阻抗匹配的电路

技术领域

本发明一般地涉及信号处理领域。更具体地，本发明涉及一种阻抗匹配的电路。

背景技术

通常来说，电路中传输的信号是个复杂的能量合成的互调信号，其可能包含多个频率成分的基波信号和谐波信号，并且每个频率成分的基波信号和谐波信号的振幅还有可能不同，所谓“互调”就是指上述具有不同频率和/或不同振幅值的信号之间相互影响、相互调制。而现有电路中的各种元器件都具有各自的频率和振幅特性，对于不同的频率和振幅的信号，各种元器件的响应和指标也会有差异，并且单一元器件的阻抗特性随着信号频率和振幅的改变而变化。

在电路对信号进行传输的过程中，现有电路通常只把信号作为一个单一频率的信号去处理。由于在单一频率和振幅下，电路中的阻抗值为某一固定值，这样就会使得信号中的其他频率和振幅分量的信号的阻抗值与该电路的阻抗值不匹配，进而可能产生局部驻波，该驻波与各频率和振幅分量的信号进行叠加，最终造成信号中的多个频率和振幅分量的信号，尤其是谐波分量的信号在某一时刻被滤除、减弱或者增强，使得原始信号在传输过程中产生失真。因此，现有电路只能对单一频率信号进行无失真传输，而对于由多个频率和振幅分量组成的合成互调信号的处理，就显得力不从心。

另外，互调信号中的多个频率和振幅分量的信号流经同一电路时，由于其呈现的电抗值不同，因此到达接收端的时序会有所不同。在信号进入所述电路之前，其中的各频率和振幅分量信号的相位相互一致。当经过所述电路处理之后，由于电路的总体电抗特性针对不同的频率和振幅分量的信号具有不同的时序响应，因此各频率和振幅分量的信号到达电路输出端的相位和时延不一致，这样就会造成各频率和振幅分量的信号，尤其是谐波分量的信号的能量衰减，从而造成由各频率分量信号还原合成的总信号的互调失真。

发明内容

为解决上述背景技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种阻抗匹配的电路。所述电路是由多个阻抗元件构成的网状结构，通过设置所述网状结构中各部分和各层的阻抗元件的数量和阻抗值，进而形成类似城市管网的不同频率和/或振幅的信号的各自最佳通道，以便动态地调整各通道的阻抗值，进而实现对不同频率和/或振幅的信号进行阻抗匹配以及对其时序关系进行一致性调整，从而达到信号平衡传输的目的。

具体地，本发明公开了一种阻抗匹配的电路。所述电路包括：多个阻抗元件，所述多个阻抗元件构成包括网格的网状结构，所述网格具有边和顶点，其中每个所述网格的至少一个边由至少一个阻抗元件构成；以及所述网状结构中的至少一个顶点作为所述电路的输入端，至少另一个顶点作为所述电路的输出端。

在一个实施例中，所述多个阻抗元件中至少两个的阻抗值不同，以使得不同频率和/或振幅的信号通过所述网状结构中不同的路径。

在另一个实施例中，所述网格为三边形、四边形、五边形或六边形中的一种或多种。

在又一个实施例中，所述阻抗元件构成由多层所述网状结构依次连接而形成的立体网状结构。

在另一个实施例中，相邻两层所述网状结构之间通过多个阻抗元件连接。

在另一个实施例中，每层网状结构设置在一个板卡上，从而多个所述板卡连接以形成所述立体网状结构。

在另一个实施例中，所述输入端和所述输出端为多个。

在又一个实施例中，所述输入端和所述输出端设置在所述网状结构的对角处，以使得输入端和输出端之间的阻抗元件形成最多的组合。

在又一个实施例中，所述多个阻抗元件中的部分阻抗元件连接成滤波电路，以便对所述不同频率的信号进行滤除噪声的操作。

在又一个实施例中，所述阻抗元件为下列中的至少一种：电容；电感；电容和电感；电阻和电容；电阻和电感；电阻、电容和电感。

利用本发明的阻抗匹配的电路进行信号传输，在将输入的不同频率和/或振幅的信号进行阻抗匹配的同时，还可以对输入的信号与输出的信号进行时序调整，进而将经过电路动态阻抗匹配处理和传输的信号进行无失真的还原。其次，本发明的阻抗匹配的电路配置灵活，可以方便地根据需要处理的信号的频率范围和应用电路的不同来选择阻抗元件和其他相应的连接器件，从而达到对信号进行阻抗匹配和时序调整的目的。

本发明的电路应用场景广泛，其可以应用于通信和信号处理领域、测绘测量领域、医疗领域、运动健身领域、工业仪器仪表领域以及需要对模拟互调信号进行处理的其他领域。另外，本发明的电路布置灵活，其可以通过多个输入端和输出端，将本发明的电路布置于上述各领域的应用电路中的不同位置。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路的结构示意图；

图2是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路的二维结构图；

图3是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路的三维结构图；

图4是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路的一种示例性信号流向图；以及

图5是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路的另一种示例性信号流向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路100的结构示意图。可以理解的是，尽管图1中绘出了有限数量的阻抗元件和网格，但是根据本发明所应用的电路的不同，所述阻抗元件和网格的数量可以不同。如图1所示，本发明的阻抗匹配的电路100可以包括：多个阻抗元件101，所述多个阻抗元件构成包括网格102的网状结构。所述网格可以具有边103和顶点104。每个所述网格的至少一个边可以由至少一个阻抗元件构成。所述网状结构中的至少一个顶点可以作为所述电路的输入端105，至少另一个顶点可以作为所述电路的输出端106。

在一个实施例中，所述网格可以为三边形、四边形、五边形、六边形或其他形状中的一种或多种。如图1所示，例如所述网格可以是由4个边构成的四边形网格，所述网格有9个，其通过共有的边相互连接构成一个网状结构。所述网状结构的一个角的顶点可以作为所述电路的输入端，所述网状结构的另外一个角的顶点可以作为所述电路的输出端。

在一个实施例中，在每个所述网格的每个边上可以通过导线连接有一个阻抗元件。所述阻抗元件可以呈矩阵式排列，例如可以是4×4的矩阵，所述矩阵的每一行包括3个阻抗元件，每一列包括4个阻抗元件。所述阻抗元件中至少两个的阻抗值不同，并且所述阻抗元件可以为下列中的至少一种：电容；电感；电容和电感；电阻和电容；电阻和电感；电阻、电容和电感。所述输入端、输出端、导线和阻抗元件可以构成流经本发明电路的信号的多个通路。

通过对所述阻抗元件的数量以及阻抗值进行配置，使得所述电路的多个信号通路中至少有两路具有不同的阻抗值，并且还可以根据具体应用电路的不同，对所述电容、电感和电阻的数量和阻抗值进行不同的配置，以使得所述多个信号通路中的每一路都具有不同的阻抗值。这样，不同频率和/或振幅的信号流经本发明的电路时，可以从输入端沿着具有不同阻抗值的不同路径到达输出端，进而实现不同频率和/或振幅的信号与应用电路之间的阻抗匹配，从而保证了信号不失真地进行传输。

在一个实施例中，所述多个阻抗元件中的部分阻抗元件可以连接成滤波电路，以便对流经的不同频率和/振幅的信号进行滤除噪声的操作。所述滤波电路例如可以包括由电阻和电容构成的低通滤波电路，其配置用于滤除高频噪声；或者还可以包括由电感和电容构成的带通滤波电路，其配置用于滤除带通滤波电路的带外噪声。

图2是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路200的二维结构图。图2中的电路200可以理解为图1中的电路100的一种示例性的实现方式。因此，结合图1所描述的电路100的细节也同样适用于图2中的电路200的描述。

如图2所示，本发明的阻抗匹配的电路可以包括由m行和n列组成的二维平面网状结构，所述网状结构中的阻抗元件可以呈矩阵式排列，例如可以是图2所示的m×n矩阵，其中m和n是大于等于2的正整数。具体地，所述m行中的第1行可以包括依次排列的阻抗元件ZX11、ZX12…ZX1(n-1)和ZX1n，第2行可以包括依次排列的阻抗元件ZX21、ZX22…ZX2(n-1)和ZX2n，...，以此类推，第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZXm1、ZXm2…ZXm(n-1)和ZXmn。所述n列中的第1列可以包括依次排列的阻抗元件ZY11、ZY21…ZY(m-1)1和ZYm1，第2列可以包括依次排列的阻抗元件ZY12、ZY22…ZY(m-1)2和ZYm2，...，以此类推，第n列可以包括依次排列的阻抗元件ZY1n、ZY2n…ZY(m-1)n和ZYmn。

在一个实施例中，4个所述阻抗元件可以由导线连接进而构成四边形的网格，所述网格包括边和顶点。进一步地，所述二维平面网状结构可以是由所述四边形的网格相互连接构成，其中相邻的网格间具有共同的边。具体地，如图2中的阻抗元件ZX11、ZX21、ZY11和ZY12通过导线依次连接成一个四边形的网格；类似地，阻抗元件ZX12、ZX22、ZY12和ZY13也通过导线依次连接成一个四边形的网格。上述两个网格具有包括阻抗元件ZY12的共同的边，并且通过这个共同边将所述两个网格连接成网状结构。

在一个实施例中，每个所述网格具有四个顶点。所述阻抗匹配的电路的输入端可以从所述网格的任意一个顶点引出，并且配置用于接收输入到所述阻抗匹配的电路的信号。所述阻抗匹配的电路的输出端可以从所述网格的另外一个顶点引出，并且配置用于输出经过所述阻抗匹配的电路处理之后的信号。进一步地，所述输入端可以为多个，所述输出端可以为一个或多个，以便满足对多路所述信号进行接收和输出。具体地，例如所述输入端可以为图2中的A、B、C、D、E、F、G和H中的多个，所述输出端可以为所述A～H中的一个或多个，并且所述输入端和输出端不相同。

在一个实施例中，所述输入端和所述输出端设置在所述网状结构的对角处，以使得输入端和输出端之间的阻抗元件形成最多的组合，从而达到更精确的阻抗匹配的目的。例如所述输入端设置在A端，所述输出端设置在F端；或者所述输入端设置在B端，所述输出端设置在E端。通过这样的设置，可以使得信号在所述网状结构中所流经的路径更长或者说流经的阻抗元件更多，以便对所述信号实现更加精确的阻抗匹配。

在一个实施例中，所述输入端、输出端、导线和多个阻抗元件可以构成流经本发明电路的信号的多个通路。所述多个阻抗元件中的每个可以包括：电容、电感中的至少一种类型的阻抗元件，并且所述至少一种类型的阻抗元件中至少可以包括一个或多个该类型的阻抗元件；或者所述多个阻抗元件中的每个还可以包括电容、电感和电阻中的至少两种类型的阻抗元件，并且所述至少两种类型的阻抗元件中的每一个类型中，至少包括一个或多个该类型的阻抗元件。

通过对所述阻抗元件的数量以及阻抗值进行配置，使得所述电路的信号的多个通路中至少有两路具有不同阻抗值，并且还可以根据具体应用电路的不同，对所述电容、电感和电阻的数量和阻抗值进行不同的配置，以使得所述多个信号通路中的每一路都具有不同的阻抗值。在一个实施例中，所述信号可以包括由多个不同频率和/或振幅的谐波信号组成的合成信号，其中每个所述谐波信号经由输入端流经所述多个通路中的其中一路到达输出端，以便对每个所述谐波信号进行阻抗匹配，从而保证了信号不失真地进行传输。

在一个实施例中，所述多个阻抗元件中的部分阻抗元件可以连接成滤波电路，以便对流经的不同频率和/或振幅的信号进行滤除噪声的操作。所述滤波电路例如可以包括由电阻和电容构成的低通滤波电路，其配置用于滤除高频噪声；或者还可以包括由电感和电容构成的带通滤波电路，其配置用于滤除带通滤波电路的带外噪声。

图3是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路300的三维结构图。图3中的电路300可以理解为图1中的电路100的一种示例性的实现方式，并且还可以理解为图2中的电路200的一种拓展实现方式。因此，结合图1和图2所描述的电路100和200的细节也同样适用于图3中的电路300的描述。

作为图2中的电路200的一种拓展实现方式，本发明的阻抗匹配的电路300的结构可以是由多层图2所示的网状结构依次连接而形成的立体网状结构。其中，相邻两层所述网状结构之间通过多个阻抗元件连接。在一个实施例中，每层所述网状结构可以设置在一个板卡上，从而多个所述板卡连接以形成所述立体网状结构。

如图3所示，本发明的所述阻抗匹配的电路300的结构可以是由三个维度X、Y和Z组成的立体结构，其中在X维度上包括m行，在Y维度上包括n列，在Z维度上包括t竖。所述X维度中的每一行由阻抗元件ZXmnt组成，所述Y维度中的每一列由阻抗元件ZYmnt组成，所述Z维度中的每一竖由阻抗元件ZZmnt组成，其中m、n和t分别是大于等于1的正整数，特别地，当m＝n＝t时，所述立体结构是立方体。

具体地，在所述X维度上，第1行第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZX111、ZX121…ZX1(n-1)1和ZX1n1，第2行第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZX211、ZX221…ZX2(n-1)1和ZX2n1，...，以此类推，第m行第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZXm11、ZXm21…ZXm(n-1)1和ZXmn1。可以理解的是，虽然第1行第2、3…t竖、第2行第2、3…t竖以及第3、4…m行第2、3…t竖在图中并未绘出，但是依据上述的排列规则，可以得出这些未绘出的阻抗元件的编号和布局结构。

在所述Y维度上，第1列第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZY111、ZY211…ZY(m-1)11和ZYm11，第2列第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZY121、ZY221…ZY(n-1)21和ZYn21，...，以此类推，第n列第1竖可以包括依次排列的阻抗元件ZY1n1、ZY2n1…ZY(m-1)n1和ZYmn1。可以理解的是，虽然第1列第2、3…t竖、第2列第2、3…t竖以及第3、4…m列第2、3…t竖在图中并未绘出，但是依据上述的排列规则，可以得出这些未绘出的阻抗元件的编号和布局结构。

在所述Z维度上，第1竖第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZZm11、ZZm21…ZZm(n-1)1和ZZmn1，第2竖第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZZm12、ZZm22…ZZm(n-1)2和ZZmn2，...，以此类推，第t竖第m行可以包括依次排列的阻抗元件ZZm1t、ZZm2t…ZZm(n-1)t和ZZmnt。可以理解的是，虽然第1竖第1、2…(m-1)行、第2竖第1、2…(m-1)行以及第3、4…t竖第1、2…(m-1)行在图中并未绘出，但是依据上述的排列规则，可以得出这些未绘出的阻抗元件的编号和布局结构。

在一个实施例中，所述输入端和所述输出端可以设置在所述立体结构中的任意两个不相同的顶点上。所述任意两个不相同的顶点之间可以相互远离。特别地，可以分别设置在所述立体结构的对角的顶点上，例如输入端设置在顶点A，输出端设置在顶点F；或者输入端设置在顶点C，输出端设置在顶点G。通过这样的设置使得输入端和输出端之间的阻抗元件形成最多的组合，进而使得信号在所述立体结构中所流经的路径更长或者说流经的阻抗元件更多，以便对所述信号进行更加精确地阻抗匹配。

在一个实施例中，所述输入端、输出端、导线和多个阻抗元件可以构成流经本发明电路的信号的多个立体通路。所述多个阻抗元件中的每个可以包括：电容、电感中的至少一种类型的电抗元件，并且所述至少一种类型的阻抗元件中至少包括一个或多个该类型的电抗元件；或者所述多个阻抗元件中的每个还可以包括电容、电感和电阻中的至少两种类型的阻抗元件，并且所述至少两种类型的阻抗元件中的每一个类型中，至少包括一个或多个该类型的阻抗元件。

通过对所述阻抗元件的数量以及阻抗值进行配置，使得所述电路的信号的多个立体通路中至少有两路具有不同阻抗值，并且还可以根据具体应用电路的不同，对所述电容、电感和电阻的数量和阻抗值进行不同的配置，以使得所述多个信号通路中的每一路都具有不同的阻抗值。在一个实施例中，所述信号可以包括由多个不同频率和/或振幅的谐波信号组成的合成信号，其中每个所述谐波信号经由输入端流经所述多个通路中的其中一路到达输出端，以便对每个所述谐波信号进行阻抗匹配，从而保证了信号不失真地进行传输。

在一个实施例中，所述多个阻抗元件中的部分阻抗元件可以连接成滤波电路，以便对流经的不同频率和/或振幅的信号进行滤除噪声的操作。所述滤波电路例如可以包括由电阻和电容构成的低通滤波电路，其配置用于滤除高频噪声；或者还可以包括由电感和电容构成的带通滤波电路，其配置用于滤除带通滤波电路的带外噪声。

图4是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路的一种示例性信号流向图。可以理解的是，图4所示的信号流向图是在图2所示的阻抗匹配的电路的基础上进行绘制的，因此图4中的电路结构与图2中的电路结构相同。关于图4中的阻抗匹配电路的描述请参考图2中的相关描述，此处不再赘述。

如图4所示，三种不同频率的信号从输入端D进入网状结构，然后流经由阻抗元件构成的不同信号通路，最后从输出端H输出。为了对不同频率的信号进行区分，在网状结构中传输的三种不同频率的信号分别用粗实线、细实线和虚线来表示。由图4中可以得出，粗实线、细实线和虚线所代表的三种不同频率的信号，虽然都从输入端输入，并且都从输出端输出，但是在网状结构中所流经的信号通路不同。由于每条不同频率信号通路上的阻抗元件数量和阻抗值都可以不同，因此每条信号通路的总阻抗值也不同，从而实现了对三种不同频率的信号分别进行阻抗匹配，保证了信号的无失真传输。

在一个实施例中，输入到输入端的信号例如可以是一个或多个合成信号，所述合成信号可以由某频率的基波信号和多个不同频率的谐波信号组成。当所述合成信号输入到本发明的阻抗匹配的电路后，其中不同频率的基波和谐波信号能够根据阻抗元件的不同阻抗值自动选择路径进行传输，从而实现了对不同频率的基波和谐波信号分别进行阻抗匹配的目的。另外，不同频率的基波和谐波信号在流经不同种类和数量的阻抗元件时，产生的时序会有所不同。通过设置合理的数量和种类的阻抗元件，使得不同频率的基波和谐波信号在输出端的时序与其在输入端的时序一致，以便在输出端完整地还原所述合成信号。

在另一个实施例中，输入到输入端的信号例如还可以是多个不同频率的谐波信号，其中所述多个不同频率的谐波信号分别来自于不同的合成信号；或者输入到输入端的信号还可以是一个或多个合成信号与多个不同频率的谐波信号的组合，其中所述谐波信号分别来自于另外的一个或多个合成信号。其工作原理与输入到输入端的信号是一个或多个合成信号的情况相同，此处不再赘述。

作为一个具体的实施方式，下面以图4中的一个局部电路的信号流向为例，来阐述阻抗匹配电路对信号进行阻抗匹配的原理。如图4所示，取其中由ZX11、ZX21、ZX31、ZX32、ZY11、ZY12、ZY21和ZY22所组成的粗实线通路。进一步地，为描述方便，忽略此通路的时序影响，可以将ZX11、ZX21、ZX31和ZX32设置为阻值为0的电阻。另外设置ZY11、ZY12和ZY21为电容元件C，设置ZY22为电阻元件R。假设ZY11取值为470uF，ZY12取值10uF，ZY21取值220uF，ZY22取值为1kΩ。那么信号从输入端A点到ZX32与ZY23交汇点所流经的阻抗值就是470uF和10uF并联，然后再与220u和1k并联的阻抗值进行串联之后的合并阻抗值。很明显，一方面，通过设置不同的电容值和电阻值可以改变不同频率信号的通路；另一方面，还可以通过设置不同大小的电容值，利用其响应差异进而产生不同频率信号时序的微小变化。

图5是示出根据本发明实施例的阻抗匹配的电路的另一种示例性信号流向图。需要说明的是，图5的信号流向图是基于图4的信号流向图的一种示例性实现，其中图5中的三种不同信号的频率与图4中的三种不同信号的频率相同，并且一一对应。与图4中的信号流向图不同的是，图5所示的不同频率的信号与图4中对应频率的信号在振幅上不同，因此即使相同频率的信号流经相同的阻抗匹配电路，其所流经的信号通路也不同。

如图5所示，在一个实施例中，三种不同频率的信号从输入端D进入网状结构的阻抗匹配电路，然后流经由阻抗元件构成的不同信号通路，最后从输出端H输出。为了对不同频率的信号进行区分，在网状结构中传输的三种不同频率的信号分别用粗实线、细实线和虚线来表示。与图4进行比较可以得出，图5中的三种不同频率信号的通路与图4中的不完全相同，其原因是由于图5中的三种不同频率的信号分别与图4中相对应的三种不同频率的信号在振幅上不同。由于每条信号通路上的阻抗元件的数量和阻抗值都可以不同，因此每条信号通路的总阻抗值也不同，从而实现了对频率相同但是振幅不同的信号进行阻抗匹配，保证了信号的无失真传输。

应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

虽然本发明的实施方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。