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、高频感应加热装置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"(Addison-Wesleypublisher)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、第4，557，819号、第5，187，454号、第5，585，766号、第5，621，331号、第5,689,215号美国专利和第W097247748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1是描述传统阻抗匹配方法的流程图。参照图1，传统阻抗匹配方法在动作SI中测量输电线路的电特性(例如，电流、电压和相位)，在动作S2从测得的输电线路电特性中求取控制匹配网络的控制参数，然后在动作S3通过求取的控制参数控制匹配网络。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。动作S2中控制参数的求取包括从已测得的输电线路的电流、电压和相位差中求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，传统方法导致如下各种技术局限性(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(un-normalized)的阻抗值决定，因此上面提到的局限性不能通过传统匹配方法克服。将在下面对此作详细描述。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。在这点上，图2和图3是根据传统匹配方法描述在计算用电容空间中的映射法的视图。更具体地，图2和图3是在由坐标d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视图。在这点上，图2和图3描述了当负载的阻抗是5+50j时的仿真结果。d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，Ad和AC2)分别由测得的阻抗幅值和相位决定。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d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d减小。根据此匹配方法，对应于箭头Al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，传统方法中的匹配失败区域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d，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d可能不是一一对应匹配所需要的50ohra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。这种不确定性可能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。参见图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d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。如果如下所述的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。更详细地，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)。
发明内容本发明提供了一种能够降低对初始状态依赖性的阻抗匹配方法。本发明还提供了一种具有改进的匹配收敛性的阻抗匹配方法。本发明还提供了一种围绕匹配点具有改进匹配特征的阻抗匹配方法。本发明还提供了一种对负载或传输线的阻抗具有较小依赖性的阻抗匹配方法。本发明还提供了一种具有快速且精确的匹配特征的阻抗匹配方法。本发明还提供了一种能够降低对初始状态依赖性的阻抗匹配系统。本发明还提供了一种具有改进匹配收敛性的阻抗匹配系统。本发明还提供了一种提供绕匹配点的改进的匹配特征的阻抗匹配系统。本发明还提供了一种对负载或传输线的阻抗具有较小依赖性的阻抗匹配系统。本发明还提供了一种具有快速且精确的匹配特征的阻抗匹配系统。本发明的实施例提供了包括负载、电传输线和匹配系统的电气装置的匹配方法，所述方法包括测量包括所述匹配系统和负载的所述输电线路的电特性；从所述输电线路的电特性中求取用于阻抗匹配的控制参数；以及通过使用所述控制参数控制所述匹配系统。所述控制参数的求取包括使用分析坐标系统，所述分析坐标系统在数量上将所述匹配系统的电特性和所述电传输线的电特性联系起来。在一些实施例中，所述分析坐标系统被选择用于单射映射所述匹配系统的电特性和所述输电线路的电特性之间的数量关系。在其它实施例中，所述分析坐标系统的坐标是选自与所述匹配系统的电特性相关的物理量，并且所述控制参数的求取包括通过在所述分析坐标系统中分析对应于测量的所述输电线路的电特性的点的位置和幅值，获得所述匹配系统的匹配所需要的位移向量。还是在其它实施例中，所述匹配系统包括至少两个提供可变电抗的可变电抗元件，并且所述分析坐标系统的坐标是通过预定的变换矩阵T转换所述可变电抗元件的电特性获得的物理量。还是在其它实施例中，所述变换矩阵和分析坐标系统的坐标根据所述匹配系统的类型选择，并且所述变换矩阵是使用经验数据分析、理论方法分析和计算机仿真分析中的至少一种方法得出。还是在其它实施例中，所述匹配系统是L型、倒L型、T型和；t型中的一种。如果所述匹配系统是包括可变电容器的L型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的倒L型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的兀型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择；并且如果所述匹配系统是包括可变电容器的T型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择。在进一步的实施例中，所述变换矩阵是nXm(n^2,ra》2)的矩阵，并且n和m是根据所述坐标的数目和所述可变电抗元件的数目选择。还是在进一步的实施例中，所述变换矩阵的元素从-1和1之间的数值中选择。还是在进一步的实施例中，所述输电线路电特性的测量包括测量所述输电线路的电压幅值、电流幅值以及它们之间的相位差。还是在进一步的实施例中，所述控制参数的求取包括将所述输电线路的电特性转换成具有归一化(normalized)幅值的特征向量；通过在所述分析坐标系统中分析所述特征向量获得所述匹配系统的匹配所需要的位移向量；以及将所述位移向量转换成用于控制所述匹配系统的控制参数。还是在进一步的实施例中，从所述输电线路的电特性向特征向量的转换包括从所述输电线路的电特性计算所述输电线路的输入阻抗；从所述输入阻抗计算所述输电线路的反射系数；从所述反射系数计算所述特征向量，所述特征向量表示所述输电线路的电特性。所述特征向量包括与所述输电线路的电特性相关的至少两个独立物理量作为其元素。还是在进一步的实施例中，所述特征向量是包括所述反射系数的实部和虚部作为其元素的二维向量。还是在进一步的实施例中，所述位移向量包括关于所述分析坐标系统中的坐标移动的方向和距离的信息，所述信息是所述匹配系统的匹配所需要的。还是在进一步的实施例中，所述匹配系统包括至少第一可变电抗元件和第二可变电抗元件，所述分析坐标系统是将G,和G2作为坐标的二维坐标系统，G,和G2是通过预定的变换矩阵T变换所述第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的各自电特性所获得的物理量，并且所述特征向量是包括所述输电线路的反射系数的实部和虚部作为其元素的二维向量。所述位移向量的获得包括获得G,和G2的微分。还是在进一步的实施例中，如果所述匹配系统是L型或兀型，所述坐标Gi的微分是所述反射系数的虚部的负数，所述坐标G2的微分是所述反射系数的实部的实数，并且如果所述匹配系统是倒L型或T型，所述坐标Gi的微分是所述反射系数的虚部的负数，所述坐标G2的微分是所述反射系数的实部的负数。还是在进一步的实施例中，所述匹配系统是L型、倒L型、T型和；t型中的一种，所述变换矩阵和所述分析坐标系统的坐标是根据所述匹配系统的类型选择的，并且所述变换矩阵使用经验数据分析、理论方法分析和计算机仿真分析中的至少一种方法得出。还是在进一步的实施例中，如果所述匹配系统是包括可变电容器的L型，则所述坐标Gi和G2是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的倒L型，则所述坐标Gi和G2是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的兀型，则所述坐标G,和G2是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的T型，则所述坐标Gj卩G2是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择。还是在进一步的实施例中，所述变换矩阵是2X2矩阵，并且所述变换矩阵的元素从-1和1之间的数值中选择。还是在进一步的实施例中，所述位移向量向所述控制参数的转换包括将分析坐标系统中的所述位移向量转换成构成所述匹配系统的元件的电特性的约化设备向量；通过使用所述约化设备向量计算驱动向量；以及将所述驱动向量转换成所述控制参数。还是在进一步的实施例中，所述驱动向量的计算包括使所述约化设备向量乘以标准增益和第一增益系数，所述第一增益系数被定义为当所述特征向量的幅值增加时具有较大的数值。还是在进一步的实施例中，所述驱动向量的计算还包括使第二增益系数乘以所述约化设备向量，所述第二增益系数提供了匹配轨迹的变化。还是在进一步的实施例中，当所述匹配轨迹在所述匹配系统的容许特征范围内时，所述第二增益系数是1，并且当所述匹配轨迹在所述匹配系统的容许特征范围外时，所述第二增益系数是-1。还是在进一步的实施例中，所述匹配系统包括第一可变电抗元件和第二可变电抗元件，所述第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的电抗受到第一控制电机和第二控制电机的操作控制，并且从所述驱动向量向所述控制参数的转换包括将所述驱动向量转换成至少两个控制参数，从而对所述第一控制电机和第二控制电机进行数控操作。还是在进一步的实施例中，所述控制参数是所述第一控制电机和第二控制电机的运行速度，所述运行速度是通过所述驱动向量和增益系数的乘积获得的。还是在进一步的实施例中，所述输电线路的电特性向所述特征向量的转换还包括通过使用具有预定角度参数e的旋转矩阵使所述特征向量旋转，所述旋转矩阵的预定角度参数e是选自-90。和90。之间一个数值。还是在进一步的实施例中，在所述控制参数的求取之前，所述匹配方法还包括判断所述匹配系统是否在容许匹配状态内的匹配状态测试。还是在进一步的实施例中，所述匹配状态测试的进行包括从所述输'电线路的电特性计算状态参数；评估所述状态参数是否在容许的范围内；以及如果所述状态参数在容许的范围内，再次测量所述输电线路的电特性。还是在进一步的实施例中，所述状态参数P通过下面的方程计算，P=(l+S)/(1-S)(此处，S表示所述输电线路的反射系数的绝对值)。还是在进一步的实施例中，如果所述状态参数P对应于下面的两个条件之一，可以确定所述状态参数P在容许范围内，(1)P《P(2)Pi<P<P2(此处，Pi表示所述状态参数P的最小容许值，P2表示所述状态参数P的最大容许值)。还是在进一步的实施例中，所述方法还包括重复一系列步骤，所述步骤包括所述电特性的测量、所述控制参数的求取和所述匹配系统的控制，其中所述步骤是基于求取所述控制参数和控制所述匹配系统的预定匹配参数执行。还是在进一步的实施例中，所述匹配方法还包括在各个步骤之间中改变所述匹配参数中的至少一个匹配参数。还是在进一步的实施例中，当所述输电线路以大于临界次数具有不处于匹配状态的阻抗时，所述匹配参数的改变有选择地执行。还是在进一步的实施例中，所述负载是等离子体系统、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。在本发明的其它实施例中，包括负载、输电线路和匹配系统的电气装置的匹配方法包括测量所述输电线路的电特性；从所述输电线路的电特性中求取用于阻抗匹配的控制参数；以及通过使用所述控制参数控制所述匹配系统。所述匹配系统包括至少两个提供可变电抗的可变电抗元件，并且所述可变电抗元件的电抗变化量依赖于所述匹配系统的匹配程度。在一些实施例中，所述匹配系统的控制包括使用所述反射系数作为所述匹配系统的匹配程度，所述反射系数从所述输电线路的测得电特性计算得到的。在其它实施例中，所述匹配系统的控制包括当所述输电线路的反射系数增加时，增加所述可变电抗元件的电抗变化量。还是在其它实施例中，所述可变电抗元件包括提供所述可变电抗元件的电抗变化的至少一个可变电极；以及与所述可变电极连接从而改变所述可变电极位置的驱动装置。所述匹配系统的控制包括通过驱动所述驱动装置改变所述可变电极的位置。还是在其它实施例中，所述匹配系统的控制包括当所述输电线路的反射系数增加时，增加所述可变电极的位置的变化量，所述反射系数是从所述输电线路的测得电特性计算得到的。还是在其它实施例中，所述控制参数的求取包括从所述输电线路的电特性计算所述输电线路的输入阻抗；并从所述输入阻抗计算所述输电线路的反射系数。所述匹配系统包括至少两个所述可变电抗元件，并且在控制所述匹配系统过程中，第一可变电抗元件的电抗变化量与所述反射系数的虚部的幅值成比例，并且第二可变电抗元件的电抗变化量与所述反射系数的实部的幅值成比例。还是在其它实施例中，所述控制参数的求取包括使用在数量上联系所述匹配系统的电特性和所述输电线路的电特性的分析坐标系统。还是在其它实施例中，所述分析坐标系统被选择用于单射映射所述匹配系统的电特性和所述输电线路的电特性之间的数量关系。还是在其它实施例中，所述控制参数的求取包括通过在所述分析坐标系统中分析对应于测得的所述输电线路的电特性的点的位置和幅值，获得所述匹配系统的匹配所需要的位移向量。还是在其它实施例中，所述控制参数的求取包括从包括所述匹配系统和负载的所述输电线路的电特性计算所述输电线路的输入阻抗；从所述输入阻抗计算所述输电线路的反射系数；并从所述输电线路的反射系数计算增益系数。所述可变电抗元件的阻抗变化量与所述增益系数和所述匹配系统的匹配程度的乘积成比例。还是在其它实施例中，所述增益系数的获得包括将预定的标准增益乘以第一增益系数，当所述输电线路的反射系数增加时，所述第一增益系数具有较大的数值。还是在其它实施例中，所述增益系数的获得包括使预定的标准增益、第一增益系数和第二增益系数相乘，当所述输电线路的反射系数增加时，所述第一增益系数具有较大的数值，如果所述可变电抗元件的电抗变化量在所述匹配系统的容许特征范围内，则所述第二增益系数是1，如果所述可变电抗元件的电抗变化量不在所述匹配系统的容许特征范围内，则所述第二增益系数是-1。还是在其它实施例中，匹配方法还包括在所述控制参数的求取之前，判断所述匹配系统是否在容许匹配状态内的匹配状态测试。还是在其它实施例中，所述匹配状态测试的进行包括从所述输电线路的电特性计算状态参数；评估所述状态参数是否在容许的范围内；以及如果所述状态参数在容许的范围内，再次测量所述输电线路的电特性。还是在其它实施例中，所述匹配方法还包括重复一系列步骤，所述步骤包括所述电特性的测量、所述控制参数的求取和所述匹配系统的控制。所述步骤基于用于求取所述控制参数的和控制所述匹配系统的预定匹配参数执行。还是在其它实施例中，所述匹配方法还包括在所述步骤之间改变所述匹配参数。如果所述匹配系统以大于临界次数未达到匹配状态时，则所述匹配参数的改变有选择地进行。还是在其它实施例中，负载是等离子体系统、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。还是在本发明的其它实施例中，包括负载、输电线路和匹配系统的电气装置的匹配方法包括测量包括所述匹配系统和负载的所述输电线路的电特性；将所述输电线路的电特性转换成特征向量；通过在分析坐标系统中分析所述特征向量的幅值获得所述匹配系统的匹配所需要的位移向量；将所述位移向量转换成用于控制所述匹配系统的控制参数；以及使用所述控制参数控制所述匹配系统。所述分析坐标系统被选择用于单射映射所述匹配系统的电特性和所述输电线路的电特性之间的数量关系，并且所述特征向量被转换为具有归一化的幅值。在一些实施例中，所述分析坐标系统的坐标是选自与所述匹配系统的电特性相关的物理量，并且所述控制参数的求取包括通过在所述分析坐标系统中分析对应于测得的所述输电线路电特性的点的位置和幅值，获得所述匹配系统的匹配所需要的位移向量。在其它实施例中，匹配系统包括至少两个提供可变电抗的可变电抗元件，并且所述分析坐标系统的坐标是通过预定的变换矩阵T转换所述可变电抗元件的电特性获得的物理量，所述变换矩阵和分析坐标系统的坐标根据所述匹配系统的类型选择，并且所述变换矩阵是使用经验数据分析、理论方法分析和计算机仿真分析中的至少一种方法得出。还是在其它实施例中，所述匹配系统是L型、倒L型、T型和兀型中的一种。如果所述匹配系统是包括可变电容器的L型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的倒L型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择。还是在其它实施例中，从所述输电线路的电特性向特征向量的转换包括从所述输电线路的电特性计算所述输电线路的输入阻抗；从所述输入阻抗计算所述输电线路的反射系数；从所述反射系数计算所述特征向量，所述特征向量表示所述输电线路的电特性。所述特征向量是包括所述反射系数的实部和虚部作为其元素的二维向量。仍然在在其它实施例中，负载是等离子体系统、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。还是在本发明的其它实施例中，包括负载、输电线路和匹配系统的电气装置的匹配方法包括测量包括所述匹配系统和负载的所述输电线路的电特性；从所述输电线路的电特性中求取控制参数；以及通过使用所述控制参数控制所述匹配系统。所述匹配系统包括至少两个提供可变电抗的可变电抗元件，所述控制参数的求取包括计算所述输电线路的反射系数的虚部和实部，所述匹配系统的控制包括通过使用所述反射系数的虚部和实部的幅值，分别控制第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的电抗的变化量。在一些实施例中，所述匹配系统的控制包括控制所述第一可变电抗元件和第二可变电抗元件，从而允许所述第一可变电抗元件和第二可变电抗元件具有变化量，所述变化量与所述增益系数分别与所述反射系数的虚部和实部相乘而获得的数值成比例。在其它实施例中，负载是等离子体系统、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。仍然在本发明的其它实施例中，所述匹配系统执行上述第一匹配方法。在本发明的另外实施例中，所述匹配系统执行上述第二匹配方法。还是在本发明的另外实施例中，所述匹配系统执行上述第三匹配方法。又是在本发明的另外实施例中，所述匹配系统执行上述第四匹配方法。仍然在本发明的另外实施例中，所述匹配系统包括特征向量求取器，其将测得的所述输电线路电特性表示为具有至少两个归一化物理量的特征向量；约化设备向量求取器，其从所述特征向量中求取约化设备向量，所述约化设备向量表示阻抗匹配所需要的电抗变化量；以及驱动向量求取器，其从所述约化设备向量中求取用于驱动可变电抗元件的驱动向量。本发明所包括的附图提供了对本发明进一步的理解，将其引入本说明书并构成本说明书的一部分。附图描述了本发明的示例性实施例，并与对本发明的说明一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是描述传统阻抗匹配方法的流程图；图2和图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视图；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依赖性的视图；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视图；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；图8图11是本发明一个实施例的各种类型匹配系统的电路图；图12图15是本发明一个实施例的改进的各种类型的匹配系统的电路图；图16是本发明一个实施例的阻抗匹配方法的流程图；图17和图18是本发明一个实施例的用于表示位移向量求取的分析坐标系统的图示；图19是本发明改进的实施例的匹配方法的流程图；图20是本发明改进的实施例的详细匹配方法的流程图；图21和图22是本发明一个实施例的匹配状态测试法的图示；图23是本发明一个实施例的增益系数的曲线图；图24图26是本发明实施例的阻抗匹配结果的图示；图27是本发明匹配系统的视图；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。具体实施例方式下面参照附图对本发明的优选实施例作更详细的说明。然而，本发明可以用不同的形式实施并且不限于此处所描述的实施例。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上的输入端仏和N2连接，并且负载101与输电线路103上的负载端&和N4连接。下述的输入阻抗表示在输入端Nj则量的包括匹配系统104和负载101的系统的阻抗。在这点上，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被配置为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传统局限性。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，本发明的技术特征无须非必要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附加的无源元件的实施例中，本发明的技术特征无须非必要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型禾P兀型。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111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11，根据兀型匹配系统，第一可变电容器111和第二可变电容器112分别与输电线路103并联连接。根据本发明的一个实施例，预定无源元件(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改进的结构。例如，如图12图15所示，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迸行变化。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动作S20中测量输电线路的电特性，在动作S30中从测得的输电线路的电特性中求取用于阻抗匹配的控制参数，然后在动作S40中通过使用求取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，并且能够通过预定的传感器周期性地或者实时地测量它们的物理量。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，可以在动作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多种参数，并且可以包括与对应的电气装置相关的物理/电气参数、动作S20中的用于测量电特性的参数、动作S30中的用于求取控制参数的参数、动作S40中的用于系统控制的参数。因此，如下面描述的，可以在其它动作中设定匹配参数，并且当进行阻抗匹配时，如果有必要还可以改变匹配参数的一部分。根据本发明的一个实施例，动作S30中的控制参数的求取包括在动作S31中将测得的输电线路的电特性转换成特征向量，在动作S32中通过在预定的分析坐标系统中分析特征向量求取用于阻抗匹配的位移向量，并且在动作S33中将位移向量转换成用于动作S40的匹配系统控制的控制参数。在这点上，选择分析坐标系统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。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。位移向量包括坐标变化的幅值作为元素，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。下面将对分析坐标系统和位移向量作详细描述。[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电特性来定义的，并且可以是具有归一化幅值的物理量。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，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Sn来定义。众所周知，输电线路的反射系数Su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)定义，如下面的方程l所示,]l结其幅值(即SHSnl)是0和1之间的值(此处，输电线路的输入阻抗Z表示在输入端Nl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件的物理量。例如，特征向量Q可以通过使用二维向量来定义，所述二维向量包括反射系数的实部Re(Sj和虚部Im化uH乍为其元素，如方程2所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>如上所述，选择分析坐标系统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)能够用构成匹配系统的可变电抗元件的电特性(例如电抗)的函数表示，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，可以选择分析坐标系统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(在这点上，将参照图17和图18对"单射映射"在本发明中的含义作更详细的描述)。为了使单射映射成为可能，分析坐标系统可以是物理量，该物理量可以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。例如，分析坐标G能够通过预定变换矩阵T和预定设备向量X的内积获得，如下面的方程3所示G=TX在这点上，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条件。这种选择取决于匹配系统的类型。更详细地，设备向量X包括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作为其元素，并且可以根据匹配系统的类型选择。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^和G2能够通过物理量X,和X2的内积以及2X2方矩阵T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an、a12、au和&2是选自-1到1之间的值。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>另一方面，变换矩阵T能够通过各种方法得出。例如，变换矩阵T能够通过使用经验数据分析、理论方法分析和计算机仿真分析中的至少一种方法获得。这些分析基于匹配系统的类型和设备向量X的物理量进行。另外，变换矩阵T的形式和秩由构成匹配系统的电抗元件的数量决定。也就是说，如果匹配系统包括更多的可变电抗元件，变换矩阵T的形式和秩就会增加。如上所述，匹配系统可以包括两个可变电容器，并且可以是如图8和图9所示的L型或倒L型。在这种情况下，变换矩阵T和设备向量X可以用可变电容器的电容的函数表示。也就是说，在如图8所示的L型匹配系统的情况下，设备向量X可以由方程5给出，并且在倒L型匹配系统的情况下，设备向量X可以由方程6给出。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>图17和图18是用于表示本发明一个实施例的位移向量求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。在这点上，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)。因此，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^O)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Gi和G2通过方程4得出，以满足用于分析坐标系统的技术条件，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Gi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中的一个。在这方面，如图17所示，坐标Gi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，并且根据传统方法的如图2所示的匹配失败区域FR不会在分析坐标系统中显示。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。动作S32中的位移向量的确定包括分析对应于分析坐标系统中输电线路测量状态的特征向量(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有助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(S,J的值，并且由实线表示的匹配线表示满足Re{S}=0条件的点。另外，设有箭头B2的匹配线下方的区域(以下成为第一区)表示Re(Sj〉0。此外，设有箭头Bl和B3的匹配线上方的区域(以下成为第二区)表示Re{Su}<0。同样，参照图18，由实线表示的匹配线表示满足Im(SnH0条件的点。另外，设有箭头B5的匹配线右侧的区域(以下成为第三区)表示Im{Su}>0的区域，并且设有箭头B4和B6的匹配线左侧的区域(以下成为第四区)表示Im{S}<0的区域。因此，为了接近匹配点，需要增加在第一区中的坐标G2的值，并且需要减小在第二区中的坐标G2的值。此外，需要减小在第三区中的坐标值，并且增加在第四区中的坐标值。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Gt和G2的值中的变化量dG,和dG2分别通过-Im(Sj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择的分析坐标系统的种类作各种变化)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage29</formula>根据方程1，当接近匹配点时，输电线路的反射系数的大小接近0。在这点上，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，当测量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。此外，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，这允许在匹配点附近对匹配轨迹进行精确控制。因此，通过图4描述的匹配时间延迟和通过图6描述的游荡问题可以避免。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显示出来。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G,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(dGi;dG2)=(-Q2;-Ql)=(-Im{S};-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n型时，位移向量可以与L型的位移向量相同。根据本发明，位移向量dG是在分析坐标系统中，用于分析的转换可变电抗元件的电抗或导纳的物理量。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。动作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，动作S33可以包括在动作S331中将位移向量dG逆变换成约化设备向量dX'，并且包括在动作S332中将约化设备向量dX'转换成控制可变电抗元件驱动的驱动向量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Gt和GJ寸，约化设备向量dX'可以通过变换矩阵的逆矩阵T—^P位移向量dG的内积获得，如下面的方程8和9所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</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。W,-^[方程11]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<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula>在这点上，为了驱动分别与第一和第二可变电容器连接的驱动电机，V^PV2表示输入的控制参数。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'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。此外，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IO表示为可变电容器的当前电容d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>formulaseeoriginaldocumentpage31</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage31</formula>动作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。根据本发明的改进实施例，如果驱动向量V的至少一个元素大于能够在实际驱动电机中驱动的最大速度Vmax，则还需要重新调节的步骤以保持匹配轨迹的方向。在重新调节步骤中，如果驱动向量V的一个元素大于最大速度Vmax，则该元素就被设定为最大速度Vra素被减小到如下所述的速度。并且另一个元素被减小到如下所述的速度。<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>[匹配状态测试]图19和图20是本发明改进实施例的匹配方法的流程图。该实施例还包括在动作20的电特性测量后，在动作S22中进行匹配状态测试，以确定匹配系统是否处于容许匹配状态。除了在动作22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，在动作S20的电特性测量之后，还在动作22中进行匹配状态测试，以确定匹配系统是否处于容许匹配状态。在该动作22中，如果匹配系统不处于容许匹配状态，则动作S30中控制参数的求取和动作40中匹配系统的控制按照上述实施例的方法那样进行。而且，在该动作22中，如果匹配系统处于容许匹配状态，就测量输电线路的电特性，而不进行动作S30中控制参数的求取和动作40中匹配系统的控制。由于在动作22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动作S23中评估匹配参数的设定值是否适当，并且在动作S24中，如果评估结果是否定的(negative)，则修改匹配参数的一部分。动作S23中对设定值的评估可以包括判断从动作S10中的输电线路电特性的测量，到动作S40中系统的控制的一个循环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，在动作S24中进行匹配参数的修改。在动作S24中修改的匹配参数和在匹配参数修改过程中的修改方法的种类将在下面作详细描述。另一方面，根据本发明，在动作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。P=i±^1-S其中S表示输电线路的反射系数Sn的幅值(即绝对值)。根据这个定义，当状态参数P匹配时(即S=0)，它有单位值l，并且当状态参数P极度失配时(即SO，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通过方程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，在动作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P。小于或等于最小级Pi(即情形I)，就被判断为匹配状态，而不管先前参数P-如何。此外，如果当前参数P。处于最小级P,和最大级P2之间，并且先前参数P-小于或等于最小级PX即情形11)，则确定为是匹配状态。如果当前参数P。在最小级Pi和最大级P2之间，并且先前参数P-大于最小级Pt(即情形III)，则被判断为失配状态。另外，为使整个系统成为匹配状态，在动作S30中进行控制参数的求取并在动作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)，就被判断为失配状态，而不管先前参数P-如何。为了使电气装置100处于匹配状态，在动作S30中进行控制参数的求取并在动作S40中进行匹配系统的控制。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</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，从而能够获得精确且有效的匹配特征。根据本发明的一个实施例，如方程15所示，特征向量Q能够由通过预定旋转矩阵R将反射系数的实部Re{S}和虚部(Im{Su})旋转获得的物理量来选择。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage34</formula>在这点上，旋转矩阵R的角e可以是-90。和90。之间的值。根据本发明的一个实施例，在动作S10的匹配参数的设定过程中，旋转矩阵R的角e可以设为o°。另一方面，如果电气装置ioo没有基于第一选定角通过匹配状态的进行在预定次数内达到匹配状态，则旋转矩阵r的角e在动作S24的匹配参数变化过程中可以变成-卯°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，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。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。在这点上，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g>的乘积。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage34</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage34</formula>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,被设定为允许驱动向量V的幅值相对于测得特征向量具有动态关联。也就是说，第一增益系数g,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,被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。C<formula>formulaseeoriginaldocumentpage35</formula>在这点上，S表示反射系数的幅值。此外，gMX、gmin、S。和m是通过考虑诸如匹配系统的物理/电学特征等环境因素确定的匹配参数，并且如上所述，这些匹配参数能够在动作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，并且也能够在动作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g,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(特别是第一增益系数gJ和反射系数的幅值S之间的关系的图像。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，g_、g^和S。的值分别为1、0.2和0.5。参照图23，第一增益系数gi在反射系数的幅值S较小的区域服中具有接近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,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§1在匹配程度较低时有助于增加驱动向量V的幅值，并且还在匹配程度较高时有助于减小驱动向量V的幅值。也就是说，第一增益系数gi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g^勺这些作用有助于更加增强通过位移向量所获得的技术效果，所述位移向量由方程7定义。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gi和第二增益系数g2的乘积。[方程19]g=g。-g2[方程20]g=gon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，需要改变匹配轨迹的异常情况设为-1。[方程21]g2=-l(异常)另一方面，在以预定条件所定义的特定程度将匹配轨迹改变以后，第二增益系数g2可以再次用+l设定，从而进行正常匹配步骤。在这点上，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定义为+l的条件下进行。图24和图25是根据本发明的实施例表示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如同图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(参照图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(feasible)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允许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漏失的匹配路径也能达到匹配状态。上述参数的改变(特别是第二增益系数g2的改变)有助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在不出现传统方法的螺旋匹配轨迹和游荡。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。[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)。在功能方面，处理单元200包括测量结果分析器201、特征向量求取器202、位移向量求取器203和驱动向量求取器204。在形式方面，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，在形式方面，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。测量结果分析器201被构造为分析从传感器141中测得的输电线路103的电特性，从而生成输出信息，所述输出信息被用作特征向量求取器202的输入信息。测量结果分析器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、电压和相位差。如参照图16、图19和图20所述，特征向量求取器202被构造为实现动作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，测量结果分析器201的输出信息被作为特征向量求取器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Im(Sn)。如参照图16、图19和图20所述，位移向量求取器203被构造为实现动作S32中的位移向量dG的求取，位移向量dG是在分析坐标系统中通过分析特征向量Q求取的。这样，特征向量求取器202的输出信息被用作位移向量求取器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(_Ira{S})和实部Re(SuH乍为其元素的二维向量。另一方面，对比方程2和方程7，除了元素位置颠倒和符号改变，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，驱动向量求取器204被构造为实现动作S331中的从位移向量dG向约化设备向量dX'的转换，并实现动作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，在动作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—0转换位移向量dG。在这点上，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，动作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。在这点上，增益系数g可以是方程17、19或20定义的值。处理单元200还包括控制器205、I/O信号处理单元206和数据存储单元207。I/O信号处理单元206被构造成处理用于控制可变电抗元件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/O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。数据存储单元207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，数据存储单元207可以是诸如闪存或硬盘等半导体存储芯片。控制器205被构造成控制测量结果分析器201、特征向量求取器204、1/O信号处理单元206和数据存储单元207。除此之外，控制器205可以被构造成控制它们之间的信息交换以及可变电抗元件301和301的操作。另外，处理单元200还可以包括至少一个辅助单元，所示辅助单元被构造成实现如图19所示的动作S22和S23中的匹配状态测试的执行和动作S24中匹配参数的修改。更详细地，该辅助单元可以被构造成实现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的元件被构造成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。[等离子腔系统]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101。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自身的简单改进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之间设置有用于它们之间的连接的上输电线路931，并且下电极912和下电源922之间设置有用于它们之间的连接的下输电线路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中的一个方法。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，通过分析坐标系统求取控制参数从而控制匹配系统，所述分析坐标系统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。在这点上，分析坐标系统可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。由于分析坐标系统的这种应用能够消除在匹配轨迹选择中的不确定性，因此能够提供具有稳定和改进的匹配特征的阻抗匹配。根据本发明的一个实施例，为使匹配系统处于匹配状态，所需要的可变电抗元件的电抗是基于物理量的归一化幅值求取的。由于匹配过程基于归一化物理量实现，因此本发明的匹配过程能够绕匹配点精确控制匹配轨迹。对初始状态和/或匹配特征的系统状态的依赖性以及对增益系数的过度依赖性可以降低。根据本发明的一个实施例，可变电抗元件中的电抗的变化量基于测得的输电线路的反射系数(更具体地，反射系数的虚部和实部的幅值)控制。反射系数的虚部和实部当它接近匹配轨迹匹配处的点时具有较小的值。基于这个事实，在确定匹配轨迹时，能够实现快速且精确的匹配。上面公开的内容应当认为是说明性的而不是限定性的，并且所附权利要求的目的在于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。权利要求1.一种电气装置的匹配方法，所述电气装置包括负载、输电线路和匹配系统，所述方法包括测量包括所述匹配系统和负载的所述输电线路的电特性；从所述输电线路的电特性中求取用于阻抗匹配的控制参数；以及通过使用所述控制参数控制所述匹配系统，其中所述控制参数的求取包括使用分析坐标系统，所述分析坐标系统在数量上将所述匹配系统的电特性和所述输电线路的电特性联系起来。2.根据权利要求1所述的匹配方法，其中所述分析坐标系统被选择用于单射映射所述匹配系统的电特性和所述输电线路的电特性之间的数量关系。3.根据权利要求1所述的匹配方法，其中所述分析坐标系统的坐标是选自与所述匹配系统的电特性相关的物理量，并且所述控制参数的求取包括通过在所述分析坐标系统中分析对应于测得的所述输电线路的电特性的点的位置和幅值，获得所述匹配系统的匹配所需要的位移向量。4.根据权利要求1所述的匹配方法，其中所述匹配系统包括至少两个提供可变电抗的可变电抗元件，并且所述分析坐标系统的坐标是由预定的变换矩阵T，通过转换所述可变电抗元件的电特性而获得的物理量。5.根据权利要求4所述的匹配方法，其中所述变换矩阵和分析坐标系统的坐标是根据所述匹配系统的类型选择，并且所述变换矩阵是使用经验数据分析、理论方法分析和计算机仿真分析中的至少一种方法得出。6.根据权利要求4所述的匹配方法，其中所述匹配系统是L型、倒L型、T型和7t型中的一种，其中，如果所述匹配系统是包括可变电容器的L型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择，并且如果所述匹配系统是包括可变电容器的倒L型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择，如果所述匹配系统是包括可变电容器的n型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择，并且如果所述匹配系统是包括可变电容器的T型，则所述分析坐标系统的坐标是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择。7.根据权利要求4所述的匹配方法，其中所述变换矩阵是nXm(n》2，m》2)的矩阵，并且n和m是根据所述坐标的数目和所述可变电抗元件的数目选择。8.根据权利要求4所述的匹配方法，其中所述变换矩阵的元素从-1和1之间的数值中选择。9.根据权利要求1所述的匹配方法，其中所述输电线路电特性的测量包括测量所述输电线路的电压幅值、电流幅值以及它们之间的相位差。10.根据权利要求1所述的匹配方法，其中所述控制参数的求取包括将所述输电线路的电特性转换成具有归一化幅值的特征向量；通过在所述分析坐标系统中分析所述特征向量，获得所述匹配系统的匹配所需要的位移向量；以及将所述位移向量转换成用于控制所述匹配系统的控制参数。11.根据权利要求io所述的匹配方法，其中所述输电线路的电特性向特征向量的转换包括从所述输电线路的电特性计算所述输电线路的输入阻抗；从所述输入阻抗计算所述输电线路的反射系数；从所述反射系数计算所述特征向量，其中所述特征向量包括与所述输电线路的电特性相关的至少两个独立物理量作为其元素。12.根据权利要求11所述的匹配方法，其中所述特征向量是包括所述反射系数的实部和虚部作为其元素的二维向量。13.根据权利要求10所述的匹配方法，其中所述位移向量包括所述分析坐标系统中的坐标移动的方向和距离的信息，所述信息是所述匹配系统的匹配所需要的。14.根据权利要求10所述的匹配方法，其中所述匹配系统包括至少第一可变电抗元件和第二可变电抗元件，所述分析坐标系统是以G和G2作为坐标的二维坐标系统，G,和G2是通过预定的变换矩阵T变换所述第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的各自电特性获得的物理量，并且所述特征向量是包括所述输电线路的反射系数的实部和虚部作为其元素的二维向量，其中所述位移向量的获得包括分别获得G1和G2的微分。15.根据权利要求14所述的匹配方法，其中，如果所述匹配系统是L型或7T型，所述坐标G,的微分是所述反射系数的虚部的负数，所述坐标G2的微分是所述反射系数的实部的实数，并且16.如果所述匹配系统是倒L型或T型，所述坐标Gt的微分是所述反射系数的虚部的负数，并且所述坐标G2的微分是所述反射系数的实部的负数。16.根据权利要求14所述的匹配方法，其中所述匹配系统是L型、倒L型、T型和兀型中的一种，所述变换矩阵和所述分析坐标系统的坐标是根据所述匹配系统的类型选择，并且所述变换矩阵是使用经验数据分析、理论方法分析和计算机仿真分析中的至少一种方法得出。17.根据权利要求14所述的匹配方法，其中，如果所述匹配系统是包括可变电容器的L型，则所述坐标G,和G2是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的倒L型，则所述坐标G,和G2是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的；r型，则所述坐标Gi和G2是由与每个所述可变电容器的电容的倒数成比例的物理量选择；如果所述匹配系统是包括可变电容器的T型，则所述坐标G,和G2是由与每个所述可变电容器的电容成比例的物理量选择。18.根据权利要求14所述的匹配方法，其中所述变换矩阵是2X2矩阵，并且所述变换矩阵的元素从-1和1之间的数值中选择。19.根据权利要求IO所述的匹配方法，其中从所述位移向量向所述控制参数的转换包括将分析坐标系统中的所述位移向量转换成构成所述匹配系统的元件的电特性的约化设备向量；通过使用所述约化设备向量计算驱动向量；以及将所述驱动向量转换成所述控制参数。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述驱动向量的计算包括使所述约化设备向量乘以标准增益和第一增益系数，所述第一增益系数被定义为当所述特征向量的幅值增加时具有较大的数值。21.根据权利要求20所述的匹配方法，其中所述驱动向量的计算还包括使第二增益系数乘以所述约化设备向量，所述第二增益系数提供了匹配轨迹的变化。22.根据权利要求21所述的匹配方法，其中，当所述匹配轨迹在所述匹配系统的容许特征范围内时，所述第二增益系数是1，并且当所述匹配轨迹在所述匹配系统的容许特征范围外时，所述第二增益系数是-1。23.根据权利要求19所述的匹配方法，其中所述匹配系统包括具有第一可变电抗元件和第二可变电抗元件，所述第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的电抗受到第一控制电机和第二控制电机的操作控制，并且所述驱动向量向所述控制参数的转换包括将所述驱动向量转换成至少两个控制参数，从而对所述第一控制电机和第二控制电机进行数控操作。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述控制参数是所述第一控制电机和第二控制电机的运行速度，所述运行速度通过所述驱动向量和增益系数的乘积获得。25.根据权利要求IO所述的匹配方法，其中所述输电线路的电特性向所述特征向量的转换还包括使用具有预定角度参数e的旋转矩阵使所述特征向量旋转，所述旋转矩阵的预定角度参数9是选自-90。和90°之间的一个数值。26.根据权利要求1所述的匹配方法，其中，在所述控制参数的求取之前，所述方法还包括判断所述匹配系统是否在容许匹配状态内的匹配状态测试。27.根据权利要求26所述的匹配方法，其中所述匹配状态测试的进行包括从所述输电线路的电特性计算状态参数；评估所述状态参数是否在容许的范围内；以及如果所述状态参数在容许的范围内，再次测量所述输电线路的电特性。28.根据权利要求27所述的匹配方法，其中所述状态参数P通过下面的方程计算，P=(l+S)/(1-S)此处，s表示所述输电线路的反射系数的绝对值。29.根据权利要求28所述的匹配方法，其中如果所述状态参数P对应于下面的两个条件之一，可以确定所述状态参数P在容许范围内，(1)P《P,(2)Pi<P<P2此处，Pi表示所述状态参数P的最小容许值，P2表示所述状态参数P的最大容许值。30.根据权利要求1所述的匹配方法，所述方法还包括重复一系列步骤，所述步骤包括所述电特性的测量、所述控制参数的求取和所述匹配系统的控制，其中所述步骤是基于求取所述控制参数和控制所述匹配系统的预定匹配参数执行。31.根据权利要求30所述的匹配方法，所述方法还包括在所述步骤中改变所述匹配参数中的至少一个匹配参数。32.根据权利要求31所述的匹配方法，其中当所述输电线路以大于临界次数具有不处于匹配状态的阻抗时，所述匹配参数的改变有选择地执行。33.根据权利要求1所述的匹配方法，其中所述负载是等离子体系统、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。34.—种电气装置的匹配方法，所述电气装置包括负载、输电线路和匹配系统，所述方法包括测量包括所述匹配系统和负载的所述输电线路的电特性；从所述输电线路的电特性中求取用于阻抗匹配的控制参数；以及通过使用所述控制参数控制所述匹配系统，其中所述匹配系统包括至少两个提供可变电抗的可变电抗元件，并且所述可变电抗元件的电抗变化量依赖于所述匹配系统的匹配程度。35.—种实施权利要求1的匹配方法的匹配系统。全文摘要本发明提供了一种阻抗匹配方法以及实施该阻抗匹配方法的匹配系统。所述方法包括测量包括测量系统和负载的输电线路的电特性；从所述输电线路的电特性中求取用于阻抗匹配的控制参数；以及使用所述控制参数控制所述匹配系统。所述控制参数的求取包括使用分析坐标系统，所述分析坐标系统在数量上将所述匹配系统的电特性和所述输电线路的电特性联系起来。文档编号H03H7/38GK101291141SQ20081008802公开日2008年10月22日申请日期2008年3月27日优先权日2007年4月19日发明者李容官,李相元,金宰显申请人:株式会社普来马特