, the remaining thickness and the temperature reached of the film package can be calculated from the area of the welding tool and the load impedance, provided that the temperature-dependent material parameters of the PVC film are known. This greatly simplifies precise process management.
Unter „Anpassnetzwerk“ versteht man ein elektrisches Netzwerk, welches für eine Impedanzanpassung geeignet ist. Durch „Impedanzanpassung“, auch Leistungsanpassung genannt, wird in der Hochfrequenztechnik eine Quelle eines Signales optimal an eine Last angepasst. Wenn beim Leitungstransport hochfrequenter Leistung die Impedanz nicht angepasst ist, führt dies zu stehenden Wellen auf der Leitung; hierdurch steigt die Belastung der Leitung, während gleichzeitig nicht die vollständige Leistung vom Generator zur Last übertragen wird. Auf einer Leitung mit vollständig stehender Welle kann keine Energie transportiert werden. Das Anpassnetzwerk kann kapazitive und/oder induktive Elemente umfassen. Bei einer erfindungsgemäßen Schweißpresse, zum Beispiel, sieht man in den Hochfrequenz-Eingang der Schweißpresse eine zeitlich veränderliche Eingangsimpedanz. Diese kann sich typischer Weise in der Gegend von 1 Ohm befinden. Anders als bei einer unveränderlichen Last muss daher die Impedanz der Quelle an eine zeitlich veränderliche Lastimpedanz angepasst werden. Weiterhin weist das erfindungsgemäße variable Anpassnetzwerk einen HF-Eingang und einen HF-Ausgang auf. Der HF-Eingang der Schweißpresse ist mit dem HF-Ausgang des variablen Anpassnetzwerkes verbunden. Eine Hochfrequenz-Quelle speist Hochfrequenz-Leistung in den HF-Eingang des variablen Anpassnetzwerkes, und, über das variable Anpassnetzwerk, Hochfrequenz-Leistung in die Schweißpresse ein. Die Hochfrequenz-Quelle hat einen HF-Ausgang mit einer Quellimpedanz. Diese Quellimpedanz kann typischer Weise 50 Ohm betragen. Der HF-Ausgang der Hochfrequenzquelle ist mit dem HF-Eingang des Anpassnetzwerkes verbunden. Zwischen einer Quelle und einer Last wird Hochfrequenzleistung dann optimal übertragen, wenn die Eingangsimpedanz der Last und die Ausgangsimpedanz der Quelle bei Betriebsfrequenz zueinander komplex konjugiert sind. A “matching network” is an electrical network that is suitable for impedance matching. "Impedance matching", also known as power matching, is used in high-frequency technology to optimally match a source of a signal to a load. If the impedance is not matched when transporting high-frequency power, this leads to standing waves on the line; this increases the load on the line, while at the same time not the full power is transferred from the generator to the load. On a line with completely standing wave no energy can be transported. The matching network can include capacitive and / or inductive elements. In the case of a welding press according to the invention, for example, a time-varying input impedance can be seen in the high-frequency input of the welding press. This can typically be in the region of 1 ohm. In contrast to a constant load, the impedance of the source must therefore be adapted to a load impedance that changes over time. Furthermore, the variable matching network according to the invention has an RF input and an RF output. The HF input of the welding press is connected to the HF output of the variable matching network. A high-frequency source feeds high-frequency power into the HF input of the variable matching network and, via the variable matching network, high-frequency power into the welding press. The high frequency source has an RF output with a source impedance. This source impedance can typically be 50 ohms. The HF output of the high frequency source is connected to the HF input of the matching network. High frequency power is optimally transmitted between a source and a load when the input impedance of the load and the output impedance of the source are complex conjugate at the operating frequency.
Eine „eingangsseitige Anpassung“ liegt vor, wenn während die Hochfrequenz-Quelle ein Hochfrequenzsignal in den HF-Eingang des variablen Anpassnetzwerkes speist, die Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Quelle an die Eingangsimpedanz des variablen Anpassnetzwerkes angepasst ist. Die in das Hochfrequenzsignal in den HF-Eingang des variablen Anpassnetzwerkes hinein wirksame Eingangsimpedanz stellt daher die Lastimpedanz für die Hochfrequenz-Quelle. Leistung wird optimal zwischen dem Ausgang der Hochfrequenz-Quelle und dem HF-Eingang des variablen Anpassnetzwerkes übertragen, wenn die Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Quelle und die Eingangsimpedanz des variablen Anpassnetzwerkes komplex konjugiert zueinander sind. An “input-side matching” occurs when, while the high-frequency source feeds a high-frequency signal into the RF input of the variable matching network, the output impedance of the high-frequency source is matched to the input impedance of the variable matching network. The input impedance effective into the high-frequency signal in the HF input of the variable matching network therefore represents the load impedance for the high-frequency source. Power is optimally transmitted between the output of the high-frequency source and the RF input of the variable matching network when the output impedance of the high-frequency source and the input impedance of the variable matching network are complex conjugate to one another.
Eine „ausgangsseitige Anpassung“ liegt bezogen auf den Ausgang des variablen Anpassnetzwerkes, vor, wenn das variable Anpassnetzwerk dagegen als „Quelle“ für Hochfrequenzleistung f r die Schweißpresse wirkt. Leistung wird optimal zwischen dem Ausgang des variablen Anpassnetzwerks und dem HF-Eingang der Schweißpresse übertragen, wenn die Ausgangsimpedanz des variablen Anpassnetzwerks und die Eingangsimpedanz der Schweißpresse komplex konjugiert zueinander sind. Ist das variable Anpassnetzwerk im Wesentlichen reziprok und verlustfrei, liegt eingangsseitige Anpassung genau dann vor, wenn ausgangsseitige Anpassung vorliegt. An “output-side adjustment” is related to the output of the variable adjustment network, if the variable adjustment network, on the other hand, is used as a “source” for High frequency power for the welding press works. Power is optimally transferred between the output of the variable matching network and the RF input of the welding press when the output impedance of the variable matching network and the input impedance of the welding press are complex conjugate to one another. If the variable matching network is essentially reciprocal and lossless, then there is an input-side adaptation precisely when there is an output-side adaptation.
Eine „Transformationswirkung“ beschreibt die Anpasswirkung des Anpassnetzwerkes, die durch einen Satz von Steuergrößen an Steuer-Eingängen des variablen Anpassnetzwerks gesteuert werden kann. Die Transformationswirkung wird zwischen dem Ein- und dem Ausgang des variablen Anpassnetzwerks gemessen. Dabei kann sich die Transformationswirkung nicht nur auf eine Abbildung von Eingangsimpedanz auf eine Ausgangsimpedanz beschränken. Zu jedem „Tupel“ (oder auch „Wertetupel“ genannt) von Steuergrößen gehört eine Transformationswirkung. A “transformation effect” describes the adaptation effect of the adaptation network, which can be controlled by a set of control variables at control inputs of the variable adaptation network. The transformation effect is measured between the input and the output of the variable matching network. The transformation effect cannot be limited to mapping input impedance to output impedance. Every “tuple” (also called “value tuple”) of control variables has a transformation effect.
Unter einer „Transformationsmatrix“ oder auch „Transformationswirkungsmatrix“ versteht man eine ein oder mehrdimensionale Matrix mit einer oder verschiedenen Transformations Wirkungen als Matrixelemente. Die der Transformationsmatrix zugehörigen Transformationswirkung(en) werden durch gegebene Umstände (wie. z.B. Zustand der Last etc.) ausgewählt. Eine Transformationswirkung wird durch ein Tupel von Steuergrößen bestimmt. Das erfindungsgemäße variable Anpassnetzwerk lässt sich in vielen Fällen als ein lineares System annähem. Daher kann die Transformationswirkungsmatrix z.B. eine S-Matrix sein. In einem Ausfährungsbeispiel lässt sich die Transformationswirkung direkt mit einem Vektor-Netzwerkanalysator als S-Matrix messen, wenn sowohl Quell- als auch Lastimpedanz des Anpassnetzwerkes ausreichend nahe bei 50 Ohm sind. In einem anderen Ausfährungsbeispiel lässt sich die Transformationswirkung bei einem nichtlinearen Anpassnetzwerk mit einem hinreichend leistungsstarken Signal messen. Ausgehend von der Eingangsimpedanz des Netzwerks (z.B. der durch das Anpassnetzwerk transformierten Lastimpedanz einer Schweißpresse) und der S-Matrix lässt sich der Wert der Lastimpedanz der Schweißpresse berechnen. Dieses kann ebenso für die Berechnung der Verluste im Anpassnetzwerk gelten. Die Transformationswirkung kann also wesentlich umfassender sein als nur ein (komplexer) Quotient aus Aus- und Eingangs-Impedanz (nicht: Signal). A “transformation matrix” or “transformation effects matrix” is understood to be a one or more dimensional matrix with one or different transformation effects as matrix elements. The transformation effect (s) associated with the transformation matrix are selected by given circumstances (such as the state of the load, etc.). A transformation effect is determined by a tuple of control variables. The variable matching network according to the invention can in many cases be approximated as a linear system. Therefore, the transformation effect matrix can be, for example, an S-matrix. In an exemplary embodiment, the transformation effect can be measured directly with a vector network analyzer as an S-matrix if both the source and load impedance of the matching network are sufficiently close to 50 ohms. In another exemplary embodiment, the transformation effect in a non-linear matching network can be measured with a sufficiently powerful signal. The value of the load impedance of the welding press can be calculated on the basis of the input impedance of the network (eg the load impedance of a welding press transformed by the matching network) and the S-matrix. This can also apply to the calculation of the losses in the matching network. The Transformation effects can therefore be much more extensive than just a (complex) quotient of output and input impedance (not: signal).
Unter „Steuersignale“, auch „Steuergrößen“ oder auch „Regelgrößen“ oder ähnlich genannt, versteht man z.B. Ströme, die an den Steuer-Eingängen das Netzwerk angelegt werden. Mit „Tupel“ oder „Wertetupel“ wird ein Satz von Steuergrößen bezeichnet. Wird eine (erste) Transformationswirkung des Anpassnetzwerkes etwa mit_Hilfe zweier unabhängiger Ströme II und 12 eingestellt, wäre ein Wertetupel ein Paar konkreter Werte dieser beiden Steuerströme. Ein anderes Wertetupel mit anderen Werten von Steuerströmen ergibt eine weitere Transformationswirkung. Die Steuergrößen, bzw. Steuerströme II und 12 können in einem Bereich von z.B. 0A bis beliebig unabhängig voneinander variiert werden. Dabei entsteht eine Wertetupeltabelle, wobei jeder Eintrag einer Transformationswirkung zugeordnet ist. "Control signals", also called "control variables" or "controlled variables" or similar, are understood to mean, for example, currents that are applied to the control inputs of the network. A set of control variables is referred to as “tuple” or “value tuple”. If a (first) transformation effect of the matching network is set, for example with the help of two independent currents II and 12, a value tuple would be a pair of specific values of these two control currents. Another tuple of values with different values of control currents results in a further transformation effect. The control variables or control currents II and 12 can be varied independently of one another in a range from e.g. 0A to as required. This creates a value tuple table, with each entry being assigned to a transformation effect.
Vor einem ersten Anlegen der zu vermessenden variablen Last (z.B. vor dem ersten Schweißen bei einer Schweißpresse) wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren Transformationsmatrizen des variablen Anpassnetzwerkes für jedes Wertetupel aus eine Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen vermessen. Dabei werden jeweils eine Transformationswirkung des erfindungsgemäßen Anpassnetzwerkes für eine vordefinierte endliche Menge an Tupeln von Steuergrößen t gemessen. Unter den „Transformationsmatrizen zu einer Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen“ versteht man daher z.B. die Menge an gemessenen Transformationswirkungen des Anpassnetzwerkes für vordefinierte Ströme an einer diskreten Stützlast. Diese Transformationswirkungen werden auch „erste Transformationswirkung(en)“ genannt. Die Elemente der Menge sind Tupel von Steuergrößen, und jedem Tupel aus der Menge ist eine gemessene Transformations wirkung des variablen Anpassnetzwerks zugeordnet. Als Beispiel könnte eine Transformationswirkung TW1 bestimmt und in die Menge von Transformationsmatrizen aufgenommen werden, die bei den Strömen II und 12 über das Anpassnetzwerk vorliegt. Eine Transformationswirkung TW2 könnte analog bei den Strömen 13 und 14 bestimmt werden. Die Menge und ihre Elemente, die Tupel, werden zur Laufzeit nicht verändert Anschließend wird in einem Schritt des erfmdungsgemäßen Verfahrens eine bei einem beliebigen Wertetupel von Steuersignalen in den Eingang des Anpassnetzwerkes hinein gesehenen Eingangsimpedanz vermessen. Dabei wird bei einer variablen Last und bei einem beliebigen Wertetupel (auch „zweites Wertetupel“ genannt) von Steuersignalen (z.B. beliebige II und 12), diese in den Eingang des Anpassnetzwerkes hinein gesehenen Eingangsimpedanz gemessen. Die Eingangsimpedanz des variablen Anpassnetzwerks und die Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Quelle für eine Schweißpresse liegen typischer Weise in einem Bereich, in dem der Leistungstransport von Hochfrequenzleistung sinnvoll möglich ist, beispielsweise 50 Ohm. Entsprechend können Richtkoppler geeignet sein für die Messung vor- und rücklaufender HF-Signale. Die Eingangsimpedanz der Schweißpresse dagegen liegt typischer Weise in der Gegend von 1 Ohm. Hier lassen sich Impedanzen nur schwer messen. Um etwa die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerks (von 50 Ohm auf 1 Ohm) messen zu können, würden Mess-Adapter, die die 1 Ohm wieder in die Gegend von 50 Ohm verschieben können, benötigt. Diese sind jedoch während des Schweiß Vorgangs von Nachteil. Erfmdungsgemäß wird daher eine Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerks und die in seinen Eingang hinein gemessene Impedanz herangezogen, um die Impedanz zu berechnen, mit der der Ausgang des variablen Anpassnetzwerks abgeschlossen ist, also die Eingangsimpedanz der Schweißpresse. Before the variable load to be measured is first applied (e.g. before the first welding in a welding press), transformation matrices of the variable matching network are measured for each value tuple from a set of predefined value tuples from a number of control signals in a method according to the invention. In each case, a transformation effect of the matching network according to the invention is measured for a predefined finite set of tuples of control variables t. The “transformation matrices for a set of predefined tuples of values for a number of control signals” are understood to mean, for example, the set of measured transformation effects of the matching network for predefined currents at a discrete support load. These transformation effects are also called “first transformation effect (s)”. The elements of the set are tuples of control variables, and each tuple from the set is assigned a measured transformation effect of the variable adaptation network. As an example, a transformation effect TW1 could be determined and included in the set of transformation matrices that are present for streams II and 12 via the matching network. A transformation effect TW2 could be determined in the same way for currents 13 and 14. The set and its elements, the tuples, are not changed at runtime Subsequently, in a step of the method according to the invention, an input impedance seen into the input of the matching network is measured for any tuple of values of control signals. With a variable load and with any value tuple (also called "second value tuple") of control signals (eg any II and 12), this input impedance seen into the input of the matching network is measured. The input impedance of the variable matching network and the output impedance of the high-frequency source for a welding press are typically in a range in which the power transport of high-frequency power is sensibly possible, for example 50 ohms. Directional couplers can accordingly be suitable for measuring forward and backward HF signals. The input impedance of the welding press, on the other hand, is typically in the region of 1 ohm. It is difficult to measure impedances here. In order to be able to measure the transformation effect of the variable matching network (from 50 ohms to 1 ohm), measuring adapters that can shift the 1 ohm back to around 50 ohms would be required. However, these are disadvantageous during the welding process. According to the invention, a transformation effect of the variable matching network and the impedance measured into its input are therefore used to calculate the impedance with which the output of the variable matching network is terminated, i.e. the input impedance of the welding press.
Liegt zwischen Hochfrequenz-Quelle und dem Eingang des variablen Anpassnetzwerks komplex konjugierte Anpassung vor, so wird keine Leistung von dem Eingang des variablen Anpassnetzwerkes in den Ausgang der Hochfrequenz-Quelle zurückreflektiert. Die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerks wird mit Hilfe von Steuersignalen eingestellt. Es ist möglich die Reflektion der Quell-Leistung am Eingang des variablen Anpassnetzwerks zu messen und mit Hilfe der Steuergrößen zu minimieren. So kann z.B. die von der Hochfrequenz-Quelle an das variable Anpassnetzwerk abgegebene Leistung maximiert werden. Wäre das variable Anpassnetzwerk reziprok und verlustfrei, würde hierdurch zugleich auch die vom Ausgang des variablen Anpassnetzwerks an die Schweißpresse abgegebene Leistung maximiert werden. Tatsächlich kann in der Praxis jedoch der Fall auftreten, dass im Wesentlichen die gesamte Hochfrequenzleistung der Hochfrequenzquelle im Anpassnetzwerk in Wärme umgesetzt wird. Auch in diesem Fall wird am Eingang des variablen Anpassnetzwerks keine Leistung zur Hochfrequenzquelle zurückreflektiert und es herrscht dort „Anpassung“. Daher lässt sich nur anhand von Messungen der Reflektion am Eingang des variablen Anpassnetzwerks, welches leicht gemessen werden kann, nicht unterscheiden, ob die Leistung im Wesentlichen vollständig an die Schweißpresse abgegeben, im Wesentlichen vollständig im variablen Anpassnetzwerk verheizt wird, oder ob irgendein Fall dazwischen vorliegt. If there is complex conjugate matching between the high-frequency source and the input of the variable matching network, no power is reflected back from the input of the variable matching network into the output of the high-frequency source. The transformation effect of the variable matching network is set with the aid of control signals. It is possible to measure the reflection of the source power at the input of the variable matching network and to minimize it with the help of the control variables. For example, the power delivered by the high-frequency source to the variable matching network can be maximized. If the variable matching network were reciprocal and loss-free, the output of the variable matching network to the welding press would thereby also be maximized. In practice, however, it can actually happen that essentially the entire high-frequency power of the high-frequency source is converted into heat in the matching network. In this case, too, no power is reflected back to the high-frequency source at the input of the variable matching network, and “matching” prevails there. Therefore, only on the basis of measurements of the reflection at the input of the variable matching network, which can easily be measured, it is not possible to distinguish whether the power is essentially completely delivered to the welding press, essentially completely burned in the variable matching network, or whether there is any case in between .
Daher ist es nicht zuverlässig, nur die Reflektion zwischen Hochfrequenz-Quelle und variablem Anpassnetzwerk zu messen. Bei einer Schweißung ändert sich im Verlauf die in den Eingang der Schweißpresse hineinwirksame Impedanz, da z.B. die Geometrie und Leitfähigkeit der zu verschweißende Folie sich ändert. Es ändert sich hiermit auch die Reflektion der Leistung zwischen Hochfrequenz-Quelle und Eingang des variablen Anpassnetzwerks. Wenn die Steuersignale so geregelt werden, dass die Reflektion am Eingang des Anpassnetzwerkes minimiert wird, wäre ein Fall möglich, in welchem die Leistung nicht mehr aus dem variablen Anpassnetzwerk an die Schweißpresse abgegeben wird, sondern stattdessen im variablen Anpassnetzwerk verheizt wird. Die Schweißung kann dann zum Erliegen kommen und das variable Anpassnetzwerk kann beschädigt werden. Therefore it is not reliable to measure only the reflection between the high frequency source and the variable matching network. In the course of a weld, the impedance that affects the input of the welding press changes, as, for example, the geometry and conductivity of the foil to be welded changes. This also changes the reflection of the power between the high-frequency source and the input of the variable matching network. If the control signals are regulated in such a way that the reflection at the input of the matching network is minimized, a case would be possible in which the power is no longer output from the variable matching network to the welding press, but instead is burned in the variable matching network. The weld can then come to a standstill and the variable matching network can be damaged.
Daher ist es von Vorteil, die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes für jeden Satz von Steuergrößen zu kennen, sodass man, ausgehend von der gemessenen Reflektion am Eingang des variablen Anpassnetzwerks und der bekannten Transformationswirkung bei dem aktuell vorliegenden Satz von Steuergrößen, die in die Schweißpresse hinein gesehen Eingangsimpedanz berechnen kann. Ebenso kann man die momentanen Verluste im variablen Anpassnetzwerk berechnen. Weiterhin ist diese Kenntnis von Vorteil, da man durch die Kenntnis die Einstellung der Steuersignale so wählen kann, dass exzessive Leistungsverluste im Anpassnetzwerk vermieden werden können. Jedoch ist es nicht möglich, im Vorfeld für jeden möglichen Satz von Steuergrößen die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes zu messen. Es muss sich auf die Messung einer endlichen Menge von vordefinierten diskreter Wertetupel einer Anzahl von Steuersignalen beschränkt werden. It is therefore advantageous to know the transformation effect of the variable adaptation network for each set of control variables so that, based on the measured reflection at the input of the variable adaptation network and the known transformation effect in the currently available set of control variables, one can see into the welding press Can calculate input impedance. The instantaneous losses in the variable matching network can also be calculated. Furthermore, this knowledge is advantageous, since the knowledge can be used to select the setting of the control signals in such a way that excessive power losses in the matching network can be avoided. However, it is not possible to measure the transformation effect of the variable matching network in advance for every possible set of control variables. It must be limited to the measurement of a finite set of predefined discrete value tuples of a number of control signals.
In einem weiteren Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein das beliebige Wertetupel bestmöglich approximierendes vordefiniertes Wertetupel aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen, sowie eine dem vordefinierten Wertetupel bestimmt. Um die variable Lastimpedanz zu bestimmen, wird zusätzlich zur gemessenen Eingangsimpedanz noch die momentan herrschende Transformationswirkung, die „zweite Transformationswirkung“ über das Anpassnetzwerk benötigt. Die momentan herrschende Transformationswirkung kann jedoch nicht gemessen werden und wird daher annäherungsweise durch eine Transformationsmatrix, also eine erste Transformationswirkung, der oben genannten Menge von Transformationsmatrizen ersetzt. In einer alternativen Ausführungswird werden stattdessen mehrere ,nahe‘ am aktuell anliegenden Tupel von Steuersignalen liegende Stützstellen ausgesucht, für welche Stützstellen die Transformationswirkungen gemessen worden sind, und zwischen diesen wird interpoliert, um die Transformationswirkung bei dem aktuell anliegenden Tupel von Steuersignalen näherungsweise bestimmen zu können. Auch in dieser Ausführungsform wird die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes bei dem aktuell anliegenden Tupel von Steuersignalen näherungsweise bestimmt. In a further step of a method according to the invention, a predefined value tuple that best approximates any value tuple is determined from the set of predefined value tuples of a number of control signals, as well as one of the predefined value tuples. In order to determine the variable load impedance, in addition to the measured input impedance, the currently prevailing transformation effect, the “second transformation effect”, is required via the matching network. The currently prevailing transformation effect cannot, however, be measured and is therefore approximately replaced by a transformation matrix, that is to say a first transformation effect, of the abovementioned set of transformation matrices. In an alternative embodiment, instead, several interpolation points close to the currently applied tuple of control signals are selected, for which interpolation points the transformation effects have been measured, and interpolation is carried out between these in order to be able to approximately determine the transformation effect for the currently applied tuple of control signals. In this embodiment too, the transformation effect of the variable matching network is approximately determined for the currently applied tuple of control signals.
Liegt während einer Inbetriebnahme (während eines Schweißvorgangs) mit einer variablen Last (z.B. Folie während einer Schweißung) nun ein tatsächliches Tupel von Steuergrößen vor - also beispielsweise eines, für welches die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerks nicht im Vorfeld bereits gemessen worden ist - wird zunächst ein derartiges Näherungs-Tupel aus der Menge von Tupeln von Steuergrößen bestimmt, dass das Näherungs-Tupel unter allen Tupeln aus der Menge von Tupeln dem tatsächlichen Tupel bestmöglich entspricht, und die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerks bei dem Näherungs-Tupel wird als Annäherung an die tatsächliche Transformationswirkung (also die „zweite Transformationswirkung“) des variablen Anpassnetzwerks bei dem tatsächlichen Tupel von Steuergrößen herangezogen. If there is an actual tuple of control variables during commissioning (during a welding process) with a variable load (e.g. foil during welding) - for example one for which the transformation effect of the variable adaptation network has not already been measured in advance - a Such an approximation tuple from the set of tuples of control variables determines that the approximation tuple among all tuples from the set of tuples corresponds as closely as possible to the actual tuple, and the transformation effect of the variable matching network on the approximation tuple is used as an approximation to the actual transformation effect (ie the “second transformation effect”) of the variable matching network is used for the actual tuple of control variables.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die der Eingangsimpedanz zugrundeliegenden Lastimpedanz ausgehend von dem bestmöglich approximierenden vordefinierten Wertetupels und von der zugehörigen Transformationswirkung gemäß der Transformationswirkungsmatrix näherungsweise berechnet. Dabei wird aus der oben gemessenen Eingangsimpedanz und der näherungsweise bekannten aktuellen Transformationswirkung des Anpassnetzwerkes die aktuelle Impedanz der Last berechnet, bzw. näherungsweise an ihren tatsächlichen Wert bestimmt. Ist die aktuelle Lastimpedanz bekannt, so kann ein neues Tupel von Steuersignalen bestimmt werden, vermittels dessen die Lastimpedanz durch das variable Anpassnetzwerk besser an die gewünschte Lastimpedanz für den Verstärker angepasst werden kann. Auch hier kann aus den vorbestimmten Transformationswirkungen aus der Transformationswirkungsmatrix eine ausgewählt werden, bei der die näherungsweise bekannte Impedanz der variablen Last bestmöglich auf die gewünschte Lastimpedanz für den Verstärker transformiert wird. In einer Ausführungsform kann zwischen den bekannten Tupeln von Steuersignalen und den zugehörigen, im Vorfeld vermessenen Transformationswirkungen interpoliert werden, um auf ein geeignetes Tupel von Steuersignalen zu kommen, durch welches die gewünschte Lastimpedanz für den Verstärker realisiert werden kann. In a further step of the method according to the invention, the load impedance on which the input impedance is based is approximately calculated based on the best possible approximating predefined value tuple and from the associated transformation effect according to the transformation effect matrix. In this case, the current impedance of the load is calculated from the input impedance measured above and the approximately known current transformation effect of the matching network, or determined approximately at its actual value. If the current load impedance is known, a new tuple of control signals can be determined by means of which the load impedance can be better matched to the desired load impedance for the amplifier by the variable matching network. Here, too, one can be selected from the predetermined transformation effects from the transformation effects matrix in which the approximately known impedance of the variable load is transformed as best as possible to the desired load impedance for the amplifier. In one embodiment, it is possible to interpolate between the known tuples of control signals and the associated, previously measured transformation effects in order to arrive at a suitable tuple of control signals by means of which the desired load impedance for the amplifier can be realized.
Durch eine Iteration von Impedanzmessung und Anpassung der Steuersignale kann mit dem variablen Anpassnetzwerk einer Laständerung dergestalt gefolgt werden, dass der Verstärker, ungeachtet der Schwankungen in der Lastimpedanz, stets mit einer hinreichenden Anpassung betrieben wird. By iterating impedance measurement and adapting the control signals, a load change can be followed with the variable matching network in such a way that the amplifier is always operated with sufficient matching regardless of the fluctuations in the load impedance.
Mit anderen Worten gehört eine erste Transformationswirkung zu einem Wertetupel aus der Menge von Wertetupeln, zu denen die Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes im Vorfeld ausgemessen worden ist. Die „zweite“ Transformationswirkung ist die zu einem beliebigen, während des Betriebs des variablen Anpassnetzwerkes auftretenden Tupel von Steuersignalen gehörige Transformationswirkung. Im Allgemeinen wird dieses Tupel nicht aus der Menge sein, sich aber geeignet durch ein geeignetes Tupel aus der Menge approximieren lassen. In diesem Fall wird die zweite Transformationswirkung durch die Transformationswirkung zu dem bestimmten Tupel oder durch geeignete Interpolation zwischen derartigen Tupeln und den den Tupeln zugehörigen Transformationswirkungen approximiert. Als bestimmtes Tupel lässt sich ein das zweite Tupel bestmöglich approximierendes Tupel aus der Menge wählen, oder auch ein geeignet zwischen Tupeln aus der Menge interpolierendes neues Tupel, in welchem Fall diesem auch eine interpolierende neue Transformationswirkung zuzuordnen wäre. Ausgehend von der - in einer Umgebung von beispielsweise 50 Ohm gut messbaren - Eingangsreflektion des variablen Anpassnetzwerks und der Annäherung an die tatsächliche Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerks wird eine Annäherung an die Eingangsimpedanz der Schweißpresse bestimmt, und aus der Annäherung an die Eingangsimpedanz der Schweißpresse und der Annäherung an die tatsächliche Transformationswirkung lässt sich eine Abschätzung der momentanen Leistungsverluste im variablen Anpassnetzwerk gewinnen. In other words, a first transformation effect belongs to a value tuple from the set of value tuples for which the transformation effect of the variable matching network has been measured in advance. The “second” transformation effect is that associated with any tuple of control signals occurring during the operation of the variable matching network Transformation effect. In general, this tuple will not be from the set, but can be appropriately approximated by a suitable tuple from the set. In this case, the second transformation effect is approximated by the transformation effect for the specific tuple or by suitable interpolation between such tuples and the transformation effects associated with the tuples. A tuple from the set that best approximates the second tuple can be selected as a certain tuple, or a new tuple that interpolates suitably between tuples from the set, in which case an interpolating new transformation effect would also have to be assigned to it. Starting from the input reflection of the variable matching network - which can be measured well in an environment of, for example, 50 ohms - and the approximation to the actual transformation effect of the variable matching network, an approximation to the input impedance of the welding press is determined, and from the approximation to the input impedance of the welding press and the approximation An estimate of the current power losses in the variable matching network can be obtained from the actual transformation effect.
Mit Hilfe dieser Information gelingt es, die Steuergrößen des variablen Anpassnetzwerks, beispielsweise computergesteuert, stets so zu wählen, dass der an die Schweißpresse abgegebene Anteil der Hochfrequenz-Leistung der Hochfrequenz-Quelle maximiert, und nicht nur der am Eingang des variablen Anpassnetzwerkes reflektierte Anteil der Hochfrequenz-Leistung der Hochfrequenz-Quelle minimiert wird. Es lassen sich weiterhin die Verluste im variablen Anpassnetzwerks kontrollieren und eine thermische Beschädigung des variablen Anpassnetzwerks vermeiden. With the help of this information it is possible to always select the control variables of the variable matching network, for example computer-controlled, so that the portion of the high-frequency power of the high-frequency source delivered to the welding press is maximized, and not just the portion of the reflected at the input of the variable matching network High frequency power of the high frequency source is minimized. Furthermore, the losses in the variable matching network can be controlled and thermal damage to the variable matching network can be avoided.
Mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren besitzt ein variables Anpassnetzwerk eine schnelle Regelgeschwindigkeit, bei dem zugleich zuverlässig ein globales Optimum der Fehlanpassung am Eingang eines variablen Anpassnetzwerkes mit einer ersten Anzahl von Steuersignalen erzielt wird. Der Stand der Technik mißt typischerweise höchstens die durch die Quelle abgegebene Hochfrequenz-Leistung, meist jedoch nur die von der Quelle aufgenommene DC-Leistung, um die von Schweißgut beziehungsweise Schweißquelle aufgenommene Hochfrequenz-Leistung abzuschätzen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die durch Schweißgut beziehungsweise Schweißpresse aufgenommene Leistung wesentlich genauer als nach dem Stand der Technik bestimmt. Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt hiernach eine wesentlich genauere Steuerung der Schweißung. With the method according to the invention, a variable matching network has a fast regulating speed at which, at the same time, a global optimum of the mismatching is reliably achieved at the input of a variable matching network with a first number of control signals. The state of the art typically measures at most the high-frequency power emitted by the source, but mostly only the DC power consumed by the source, around that of the weld metal or Estimate the high-frequency power consumed by the welding source. With the method according to the invention, the power consumed by the weld metal or welding press is determined much more precisely than in the prior art. Application of the method according to the invention then allows a significantly more precise control of the weld.
In einem Ausführungsbeispiel, kann zumindest eine der Impedanzen weit ab von 50 Ohm liegen, sodass ein oder mehrere Adapter benötigt werden, die die 50 Ohm deines VNA hinreichend nahe an die gewünschten Impedanzen schieben. Zum Beispiel kann so ein Adapter bei einer Betriebsfrequenz von 50 Ohm auf 5 Ohm (sowie, andersherum, von 5 Ohm auf 50 Ohm) transformieren. Hierbei muss zunächst die Transformationswirkung des Adapters bestimmt werden. Dies kann durch Simulation geschehen. In einer weiteren Ausführungsform können zwei Adapter „Rücken an Rücken“ gemessen werden (50R- 5R, 5R-50R) und dann zwischen die beiden Adapter (bspw.) 5-Ohm-Leitungen unterschiedlicher Längen eingebracht werden (50R->5R, Leitung, 5R->50R). Aus der Annahme der Symmetrie der Adapter und den bei unterschiedlichen Längen der Leitungen mit dem VNA bestimmten S-Matrizen lässt sich auf die S-Matrix des Adapters schließen. In einem weiteren Schritt wird eine Anordnung , dapter 50R->5R, Anpassnetzwerk (zum Beispiel von 5R nach 50R)“ mit dem VNA, wobei beide Seiten ungefähr 50R aufweisen, anschließend gemessen. Nach dieser Messung kann die Wirkung des Adapters herausgerechnet werden, welches man auch „de-embedding“ nennt. Auf diese Weise kann man die Transformationswirkung einer großen Menge sinnvoller Anpassnetzwerke bestimmen (z.B. als S-Matrizen). In one embodiment, at least one of the impedances can be well below 50 ohms, so that one or more adapters are required that push the 50 ohms of your VNA sufficiently close to the desired impedances. For example, such an adapter can transform at an operating frequency of 50 ohms to 5 ohms (and, conversely, from 5 ohms to 50 ohms). Here, the transformation effect of the adapter must first be determined. This can be done through simulation. In a further embodiment, two adapters can be measured "back to back" (50R- 5R, 5R-50R) and then inserted between the two adapters (e.g.) 5-ohm lines of different lengths (50R-> 5R, line, 5R-> 50R). From the assumption of the symmetry of the adapter and the S-matrices determined with different lengths of the lines with the VNA, the S-matrix of the adapter can be inferred. In a further step, an arrangement, adapter 50R-> 5R, matching network (for example from 5R to 50R) ”with the VNA, with both sides being approximately 50R, is then measured. After this measurement, the effect of the adapter can be calculated, which is also called "de-embedding". In this way one can determine the transformation effect of a large number of meaningful matching networks (e.g. as S-matrices).
In einer Ausfährungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte: In one embodiment, the method comprises the further steps:
Wahl einer ersten ganzen Anzahl n; Choice of a first whole number n;
Wahl eines Minimums und eines Maximums zu jedem Steuersignal; Choosing a minimum and a maximum for each control signal;
Wahl der ersten Menge von Wertetupeln als Tupel aus n äquidistanten Werten zwischen dem jeweiligen Minimum und Maximum des jeweiligen Steuersignales, wobei die „erste Menge“ die vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen entspricht. Je höher die Zahl n gewählt ist, desto genauer ist die Justierung der Anpassung, da die Schritte zwischen dem Minimum und Maximum kleiner sind. Jedoch muss hier eine geeignete Wahl für n basierend auf den Umständen (Steuerung, Last etc.) getroffen werden, da mehr Justierungsschritte auch mehr Zeit in Anspruch nehmen. Als Minimum und Maximum eines jeden Steuersignales ist die Höhe des jeweiligen Steuersignals gemeint. Ein computergesteuerter Suchalgorithmus kann z.B. ein Minimum und ein Maximum, d.h. ein Wertebereich für jeweils eine Steuergröße für eine optimale Anpassung bei der gegebenen Last herausfinden. Diese Minima und Maxima können aus der Wertetupeltabelle ausgewählt werden. Auf diese Weise kann die Menge an Wertetupel für das erfindungsgemäße Verfahren gewählt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass z. B. eine anschließende Anwendung innerhalb von einem „optimalen“ Minimum/Maximum der Steuersignale aus ausgeführt werden kann. Dadurch kann ein besonders zeiteffizienter Ablauf der Anwendung erreicht werden. Auch hat es den Vorteil, dass ein besonders zeiteffizienter Ablauf empfindliche Halbleiterkomponenten in der Hochfrequenz-Quelle schützen kann. Selection of the first set of value tuples as a tuple of n equidistant values between the respective minimum and maximum of the respective control signal, the “first set” corresponding to the predefined value tuples of a number of control signals. The higher the number n is selected, the more precise the adjustment of the adaptation is, since the steps between the minimum and maximum are smaller. However, a suitable choice for n must be made here based on the circumstances (control, load, etc.), since more adjustment steps also take more time. The level of the respective control signal is meant as the minimum and maximum of each control signal. A computer-controlled search algorithm can find out, for example, a minimum and a maximum, ie a range of values for each control variable for optimal adaptation to the given load. These minima and maxima can be selected from the value tuple table. In this way, the amount of value tuples can be selected for the method according to the invention. This embodiment has the advantage that, for. B. a subsequent application can be carried out within an “optimal” minimum / maximum of the control signals. This enables the application to run in a particularly time-efficient manner. It also has the advantage that a particularly time-efficient process can protect sensitive semiconductor components in the high-frequency source.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte: In one embodiment, the method comprises the further steps:
Bestimmen eines dritten Wertetupels aus der Anzahl von Steuersignalen, bzw. aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer zweiten Transformationswirkung dergestalt, dass die Fehlanpassung zwischen der mittels der zweiten Transformationswirkung transformierten Lastimpedanz und der Quellimpedanz unter allen Wertetupeln aus der Menge an Wertetupeln ein Minimum annimmt; und Determination of a third value tuple from the number of control signals, or from the set of predefined value tuples, a number of control signals and a second transformation effect in such a way that the mismatch between the load impedance transformed by means of the second transformation effect and the source impedance among all value tuples from the set of value tuples adopts a minimum; and
Setzen der Steuersignale auf die durch das dritte Wertetupel gegebenen Werte. Durch die Verwendung eines Modells für das variable Anpassnetzwerk lässt sich in einem Schritt die Fehlanpassung minimieren, und es wird ein Optimum der Fehlanpassung unmittelbar erreicht. Aus der Transformationswirkung folgt auch der Verlust an Signalleistung zwischen Eingang und Ausgang des variablen Anpassnetzwerkes. Setting the control signals to the values given by the third value tuple. By using a model for the variable matching network, the mismatch can be minimized in one step, and an optimum mismatch is achieved immediately. The loss of signal power between the input and output of the variable matching network also follows from the transformation effect.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte: In an alternative embodiment, the method comprises the further steps:
Bestimmen eines vierten Wertetupels aus der ersten Anzahl von Steuersignalen, bzw. aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer zweiten Transformationswirkung dergestalt, dass der an den Eingang der Last bei der Lastimpedanz abgegebene Teil der Leistung des Quellsignales unter allen Wertetupeln aus der ersten Menge, bzw. aus der Menge von vordefmierten Wertetupeln einerDetermination of a fourth value tuple from the first number of control signals or from the set of predefined value tuples Number of control signals and a second transformation effect such that the part of the power of the source signal delivered to the input of the load at the load impedance among all value tuples from the first set, or from the set of predefined value tuples one
Anzahl von Steuersignalen ein Maximum annimmt; und Number of control signals assumes a maximum; and
Setzen der Steuersignale auf die durch das vierten Wertetupel gegebenenSet the control signals to those given by the fourth value tuple
Werte. Values.
Das variable Anpassnetzwerk weist im Allgemeinen Verluste auf. Bei geringen Verlusten im variablen Anpassnetzwerk unterscheidet sich das dritte und das vierte Wertetupel nicht wesentlich, die Minimierung der Fehlanpassung an die Quellimpedanz und die Maximierung der an die Last abgegebenen Leistung erfolgen bei denselben Wertetupeln. Mit steigenden Verlusten im Anpassnetzwerk ist dies nicht mehr notwendigerweise der Fall. Soll auch bei nichtvemachlässigbaren Verlusten im variablen Anpassnetzwerk die an die Last abgegebene Leistung maximiert werden, wird dies vorteilhaft durch diese alternative Ausführungsform geleistet. The variable matching network generally has losses. In the case of low losses in the variable matching network, the third and fourth value tuples do not differ significantly; the minimization of the mismatch to the source impedance and the maximization of the power delivered to the load take place with the same value tuples. With increasing losses in the matching network, this is no longer necessarily the case. If the power delivered to the load is to be maximized even with non-negligible losses in the variable matching network, this is advantageously achieved by this alternative embodiment.
In einer bevorzugten Ausfiihrungsform der alternativen Ausfuhrungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt der Bestimmung der an die Last bei der Lastimpedanz abgegebene Leistung aus der Leistung des Quellsignales, der Quellimpedanz und der Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes bei Setzen der Steuersignale auf die durch das vierten Wertetupel gegebenen Werte. Namentlich wenn die Last ein Plasma zur Bearbeitung von Halbleiterwafern darstellt, ist die genaue Kenntnis (und, darauf aufbauend, Steuerung) der an die Last abgegebenen Leistung von großer Bedeutung. In obiger Ausfuhrungsform wird ermöglicht, die an die Last abgegebene Leistung genauer zu bestimmen, als wenn diese, wie nach dem Stand der Technik üblich, lediglich durch die Leistung des Quellsignales angenähert wird. In a preferred embodiment of the alternative embodiment, the method includes the further step of determining the power delivered to the load at the load impedance from the power of the source signal, the source impedance and the transformation effect of the variable matching network when the control signals are set to the values given by the fourth value tuple . In particular if the load represents a plasma for processing semiconductor wafers, the precise knowledge (and, based on this, control) of the power delivered to the load is of great importance. In the above embodiment, it is possible to determine the power delivered to the load more precisely than if this, as is customary in the prior art, is only approximated by the power of the source signal.
Es versteht sich, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen oder Merkmale daraus auch in beliebigen von den Ansprüchen und von deren Rückbezüge abweichenden Kombinationen miteinander kombiniert werden können, um Lösungen der voranstehenden Aufgabe im Rahmen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Kurze Beschreibung der Figuren It goes without saying that the above-described embodiments or features thereof can also be combined with one another in any combinations that differ from the claims and their references in order to provide solutions to the above object within the scope of the present invention. Brief description of the figures
Zusätzlich sind weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert. Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen. In addition, further features, effects and advantages of the present invention are explained with reference to the attached drawing and the following description. Components which at least essentially correspond in terms of their function in the individual figures are identified here with the same reference symbols, the components not having to be numbered and explained in all figures.
Die Zeichnung zeigen: The drawing show:
Fig.l: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen variablen Kondensatorsystems; Fig.l: a schematic representation of a variable capacitor system according to the invention;
Fig.2: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Anpassnetzwerks; 2: a schematic representation of a matching network according to the invention;
Fig.3: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems; und Fig.4: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 3: a schematic representation of a system according to the invention; and FIG. 4: a schematic representation of a method according to the invention.
Ausfuhrungsbeispiele Working examples
Fig.l zeigt schematisch das erfindungsgemäße variable Kondensatorsystem 1 für eine Impedanzanpassung aus einer Parallel- oder Serienschaltung eines variablen Transduktors 11 mit einem Kondensator 12 in Fig.l a, wobei das Kondensatorsystem 1 aufgrund des variablen Transduktors 11 wie ein variabler Kondensator gemäß Fig.l b wirkt. Bei dem Kondensator 12 im Kondensatorsystem 1 kann es sich um einen Kondensator mit einem festen Kapazitätswert oder mit variablem Kapazitätswert handeln, bei Letzterem ist vorzugsweise der Kondensator 12 als Vakuumkondensator oder Drehkondensator ausgeführt, wobei dann der Kondensator 12 und der Transduktor 11 als Parallelschaltung angeordnet sind. Das Kondensatorsystem 1 kann des Weiteren eine elektronische Steuereinrichtung 13 umfassen, die es erlaubt, einen Kondensatorwert für das variable Kondensatorsystem 1 zumindest mittels des variablen Transduktors 11 zur Impedanzanpassung einzustellen. Hierbei kann der Transduktor 11 ein Hochleistungs-Hochfrequenz-Transduktors sein. Der Transduktor 11 kann dabei einen weichmagnetischen Eisenkern, Ferritkern, einen Ringkem, einen Stabkem, einen EI-Kem oder einen sättigbaren ferromagnetischen Kem aufweisen. Fig.l shows schematically the inventive variable capacitor system 1 for an impedance matching from a parallel or series connection of a variable transducer 11 with a capacitor 12 in Fig.la, the capacitor system 1 due to the variable transducer 11 acts like a variable capacitor according to Fig.lb . The capacitor 12 in the capacitor system 1 can be a capacitor with a fixed capacitance value or with a variable capacitance value, in the latter case the capacitor 12 is preferably designed as a vacuum capacitor or variable capacitor, the capacitor 12 and the transducer 11 then being arranged as a parallel circuit. The capacitor system 1 can furthermore comprise an electronic control device 13 which allows a capacitor value for the variable capacitor system 1 to be set at least by means of the variable transducer 11 for impedance matching. Here, the transducer 11 can be a Be high-performance high-frequency transducer. The transducer 11 can have a soft magnetic iron core, ferrite core, a ring core, a rod core, an EI core or a saturable ferromagnetic core.
Fig.2 zeigt schematisch das erfindungsgemäßes Anpassnetzwerk 4, zur Impedanzanpassung umfassend als Stellglied ein oder mehrere variable Kondensatorsysteme 1. Hierzu kann das Anpassnetzwerk 4 als variable Stellglieder 41 ein oder mehrere variable Transduktoren 11 umfassen. 2 schematically shows the matching network 4 according to the invention, comprising one or more variable capacitor systems 1 as an actuator for impedance matching. For this purpose, the matching network 4 can comprise one or more variable transducers 11 as variable actuators 41.
Fig.3 zeigt schematisch das erfindungsgemäßes System 1 umfassend eine Signalquelle 2, eine Last 5, einen Richtkoppler 3 und ein erfindungsgemäßes variables Anpassnetzwerk 4, wobei die Signalquelle 2 über den Richtkoppler 3 und das variable Anpassnetzwerk 4 zur Impedanzanpassung mir der Last 5 verbunden ist. 3 shows schematically the system 1 according to the invention comprising a signal source 2, a load 5, a directional coupler 3 and a variable matching network 4 according to the invention, the signal source 2 being connected to the load 5 via the directional coupler 3 and the variable matching network 4 for impedance matching.
Fig.4 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren 100 zur Regelung eines erfindungsgemäßen variablen Anpassnetzwerkes 4 zur Impedanzanpassung umfassend ein Vermessen 110 von Transformationsmatrizen des variablen Anpassnetzwerkes 4 für eine Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen; ein Vermessen 120 einer bei einem beliebigen Wertetupel in den Eingang des Anpassnetzwerkes 4 hinein gesehenen Eingangsimpedanz; ein Bestimmen 130 eines das beliebige Wertetupel bestmöglich approximierenden vordefinierten Wertetupels aus der Menge von vordefmierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer dem vordefinierten Wertetupel entsprechend der Transformationsmatrizen; und ein Berechnen 140 der der Eingangsimpedanz zugrundeliegenden Lastimpedanz ausgehend von dem bestmöglich approximierenden vordefinierten Wertetupels und von der zugehörigen Transformationswirkung gemäß einer der Transformationsmatrizen. Hierbei können gemäß Schritt 150 über Wahl einer ersten ganzen Anzahl n und Wahl eines Minimums und eines Maximums zu jedem Steuersignal und die Wahl der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen als Tupel aus n äquidistanten Werten zwischen dem jeweiligen Minimum und Maximum des jeweiligen Steuersignales ausgeführt werden. Des Weiteren kann das Verfahren die Schritte des Bestimmens 160 eines dritten Wertetupels aus der Menge von vordefmierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer zweiten Transformationswirkung dergestalt, dass die Fehlanpassung zwischen der mittels der zweiten Transformationswirkung transformierten Lastimpedanz und der Quellimpedanz unter allen Wertetupeln aus der Menge an Wertetupeln ein Minimum annimmt; und des Setzens 162 der Steuersignale auf die durch das dritte Wertetupel gegebenen Werte umfasst. Alternativ kann das Verfahren die weiteren Schritte des Bestimmens 170 eines vierten Wertetupels aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer zweiten Transformationswirkung dergestalt, dass der an den Eingang der Last bei der Lastimpedanz abgegebene Teil der Leistung des Quellsignales unter allen Wertetupeln aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen ein Maximum annimmt; und des Setzens 172 der Steuersignale auf die durch das vierten Wertetupel gegebenen Werte umfassen. Hierbei kann beim Setzen der Steuersignale auf die durch das vierten Wertetupel gegebenen Werte der weitere Schritt der Bestimmung 180 der an die Last bei der Lastimpedanz abgegebenen Leistung aus der Leistung des Quellsignales, der Quellimpedanz und der Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes 4 erfolgen. 4 schematically shows the method 100 according to the invention for regulating a variable matching network 4 according to the invention for impedance matching, comprising a measurement 110 of transformation matrices of the variable matching network 4 for a set of predefined value tuples of a number of control signals; a measurement 120 of an input impedance seen into the input of the matching network 4 for an arbitrary value tuple; determining 130 a predefined value tuple that best approximates the arbitrary value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and one of the predefined value tuples in accordance with the transformation matrices; and calculating 140 the load impedance on which the input impedance is based on the basis of the predefined value tuple, which approximates as best as possible, and of the associated transformation effect in accordance with one of the transformation matrices. Here, according to step 150, by selecting a first whole number n and selecting a minimum and a maximum for each control signal and selecting the set of predefined value tuples, a number of control signals can be performed as a tuple of n equidistant values between the respective minimum and maximum of the respective control signal become. Furthermore, the method can include the steps of determining 160 a third value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and a second transformation effect such that the mismatch between the load impedance transformed by means of the second transformation effect and the source impedance assumes a minimum among all value tuples from the set of value tuples; and setting 162 the control signals to the values given by the third value tuple. Alternatively, the method can include the further steps of determining 170 a fourth value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and a second transformation effect such that the part of the power of the source signal delivered to the input of the load at the load impedance among all value tuples from the Set of predefined value tuples of a number of control signals assumes a maximum; and setting 172 the control signals to the values given by the fourth value tuple. When setting the control signals to the values given by the fourth tuple of values, the further step of determining 180 the power delivered to the load at the load impedance from the power of the source signal, the source impedance and the transformation effect of the variable matching network 4 can take place.
An dieser Stelle sei explizit daraufhingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um auch erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können. At this point, it should be explicitly pointed out that features of the solutions described above or in the claims and / or figures can optionally also be combined in order to also be able to implement or achieve cumulatively explained features, effects and advantages.
Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel lediglich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel. Liste der verwendeten Bezugszeichen It goes without saying that the exemplary embodiment explained above is only a first embodiment of the present invention. In this respect, the configuration of the invention is not limited to this exemplary embodiment. List of the reference symbols used
1 erfmdungsgemäßes variables Kondensatorsystem 1 variable capacitor system according to the invention
11 Transduktor 11 transducer
12 Kondensator 12 capacitor
13 Steuereinrichtung 13 Control device
2 Signalquelle 2 signal source
3 Richtkoppler 3 directional couplers
4 erfmdungsgemäßes variables Anpassnetzwerk 41 Stellglieder im variablen Anpassnetzwerk 4 variable matching network according to the invention 41 actuators in the variable matching network
5 Last 5 load
10 erfindungsgemäßes System 10 system according to the invention
100 Verfahren zur Regelung eines variablen Anpassnetzwerkes zur Impedanzanpassung 100 Procedure for regulating a variable matching network for impedance matching
110- 180 Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens 110-180 steps of the method according to the invention

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Ein variables Kondensatorsystem (1) für eine Impedanzanpassung aus einer Parallel- oder Serienschaltung eines variablen Transduktors (11) mit einem Kondensator (12). 1. A variable capacitor system (1) for impedance matching from a parallel or series connection of a variable transducer (11) with a capacitor (12).
2. Das variable Kondensatorsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kondensator (12) um einen Kondensator mit einem festen Kapazitätswert handelt. 2. The variable capacitor system (1) according to claim 1, characterized in that the capacitor (12) is a capacitor with a fixed capacitance value.
3. Das variable Kondensatorsystem ( 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kondensator (12) um einen Kondensator mit einem variablen Kapazitätswert handelt, vorzugsweise ist der Kondensator (12) als Vakuumkondensator oder Drehkondensator ausgeführt. 3. The variable capacitor system (1) according to claim 1, characterized in that the capacitor (12) is a capacitor with a variable capacitance value, preferably the capacitor (12) is designed as a vacuum capacitor or variable capacitor.
4. Das variable Kondensatorsystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) und der Transduktor (11) als Parallelschaltung angeordnet sind. 4. The variable capacitor system (1) according to claim 2 or 3, characterized in that the capacitor (12) and the transducer (11) are arranged as a parallel circuit.
5. Das variable Kondensatorsystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensator System (1) des Weiteren eine elektronische Steuereinrichtung (13) umfasst, die es erlaubt, einen Kondensatorwert für das variable Kondensatorsystem (1) zumindest mittels des variablen Transduktors (11) zur Impedanzanpassung einzustellen. 5. The variable capacitor system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the capacitor system (1) further comprises an electronic control device (13) which allows a capacitor value for the variable capacitor system (1) at least by means of variable transducer (11) for impedance matching.
6. Das variable Kondensatorsystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transduktor (11) ein Hochleistungs-Hochfrequenz-Transduktors ist. 6. The variable capacitor system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the transducer (11) is a high-performance high-frequency transductor.
7. Das variable Kondensatorsystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transduktor (11) einen weichmagnetischen Eisenkern, Ferritkern oder einen sättigbaren ferromagnetischen Kern aufweist. 7. The variable capacitor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer (11) has a soft magnetic iron core, ferrite core or a saturable ferromagnetic core.
7. Das variable Kondensatorsystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transduktor (11) einen Ringkem, einen Stabkem oder einen EI-Kem aufweist. 7. The variable capacitor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer (11) has a ring core, a rod core or an EI core.
8. Ein variables Anpassnetzwerk (4) zur Impedanzanpassung umfassend als Stellglied ein oder mehrere variable Kondensatorsysteme (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche. 8. A variable matching network (4) for impedance matching comprising, as an actuator, one or more variable capacitor systems (1) according to one of the preceding claims.
9. Ein System (10) umfassend eine Signalquelle (2), eine Last (5), einen Richtkoppler (3) und ein variables Anpassnetzwerk (4) nach Anspruch 8, wobei die Signalquelle (2) über den Richtkoppler (3) und das variable Anpassnetzwerk (4) zur Impedanzanpassung mit der Last (5) verbunden ist. 9. A system (10) comprising a signal source (2), a load (5), a directional coupler (3) and a variable matching network (4) according to claim 8, wherein the signal source (2) via the directional coupler (3) and the variable matching network (4) is connected to the load (5) for impedance matching.
10. Verwendung eines oder mehrerer variabler Kondensatoren (1) eines Anpassnetzwerks (4) nach Anspruch 8 zur Impedanzanpassung in einem System (10) nach Anspruch 9. 10. Use of one or more variable capacitors (1) of a matching network (4) according to claim 8 for impedance matching in a system (10) according to claim 9.
11. Verfahren (100) zur Regelung eines variablen Anpassnetzwerks (4) zur Impedanzanpassung nach Anspruch 8, umfassend die folgenden Schritte: V ennessen (110) von Transformationsmatrizen des variablen Anpassnetzwerkes (4) für eine Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen; 11. The method (100) for regulating a variable matching network (4) for impedance matching according to claim 8, comprising the following steps: V ennessen (110) of transformation matrices of the variable matching network (4) for a set of predefined value tuples of a number of control signals;
Vermessen (120) einer bei einem beliebigen Wertetupel in den Eingang des Anpassnetzwerkes (4) hinein gesehenen Eingangsimpedanz; Measuring (120) an input impedance seen into the input of the matching network (4) for any value tuple;
Bestimmen (130) eines das beliebige Wertetupel bestmöglich approximierenden vordefinierten Wertetupels aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer dem vordefinierten Wertetupel entsprechend der Transformationsmatrizen; und Berechnen (140) der der Eingangsimpedanz zugrundeliegenden Lastimpedanz ausgehend von dem bestmöglich approximierenden vordefinierten Wertetupels und von der zugehörigen Transformationswirkung gemäß einer der Transformationsmatrizen. Determining (130) a predefined value tuple that best approximates the arbitrary value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and one of the predefined value tuples according to the transformation matrices; and calculating (140) the load impedance on which the input impedance is based on the basis of the best possible approximating predefined value tuple and of the associated transformation effect according to one of the transformation matrices.
12. Das Verfahren (100) nach Anspruch 11, umfassend die weiteren Schritte (150): 12. The method (100) according to claim 11, comprising the further steps (150):
Wahl einer ersten ganzen Anzahl n; Choice of a first whole number n;
Wahl eines Minimums und eines Maximums zu jedem Steuersignal; und Wahl der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen als Tupel aus n äquidistanten Werten zwischen dem jeweiligen Minimum und Maximum des jeweiligen Steuersignales. Choosing a minimum and a maximum for each control signal; and selection of the set of predefined value tuples of a number of control signals as a tuple of n equidistant values between the respective minimum and maximum of the respective control signal.
13. Das Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, umfassend die weiteren Schritte: 13. The method (100) according to claim 11 or 12, comprising the further steps:
Bestimmen ( 160) eines dritten Wertetupels aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer zweiten Transformationswirkung dergestalt, dass Fehlanpassung zwischen der mittels der zweiten Transformationswirkung transformierten Lastimpedanz und der Quellimpedanz unter allen Wertetupeln aus der Menge an Wertetupeln ein Minimum annimmt; und Determining (160) a third value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and a second transformation effect such that mismatch between the load impedance transformed by means of the second transformation effect and the source impedance assumes a minimum among all value tuples from the set of value tuples; and
Setzen (162) der Steuersignale auf die durch das dritte Wertetupel gegebenen Werte. Setting (162) the control signals to the values given by the third value tuple.
14. Das Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, umfassend die weiteren Schritte:14. The method (100) according to claim 11 or 12, comprising the further steps:
Bestimmen ( 170) eines vierten Wertetupels aus der Menge von vordefinierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen und einer zweiten Transformationswirkung dergestalt, dass der an den Eingang der Last bei der Lastimpedanz abgegebene Teil der Leistung des Quellsignales unter allen Wertetupeln aus der Menge von vordefmierten Wertetupeln einer Anzahl von Steuersignalen ein Maximum annimmt; und Determination (170) of a fourth value tuple from the set of predefined value tuples of a number of control signals and a second transformation effect such that the part of the power of the source signal delivered to the input of the load at the load impedance among all value tuples from the set of predefined value tuples of a number of control signals assumes a maximum; and
Setzen (172) der Steuersignale auf die durch das vierten Wertetupel gegebenen Werte. Setting (172) the control signals to the values given by the fourth value tuple.
15. Das Verfahren (100) nach Anspruch 14, umfassend den weiteren Schritt der Bestimmung (180) der an die Last bei der Lastimpedanz abgegebene Leistung aus der Leistung des Quellsignales, der Quellimpedanz und der Transformationswirkung des variablen Anpassnetzwerkes (4) beim Setzen der Steuersignale auf die durch das vierten Wertetupel gegebenen Werte. 15. The method (100) according to claim 14, comprising the further step of determining (180) the power delivered to the load at the load impedance from the power of the source signal, the source impedance and the transformation effect of the variable matching network (4) when setting the control signals to the values given by the fourth value tuple.
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