一种自动阻抗匹配算法
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ｒｅａｌ（Ｚｍ）＝５０
咖（乙）＝０
将ｃ．和ｃ２计算值换算成可调电容器的位置偏移量后再 输入给阻抗匹配网络中的电机控制器。电机快速凋爷电容器 到给定值。之后自动匹配算法进入第２阶段即根据反射系数 模的梯度信息做梯度下降搜索，寻找实际反射系数最小值。 具体算法如下：
（１）设定初始ａ和ｃ２调节步长厶ｑ和厶ｑ。设定搜索迭 代次数Ｋ＝０。
串联电阻低且温度系数稳定性好的一个０．１ ｕＦ薄膜电容和 一个１０ ｕＦ钮电容并联来实现。
３．３ ＦＩＦＯ爱存电路和ＵＳＢ接口电麝的关健设计技木
如果待测的是高速ＡＤＣ，其采样速率很高，ＤＳＰ或ＰＣ
则难以及时从ＡＤＣ的输出端取走数据，因此，必须设计ＦＩＦＯ
缓存电路，以防止ＡＤＣ转换数据丢失。在设计ＦＩＦＯ缓存电 路时，需要充分考虑待测ＡＤＣ的采样速率和ＦＩＦＯ存储器所
（５）改变ｃ２位置，％。，＝ｃ２。＋ＡＣ２。测量当前反射系数 的摸Ｊ以：Ｊ。如果ｌＪｒ－：Ｊ小于ｌｆ。ｌ剐髋至第（８）步，否则计算偏
导致Ｇ２：坚童心。Ａｆ＇ ｕＶ２ （６）搜索方向由公式叱－＝一赢和叱ｚ＝一√蕊Ｇ２
确定。
（７）引入一个步长偏移常数ｇｒ，改变ＡｃＩ＝以．ｘｓ，ｘｌｒ。ｌ和 Ａｃ，＝出２ｘｇｒ×ｌｒｆＩ，Ｋ＝Ｋ＋１，返回到第（２）步。
作者倚介：刘汉斐（１９８１－－）。男，硕士研究生，主研方向：智能网络
测控技术；程健，高级工程师、硕士；钱玉良，硕士研究生
收稿日囊：２００８．１１．１５
Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｎｆｅｉＬ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｒｎ
一２７５—
索效果就不是很好。但同时发现，在最佳匹配点附近反射系 数模的下降非常明显。梯度下降搜索效果明显。
自动阻抗匹配网络实现将实时变化的负载阻抗变换到与 传输线特征阻抗一致。国外很早就开展了对自动匹配系统的 研究１４ Ｊ。匹配算法利用反射系数模的梯度信息来搜索匹配路 径¨Ｊ，也有利用神经嘲络和遗传算法取得了一些比较好的匹 配结果ｐ４Ｊ。本文讨论的匹配算法主要是利用反射系数的模和 相位信息得到负载的大致阻抗并计算出匹配网络的最佳匹配 参数，然后快速调节到计算匹配点附近后再利用反射系数的 梯度信息搜索实际最佳匹配点。 ２ 自动阻抗匹配器的结构
【３１ Ｂｒａｎｎｏｎ Ｂ，Ｒｅｅｄｅｒ Ｒ．Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ＡＤＣ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｌＺＩ．Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．．２００６．
【４】ｎａｌＴｉＳ Ｆ Ｊ．Ｏｎ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗｓ ｆｏｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ．１９７８，６６（１ Ｊ： ５１．８３．
Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ
ＬＩＵ Ｈａｌｌ－ｆｅｉ，ＣＨＥＮＧ ＪｉａＩｌ，ＱＩＡＮ Ｙｕ－ｕａｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＣｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２７）
ＰＣ从ＵＳＢ接口采集ＡＤＣ输出的采样数据，利用上述测 试算法，运用Ｍａｔｌａｂ或Ｃ／Ｃ＋＋编程计算出ＡＤＣ频域特性 参数。
４结束语 本文在非相干采样方式下，利用加窗和插值改进ＦＦ丁算
法原理，提出了一种低成本高速ＡＤＣ频域特性测试系统方 案，深入研究了该系统的关键设计技术。利用本文的系统设 计思想，可以明显降低测试系统的构建难度，大幅度降低测 试成本，提高测试速度。本算法和系统很适合实际工程应用。
允许的访问速率及两者的关系。ＦＩＦＯ存储器所允许的访问速
率应大于ＡＤＣ的采样速率，为了尽可能保证ＦＩＦＯ存储板的
通用性，ＦＩＦＯ存储器所允许的访问速率应尽可能高。根据当
前ＦＩＦＯ芯片现状，可选用访问速率为２００ ＭＨｚ，容量为 １２８ ＫＢ，２５６ ＫＢ，５１２ ＫＢ或更大的ＦＩＦＯ存储器。对于采样速
（２）测量在当前Ｃｌ和ｃ２位置ｃＩ。和ｃ２。条件下反射系数 的模Ｉ‘ｌ ａ
（３）如果ＩＲＩ＜Ｉ厂脚ｆ（ｆ厂ｌＩ为满足阻抗匹匿条件反射系
数最大值）则跳到第（８）步。 （４）改变ＣＩ位置，ｃｌ。。，＝ｃｌ。＋ＡＣＩ，测量当前反射系蒙
伯导数６Ｉ：掣。 的模Ｉ，■Ｊ。如果Ｉｎ。Ｊ小于Ｊ，：。Ｉ，则跳至第（８）步，否则计算 凸Ｌ·
本系统主要由反射系数检测器、中央处理器、电机控制 器和可调匹配网络组成…。结构简图如图１所示。
反射系数检测器主要由定向耦合器、固定比例衰减器、 可调比率衰减器、射频检测器、相位检测器、全桥整流低通 滤波器、ＡＤ转换器和数据处理器组成。主要功能是将由定 向耦合器检测到的入射电压波和反射电压波换算成反射系数 的模和相位作为中央处理器的输入。
中央处理器主要由主控芯片、人机交互界面组成。主要 功能响应用户操作，显示必要系统信息和实现自动匹配算法。
电机控制器主要由直流电机驱动Ｈ桥、ＡＤ转换器、电
万方数据
位器和ＡＶＲ单片机组成。主要功能是快速准确地将可变电容
器调至中央处理器输出的Ｃ－和ｃ２位置上。
飘翔隰１了ｋ 尼 ！
Ｉ检测器Ｉ Ｉ
广壬
射频糠
ｌ
参考文ｔ
【ｌ】ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｂｏａｒｄ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ １２４ｉ一２０００ ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅ体ＩＳＩ． ２００ｌ－０６．
【２１ Ｄａｌｌｅｔ Ｄ，ｄａ Ｓｉｌｖａ Ｊ Ｍ．Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｎａｌｏｇｕｅ—ｔＯ－ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ，２００５．
■ 霉 ● 幡 鲁 恒源自文库
ｊ吗＋——’二广 ‘２————————广——一 ｊ砒＋赢＋ＺＬ
万方数据
一３■直下●曩曩鼻长仿真翁暴 （下转第２７９页）
源，而应选用温度系数好、高精度和高稳定性的专门电压参
考源芯片。无论采用哪种电压参考源，ＡＤＣ芯片的参考电压
引脚必须采用良好的去耦和滤波措施，这些措施由具有等效
Ｍ＝【正，＿，二。Ｊ
（５）
其中，肘为ＦＩＦＯ存储器的数最；工为待测ＡＤＣ的最高采样 速率；南阳为ＨＦＯ所允许的最高访问速率，【．】定义为大于 或等于矗％ＦＤ的最小且为２“的正整数（ｎ为自然数）。
全部ＦＩＦＯ存储器通过多路访问选择逻辑芯片连接到
ＵＳＢ控制器的Ｉ／Ｏ端口上。ＦＩＦＯ存储器缓存的ＡＤＣ采样数 据通过ＵＳＢ控制器传输到ＰＣ。
［Ａｂｓｔｒａｃｔｉ Ｔｈｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｐａｒｔ ｏｆ ａ ＲＦ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｎｌｉｚｅ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ． Ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｂｏｕｔｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｉｓ ｍａｄｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｂｒｉｅｆｌｙ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｒｎｓ ｏｆ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａ Ｄｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｂｏｔｈ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｓ ｍａｄｅ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｄｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｃａｌｌ ｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ Ｇｕｒｔａｉｌ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ｜ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｇｒａｄｉｅｎｔ；ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
（８）测量当前ｊ厂ｆｆ．直刭不祷足条件ｆｆｆＩ＜Ｉ乙｝髋弱
第（２）步。
５实验与结论
在如图２所示的实际反射系数测量曲面上应用梯度下降 搜索算法得到如图３所示昀典型结果。在总共３２次的搜索过 程中前２１次路径点在反射系数的模为０．８８附近来回震荡。 这是因为ｃＩ和Ｑ初始点选在反射系数模的平缓区域内。梯 度下降搜索算法在该区域内作用不明显，效果等效于随机改 变ｃＩ和ｃ２位置。一旦随机点落入最佳匹配点附近的凹面尉 近，梯度下降算法能很快向模的最小点逼近。
央处理单元广——。—口电机控制器 ｃ２位—ｒ‘＝
圈１ 自动阻抗匹配器系境框架
３自动阻抗匹配器实现原理 记录町调电容器Ｃ。和ｃ２在不同位置时反射系数的模的
值，并以ｃ１和ｃ２的位置值为ｘ，ｙ轴，以对应反射系数的模 为ｚ轴描绘曲面，共采集ｌ ２００个离散点。实际上反射系数 模的变化一定是连续的。因此，对描绘曲面所需其他点在这 １ ２００个实际采样点基础上做二维线性插值处理。最终描绘曲 面如图２所示。单纯利用反射系数模的梯度信息来搜索最佳 阻抗匹配点有其局限性。可调电容器的初始位置和梯度常量 对搜索时间的影响非常大…。分析原因主要是由于当可调电 容器初始位置离最佳匹配点较远时，反射系数的模在一个比 较大范围内值的波动范围不大，且由于测量带来的误差，在 这块较平坦区域内会出现许多局部极小值点（如图２所示范 围在ｃ２位置值介于区间１２５０，５００１），对这块区域应用梯度搜
率低于２００ ＭＨｚ的ＡＤＣ，采用一片１２８ ＫＢ的ＦＩＦＯ存储器
即可满足测试要求。当被测ＡＤＣ采样速率大于２００ ＭＨｚ时，
则应采用多片ＦＩＦＯ存储器，通过多路访问逻辑芯片交替存
储ＡＤＣ输出的采样数据，以避免ＡＤＣ采样数据溢出丢失。
所需ＦＩＦＯ存储器的数量、待测ＡＤＣ的最高采样速率和 ＦＩＦＯ所允许的最高访问速率三者之间的关系应满足式（５）。
４具体算法描述
‘＝Ｉ，ｖ－＋＝丽ＺＬ－Ｚ０＝川∥
√
乙＝ｚｏ普
ｒ：＝＝兰；＝孑孑盏Ｊｊｎｏ！——竺ＪＪＣＣ：ｚｌ——：一一＋！Ｉ．．竺ｊｊｏＯ．．Ｊ，ＣＣ２２～蝎。掣： ｚ０等错ｊ嵋＋Ｉ＋彳崛
其中，乙为阻抗匹配网络与负载的复合阻抗。匹配条件要求 射频源的输出阻抗毛应该与ｚｍ为共轭关系。且本文讨论的 射频源输出阻抗为５０ ｎ。由此得到如下等式方程组：
【５ Ｊ庞浩，李东霞，俎云霄．等．应用ＦＦＴ进行电力系统谐波分析 的改进算法【Ｊ１．中国电机工程学报，２００５．２３（６）：５０－５４． 编辑张正兴
（上按第２７６页） 将本文提到的算法应用到相同反射系数测量曲面七，初
始条件也相同，得到如图４所示效果。最开始的３次搜索算 法随机找３个位置测量反射系数模和相位，得到最佳匹配点 计算值。第４次搜索从计算值开始应用梯度Ｆ降搜索方法逼 近实际反射系数模的最小值点。与前述方法比较，新方法能 够在更短的时问内完成搜索。同时发现由计算得到的最佳匹 配位置的反射系数为０．４２，这个值与最后实际搜索的最佳值 相比较仍然很大。原因可能是因为模型简单，未能考虑传输 线损耗，电感和可调电容本身在射频条件下的分别参数等因 素。后续工作将完善系统模型，使计算值与实际值更接近， 缩短阻抗匹配时间。
第３５卷 第９期
场己３５
Ｎｏ．９
·开发研究与设计技术·
计算机工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号ｔ １０００—３４２８（２００９）０９－－０２７５－－０２
文献标识码ｚ Ａ
２００９年５月 Ｍａｙ ２００９
中圈分类号：ＴＰ３９１
一种自动阻抗匹配算法
刘汉斐，程健，铰玉良
（中国科学技术大学自动化系，合肥２３００２７）
１概速 在射频系统中常用传输线来连接射频源和负载。为了实
现传输功率的最大化和减少功率反射，要求源的输出阻抗等 于传输线的特征阻抗和负载阻抗等于传输线特征阻抗…。在 实际应用中，前者条件比较容易，而后者条件因为负载在工 作状态下面是随时问和工作环境而动态变化的（如在微波加 热炉中，负载是随着加热时间而变化｜２Ｉ，射频天线作为发射 机负载是与它工作的环境密切相关的¨１），因此，负载一般不 能与传输线特征阻抗相一致。
■耍：阻抗匹配是射频系统中的重要组成部分，良好的阻抗匹配能够避免功率反射和优化射频源输出。针对梯度算法在自动阻抗匹配过 程中的不足提出一种改进方法。介绍自动阻抗匹配器的系统结构，并对基于反射系数模的梯度信息的阻抗匹配算法进行讨论。对２种算法 得到的结果进行比较，结果表明，该方法能够缩短匹配时间。 关健月：自动阻抗匹配；梯度；反射系数
咖（乙）＝０
将ｃ．和ｃ２计算值换算成可调电容器的位置偏移量后再 输入给阻抗匹配网络中的电机控制器。电机快速凋爷电容器 到给定值。之后自动匹配算法进入第２阶段即根据反射系数 模的梯度信息做梯度下降搜索，寻找实际反射系数最小值。 具体算法如下：
（１）设定初始ａ和ｃ２调节步长厶ｑ和厶ｑ。设定搜索迭 代次数Ｋ＝０。
串联电阻低且温度系数稳定性好的一个０．１ ｕＦ薄膜电容和 一个１０ ｕＦ钮电容并联来实现。
３．３ ＦＩＦＯ爱存电路和ＵＳＢ接口电麝的关健设计技木
如果待测的是高速ＡＤＣ，其采样速率很高，ＤＳＰ或ＰＣ
则难以及时从ＡＤＣ的输出端取走数据，因此，必须设计ＦＩＦＯ
缓存电路，以防止ＡＤＣ转换数据丢失。在设计ＦＩＦＯ缓存电 路时，需要充分考虑待测ＡＤＣ的采样速率和ＦＩＦＯ存储器所
（５）改变ｃ２位置，％。，＝ｃ２。＋ＡＣ２。测量当前反射系数 的摸Ｊ以：Ｊ。如果ｌＪｒ－：Ｊ小于ｌｆ。ｌ剐髋至第（８）步，否则计算偏
导致Ｇ２：坚童心。Ａｆ＇ ｕＶ２ （６）搜索方向由公式叱－＝一赢和叱ｚ＝一√蕊Ｇ２
确定。
（７）引入一个步长偏移常数ｇｒ，改变ＡｃＩ＝以．ｘｓ，ｘｌｒ。ｌ和 Ａｃ，＝出２ｘｇｒ×ｌｒｆＩ，Ｋ＝Ｋ＋１，返回到第（２）步。
作者倚介：刘汉斐（１９８１－－）。男，硕士研究生，主研方向：智能网络
测控技术；程健，高级工程师、硕士；钱玉良，硕士研究生
收稿日囊：２００８．１１．１５
Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｎｆｅｉＬ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｒｎ
一２７５—
索效果就不是很好。但同时发现，在最佳匹配点附近反射系 数模的下降非常明显。梯度下降搜索效果明显。
自动阻抗匹配网络实现将实时变化的负载阻抗变换到与 传输线特征阻抗一致。国外很早就开展了对自动匹配系统的 研究１４ Ｊ。匹配算法利用反射系数模的梯度信息来搜索匹配路 径¨Ｊ，也有利用神经嘲络和遗传算法取得了一些比较好的匹 配结果ｐ４Ｊ。本文讨论的匹配算法主要是利用反射系数的模和 相位信息得到负载的大致阻抗并计算出匹配网络的最佳匹配 参数，然后快速调节到计算匹配点附近后再利用反射系数的 梯度信息搜索实际最佳匹配点。 ２ 自动阻抗匹配器的结构
【３１ Ｂｒａｎｎｏｎ Ｂ，Ｒｅｅｄｅｒ Ｒ．Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ＡＤＣ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｌＺＩ．Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．．２００６．
【４】ｎａｌＴｉＳ Ｆ Ｊ．Ｏｎ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗｓ ｆｏｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ．１９７８，６６（１ Ｊ： ５１．８３．
Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ
ＬＩＵ Ｈａｌｌ－ｆｅｉ，ＣＨＥＮＧ ＪｉａＩｌ，ＱＩＡＮ Ｙｕ－ｕａｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＣｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２７）
ＰＣ从ＵＳＢ接口采集ＡＤＣ输出的采样数据，利用上述测 试算法，运用Ｍａｔｌａｂ或Ｃ／Ｃ＋＋编程计算出ＡＤＣ频域特性 参数。
４结束语 本文在非相干采样方式下，利用加窗和插值改进ＦＦ丁算
法原理，提出了一种低成本高速ＡＤＣ频域特性测试系统方 案，深入研究了该系统的关键设计技术。利用本文的系统设 计思想，可以明显降低测试系统的构建难度，大幅度降低测 试成本，提高测试速度。本算法和系统很适合实际工程应用。
允许的访问速率及两者的关系。ＦＩＦＯ存储器所允许的访问速
率应大于ＡＤＣ的采样速率，为了尽可能保证ＦＩＦＯ存储板的
通用性，ＦＩＦＯ存储器所允许的访问速率应尽可能高。根据当
前ＦＩＦＯ芯片现状，可选用访问速率为２００ ＭＨｚ，容量为 １２８ ＫＢ，２５６ ＫＢ，５１２ ＫＢ或更大的ＦＩＦＯ存储器。对于采样速
（２）测量在当前Ｃｌ和ｃ２位置ｃＩ。和ｃ２。条件下反射系数 的模Ｉ‘ｌ ａ
（３）如果ＩＲＩ＜Ｉ厂脚ｆ（ｆ厂ｌＩ为满足阻抗匹匿条件反射系
数最大值）则跳到第（８）步。 （４）改变ＣＩ位置，ｃｌ。。，＝ｃｌ。＋ＡＣＩ，测量当前反射系蒙
伯导数６Ｉ：掣。 的模Ｉ，■Ｊ。如果Ｉｎ。Ｊ小于Ｊ，：。Ｉ，则跳至第（８）步，否则计算 凸Ｌ·
本系统主要由反射系数检测器、中央处理器、电机控制 器和可调匹配网络组成…。结构简图如图１所示。
反射系数检测器主要由定向耦合器、固定比例衰减器、 可调比率衰减器、射频检测器、相位检测器、全桥整流低通 滤波器、ＡＤ转换器和数据处理器组成。主要功能是将由定 向耦合器检测到的入射电压波和反射电压波换算成反射系数 的模和相位作为中央处理器的输入。
中央处理器主要由主控芯片、人机交互界面组成。主要 功能响应用户操作，显示必要系统信息和实现自动匹配算法。
电机控制器主要由直流电机驱动Ｈ桥、ＡＤ转换器、电
万方数据
位器和ＡＶＲ单片机组成。主要功能是快速准确地将可变电容
器调至中央处理器输出的Ｃ－和ｃ２位置上。
飘翔隰１了ｋ 尼 ！
Ｉ检测器Ｉ Ｉ
广壬
射频糠
ｌ
参考文ｔ
【ｌ】ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｂｏａｒｄ．ＩＥＥＥ Ｓｔｄ １２４ｉ一２０００ ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅ体ＩＳＩ． ２００ｌ－０６．
【２１ Ｄａｌｌｅｔ Ｄ，ｄａ Ｓｉｌｖａ Ｊ Ｍ．Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｎａｌｏｇｕｅ—ｔＯ－ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ，２００５．
■ 霉 ● 幡 鲁 恒源自文库
ｊ吗＋——’二广 ‘２————————广——一 ｊ砒＋赢＋ＺＬ
万方数据
一３■直下●曩曩鼻长仿真翁暴 （下转第２７９页）
源，而应选用温度系数好、高精度和高稳定性的专门电压参
考源芯片。无论采用哪种电压参考源，ＡＤＣ芯片的参考电压
引脚必须采用良好的去耦和滤波措施，这些措施由具有等效
Ｍ＝【正，＿，二。Ｊ
（５）
其中，肘为ＦＩＦＯ存储器的数最；工为待测ＡＤＣ的最高采样 速率；南阳为ＨＦＯ所允许的最高访问速率，【．】定义为大于 或等于矗％ＦＤ的最小且为２“的正整数（ｎ为自然数）。
全部ＦＩＦＯ存储器通过多路访问选择逻辑芯片连接到
ＵＳＢ控制器的Ｉ／Ｏ端口上。ＦＩＦＯ存储器缓存的ＡＤＣ采样数 据通过ＵＳＢ控制器传输到ＰＣ。
［Ａｂｓｔｒａｃｔｉ Ｔｈｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｐａｒｔ ｏｆ ａ ＲＦ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｎｌｉｚｅ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ． Ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｂｏｕｔｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｉｓ ｍａｄｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｂｒｉｅｆｌｙ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｒｎｓ ｏｆ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａ Ｄｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｂｏｔｈ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｓ ｍａｄｅ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｄｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｃａｌｌ ｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ Ｇｕｒｔａｉｌ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ｜ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｇｒａｄｉｅｎｔ；ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
（８）测量当前ｊ厂ｆｆ．直刭不祷足条件ｆｆｆＩ＜Ｉ乙｝髋弱
第（２）步。
５实验与结论
在如图２所示的实际反射系数测量曲面上应用梯度下降 搜索算法得到如图３所示昀典型结果。在总共３２次的搜索过 程中前２１次路径点在反射系数的模为０．８８附近来回震荡。 这是因为ｃＩ和Ｑ初始点选在反射系数模的平缓区域内。梯 度下降搜索算法在该区域内作用不明显，效果等效于随机改 变ｃＩ和ｃ２位置。一旦随机点落入最佳匹配点附近的凹面尉 近，梯度下降算法能很快向模的最小点逼近。
央处理单元广——。—口电机控制器 ｃ２位—ｒ‘＝
圈１ 自动阻抗匹配器系境框架
３自动阻抗匹配器实现原理 记录町调电容器Ｃ。和ｃ２在不同位置时反射系数的模的
值，并以ｃ１和ｃ２的位置值为ｘ，ｙ轴，以对应反射系数的模 为ｚ轴描绘曲面，共采集ｌ ２００个离散点。实际上反射系数 模的变化一定是连续的。因此，对描绘曲面所需其他点在这 １ ２００个实际采样点基础上做二维线性插值处理。最终描绘曲 面如图２所示。单纯利用反射系数模的梯度信息来搜索最佳 阻抗匹配点有其局限性。可调电容器的初始位置和梯度常量 对搜索时间的影响非常大…。分析原因主要是由于当可调电 容器初始位置离最佳匹配点较远时，反射系数的模在一个比 较大范围内值的波动范围不大，且由于测量带来的误差，在 这块较平坦区域内会出现许多局部极小值点（如图２所示范 围在ｃ２位置值介于区间１２５０，５００１），对这块区域应用梯度搜
率低于２００ ＭＨｚ的ＡＤＣ，采用一片１２８ ＫＢ的ＦＩＦＯ存储器
即可满足测试要求。当被测ＡＤＣ采样速率大于２００ ＭＨｚ时，
则应采用多片ＦＩＦＯ存储器，通过多路访问逻辑芯片交替存
储ＡＤＣ输出的采样数据，以避免ＡＤＣ采样数据溢出丢失。
所需ＦＩＦＯ存储器的数量、待测ＡＤＣ的最高采样速率和 ＦＩＦＯ所允许的最高访问速率三者之间的关系应满足式（５）。
４具体算法描述
‘＝Ｉ，ｖ－＋＝丽ＺＬ－Ｚ０＝川∥
√
乙＝ｚｏ普
ｒ：＝＝兰；＝孑孑盏Ｊｊｎｏ！——竺ＪＪＣＣ：ｚｌ——：一一＋！Ｉ．．竺ｊｊｏＯ．．Ｊ，ＣＣ２２～蝎。掣： ｚ０等错ｊ嵋＋Ｉ＋彳崛
其中，乙为阻抗匹配网络与负载的复合阻抗。匹配条件要求 射频源的输出阻抗毛应该与ｚｍ为共轭关系。且本文讨论的 射频源输出阻抗为５０ ｎ。由此得到如下等式方程组：
【５ Ｊ庞浩，李东霞，俎云霄．等．应用ＦＦＴ进行电力系统谐波分析 的改进算法【Ｊ１．中国电机工程学报，２００５．２３（６）：５０－５４． 编辑张正兴
（上按第２７６页） 将本文提到的算法应用到相同反射系数测量曲面七，初
始条件也相同，得到如图４所示效果。最开始的３次搜索算 法随机找３个位置测量反射系数模和相位，得到最佳匹配点 计算值。第４次搜索从计算值开始应用梯度Ｆ降搜索方法逼 近实际反射系数模的最小值点。与前述方法比较，新方法能 够在更短的时问内完成搜索。同时发现由计算得到的最佳匹 配位置的反射系数为０．４２，这个值与最后实际搜索的最佳值 相比较仍然很大。原因可能是因为模型简单，未能考虑传输 线损耗，电感和可调电容本身在射频条件下的分别参数等因 素。后续工作将完善系统模型，使计算值与实际值更接近， 缩短阻抗匹配时间。
第３５卷 第９期
场己３５
Ｎｏ．９
·开发研究与设计技术·
计算机工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号ｔ １０００—３４２８（２００９）０９－－０２７５－－０２
文献标识码ｚ Ａ
２００９年５月 Ｍａｙ ２００９
中圈分类号：ＴＰ３９１
一种自动阻抗匹配算法
刘汉斐，程健，铰玉良
（中国科学技术大学自动化系，合肥２３００２７）
１概速 在射频系统中常用传输线来连接射频源和负载。为了实
现传输功率的最大化和减少功率反射，要求源的输出阻抗等 于传输线的特征阻抗和负载阻抗等于传输线特征阻抗…。在 实际应用中，前者条件比较容易，而后者条件因为负载在工 作状态下面是随时问和工作环境而动态变化的（如在微波加 热炉中，负载是随着加热时间而变化｜２Ｉ，射频天线作为发射 机负载是与它工作的环境密切相关的¨１），因此，负载一般不 能与传输线特征阻抗相一致。
■耍：阻抗匹配是射频系统中的重要组成部分，良好的阻抗匹配能够避免功率反射和优化射频源输出。针对梯度算法在自动阻抗匹配过 程中的不足提出一种改进方法。介绍自动阻抗匹配器的系统结构，并对基于反射系数模的梯度信息的阻抗匹配算法进行讨论。对２种算法 得到的结果进行比较，结果表明，该方法能够缩短匹配时间。 关健月：自动阻抗匹配；梯度；反射系数