专利名称：：阻抗匹配方法以及实施该方法的系统的制作方法
技术领域：
：此处公开的本发明涉及阻抗匹配，更具体地说，涉及一种在诸如等离子体系统、核磁共振系统、通信系统和输电线路等电气系统中使用的阻抗匹配方法，以及一种实施该阻抗匹配方法的系统。
背景技术：
：如果电源和负载之间的阻抗失配，向负载的供给电能就不会最大化，而且也不能进行精确的供电控制。因此，诸如等离子体系统、核磁共振系统、通信系统、高频感应加热装置和输电线路等的电气系统在电源和负载之间包括阻抗匹配网络，以克服上述阻抗失配。例如，用于制造半导体装置的等离子体腔系统包括与RF电源连接的RF电极以及在RF电源和RF电极之间的阻抗匹配网络。在DavidM.Pozar所著的"MicrowaveEngineering"(出版商Addison-Wesley)的第281-328页中公开了阻抗匹配的一般内容，并且第3，569，777号、第4，112，395号、第4，557,819号、第5，187,454号、第5,585，766号、第5，621，331号、第5，689，215号美国专利以及第W09724748号国际公开中也公开了与等离子体系统的阻抗匹配相关的技术。图l是描述传统阻抗匹配方法的流程图。参照图l，传统阻抗匹配方法在操作步骤S1测量输电线路的电特性(例如，电流、电压和相位)，在操作步骤S2从测得的输电线路电特性中提取控制匹配网络的控制参数，然后在操作步骤S3通过提取出的控制参数控制匹配网络。5根据传统方法，匹配网络通常包括多个可变电容器，所述可变电容器的电容可通过操作控制电机予以控制。操作步骤S2中控制参数的提取包括从已测得的输电线路的电流、电压和相位差中提取有关输电线路的阻抗幅值和相位的信息，然后借助于这些信息，就能够计算出阻抗匹配所需要的可变电容器的电容。然而，传统方法会产生如下几种技术局限性(1)由于对初始状态的强依赖性，匹配状态的收敛失败；(2)由于匹配位置附近的不稳定性，匹配延迟；以及(3)由于对负载和输电线路阻抗的高度依赖性，出现游荡(haunting)问题。也就是说，由于匹配所需要的电容值基于未归一化的阻抗值决定，因此传统匹配方法不能克服上面提到的局限性。这将在下面将作详细描述。图2和图3是在传统阻抗匹配中对初始状态具有强依赖性的图示。如上所述，传统阻抗匹配方法包括基于测得的阻抗幅值和相位计算所需的电容。这时候，图2和图3是图示根据传统匹配方法在计算用电容空间中的映射法的图。更具体地，图2和图3是在由坐标C1和C2所表示的电容空间中，分别表示输电线路中的阻抗幅值和阻抗相位的图。这时候，图2和图3描述了当负载阻抗是5+50j时的仿真结果。Cl和C2分别表示可变电容器的电容。另一方面，图2的实线表示连接匹配所需要的50ohm阻抗的点的等值线(contourline)，图3的实线表示连接匹配所需要的0。相位的点的等值线。因此，对应于匹配状态的点是图2和图3的实线相交处的点，并且在图2和图3中该匹配点用小方块表示。另一方面，对应于星号的位置表示初始状态。根据传统匹配方法，可变电容器的变化量(即，AC1和AC2)分别由测得阻抗的幅值和相位决定。也就是说，如图2所示，当测得的阻抗如箭头Al表示的那样大于50ohm时，就驱动相应的电机使C1增大，当测得的阻抗如箭头A2或箭头A3表示的那样小于50ohm时，就驱动相应的电机使C1减小。根据此匹配方法，对应于箭头A1和箭头A2的点接近匹配状态，对应于箭头A3的点远离匹配状态。也就是说，根据传统匹配方法，由于存在未收敛进入匹配状态的区域(例如FR)，因此匹配收敛取决于电容空间的初始位置。匹配的发散问题可能同样也会在阻抗相位中出现。特别是如图2所示，传统方法中的失配区域FR可能会变得非常宽。另外，在图2的区域R1中，相对于一个坐标C1，存在两个匹配所需要的50ohm阻抗幅值的点。这样，当使用电容空间时，坐标C1可能不是一一对应匹配所需要的50ohm阻抗幅值的点。因此，在确定匹配轨迹的方向时可能存在不确定性。这种不确定性是引起匹配发散的另一个原因。图4是表示根据传统阻抗匹配方法的围绕匹配点的不稳定性的图示。参照图4，当匹配轨迹向匹配状态接近时，阻抗匹配所需要的可变电容器的变化量受到精确的控制。然而，由于传统匹配方法基于未归一化的阻抗幅值和相位决定匹配轨迹的方向和速度，因此难以围绕匹配点精确地控制C1和C2。因此，如图4所示，根据传统匹配方法，可能会出现螺旋状的匹配轨迹，这就延迟了到达阻抗匹配的时间。如下所述，如果电容空间中的阻抗梯度较大，则阻抗匹配的时间延迟会大大增加。图5是表示在传统阻抗匹配中对负载阻抗的高度依赖性的图示。更具体地，图5表示了当负载阻抗是l+50j时阻抗幅值的仿真结果。将负载阻抗为5+50j的图2与负载阻抗为l+50j的图5进行对比，当负载阻抗的实部降低时，匹配等值线(匹配所需要的50ohm阻抗幅值的等值线)縮小成电容空间的狭窄区域，并且阻抗幅值的梯度围绕匹配等值线急剧增加。梯度值的这种增加使得围绕匹配点的精确电容控制更加困难。因此，如图6所示，匹配轨迹可以围绕匹配点不规则地运动(即游荡问题)。下面将描述在连续波(CW)模式中的另一种阻抗匹配方法。目卩，在测量点测量或计算阻抗。如果匹配系统中的测量点的阻抗与可变装置的电抗是已知的，可计算出负载阻抗。因此，可通过上述负载阻抗找出匹配条件，并由此确定控制参数。RF电源工作于脉冲模式，即被周期性地接通或关断。这样，通过在CW模式下暂时地操作RF电源而找出匹配条件之后，其通常应用于脉冲模式。然而，如果负载随着时间流逝而改变，上述传统技术不能完全去除反射波。因此，传统的cw模式匹配方法在脉冲模式方法中需要更改或需要一种新方法以处理脉冲匹配。
发明内容本发明提供了一种在脉冲模式中稳定运行的阻抗匹配方法。本发明还提供了一种运行于脉冲模式中的阻抗匹配方法，所述脉冲模式中频率为几Hz和/或占空比小于10。/0。本发明还提供了一种在脉冲模式中稳定运行的匹配装置。本发明还提供了一种运行于脉冲模式中的匹配装置，所述脉冲模式中频率为几Hz和/或占空比小于ioy。。本发明的实施例提供了包括电源、负载、输电线路和匹配系统的电气装置的匹配方法，所述方法包括测量输电线路的电特性；确定电源的脉冲模式；从输电线路的电特性中提取用于阻抗匹配的控制参数；以及通过所述控制参数控制所述匹配系统，其中，根据脉冲模式对匹配系统有区别地加以控制。在一些实施例中，电源的脉冲模式的确定包括确定电源处于接通状态时的接通时间间隔和电源处于关断状态时的关断时间间隔。在其它实施例中，借助于控制电源的操作的电源触发信号或者电特性确定接通时间间隔和关断时间间隔。在另一些实施例中，电源的脉冲模式的确定还包括脉冲周期的确定，所述脉冲周期由电源从第i个接通状态转变到第i+l个接通状态的间隔所定义，其中，匹配系统通过根据脉冲周期有区别地设置控制参数而加以控制。在另外一些实施例中，电源的脉冲模式的确定还包括当脉冲周期大于预定时间时将脉冲模式确定为慢脉冲模式，当脉冲周期小于预定时间时将脉冲模式确定为快脉冲模式，其中，匹配系统通过根据电源的脉冲模式有区别地设置控制参数而加以控制。在另外一些实施例中，当脉冲模式为慢脉冲模式时，电源使得匹配系统在关断时间间隔期间处于空闲状态。在另外一些实施例中，当脉冲模式为快脉冲模式时，电源在关断时间间隔期间通过控制参数控制匹配系统。在另外一些实施例中，如果电源的关断时间间隔的持续时间大于临界关断时间，通过将控制参数设定在预设状态而控制匹配系统。在另外一些实施例中，电源的脉冲模式的确定还包括，在确定电源的脉冲模式之前进行预定时间的连续波模式。在另外一些实施例中，输电线路的电特性的测量还包括去除输电线路中的噪声。在另外一些实施例中，使用锁定检测去除输电线路中的噪声。在另外一些实施例中，从输电线路的电特性中提取阻抗匹配的控制参数的方法包括将输电线路的电特性转换为归一化特征向量；通过在分析坐标中分析特征向量而提取位移向量；将位移向量转换为约化设备向量；以及将该约化设备向量转换为驱动向量。在另外一些实施例中，从输电线路的电特性中提取阻抗匹配的控制参数的方法包括通过比较阻抗的绝对值与特征阻抗而提取控制参数；以及通过比较阻抗的相位与基准值而提取控制参数。在另外一些实施例中，从输电线路的电特性中提取阻抗匹配的控制参数的方法包括通过所述输电线路的电特性的测得阻抗计算负载阻抗；以及通过负载阻抗提取控制参数。在另外一些实施例中，包括电源、负载、输电线路以及匹配系统的电气装置的匹配装置包括传感单元，其用于测量输电线路的电特性；测量结果分析单元，其用于处理所述电特性；脉冲模式处理单元，其用于根据电源处理脉冲模式；控制参数提取单元，其用于从输电线路的电特性中提取阻抗匹配的控制参数；以及控制器，其用于根据脉冲模式通过控制参数控制匹配系统。9在一些实施例中，脉冲模式处理单元被配置用于确定电源处于接通状态时的接通时间间隔和电源处于关断状态时的关断时间间隔。在其它实施例中，脉冲模式处理单元被配置用于当脉冲周期大于预定时间时将脉冲模式确定为慢脉冲模式，当脉冲周期小于预定时间时将脉冲模式确定为快脉冲模式，并根据电源的脉冲模式有区别地设置控制参数。在另一些实施例中，测量结果分析单元还包括用于从输电线路的电特性中去除噪声的噪声去除单元。为了进一步理解本发明，提供了附图，所述附图合并于并构成本说明书的一部分。附示了本发明的示例性实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图l是表示传统阻抗匹配方法的流程图2与图3是描述传统阻抗匹配中对初始状态的强依赖性的图示；图4是表示根据传统阻抗匹配的匹配点周围的不稳定性的图示；图5是描述根据传统方法在传统阻抗匹配中对负载阻抗的高度依赖性的图示；图6是描述根据传统方法当匹配轨迹在匹配点周围不规则运动时的游荡问题的图示；图7是根据本发明的一个实施例的包括匹配系统的电气装置的电路图8到图11是根据本发明的一个实施例的各种类型匹配系统的电路图12到图15是根据本发明的一个实施例的经变化的各种类型的匹配系统的电路图16是根据本发明的一个实施例的阻抗匹配方法的流程图；图17和图18是根据本发明的一个实施例的用于表示位移向量提取的分析坐标系统的图示；图19是本发明的变化实施例的匹配方法的流程图20是本发明的变化实施例的详细匹配方法的流程图21和图22是根据本发明的一个实施例的匹配状态测试法的图示；图23是根据本发明的一个实施例的增益系数的曲线图24到图26是本发明的实施例的阻抗匹配结果的图示；图27是本发明的匹配系统的视图28是包括本发明一个实施例的阻抗匹配系统的等离子体腔装置的视图29是根据本发明的一个实施例的阻抗匹配方法的流程图；图30是根据本发明的一个实施例的脉冲模式处理操作步骤的流程图31是根据本发明的一个实施例的控制参数提取操作步骤的流程图32是根据本发明的一个实施例的脉冲模式匹配方法的流程图33是根据本发明的一个实施例的脉冲模式匹配方法的流程图34到图38是根据本发明的一个实施例的快或慢模式脉冲匹配方法的时序图；以及图39到图41是根据本发明的一个实施例的匹配系统的视图。具体实施例方式本发明涉及脉冲模式与连续波(CW)模式的匹配方法。脉冲模式的匹配方法可结合所有传统的连续波(cw)模式的匹配方法。而且，下述的新cw模式匹配方法可结合脉冲模式的匹配方法。当RF电源工作于脉冲模式时，匹配系统在RF电源接通时的接通时间间隔中的操作方法与匹配系统在RF电源关断时的关断时间间隔中的操作方法有所不同。具体地，脉冲模式可分为慢脉冲模式与快脉冲模式以进行匹配。艮P，在慢脉冲模式(例如低于约500Hz)的情况下，匹配网络中的可变装置的值仅在RF电源的接通时间间隔改变，而在RF电源的关断时间间隔不改变。因此，由于匹配网络中的可变装置在关断时间间隔的值没有显著偏离下一接通时间间隔的匹配条件，故可实现快速匹配。在快脉冲模式(例如高于约500Hz)的情况中，在匹配网络中的可变装置的值在接通时间间隔改变，并可在关断时间间隔按接通时间间隔的信息继续改变。在短脉冲周期的情况下，如果可变装置在关断时间间隔处于空闲状态，由于频繁地增减速度，电机的寿命縮短且在下一接通时间不能完成快速控制。根据本发明，如果脉冲周期短，则在接通时间与下一接通时间之间匹配条件变化不大。因此，通过在关断时间间隔不断地改变可变装置的值可以实现快速匹配。以下将参照优选实施例更详细地描述本发明的技术构思、其它目的、特征与优点。本发明可以以不同形式实施，而不应被解释为局限于在此所给出的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明的公开彻底、完整，并向本领域普通技术人员充分表达本发明的范围。图7是本发明一个实施例的包括匹配系统的电气装置的电路图。参见图7，本发明的电气装置100包括电源102、负载IOI、电源102和负载101之间的输电线路103以及匹配系统104。电源102与输电线路103上的输入端^和N2连接，并且负载101与输电线路103上的负载端N3和N4连接。下述的输入阻抗表示在输入端N,测量的包括匹配系统104和负载101的系统的阻抗。这时候，负载101可以是一个等离子体系统、核磁共振系统、通信系统、高频感应加热装置和输电线路。匹配系统104包括至少一个可变化地控制其电抗的可变电抗元件。根据本发明的一个实施例，除可变电抗元件外，匹配系统104还包括可提供固定电抗的无源元件。另一方面，匹配系统104被配置用来解决诸如对初始状态的强依赖性、在匹配点周围的不稳定性和对负载和传输阻抗的高度依赖性等通常的局限性。这些技术效果能够通过稍后更加详细描述的本发明的阻抗匹配方法实现。匹配系统104还包括图27的处理单元200，处理单元200用于执行根据本发明的阻抗匹配方法的操作。处理单元200将参照图27作更详细的描述。根据本发明，可变电抗元件可以是提供可变电容的可变电容器、提供可变电感的可变电感器以及提供可变电阻的变阻器中的一种。下面为了说明的简洁，将基于使用可变电容器作为可变电抗元件的实施例来描述本发明的技术特征。然而，根据众所周知的电磁理论，在包括不同类型的可变电抗元件的实施例中，本发明的技术特征不需多余的努力就可以容易地实现，这对本领域普通技术人员是显而易见的。另外，为了使说明简洁，将基于包括两个可变电抗元件的实施例来描述本发明的技术特征。然而，根据众所周知的电磁理论，在包括更多数量的可变电抗元件并包括另外的无源元件的实施例中，本发明的技术特征无需多余的努力就可以容易地实现，这对本领域普通技术人员是显而易见的。各种类型的匹配系统另一方面，匹配系统104可以根据其中可变电抗元件或无源元件与输电线路103连接的方法划分为多种类型。例如，根据上述为使说明简洁的前提，如果匹配系统104包括第一可变电容器111和第二可变电容器112，根据第一可变电容器111和第二可变电容器112与输电线路103连接的方式，可以将匹配系统104划分成L型、倒L型、T型和7t型。图8图11是各种类型的匹配系统104的电路图。参照图8，根据L型匹配系统，第一可变电容器111与输电线路103的预定点P连接，第二可变电容器112设置在负载101和点P之间。参照图9，根据倒L型匹配系统，第一可变电容器111与输电线路103的预定点P连接，第二可变电容器112设置在电源102和预定点P之间。参照图IO，根据T型匹配系统，第一可变电容器lll和第二可变电容器112在输电线路103上串连地连接电源102和负载101。根据本发明的一个实施例，预定的无源元件(例如电感器115)可以连接于第一可变电容器111和第二可变电容器112之间的输电线路103(即点P)。参照图ll，根据型匹配系统，第一可变电容器111和第二可变电容器112分别与输13电线路103并联连接。根据本发明的一个实施例，预定的无源元件(例如电感器115)可以连接于第一可变电容器111和第二可变电容器112之间的输电线路103(即点P)。如图8图11所示，与输电线路103的点P连接的元件可以与另一根接地的输电线路连接。另一方面，本发明的匹配系统可以具有多种变化的结构。例如，如图12图15所示，还可以包括至少一个与输电线路103并联或串连连接的无源元件。更具体地，如图14和图15所示，L型匹配系统的匹配系统还包括另外设置的无源元件(即电容器116)或电感器(117和118)。另一方面，图8图15是匹配系统的电路图，并且在匹配系统104中的可变电抗元件和无源元件的类型、数量和位置可以根据本发明的其它实施例进行变化。匹配方法图16是本发明一个实施例的阻抗匹配方法的流程图。参照图16，阻抗匹配方法包括在操作步骤S20中测量输电线路的电特性，在操作步骤S30中从测得的输电线路的电特性中提取用于阻抗匹配的控制参数，然后在操作步骤S40中通过使用提取出的控制参数控制匹配系统。根据本发明，电特性可以包括输电线路的电流、电压和它们之间的相位差，并且它们的物理量能够通过预定的传感器周期性地或者实时地测得。相位差能够通过分析输电线路的电流和电压的测量结果计算出来。另一方面，在测量电特性之前，可以在操作步骤S10中设定预定的匹配参数。匹配参数是在本发明的阻抗匹配过程中使用的各种参数，并且可以包括与对应的电气装置相关的物理/电气参数、操作步骤S20中的用于测量电特性的参数、操作步骤S30中的用于提取控制参数的参数以及操作步骤S40中的用于系统控制的参数。而且，如下面描述的，匹配参数可以在其它操作步骤中设定，并且如果有必要，还可以在进行阻抗匹配的同时改变一部分匹配参数。根据本发明的一个实施例，操作步骤S30中的控制参数的提取包括在操作步骤S31中将测得的输电线路的电特性转换成特征向量，在操作步骤S32中通过在预定的分析坐标系统中分析特征向量提取出用于阻抗匹配的位移向量，并且在操作步骤S33中将位移向量转换成用于操作步骤S40的匹配系统控制的控制参数。这里，分析坐标系统被选择用于表示预定相位空间，所述预定相位空间在数量上将匹配系统的电特性和输电线路的电特性联系起来。也就是说，匹配系统的电特性和输电线路的电特性之间的数量关系能够通过分析坐标系统予以表示。位移向量包括作为其元素的坐标变化的幅值，所述位移向量被用于使特征向量在分析坐标系统中向对应于匹配状态的点移动。下面对分析坐标系统和位移向量做更详细的描述。脉冲匹配方法图29是根据本发明的一个实施例的阻抗匹配方法的流程图。参照图29，阻抗匹配方法包括在操作步骤S120中测量输电线路的电特性，在操作步骤S130中确定电源的脉冲模式，在操作步骤S150中从输电线路的电特性中提取用于阻抗匹配的控制参数，以及在操作步骤S160中通过控制参数控制匹配系统。匹配系统根据脉冲模式而有区别地加以控制。根据本发明，电特性可以是输电线路的电流、电压以及二者之间的相位差，并且这些物理量可以借助于预定的传感装置实时地或周期性地测得。相位差可通过分析输电线路的电流和电压的测量结果而计算出。另一方面，在S120中的电特性的测量之前，可以在操作步骤S110中预置匹配参数。匹配参数是在本发明的阻抗匹配过程中使用的各种参数。匹配参数可以包括与对应的电气装置相关的物理/电气参数、操作步骤S120中的用于测量电特性的参数、操作步骤S150中的用于提取控制参数的参数、操作步骤S160中的用于系统控制的参数。而且，如下面将要描述的，匹配参数可以在另一操作步骤中设定，并且如果有必要，还可以在进行阻抗匹配的同时改变一部分匹配参数。图30是根据本发明的一个实施例的脉冲模式处理操作步骤的流程图。参照图30,在操作步骤S130中的脉冲模式的确定包括在操作步骤S131中确定电源接通的接通时间间隔和电源关断的关断时间间隔，在操作步骤S132中确定脉冲周期，以及在操作步骤S133中根据脉冲周期确定慢脉冲模式与快脉冲模式。在操作步骤S131中的接通时间间隔与关断时间间隔的确定是通过控制电源的工作的电源触发信号或上述电特性来完成的。即，通过电特性计算入射功率，从而区分接通时间间隔与关断时间间隔。而且，由于电源工作于脉冲模式，从而可通过接收同步于电源的供电的电源触发信号而确定接通时间间隔。脉冲周期由电源从第i个接通状态转变到第i+l个接通状态之间的间隔定义。根据脉冲周期，控制参数被有区别地设置以控制匹配系统。如果脉冲周期大于预定时间，就被确定为慢脉冲模式。如果脉冲周期小于预定时间，就被确定为快脉冲模式。而且，根据电源的脉冲模式而有区别地设置控制参数，从而有区别地控制匹配系统。预定时间可以是大约1/500秒。更具体地，如果脉冲模式是慢脉冲模式，就使得匹配系统在电源处于关断时间间隔时处于空闲状态。空闲状态可以是匹配系统的可变电抗装置的值不改变的状态。即，连接于可变电抗装置的电机在关断时间间隔期间可停转。如果脉冲模式是快脉冲模式时，就可在电源处于关断时间间隔时通过控制参数控制匹配系统。关断时间间隔的控制参数可以是在接通时间间隔所用的最后的控制参数。即，匹配系统的可变电抗装置的值在关断时间间隔期间可改变。图31是根据本发明的一个实施例的控制参数提取操作步骤的流程图。参照图31，在操作步骤S150中的控制参数的提取包括在操作步骤S151中将输电线路的电特性转换为特征向量，在操作步骤S152中通过在16预定的分析坐标系中分析特征向量而提取阻抗匹配的位移向量，以及在操作步骤S153中将位移向量转换为控制系统的控制参数。根据本发明的另一实施例，在操作步骤S150中的控制参数的提取包括根据阻抗的绝对值(或幅值)是大于还是小于预定特征阻抗(通常为50ohm)而提取控制参数，并根据阻抗的相位是大于还是小于预定值而提取控制参数。根据本发明的另一实施例，在操作步骤S150中的控制参数的提取包括在测量位置测量阻抗，使用在测量位置的阻抗以及匹配系统的可变装置的电抗计算负载的阻抗，以及使用所述负载与阻抗提取控制参数。根据本发明的另一实施例，控制参数的提取可通过反射系数实现。本领域的技术人员应当明白控制参数的提取可以加以变化。特征向量的选择根据本发明，特征向量是基于测得的输电线路的电特性来定义的，并且可以是具有归一化(normalized)幅值的物理量。这样，由于测得的输电线路的电特性用归一化物理量表示，因此本发明的匹配方法可以降低对增益系数的过分依赖，这将在下面予以描述，并且能够围绕匹配点进行精细控制。因此，该匹配方法可以有助于克服上面提到的传统技术的局限性。下面将更加详细地描述这些技术效果。根据本发明的一个实施例，特征向量可以由输电线路的反射系数Su来定义。众所周知，输电线路的反射系数Sn能够通过输电线路的特征阻抗Z。和输电线路输入端的阻抗(即输入阻抗Z)来定义，如下面的方程l所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>反射系数Su的幅值(即sHSul)是o和i之间的值(此处，输电线路的输入阻抗Z表示在输入端Ni和N2测得的包括匹配系统和负载的系统的阻抗)。另一方面，如上所述，匹配系统104可以包括至少两个可变电抗元件。这种情况下，为了明确地确定每个可变电抗元件的电抗，特征向量需要是至少包括两个元素的物理量。例如，特征向量Q可以通过使用二维向量来定义，所述二维向量包括作为其元素的反射系数的实部Re(S^和虚部Im{S}，如方程2所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>分析坐标系统的选择如上所述，分析坐标系统被选择用来表示预定相位空间，所述预定相位空间在数量上将匹配系统的电特性和输电线路的电特性联系起来。这样，分析坐标系统的坐标选自与输电线路的电特性相关的物理量，并且输电线路的电特性被表示为分析坐标系统的一个选定点。根据本发明的一个实施例，分析坐标系统的坐标(以下称为分析坐标)可以表示为构成匹配系统的可变电抗元件的电特性(例如电抗)的函数，并且表示输电线路的测得电特性的特征向量能够表示为分析坐标系统的一个点。另一方面，分析坐标系统可以被选择用于单射映射匹配系统的电特性和输电线路的电特性之间的数量关系(这里，本发明中的"单射映射"的含义将参照图17和图18作更详细的描述)。为了使单射映射成为可能，分析坐标系统的坐标可以是通过预定的变换矩阵T将匹配系统的可测电特性(例如电抗)转换而获得的物理量。例如，分析坐标G能够通过预定的变换矩阵T和预定的设备向量X的内积获得，如下面的方程3所示G=7T这里，可以选择变换矩阵T和设备向量X以满足与单射映射相关的分析坐标的技术要求。这种选择取决于匹配系统的类型。更具体地，设备向量X包括作为其元素的与构成匹配系统的可变电抗元件的各个电特性相关的物理量，并且可以根据匹配系统的类型加以选择。因此，分析坐标G还可以根据匹配系统的类型选择。更具体地，匹配系统可以包括两个可变电抗元件。在这种情况下，如下面的方程4所示，分析坐标G冴卩G2能够通过物理量Xi、X2和2X2方阵T的内积获得。物理量X,和X2与可变电抗元件的各个电特性相关。根据本发明，变换矩阵T的元素au、a12、&21和&22是选自-1到1之间的值。[方程4]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>《Z,=C,.图17和图18是用于表示本发明一个实施例的位移向量提取的分析坐标系统的图示。更具体地，该实施例与包括两个可变电容器的L型匹配系统相关，并且分析坐标系统的坐标也是通过上面的方程4和5转换可变电容器的电容获得的物理量。在此，如方程2所示，特征向量的元素可以通过输电线路的反射系数的实部和虚部选择。图17表示了映射到分析坐标系统的特征向量的一个元素(即反射系数的实部)。图18表示了映射到分析坐标系统的特征向量的一个元素(即反射系数的虚部)。而且，图17和图18的各自实线是等值线(以下称为匹配线)，所述等值线表示满足Re(S^Ol和Im(S^O)条件的特征向量的位置。在这方面，对应于匹配状态的点(以下称为匹配点)是图17和图18的实线交叉处的点，并且该匹配点在图17和图18中用小方块表示。另一方面，对应于星号的点表示初始状态。由于分析坐标G,和G2通过方程4得出，以满足分析坐标系统的技术要求，因此在匹配线上的点能够用分析坐标系统的函数表示。也就是说，参照图17,坐标^的任意值在预定区域中对应于匹配线的一个点。类似地，参照图18,坐标G2的任意值在预定区域中对应于匹配线的一个点。术语"单射映射"的含义是匹配线的一个点对应于分析坐标之一。在这方面，如图17所示，坐标G,单射映射到特征向量的一个元素(即反射系数的实部)。同样，如图18所示，坐标G2单射映射到特征向量的其它元素(即反射系数的虚部)。通过这种单射映射，本发明的匹配方法能够在分析坐标系统的全部区域中搜索有效的匹配轨迹。也就是说，如图17和图18所示，通过这种单射映射，可以针对分析坐标系统的所有点获得有效的匹配轨迹，并且如图2所示的根据传统方法的失配区域FR没在分析坐标系统中出现。也就是说，传统方法中在确定匹配轨迹的方向时的不确定性不会出现于使用本发明的分析坐标系统的匹配轨迹分析期间。位移向量的确定操作步骤S32中的位移向量的确定包括在分析坐标系统中分析对应于输电线路的测得状态的特征向量(以下称为测得特征向量)的幅值或位置。如上面所定义的，位移矢量的幅值表示在分析坐标系统中将测得特征向量移动到匹配线所需要的坐标移动的幅值。也就是说，位移向量的长度对应于测得特征向量的位置和匹配点之间的距离。然而，由于在实际匹配过程中只有测得的电气状态的信息(即阻抗)已知，因此能够确定当前测量状态是否为匹配状态。然而，匹配点的位置不能精确确定。因此，位移向量的方向(即匹配轨迹的前进方向)能够确定，但位移向量的准确幅值不能确定。由于这些技术局限性，根据传统方法，可变电容器的电容是基于测得的阻抗幅值来确定的。然而，由于阻抗不是归一化的物理量，因此难以精确控制电容变化量。另一方面，根据本发明的一个实施例，如方程7所示，位移向量的元素能够由特征向量的元素定义，并且位移向量的这种定义还能用于克服上面提到的传统技术局限性。更详细地说，再参照图17，通过颜色的色调表示的每个点的幅值表示反射系数的实部Re(Sj的值，并且由实线表示的匹配线表示满足Re(Sn^0条件的点。另外，设有箭头B2的匹配线下方的区域(以下称为第一区)表示Re(Sj>0。此外，设有箭头B1和B3的匹配线上方的区域(以下称为第二区)表示Re(Sj<0。同样，参照图18，由实线表示的匹配线表示满足InHSnHO条件的点。另外，设有箭头B5的匹配线右侧的区域(以下称为第三区)表示Im(Sj>0的区域，并且设有箭头B4和B6的匹配线左侧的区域(以下称为第四区)表示Im(Sj<0的区域。因此，为了接近匹配点，在第一区中的坐标G2的值需要增加，并且在第二区中的坐标G2的值需要减小。而且，在第三区中的坐标值需要减小，并且在第四区中的坐标值需要增加。例如，需要减小坐标值G,和G2，使得表示为星号的初始状态能够接近匹配点。因此，如果坐标G,和G2的值中的变化量dG^卩dG2分别通过-IidSiJ和Re(Sj定义，接近匹配点的上述条件就能够满足。根据本发明的一个实施例，基于上述事实，位移向量dG的元素dG,和dG2能够用方程7定义(然而，下面的方程7只是定义位移向量的方法的一个例子，并且根据另一个实施例，对位移向量的这种定义能够基于匹配系统的类型和选定的分析坐标系统的种类作各种变化)。「方禾口7]pG0=nj-imte,r|根据方程l,当接近匹配点时，输电线路的反射系数的大小接近O。这里，由于位移向量dG的元素和反射系数Su的元素具有由方程7获得的数量关系，因此该实施例的匹配方法能够搜索到快速收敛到匹配点的轨迹。也就是说，根据本发明，当测得的特征向量的位置和匹配点之间的距离增加时，反射系数增加。因此，位移向量dG的幅值也增加。这使得匹配轨迹向匹配点快速接近。而且，当测得的特征向量的位置在匹配点附近时，反射系数较小，因而使得位移向量dG具有小的幅值。另外，这使得匹配轨迹在匹配点附近可以受到精确的控制。因此，可以避免由图4所示的匹配时间延迟和由图6图示的游荡问题。而且，如上所述，由于坐标G,和G2被转换以满足单射映射的条件，因此根据图2所描述的传统方法，与坐标移动方向的选择相关的不确定性不会在本发明中出现。另一方面，如上所述，当匹配系统是包括可变电容器的倒L型时，坐标Gi的微分可以是反射系数虚部的负数，并且坐标G2的微分可以是反射系数实部的负数(即，(dG1;dG2)=(-Q2;-Q》=(-Im{Sn};-Re{S}))。而且，当匹配系统是T型时，位移向量可以与倒L型的位移向量相同，并且当匹配是系统是^型时，位移向量可以与L型的位移向量相同。控制参数的确定根据本发明，位移向量dG是在分析坐标系统中用于转换可变电抗元件的电抗或导纳的物理量以用于分析。因此，为了控制匹配系统，需要一个将位移向量转换成构成匹配系统的元件的电特性的幅值(即可变电抗元件的电抗)或者相关物理量的步骤。操作步骤S33中位移向量dG到控制参数的转换对应于上述转换步骤。这样，根据本发明的一个实施例，操作步骤S33可以包括在操作步骤S331中将位移向量dG逆变换成约化设备向量dX'，并且包括在操作步骤S332中将约化设备向量dX'转换成控制可变电抗元件的驱动的驱动向量V，所述约化设备向量dX'具有可变电抗元件的可变物理量的维数。当考虑通过方程3和4的变换矩阵获得的分析坐标^和G2时，约化设备向量dX'可以通过变换矩阵的逆矩阵T—和位移向量dG的内积获得，如下面的方程8和9所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>另一方面，如果匹配系统是包括可变电容器作为可变电抗元件的L型，则约化设备向量dX'能够通过方程5用下面的方程10表示，并且如果匹配系统是倒L型，则约化设备向量dX'能够通过方程6用下面的方程11表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>[方程ll]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>根据本发明的一个实施例，可变电抗元件的电抗可以通过预定的驱动电机的旋转控制。在这种情况下，驱动向量V可以将用于驱动电机的数控的值作为其元素，并且其幅值和物理维数可以根据数控方法和驱动电机的种类而变化。例如，驱动向量V可以通过约化设备向量dX'和预定数控系数M的标积获得，如方程12所示f"广'"'、<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>这里，V,和V2表示输入的控制参数，以驱动分别与第一和第二可变电容器连接的驱动电机。此外，数控系数M可以是数控的归一化大小(例如，操作电机的标准速度)，并且约化设备向量dX'被选择为与驱动向量V具有相同的维数。另一方面，由方程5和6的定义，约化设备向量dX'具有电抗或导纳的维数。因此，为了实际控制可变电抗元件，可能还需要一个步骤将约化设备向量dX'转换成基本物理量(例如电容或电感)。也就是说，当匹配系统是L型时，如方程10所示，由于约化设备向量dX'具有不同于电容的维数，因此驱动向量V通过方程10将约化设备向量dX'转换成电容的维数。这种情况下，数控系数M能够通过方程10表示为可变电容器的当前电容Ci的函数。然而，如果匹配系统是倒L型，如方程ll所给出的，由于约化设备向量dX'具有与电容相同的维数，因此不需要另外的转换步骤。另一方面，根据上述方程7和9，方程12也能够用下面的方程13表示。也就是说，根据该实施例，匹配系统中第一和第二可变电容器的变化量(即与第一和第二可变电容器连接的驱动电机的旋转)由反射系数(更具体地是反射系数的实部和虚部的幅值)确定。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>操作步骤S40中匹配系统的控制包括通过使用驱动向量V调节构成匹配系统的可变电抗元件的电抗。根据本发明的变化实施例，如果驱动向量V的至少一个元素大于在实际驱动电机中能够驱动的最大速度V,，则还需要一个重新调整的步骤以保持匹配轨迹的方向。在所述重新调整步骤中，如果驱动向量V的一个元素大于最大速度V^，则该元素就被设定为最大速度V,,并且另一个元素被减小到如下所述的速度。<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>匹配状态测试图19和图20是本发明变化实施例的匹配方法的流程图。该实施例还包括在操作步骤S20的电特性的测量后，在操作步骤S22中进行匹配状态的测试，以确定匹配系统是否处于容许匹配状态。除了在操作步骤S22中进行匹配状态测试以外，该实施例与上面提到的实施例相同。因此，为简洁起见将省略对其重叠部分的描述。参照图19和图20，在操作步骤S20的电特性的测量之后，还在操作步骤S22中进行匹配状态的测试，以确定匹配系统是否处于容许匹配状态。在该操作步骤S22中，如果匹配系统不处于容许匹配状态，则操作步骤S30中的控制参数的提取以及操作步骤S40中的匹配系统的控制按照上述实施例的方法那样进行。而且，在该操作步骤S22中，如果匹配系统处于容许匹配状态，则测量输电线路的电特性，而不进行操作步骤S30中的控制参数的提取和操作步骤S40中的匹配系统的控制。由于在操作步骤S22中进行该匹配状态测试，因此达到匹配状态的匹配系统就不会被不必要地干扰。另一方面，根据本发明的一个实施例，该实施例还可以包括在操作步骤S23中评估匹配参数的设定值是否适当，并且如果评估结果为否，则在操作步骤S24修改一部分匹配参数。操作步骤S23中对设定值的评估可以包括判断从操作步骤S10中的输电线路电特性的测量到操作步骤S40中的系统的控制的一个周期过程是否以预定的次数n重复。即使一个循环过程以预定的次数n重复，当电气装置100没有达到匹配状态时，也在操作步骤S24中进行匹配参数的修改。在操作步骤S24中被修改的匹配参数和在匹配参数的修改过程中的修改方法的种类将在下面作详细描述。匹配状态参数24另一方面，根据本发明，在操作步骤S22中匹配测试的进行可以通过使用由下面的方程14所定义的状态参数P(或者驻波比(SWR))完成1一ib其中S表示输电线路的反射系数Su的幅值(即绝对值)。根据这个定义，当状态参数P匹配时(即Si)，它为单位值l，并且当状态参数P极度失配时(即S二1),它有无穷大的值。另外，如图21所示，状态参数P的变化率在靠近匹配状态的区域LR中较小，但在远离匹配状态的区域HR中急剧增加。也就是说，如果匹配状态是基于由方程14所定义的状态参数而不是阻抗本身确定，则围绕匹配点的匹配状态就能够更精确地确定。根据本发明的一个实施例，在操作步骤S22进行匹配状态测试可以包括用状态参数的最小容许值Pi(以下称为最小级)和状态参数的最大容许值P2(以下称为最大级)对比先前操作步骤的状态参数P.(以下称为先前参数)和当前状态参数P。(以下称为当前参数)。更具体地，参照表2和图22，如果当前参数。小于或等于最小级？1(即情形I)，则不管先前参数P一如何，就被判断为匹配状态。此外，如果当前参数P。处于最小级Pi和最大级P2之间，并且先前参数P—小于或等于最小级Pi(即情形n)，则确定为是匹配状态。如果当前参数P。在最小级P!和最大级P2之间，并且先前参数P一大于最小级Pi(即情形in)，则被判断为失配状态。另外，为使整个系统成为匹配状态，在操作步骤S30中进行控制参数的提取并在操作步骤S40中进行匹配系统的控制。另外，如果当前参数P。大于或等于最大级P2(即情形IV)，则不管先前参数PjJ卩何，就被判断为失配状态。为了使电气装置100处于匹配状态，在操作步骤S30中进行控制参数的提取并在操作步骤S40中进行匹配系统的控制。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>如上所述，如果匹配状态测试基于状态参数的最小容许值p,和最大容许值P2进行，能够使不必要的匹配状态变化最小化，从而能够获得精确且有效的匹配特征。旋转矩阵根据本发明的一个实施例，如方程15所示，特征向量Q能够通过预定的旋转矩阵R将反射系数的实部Re(Sj和虚部(Im(Sj)旋转所获得的物理量来选择fcos6>-sin0YRe{sii})"1、"sin0cos0夕乂在此，旋转矩阵R的角e可以是-9(T和90°之间的值。根据本发明的一个实施例，在操作步骤sio的匹配参数的设定过程中，旋转矩阵R的角e可以设为0。。另一方面，如果电气装置100基于第一选定角通过匹配状态的进行没有在预定次数内达到匹配状态，则旋转矩阵R的角e在操作步骤S24的匹配参数变化过程中可以变成-9(T和90°之间的一个值。旋转矩阵R的角度变化提供了输电线路的延长效应。旋转矩阵R的角度变化不改变反射系数的绝对值，而是只改变其相位值。因此，旋转矩阵R的角度变化是一个改变匹配参数的方法，可以选择该方法以防止匹配失败，并且改变匹配轨迹。增益系数根据本发明的一个实施例，如方程16所示，驱动向量V能够通过数控系数M、约化设备向量dX'和增益系数g的标积获得。在此，增益系数g可以是如方程17所定义的标准增益系数g。和第一增益系数gi的乘积。F=M'g'Wg=g。-gl标准增益系数g。可以是常数，该常数是增益系数g的标准大小。此外，第一增益系数g,被设定为使得驱动向量V的幅值相对于测得的特征向量具有动态关联。也就是说，第一增益系数gi是依赖于测得特征向量的变量，并且当分析坐标系统中匹配所需要的坐标移动的幅值(即位移向量的幅值)较大时，第一增益系数g^皮定义成具有较大的值。根据本发明的一个实施例，第一增益系数g,由下面的方程18给出。5*附<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>这里，S表示反射系数的幅值。这里，gmax、gin、S。和m是通过考虑诸如匹配系统的物理/电气特征等环境因素而确定的匹配参数，并且如上所述，这些匹配参数能够在操作步骤S24的匹配参数的修改过程中改变。更具体地，g^和g^分别表示第一增益系数的最大值和最小值。S。表示第一增益系数的标准值。此外，m是确定第一增益系数值的特征参数，并且也能够在操作步骤S24的匹配参数的修改过程中由用户或计算机修改。另外，上面的方程18只是定义第一增益系数^的方法的一个例子，并且也能够通过其它各种方法定义。图23是表示本发明的一个实施例的增益系数(具体是第一增益系数gl)和反射系数的幅值S之间的关系的曲线图。根据该实施例，第一增益系数gi由方程18定义，并且在这种情况下，gMX、g^和S。的值分别为l、0.2和O.5。参照图23，第一增益系数g,在反射系数的幅值S较小的区域MR中具有接近g^的值，并且在在反射系数的量值S较大的区域UMR中具有接近g自的值。电气装置100接近匹配状态的程度(即匹配程度)与反射系数的幅值S成反比。因此，参照方程16和18，如图23所定义的第一增益系数gi在匹配程度较低时用于增加驱动向量v的幅值，并且还在匹配程度较髙时用于减小驱动向量V的幅值。也就是说，第一增益系数g,能够在匹配程度较高时(即匹配点附近)精确地控制匹配轨迹，并且在匹配程度较低时使匹配轨迹在短时间内向匹配点附近移动。第一增益系数gi的这些作用用于进一步增强由方程7所定义的位移向量所获得的技术效果。另一方面，根据本发明的另一个实施例，如下面的方程19所定义的增益系数g是标准增益系数g。和第二增益系数g2的乘积，或者是如下面的方程20所定义的标准增益系数g。、第一增益系数g,和第二增益系数g2的乘积。g=g。-g2[方程20]g=g。.g,.g2第二增益系数g2可以定义为在需要改变匹配轨迹的情况下防止匹配失败。例如，在至少一个可变电抗元件中的电抗或导纳达到可行(feasible)极值时，需要改变匹配轨迹从而防止匹配失败。第二增益系数g2能够被定义为使该匹配轨迹改变。根据本发明的一个实施例，不必改变匹配轨迹的正常情况设为+1,而需要改变匹配轨迹的异常情况设为-l。g2==&=-1(异常)另一方面，在以预定条件所限定的特定程度将匹配轨迹改变以后，第二增益系数g2可以再次设定为+l，从而进行正常匹配步骤。这里，用于恢复第二增益系数g2的条件如果必要可以进行多种定义。例如，在预定的次数内将第二增益系数g2定义为-l的条件下进行匹配步骤以后，上述正常匹配步骤可以在第二增益系数g2被定义为+l的条件下进行。图24和图25是表示根据本发明的实施例的阻抗匹配结果的图示。如上所述，根据这些实施例的阻抗匹配是通过分析坐标系统进行的。然而，为了对比该方法和传统方法，本实施例的阻抗匹配轨迹用类似于图2的图24和图25的电容空间表示。参照图24和图25，这些实施例中的初始状态(指图24的右下部和图25的左下部的星号)对应于两个可变电容器具有可行极值的情况。当从这些初始状态开始时，匹配系统根据传统方法是不能达到匹配状态的。然而，即使在极限初始状态下，如图24和图25所示，本发明的匹配方法能够使匹配系统处于匹配点以内。也就是说，本发明的匹配方法对初始状态的依赖性更小。特别地，如图25所示，本发明的匹配方法在右下部的转折点T上改变匹配轨迹的方向，从而即使首先选择了迷失的匹配路径也能达到匹配状态。上述参数的改变(具体是第二增益系数g2的改变)用于改变该匹配轨迹的方向。图26是根据本发明一个实施例表示阻抗匹配结果的图示。参照图26,本发明的匹配方法生成的匹配轨迹可以从匹配点附近稳定地到达匹配点而不出现传统方法的螺旋匹配轨迹或者游荡的问题。也就是说，本发明的匹配方法提供了围绕匹配点的改进的匹配收敛性和增强的匹配特征。脉冲模式的匹配方法根据本发明的一个实施例的匹配方法可工作在慢脉冲模式或快脉冲模式。在慢脉冲模式中，脉冲频率低于约500Hz，在快脉冲模式中，脉冲频率高于约500Hz。图32是根据本发明的一个实施例的脉冲模式匹配方法的流程图。在本实施例中，将CW模式的传统匹配方法应用于本发明的脉冲匹配方法。本实施例还包括，如果测量电特性之后电源工作于脉冲模式，则确定为脉冲模式。除了脉冲模式的确定以外，由于本实施例与图16的相同，所以其重叠部分将被省略。参照图32，在操作步骤S120中测量电特性还可包括在操作步骤S120测量电特性之前在操作步骤S112去除噪声，在操作步骤S121中计算输电线路的阻抗，以及在操作步骤S122中计算前向功率P—AVG。在操作步骤S112中可使用带通滤波器或锁定检测器去除噪声。例如，锁定检测器可仅提取电源的驱动频率分量。在操作步骤S122中计算前向功率(或入射功率)P一AVG可使用电特性(例如电流、电压及相位)计算。如果使用电特性计算出了前向功率P一AVG，则可根据前向功率P一AVG是大于还是小于阈29值功率P一th而产生功率触发信号P一TRIG。阈值功率Pjh可设为入射功率的百分之几。因此，匹配系统可独立于电源而工作。在操作步骤S130中脉冲模式的确定可包括在操作步骤S131中确定是否为接通时间，在操作步骤S132中确定脉冲周期，以及在操作步骤S133中确定快脉冲模式与慢脉冲模式。在操作步骤S131中是否为接通时间的判断确定前向功率是否大于阈值功率或功率触发信号P—TRIG是否为高(即接通时间)。如果是接通时间，则在操作步骤S140中进行匹配状态的检测以确定匹配系统是否处于容许的状态。如果在操作步骤S140中匹配状态的检测期间匹配系统不处于容许状态，则在操作步骤S150中提取控制参数并在操作步骤S160中进行匹配系统的控制。此外，如果在操作步骤S140中匹配状态的检测期间匹配系统处于容许状态，则在操作步骤S112中去除噪声并在操作步骤S120中进行输电线路的电特性的测量，而无需在操作步骤S150中提取控制参数并在操作步骤S160中控制匹配系统。操作步骤S150中控制参数的提取包括在S150a中根据阻抗的幅值是否大于特定阻抗(通常约为50ohm)而提取控制参数，以及根据阻抗的相位是否大于0°而提取控制参数。在操作步骤S150中控制参数的提取可以有所变化。在操作步骤S130中脉冲模式的确定可包括操作步骤S132中的脉冲周期的确定。当前向功率大于阈值功率时，可通过功率触发信号P一TRIG输出"高"或电源触发信号RFJTRIG而计算出脉冲周期。根据脉冲周期，在操作步骤S133中分成快脉冲模式与慢脉冲模式。根据每个脉冲模式，可设置控制参数。控制参数用于在关断时间期间控制匹配系统。根据本发明的变化实施例，可从外部设置快脉冲模式与慢脉冲模式。如果为快脉冲模式，匹配系统在关断时间期间使用先前接通状态的控制参数工作。例如，控制参数是控制构成匹配系统的可变电抗装置的变量。控制参数是用于调整可变电抗装置的阻抗的电机控制装置的输入变量。如果是快脉冲模式，电机在关断时间期间运转从而可避免因频繁地工作和停止而引起的电机的耐用性恶化的问题并可提高电机的可靠性。此外，由于脉冲周期短而使接通时间与下一次接通时间之间的匹配条件偏离不大，故控制参数差异不大。因此，匹配条件可在更短时间内30实现。另一方面，如果为慢脉冲模式，匹配系统被控制处于空闲状态。例如，控制匹配系统的控制参数以便维持可变电抗装置的值。在慢脉冲模式中，电机可在关断时间期间停转。在关断时间期间，匹配系统中的可变电抗装置的值不显著偏离匹配点。在操作步骤S134判断电源在临界关断时间CJDFF一T期间是否处于关断时间状态。临界关断时间C一OFFJT可设为大约2秒。如果关断时间状态超过临界关断时间C—OFF一T，则电源可连续地看作关断。g卩，匹配系统可变换到预设状态。预设状态是当电源不供电时匹配系统的状态。在操作步骤S135中，控制参数设置为预设状态，并因此控制匹配系统。图33是根据本发明的一个实施例的脉冲模式匹配方法的流程图。其中省略了重叠部分的说明。如果是接通时间，在操作步骤S140中执行匹配状态的测试以便确定匹配系统是否处于容许状态。如果在操作步骤S140中匹配系统不在容许状态，则在操作步骤S150中进行控制参数的提取并在操作步骤S160中进行匹配系统的控制。此外，如果在操作步骤S140中匹配系统处于容许状态，则在操作步骤S112中进行噪声的去除并在操作步骤S120中进行输电线路的电特性的测量，而无需在操作步骤S150中提取控制参数并在操作步骤S160中控制匹配系统。在操作步骤S150中电气参数的提取可包括在操作步骤S151中将输电线路的电特性转换为归一化特征向量，在操作步骤S152中通过在分析坐标中分析特征向量而提取位移向量，以及在操作步骤S153中将位移向量转换为控制参数。操作步骤S153中位移向量向控制参数的转换可包括在操作步骤S1531中将位移向量转换为约化设备向量以及在操作步骤S1532中将该约化设备向量转换为驱动向量。图34是根据本发明的一个实施例的快模式脉冲匹配方法的时序图。输电线路的电压RF—V随着时间流逝而周期性地接通/关断。因此，入射功率(或前向功率P一AVG)随着电源接通而增加，随着电源关断而降低。当入射功率大于阈值功率P一th时，产生功率触发信号P一TRIG。如果入射功率大于阈值功率P一th，则产生用于驱动匹配系统的电机的控制参数CP。在接通时间期间，控制参数CP在达到匹配状态前可根据阻抗或反射系数随着时间流逝而变化。在关断时间期间，控制参数CP继续保持接通时间的控制参数的最后的值。因此，匹配系统的电机连续运转。当通过测试达到匹配状态(MAT-1)时，则控制参数CP复位。从而电机停转。图35是根据本发明的一个实施例的快模式脉冲匹配方法的时序图。输电线路的电压RF—V随着时间流逝而周期性地接通/关断。因此，入射功率(或前向功率P一AVG)随着电源接通而增加，随着电源关断而减少。电源输出与其接通/关断同步的电源触发信号RF一TRIG。通过电源触发信号RF一TRIG,可识别出电源的脉冲周期与接通/关断间隔。在快脉冲模式的关断时间期间，控制参数CP保持与先前接通状态的控制参数相同的值。如果通过测试达到匹配状态(MAT4)，则控制参数CP复位。从而电机停转。图36是根据本发明的一个实施例的快模式脉冲匹配方法的时序图。参照图36，输电线路的电压RF—V随着时间流逝而周期性地接通/关断。因此，入射功率(或前向功率？_八丫0)随着电源接通而增加，随着电源关断而减少。于是，输入功率(或前向功率P-AVG)在RF电源接通时增加而在RF电源关断时减少。如果入射功率大于阈值功率PJh，则产生功率触发信号P一TRIG。如果关断时间状态保持的时间大于临界关断时间C一OFFJT，则可认为电源连续地处于关断状态。于是，设置控制参数为预设状态。临界关断时间可以是大约2秒。图37是根据本发明的一个实施例的快模式脉冲匹配方法的时序图。参照图37，在输电线路随着时间流逝而周期性地接通/关断之前的CW时间期间，电源可工作于CW模式。入射功率(或前向功率P一AVG)随着电源接通而增加，随着电源关断而减少。如果输入功率大于阈值功率P一th，则产生功率触发信号P一TRIG。在CW时间中，匹配系统可能达到也可能达不到匹配状态。例如，如果在CW时间中未达到匹配状态，控制参数CP可改变为脉冲模式状态。在CW模式之后，如果电源工作于脉冲模式，则当通过快模式达到匹配状态(MAT4)时，控制参数CP复位。另一方面，如果电源在达到匹配状态(MAT-1)后随着时间流逝而偏离匹配状态，则改变控制参数以重新达到匹配状态。S卩，当电源达到匹配状态之后，即使由于特性改变而偏离了匹配状态，也能重新达到匹配状态。图38根据本发明的一个实施例的慢模式脉冲匹配方法的时序图。参照图38，输电线路的电压RF一V随着时间的流逝而周期性地接通/关断。因此，入射功率(或前向功率P—AVG)随着电源接通而增加，随着电源关断而减少。当输入功率大于阈值功率Pjh时，产生功率触发信号PJTRIG。当平均输入功率大于阈值功率Pjh时，则产生用于驱动匹配系统的电机的控制参数CP。一旦控制参数CP被输入至电机驱动系统中，电机就运转。在达到匹配状态(MAT-1)之前，接通时间状态的控制参数随着时间的流逝根据阻抗或反射系数而改变。在关断时间状态中，控制参数CP复位。因此，匹配系统的电机停转。另一方面，如果通过测试达到匹配状态(MAT-1)，则控制参数CP复位。从而，电机停转。匹配系统图27是本发明的匹配系统的视图。更详细地，图27是用于进一步描述图7所示的电气装置100的匹配系统。参照图7和图27，本发明的匹配系统104包括执行每个匹配操作步骤的处理单元200，以及可变电抗元件301和302。匹配系统104还可以包括测量输电线路103的电特性的传感器141。为了匹配电气装置100的阻抗，可变电抗元件301和302可以变化地控制电气装置100的电抗。例如，可变电容器或可变电感器可以作为可变电抗元件301和302使用。此外，如上所述，除可变电抗元件301和302外，匹配系统104还可以包括提供固定电抗的无源元件。根据本发明的一个实施例，匹配系统104可以是使用可变电容器作为可变电抗元件的L型(如图8所示)。就功能方面而言，处理单元200包括测量结果分析单元201、特征向量提取单元202、位移向量提取单元203和驱动向量提取单元204。从形式方面来讲，处理单元200可以包括实现功能部件201、202、203和204的功能的一个芯片或一个电子板。根据本发明的另一个实施例，从形式方面而言，处理单元200可以是计算机，该计算机安装有实现功能部件201、202、203和204的功能的软件。测量结果分析单元201被配置用于分析由传感器141测得的输电线路103的电特性，从而生成输出信息，所述输出信息用作特征向量提取单元202的输入信息。测量结果分析单元201的输出信息可以是输电线路103的复阻抗和复反射系数。传感器M1测得的输电线路103的电特性可以是输电线路103的电流、电压以及二者之间的相位差。特征向量提取单元202被配置为实现如图16、图19和图20中的操作步骤S31的从输电线路的测得电特性到归一化特征向量Q的转换。这样，测量结果分析单元201的输出信息被作为特征向量提取单元202的输入信息使用。而且，特征向量Q包括至少两个独立物理量，所述独立物理量与输电线路的电特性相关并且将归一化幅值作为其元素。根据本发明的一个实施例，如上述的特征向量的选择部分并如方程2所示，特征向量Q可以定义为二维向量，所述二维向量的元素包括反射系数的实部Re(Sj和虚部lm(S丄位移向量提取单元203被配置为实现如图16、图19和图20中的操作步骤S32的位移向量dG的提取，位移向量dG是在分析坐标系统中通过分析特征向量Q提取的。这样，特征向量提取单元202的输出信息被用作位移向量提取单元203的输入信息。根据本发明的一个实施例，如上述位移向量的确定部分所述并如方程7所示，位移向量dG可以定义为包括反射系数的虚部(-Im(Sj)和实部Re(Sj作为其元素的二维向量。另一方面，通过对比方程2和方程7，除了元素位置颠倒和符号改变以外，特征向量Q和位移向量dG相同。因此，特征向量Q和位移向量dG能够在实现上述匹配过程的匹配系统中，通过基本相同的过程和相同的处理单元获得。如参照图19和图20所述，驱动向量提取单元204被配置为实现操作步骤S331中的从位移向量dG向约化设备向量dX'的转换，并实现操作步骤S332中的从约化设备向量dX'向驱动向量V的转换。如方程8和方程9所示，在操作步骤S331中从位移向量dG向约化设备向量dX'的转换包括通过预定矩阵(即变换矩阵的逆矩阵T—。使位移向34量dG转换。这里，变换矩阵T提供了在预定分析坐标系统中处理特征向量Q的相位空间，并且还能够按照上面的分析坐标系统的选择部分中所描述的方法得出。也就是说，分析坐标系统被选择用于表示预定的相位空间，所述预定相位空间在数量上将匹配系统的电特性和输电线路的电特性联系起来。这样，分析坐标系统的坐标选自与匹配系统的电特性相关的物理量，并且输电线路的电特性表示为分析坐标系统的选定坐标中的一个点。根据本发明的一个实施例，分析坐标系统的坐标(以下称为分析坐标)能够用构成匹配系统的可变电抗元件的电抗或导纳的函数表示，并且特征向量Q能够表示为电抗空间或导纳空间中的一个点，并可以用上述相同步骤求出。分析坐标系统被选择用于单射映射匹配系统的电特性和输电线路的电特性之间的数量关系。如方程12或16所示，操作步骤S332的从约化设备向量dX'向驱动向量V的转换能够由数控系数M和约化设备向量dX'的标积获得，或者由控制系数M、约化设备向量dX'和增益系数g的标积获得。在此，增益系数g可以是方程17、19或20中定义的值。处理单元200还包括控制器205、1/0信号处理单元206和数据存储器207。1/0信号处理单元206被配置用于处理控制可变电抗元件301和302的数控信号。例如，1/0信号处理单元206可以包括各种传统I/0接口中的一种(包括诸如RS232C的串口或诸如centronics接口的并口)。数控信号包括驱动向量V本身或由驱动向量V产生的信息。数据存储器207用于临时存储在生成数控信号的一系列步骤中所使用的匹配参数以及在所述步骤中所产生的信息。这样，数据存储器207可以是诸如闪存的半导体存储芯片或硬盘。控制器205被配置成控制测量结果分析单元201、特征向量提取单元204、1/0信号处理单元206和数据存储器207的操作。除此之外，控制器205可以被配置成控制它们之间的信息交换以及可变电抗元件301和302的操作。另外，处理单元200还可以包括至少一个辅助单元，所示辅助单元被配置成完成如图19所示的操作步骤S22和S23中的匹配状态测试以及操作步骤S24中匹配参数的修改。更详细地，该辅助单元可以被配置为进行用于匹配状态测试的状态参数的计算、匹配参数合适度的评估、旋转矩阵角度的变化和增益系数的变化。构成匹配系统104或处理单元200的元件被配置用于实现根据本发明的上述匹配方法中的一种方法。然而，该结构并不限于如图27所示的实施例，并且能够进行各种修改。脉冲匹配系统图39是根据本发明的匹配系统的视图。参照图39，根据本发明的匹配系统104包括用于执行上述匹配操作的处理单元200和可变电抗装置301与302。匹配系统104还可包括用于测量输电线路103的电特性的传感单元141。电源102可工作于脉冲模式。可变电抗装置301与302可以是用于可变地控制其电抗以匹配电气装置100的阻抗的装置。例如，可变电容器与可变电感器可用作可变电抗装置。如上所述，匹配系统104除了可变电抗装置301与302以外，还可包括用于提供固定电抗的无源装置。可变电抗装置301与302可包括用于改变其值的电机与电机控制系统。根据本发明的一个实施例，匹配系统104可以是使用可变电容器作为可变电抗装置的L型(参照图8)。就功能方面而言，处理单元200可包括噪声去除单元210、测量结果分析单元201，脉冲模式处理单元211以及控制参数提取单元212。在结构性方面，处理单元200可包括至少一个被制造用于执行上述单元210、201、211与212的功能的芯片或电子板。根据本发明的另一个实施例，从结构方面来说，处理单元200可以是安装于计算机中用于执行上述单元210、201、211与212的功能的软件。测量结果分析单元201配置用于分析由传感单元141测得的输电线路103的电特性，并随后产生输出信息用作控制参数提取单元212的输入信息。测量结果分析单元201的输出信息可包括复阻抗、复反射系数以及输电线路103的入射功率P-AVG。由传感单元141测得的输电线路103的电特性可以是输电线路103的电流、电压以及二者之间的相位差。噪声去除单元210可使用带通滤波器或锁定检测器。例如，锁定检测器可以仅提取电源的驱动频率分量。36根据本发明的一个实施例，控制参数提取单元212可包括特征向量提取单元、位移向量提取单元以及驱动向量提取单元。根据本发明的另一个实施例，控制参数提取单元212可以是用于如图32中所示的通过阻抗的绝对值或相位而提取控制参数的装置。处理单元200还可包括控制器205、输入/输出(1/0)信号处理单元206以及数据存储器207。1/O信号处理单元206配置用于处理控制可变电抗装置301和302的数值控制信号。例如，1/0信号处理单元可包括各种1/0接口之一(包括诸如RS232C的串口或诸如centronics接口的并口)。数值控制信号可包括驱动信号V或控制参数本身，或从它们产生的信息。数据存储器207临时存储在产生数值控制信号的一系列步骤中所使用的匹配参数以及在所述步骤中所产生的信息。这样，数据存储器207可以是诸如闪存的半导体存储芯片或硬盘。控制器205被配置用于控制测量结果分析单元201、脉冲模式处理单元211、控制参数提取单元212、1/0信号处理单元206和数据存储器207的操作。此外，控制器205可以被配置用于控制它们之间的信息交换以及可变电抗元件301和302的操作。图40是根据本发明的匹配系统的视图。参照图40，根据本发明的匹配系统可包括与一个负载101连接的第一匹配系统104a与第二匹配系统104b。连接于匹配系统104a与104b的电源的频率可以各不相同。此外，每个电源可工作于脉冲模式与CW模式中的至少一种模式。将省略每个匹配系统的重叠部分的描述。图41是根据本发明的匹配系统的视图。参照图40，根据本发明的匹配系统可包括与一个负载101a连接的第一匹配系统104a以及与一个负载101b连接的第二匹配系统104b。连接于第一与第二匹配系统104a与104b的电源的频率可以各不相同。此外，每个电源可工作于脉冲模式与CW模式的至少之一。将省略每个匹配系统的重叠部分的描述。等离子体腔系统如图7所示，本发明的匹配系统104可以用于电气装置100的阻抗匹配，电气装置100将等离子体系统、核磁共振系统、通信系统、高频感应加热装置和输电线路中的一种作为负载ioi。下面，根据本发明的一个实施例，参照附图28对在各个应用领域中的半导体装置的制造过程所使用的等离子体腔装置进行描述。然而，包括本发明的匹配系统的电气装置并不限于上述装置。也就是说，本发明的匹配系统可以用于各种通过阻抗匹配方法或其简单变化而需要进行阻抗匹配的电气装置。图28是包括根据本发明一个实施例的阻抗匹配系统的等离子体腔装置的视图。参照图7和图28，该实施例的等离子体腔装置900包括腔室901，其提供装载半导体基底的空间；用于在腔室901中产生并控制等离子体的上电极911和下电极912;以及分别向上电极911和下电极912提供电能的上电源921和下电源922。在上电极911和上电源921之间设置有用于连接它们的上输电线路931，并且下电极912和下电源922之间设置有用于连接它们的下输电线路932。在上输电线路931和下输电线路932上分别设置有测量它们的电特性的上传感器941和下传感器942。此外，在上输电线路931和下输电线路932上分别设置有上匹配系统951和下匹配系统952，从而使施加到上电极911和下电极912上的电能最大化。另外，等离子体腔装置900还包括用于控制传感器、匹配系统和电源的控制器960。上匹配系统951和下匹配系统952中的至少一个匹配系统可以被构造为可以实现本发明的匹配方法之一。例如，上匹配系统951和下匹配系统952可以是如图27所示的包括处理单元200的匹配系统104。根据本发明的一个实施例，即使匹配系统未从RF电源接收另外的触发信号，其也能自己测量入射功率并能独立工作于脉冲模式或CW模式。因此，匹配系统可工作于几Hz和/或占空比低于大约10y。的脉冲模式中。上面公开的内容应当认为是说明性的而不是限定性的，并且所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有的修改、改进和其它实施例。因而，为使法律允许的范围最大，本发明的范围由所附权利要求及其等同物的最宽的可允许解释确定，并且不受前面的详细说明书的限制或限定。38权利要求1.一种包括电源、负载、输电线路以及匹配系统的电气装置的匹配方法，该方法包括下列步骤测量所述输电线路的电特性；确定所述电源的脉冲模式；从所述输电线路的电特性中提取用于阻抗匹配的控制参数；以及通过所述控制参数控制所述匹配系统，其中，所述匹配系统根据所述脉冲模式被有区别地控制。2.根据权利要求l所述的方法，其中，所述电源的脉冲模式的确定包括确定所述电源处于接通状态时的接通时间间隔以及所述电源处于关断状态时的关断时间间隔。3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用控制所述电源的操作的电源触发信号或者所述电特性，从而确定所述接通时间间隔与所述关断时间间隔。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电源的脉冲模式的确定还包括确定由所述电源从第i个接通状态变换到第i+l个接通状态的间隔所定义的脉冲周期，其中，通过根据所述脉冲周期而有区别地设置所述控制参数以控制所述匹配系统。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述电源的脉冲模式的确定还包括当所述脉冲周期大于预定时间时将所述脉冲模式确定为慢脉冲模式以及当所述脉冲周期小于预定时间时将所述脉冲模式确定为快脉冲模式，其中，通过根据所述电源的脉冲模式而有区别地设置所述控制参数以控制所述匹配系统。6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述脉冲模式为慢脉冲模式时，所述电源使得所述匹配系统在所述关断时间间隔期间处于空闲状态。7.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述脉冲模式为快脉冲模式时，所述电源在所述关断时间间隔期间通过所述控制参数控制所述匹配系统。8.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述电源的关断时间间隔的持续时间大于临界关断时间，则所述匹配系统通过将所述控制参数设置为预设状态而被控制。9.根据权利要求l所述的方法，其中，所述电源的脉冲模式的确定还包括在确定所述电源的脉冲模式之前进行预定时间的连续波模式。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输电线路的电特性的测量还包括去除所述输电线路的噪声。11.根据权利要求IO所述的方法，其中，使用锁定检测去除所述输电线路的噪声。12.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述输电线路的电特性中提取用于所述阻抗匹配的控制参数的方法包括将所述输电线路的电特性转换为归一化特征向量；通过在分析坐标中分析所述特征向量而提取位移向量；将所述位移向量转换为约化设备向量；以及将所述约化设备向量转换为驱动向量。13.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述输电线路的电特性中提取用于所述阻抗匹配的控制参数的方法包括通过比较阻抗的绝对值与特征阻抗而提取控制参数；以及通过比较阻抗的相位与基准值而提取控制参数。14.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述输电线路的电特性中提取用于所述阻抗匹配的控制参数的方法包括通过所述输电线路的电特性的测得阻抗计算负载阻抗；以及通过所述负载阻抗提取控制参数。15.—种包括电源、负载、输电线路以及匹配系统的电气装置的匹配装置，该装置包括传感单元，其用于测量所述输电线路的电特性；测量结果分析单元，其用于处理所述电特性；脉冲模式处理单元，其用于根据所述电源处理脉冲模式；控制参数提取单元，其用于从所述输电线路的电特性中提取用于阻抗匹配的控制参数；以及控制器，其用于根据所述脉冲模式通过所述控制参数控制所述匹配系统。16.根据权利要求15所述的匹配装置，其中，所述脉冲模式处理单元被配置用于确定所述电源处于接通状态时的接通时间间隔与所述电源处于关断状态时的关断时间间隔。17.根据权利要求16所述的匹配装置，其中，所述脉冲模式处理单元被配置用于当脉冲周期大于预定时间时将所述脉冲模式确定为慢脉冲模式，当脉冲周期小于预定时间时将所述脉冲模式确定为快脉冲模式，并根据所述电源的脉冲模式而有区别地设置控制参数。18.根据权利要求15所述的匹配装置，其中，所述测量结果分析单元还包括用于从所述输电线路的电特性中去除噪声的噪声去除单元。全文摘要本发明提供了一种阻抗匹配方法及实施该方法的匹配系统。该方法包括测量输电线路的电特性；确定电源的脉冲模式；从输电线路的电特性中提取用于阻抗匹配的控制参数；以及通过控制参数控制匹配系统，其中，根据脉冲模式对匹配系统有区别地加以控制。文档编号H02J3/00GK101436850SQ200810167390公开日2009年5月20日申请日期2008年11月14日优先权日2007年11月14日发明者李容官,李相元,金宰显申请人:株式会社普来马特