[发明专利]一种阻抗匹配网络、自适应阻抗匹配装置及其方法

说明书

本发明公开了一种阻抗匹配网络、自适应阻抗匹配装置及方法，所述阻抗匹配网络由可变电容和可变电感组成，其中，所述可变电容由至少两个并联的电容组成，电容取值逐次递减，最大电容取值由可变电容变化范围决定；所述可变电感由至少两个串联的电感组成，电感取值逐次递减，最大电感取值由可变电感变化范围决定。所述自适应阻抗匹配装置包括采样模块、所述的阻抗匹配网络和控制器，控制器接收采样信号后执行负载阻抗的计算，从而确定阻抗匹配状态所对应的阻抗匹配网络的特征参数，并据此调整阻抗匹配网络，从而实现阻抗匹配。阻抗匹配网络和自适应阻抗匹配装置具有匹配范围广、匹配精度灵活度高、可靠性高、成本低、响应快、实现方式简单等优点。

技术领域

本发明涉及医疗美容器械领域，尤其涉及一种阻抗匹配网络、自适应阻抗匹配装置及其方法。

背景技术

很多医疗和美容治疗方法涉及使用高频高功率能量对患者进行治疗，在非侵入式癌症治疗，皮肤护理，减肥，增肌等治疗手段中，能量以微波，射频，超声波等形式注入患者体内以达到治疗效果。

在通过传输线将能量注入人体时涉及到传输线与人体负载阻抗匹配的问题，无耗传输线的电压反射系数Γ定义为：

其中，Z₀为传输线特征阻抗，通常为50欧姆；Z_load为负载阻抗，与负载的材料性质，几何构型等相关，为归一化阻抗；与分别代表入射与反射波的电压相量，为复数；传输线的反射功率为：

P_reflection＝P_incident×|Γ|² (2)

其中，P_reflection，P_incident分别代表反射和入射功率；由此可见，Γ越小，反射能量越小，当Z_load＝Z₀时达到阻抗匹配，反射能量为0；举例说明，医美手术中，治疗部位阻抗Z_load＝500-150jΩ，传输线阻抗Z₀＝50Ω，则电压反射系数绝对值|Γ|＝0.75，反射能量与入射能量之比为|Γ|²＝0.56，超过一半的能量被反射。

由此可见，阻抗匹配极其重要，阻抗不匹配具有如下弊端：①反射功率被能量源吸收，对能量源产生损害；②由于反射功率大，真正用于治疗的有效功率减少，治疗效果减弱；③为了提高有效功率，需要相应增大入射功率，但这样增大了整个系统的电压，电流幅值，产生安全隐患；同时，高电流在系统中产生大量热量，能量利用效率差；再者，若多台设备同时使用，则功率幅值有可能超过市电允许范围；④不同的患者，以及相同患者不同身体部位阻抗均有变化，同时患者在治疗时身体位置变化也会导致阻抗变换，若不进行即时阻抗匹配，治疗效果将会因人，因部位，因时而异，同时患者感受也会不稳定，如某些部位获得能量高，会有灼痛感，而另外一些部分获得能量低，治疗效果不好。

常用的阻抗匹配方法是在能量源与负载之间加入一个阻抗匹配网络，阻抗匹配网络输入端通过传输线连接能量源输出端，阻抗匹配网络输出端连接负载；阻抗匹配网络一般采用电容，电感这两种无源器件，利用其储能特性，在传感线与负载之间建立一个能量过渡区域；从传输线输出端看来，阻抗匹配网络与负载作为一个整体，其阻抗与传输线阻抗相同，从而降低能量反射；而由于电容，电感是无源器件，其所储存的能量均会输入到负载端，从而负载获得了最大有效功率。

当前常用的阻抗匹配网络包括：π型，Γ型，T型等；对具有特定阻抗值的负载，只需要调整这些阻抗匹配网络上的电容和电感的值，即可实现阻抗匹配。

但是，在某些情况下，负载的阻抗值会频繁变化，比如做医美手术时，病人的身体姿势轻微调整即会使得负载端阻抗产生很大变化，所以控制系统需要及时监测这种变化，调整相应的电容，电感值，使得阻抗重新得以匹配。