(57)【要約】本発明による方法は、高周波数交流電圧を形成するため、またこの交流電圧で負荷を動作させるために使用される。この交流電圧は共振モードで動作する増幅器を用いて形成される。交流電圧エネルギは例えば薄膜コーティングまたはエッチングまたはレーザ励起のためのプラズマ処理、ガス放電処理に使用される。すなわち負荷抵抗が大きく変化する可能性のある負荷である。例えば負荷抵抗が異なる結果、基本周波数の不所望な変調が生じる可能性がある。この変調を回避するために、それぞれ異なる負荷および／または異なる供給電圧および／または異なる出力を有する異なる動作状態で形成される、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路が振動不能になるまで減衰される。
2006506009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波数交流電圧を形成する方法であって、
前記交流電圧を増幅器を用いて形成し、該増幅器は共振モードにおいて基本周波数で動作し、且つ複数のダミー素子を包含する構成素子を有し、該構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、基本周波数とは異なる不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、異なる負荷抵抗を有する負荷に前記交流電圧を供給可能である、高周波数交流電圧を形成する方法において、
少なくともそれぞれ異なる負荷を有する異なる動作状態において形成され、前記基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を振動不能になるまで減衰させることを特徴とする、高周波数交流電圧を形成する方法。
【請求項２】
異なる供給電圧を有する異なる動作状態において形成され、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を振動不能になるまで減衰させる、請求項１の上位概念記載の方法。
【請求項３】
異なる出力を有する異なる動作状態において形成され、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を振動不能になるまで減衰させる、請求項１の上位概念記載の方法。
【請求項４】
それぞれ異なる負荷および／または異なる供給電圧および／または異なる出力を有する異なる動作状態において形成される１つまたは複数の寄生的な振動回路を減衰させる増幅器を、ほぼ一定の電流に対して十分に高い内部抵抗を有する電流源または電圧源において動作させる、請求項１の上位概念記載の方法。
【請求項５】
寄生的な振動回路の減衰をＱが１弱になるまで行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
寄生的な振動回路を少なくともオーム抵抗によって振動不能になるまで減衰させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの非線形素子を有し、且つ前記寄生的な振動回路からエネルギを取り出し、該エネルギを別の個所、例えば直流電圧源において再び使用する回路によって、寄生的な振動回路を振動不能になるまで減衰させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施する高周波電力増幅器であって、
共振モードで動作し、且つダミー素子を包含する複数の構成素子を有し、該構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、該振動回路の出力側には異なる負荷抵抗を有する負荷が接続可能である、高周波電力増幅器において、
１つまたは複数の減衰性の素子が、少なくとも異なる負荷抵抗を有する異なる動作状態において形成される寄生的な振動回路において、該振動回路を減衰させるため、および前記基本周波数の低周波数変調を抑制するために設けられていることを特徴とする、高周波電力増幅器。
【請求項９】
異なる動作状態は異なる供給電圧を有する動作状態である、請求項８記載の高周波電力増幅器。
【請求項１０】
異なる動作状態は異なる出力を有する動作状態である、請求項８または９記載の高周波電力増幅器。
【請求項１１】
前記増幅器は所定の基本周波数において動作し、制御可能な一定の電力源（１）を有し、該電力源（１）には、前記増幅器のその他の部分への電力供給を前記基本周波数の周期にわたり一定に保つ十分に無損失性のダミー素子を有する第１の回路（１０２）が接続されており、該第１の回路（１０２）には十分に無損失性のダミー素子を有する回路網（１０７）が接続されており、該ダミー素子には、基本周波数のクロックで切り換えられるスイッチング素子と、十分に無損失性のダミー素子を有する第２の回路（１０５）が接続されており、前記回路網（１０７）の端子（１０８）には負荷を接続可能である、請求項８から１０までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項１２】
前記第１の回路（１０２）はチョークコイル（２）を有し、前記第２の回路（１０５）は、前記基本周波数のクロックで動作するスイッチ（３）を有し、該スイッチ（３）にはコンデンサ（４）が並列に接続されており、前記回路網（１０７）は前記基本周波数に同調されている共振回路（１０）と、電流と電圧との間の移相シフトを行うインダクタ（７）とを有し、前記電力源（１）は制御可能な電圧源を有する、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１３】
前記第１の回路（１０２）はチョークコイル（２）を有し、前記第２の回路（１０５）は、前記基本周波数のクロックで動作し、コンデンサ（４）が並列に接続されているスイッチ（３）と、該スイッチ（３）と直列に接続されており、電流と電圧との間の移相シフトを行う第１のインダクタ（７）とを有し、前記回路網（１０７）は前記第１のインダクタ（７）に直列に接続されている第２のインダクタ（１８）と、前記スイッチ（３）および前記第１のインダクタ（７）および前記第２のインダクタ（１８）の組み合わせに並列な第１のコンデンサ（１９）とを有し、該第１のコンデンサ（１９）と前記第２のインダクタ（１８）との間の第１のノード点（２８）は前記負荷（９）の端子（１０８）を表す、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１４】
前記第１のノード点（２８）と前記負荷（９）との間には直流電圧源結合のための第２のコンデンサ（１６）が接続される、請求項１３記載の高周波電力増幅器。
【請求項１５】
前記第１の回路（１０２）はチョークコイル（２）を有し、前記第２の回路（１０５）は、前記基本周波数のクロックで動作し、コンデンサ（４）が並列に接続されているスイッチ（３）と、該スイッチ（３）と直列に接続されており、電流と電圧との間の移相シフトを行う第１のインダクタ（７）とを有し、前記回路網（１０７）は第１の整合素子（２４）を有し、該第１の整合素子（２４）は前記第１のインダクタ（７）に直列に接続されている第２のインダクタ（１８）と、前記スイッチ（３）および前記第１のインダクタ（７）および前記第２のインダクタ（１８）の組み合わせに並列な第１のコンデンサ（１９）とを有し、該コンデンサ（１９）と前記第２のインダクタ（１８）との間の第１のノード点（２８）には第２の整合回路網（２５）が接続されており、該第２の整合回路網（２５）は前記第１の整合素子（２４）に直列である第３のインダクタ（２２）と、前記第１のコンデンサ（１９）および前記第３のインダクタ（２２）に並列な第３のコンデンサ（２３）とを有し、前記第３のインダクタ（２２）と前記第３のコンデンサ（２３）の第２のノード点には負荷（９）が接続可能である、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１６】
前記第１のノード点（２８）と前記第２の整合回路網（２５）との間には直流電圧源結合のための第２のコンデンサ（１６）が接続される、請求項１４記載の高周波電力増幅器。
【請求項１７】
前記電圧源（１）は前記チョークコイル（２）を介して前記第１のノード点（２８）に接続される、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項１８】
前記電圧源（１）は、前記基本周波数に同調されている帯域除去フィルタ（７４）を介して前記第１のノート点（２８）に接続される、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項１９】
前記電圧源は高い内部抵抗を有する、ないし前記電圧減は電流源によって形成されている、請求項１１から１８までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２０】
寄生的な振動回路は前記第１の回路（１０２）および前記第２の回路（１０５）ならびに前記回路網（１０７）の結果のダミー素子からなり、該振動回路の共振周波数は基本周波数よりも低周波数である、請求項１１から１９までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２１】
高い負荷抵抗または無限の負荷抵抗を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、ならびに前記スイッチ（３）に並列なコンデンサ（４）、コンデンサ（１９）ならびに場合によっては第２のコンデンサ（１６）から形成されている寄生的な振動回路は、並列振動回路に属する前記コンデンサ（１９）が、直列に接続されている２つの部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）の接続部にアースに案内されている抵抗（１７）が減衰性の素子として接続されており、直列回路としての前記部分コンデンサ（１９ｂ）および該部分コンデンサ（１９ｂ）からアースに案内されている別のインダクタ（２１）は前記基本周波数に同調されている、請求項１３，１４または１７から２０までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２２】
高い負荷抵抗または無限の負荷抵抗を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、ならびに前記スイッチ（３）に並列なコンデンサ（４）、第１のコンデンサ（１９）、直流電流源結合のための第２のコンデンサ（１６）ならびに前記第２の整合素子の第３のコンデンサ（２３）から形成される寄生的な振動回路は、並列振動回路に属する前記コンデンサ（１９）が、直列に接続されている２つの部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）の接続部にアースに案内されている抵抗（１７）が減衰性の素子として接続されており、直列回路としての前記部分コンデンサ（１９ｂ）および該部分コンデンサ（１９ｂ）からアースに案内されている別のインダクタ（２１）は前記基本周波数に同調されている、請求項１５から２１までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２３】
低い負荷抵抗または短絡している出力側を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、第２のコンデンサ（１６）ならびに前記第２の整合素子（２５）の第３のインダクタ（２２）から形成される寄生的な振動回路は、前記第２の整合素子（２５）に属する前記インダクタ（２２）が２つの部分インダクタ（２２ａ，２２ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分インダクタの接続部に減衰性の素子としての抵抗（２９）が接続されており、該抵抗（２９）は他方の端部を用いて前記第１のノード点（２８）と接続されており、直流電流源結合のための前記コンデンサ（１６）および直接接続されている前記部分インダクタ（２２ａ）は前記基本周波数に対する直列回路を形成する、請求項１５から２１までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２４】
前記負荷抵抗はプラズマでもって形成される負荷またはレーザによって形成されている、請求項８から２３までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２５】
前記スイッチは例えば少なくとも１つのＭＯＳ−ＦＥＴによって形成されており、該スイッチは電圧に依存する容量を有する寄生的な反転ダイオードと、電圧勾配が大きくなると導電状態になる寄生的なトランジスタとを有する、請求項８から２６までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波数交流電圧を形成する方法であって、高周波数交流電圧を増幅器を用いて形成し、増幅器は共振モードにおいて基本周波数で動作し、且つ複数のダミー素子を包含する構成素子を有し、構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、基本周波数とは異なる不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、異なる負荷抵抗を有する負荷に交流電圧を供給可能である、高周波数交流電圧を形成する方法に関する。
【０００２】
さらに本発明は、本発明を実施する高周波電力増幅器であって、共振モードで動作し、且つダミー素子を包含する複数の構成素子を有し、構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、振動回路の出力側には異なる負荷抵抗を有する負荷が接続可能である高周波電力増幅器に関する。
【０００３】
共振モードの高周波電力増幅器はクラスＣ，Ｅ，Ｆの増幅器または同等のものが考えられる。しかしながらそれと同時に、そのような高周波電力増幅器は共振モードで動作する切り換え式スイッチ電流供給部も同様に意図している。共振モードのこれらの切り換え式電流供給部または高周波電力増幅器は以下では簡潔にするために「増幅器」と称する。
【０００４】
例えば薄膜コーティングまたはエッチングまたはレーザ励起のためのプラズマ処理、ガス放電処理における交流電圧エネルギの使用、すなわち負荷抵抗が大きく変化する可能性のある負荷が以前から公知である。そのような用途に上述の増幅器を使用することも同様に以前から公知である。
【０００５】
そのような増幅器の基本原理は少なくとも１つのスイッチング素子を設けることであり、このスイッチング素子は基本周波数でスイッチオンおよびスイッチオフされ、このようにして電力がクロック式に一定の電力源から回路を介して、出力側に負荷が接続されている共振回路に供給される。この共振回路は先ず理想的な場合には基本周波数のみを負荷へと通過させ、次に１つまたは複数のスイッチング素子を可能な限り僅かな損失で動作できるようにする。出力は一定の電力源における電力供給によって制御される。通常の場合、一定の電力源は直流電圧源である。電力源とスイッチング素子との間の回路は、電流が基本周波数の周期にわたって変化することがないようにする。スイッチング素子には１つまたは複数のＭＯＳ−ＦＥＴが頻繁に使用される。
【０００６】
そのような増幅器は種々の実施形態で存在しており、クラスＣ，ＥおよびＦ増幅器として公知であり、種々の用途に適合されているが、若干変更された形態でも存在している。理想的な場合にはそのような増幅器は無損失の構成素子を有し、また非常に高い効率で動作する。実際の増幅器では共振回路、また殊にスイッチにおいて僅かな損失が生じる。しかしながら数１０ｋＷまでの増幅であれば、それにもかかわらず９０％以上の効率を達成することができる。
【０００７】
そのような増幅器が正確に機能するための前提は負荷抵抗が有限であるということである。
【０００８】
この場合負荷は単純な負荷、有利にはプラズマ処理またはレーザ励起区間が考えられる。しかしながら負荷は、そのような負荷と前置接続されている整合回路網または伝送線との組み合わせまたはこれら２つとの組み合わせ、またはさらに別の部分との組み合わせとも解することができる。
【０００９】
ガス放電または類似の処理においては、ガス放電が点弧されない限り負荷抵抗は非常に高い。すなわちこの場合増幅器は実質的に無負荷状態で動作する。さらにはそのような処理においては非常に低抵抗の負荷抵抗を表す弧絡が生じる可能性があり、このことは短絡動作の場合に類似する。さらにはそのような処理では、頻繁にば数１０Ｗから数１０ｋＷに及ぶ非常に広範な電力領域をカバーする必要がある。
【００１０】
テストによって、増幅器が無負荷状態にある場合でも短絡している場合でも頻繁に基本周波数にある一定の交流電圧は存在せず、むしろ低周波数が重畳されて振幅変調している基本周波数が出力側に生じることが証明された。低周波数信号の周波数は例えば、出力側が無負荷状態で動作された３ｋＷ増幅器では２００ｋＨｚから２ＭＨｚであり、また基本周波数の出力電圧の１００％であった。
【００１１】
同様の特性を出力側の電力が低い場合、例えば８０Ｗの場合また正確な終端抵抗において検出することができた。この特性はそのような用途においては非常に好ましくないものである。
【００１２】
ＵＳ  ５  ７４７  ９３５は、交流電圧を連続的に安定してプラズマに供給する切り換え式増幅器を用いる方法および装置を記述している。ここでは負荷が大きく変化するために不安定性が想定される。非線形の負荷は高調波振動を形成し、この高調波振動は増幅器へと伝播し、動作クラスを変更させるか発振を生じさせる可能性がある。したがって切り換え式増幅器は、この増幅器自体が安定した状態で動作し、且つ例えば他の動作クラスに切り替わらない場合にしか連続的に安定した信号を出力側に供給することができない。これを回避するために、損失性のフィルタを用いて基本周波数とは異なる周波数にあるエネルギを吸収すること、つまり基本周波数とは異なる全ての外乱が吸収されることによって振動回路の励起を回避することが提案される。
【００１３】
しかしながら損失性のフィルタを用いるそのような吸収は、吸収を行う素子において付加的に熱を発生させ、またそれと共に効率を低減させることになる。これは例えば数１０ｋＷの高出力の増幅器においては著しい欠点となる。
【００１４】
ＵＳ  ４７１７８８４は当業者に対して、寄生的な振動回路をどのように回避するかを教示しているが、それは実践では殆ど不可能である。何故ならば、機能的な理由により複数の異なる構成素子を接続することは不可欠であるので、寄生的な振動回路を回避することができないからである。
【００１５】
したがって本発明の課題は増幅器の動作状態が異なる場合であっても、すなわち殊に増幅器の出力側が開いている場合、または短絡している場合であっても、ならびにあらゆる中間的な動作状態であっても、また出力が異なる場合であっても不所望なサブ周波数を阻止することができる方法を提供することである。この際、増幅器の効率は低減されるべきではなく、また安定化措置に関するコストは比較的僅かであるべきである。さらに本発明の課題は、本発明による方法を実現するための高周波電力増幅器ないし回路提案を提供することである。
【００１６】
この課題を解決するために、本発明による方法に関しては一方では、少なくともそれぞれ異なる負荷を有する異なる動作状態において形成される、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路が振動不能になるまで減衰されることが提案される。
【００１７】
さらにこの課題を解決するために、異なる供給電圧を有する異なる動作状態において形成される、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路が振動不能になるまで減衰されることを実施できる。
【００１８】
最後にこの課題を解決するために、異なる出力を有する異なる動作状態において形成される、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路が振動不能になるまで減衰されることを実施できる。
【００１９】
本発明の方法に関するこれら３つ全ての解決手段の提案は単独で、または組み合わせて実施できる。
【００２０】
本方法を実施するための高周波電力増幅器に関しては、少なくとも異なる負荷抵抗を有する異なる動作状態において形成される、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する寄生的な振動回路における１つまたは複数の減衰素子が、この振動回路を振動不能になるまで減衰させるために、また基本周波数の低周波数変調を抑制するために設けられることが提案される。
【００２１】
この際さらには、異なる動作状態は異なる供給電圧源を有する動作状態または異なる出力を有する動作状態が考えられる。
【００２２】
したがって本発明によれば、異なる動作状態にある増幅器においては寄生的な振動回路、すなわち不所望な振動回路が求められ、この振動回路は振動能力がもはや存在しなくなるまで減衰される。
【００２３】
したがって不所望な変調を阻止するために、まずそのような変調がどのようにして発生するのかを知る必要がある。不所望な振動は振動回路がこの振動に対してＱ＞１で存在して、この回路が励起される場合には常に発生する。
【００２４】
そのような振動回路の励起を阻止するための煩雑な試みは、この寄生的な振動回路が発見され、また増幅器の効率を低減することなくこの振動回路がもはや発振できないように振動回路のＱが調節されて低減される場合には必要ないことが分かった。
【００２５】
この場合、減衰性の素子は所望の基本周波数においても不所望な周波数においても既存のエネルギまたは形成されるエネルギを吸収するのではなく、基本周波数よりも明らかに低い共振周波数を有する寄生的な振動回路のＱが１よりも小さく保持され、したがってたとえ振動回路が励起されたとしてもこの振動回路が出力側における妨害的な変調を生じさせないよう減衰性の素子は作用することが重要である。
【００２６】
本発明による方法ならびに所属の増幅器ではスイッチング素子を常に安定状態に保持する必要は無く、むしろ終端抵抗の欠落または低電圧に起因してスイッチング素子がさらに不規則に動作すること、例えば個々の周期持続時間にわたって全く閉じられないことも十分に考えられる。むしろ、起こりうるサブ周波数およびこのサブ周波数に起因する低周波数変調を阻止することが本発明の内容である。テストによって、スイッチは完全に安定して動作する必要は全くなく、それにもかかわらず出力側において不所望な変調が生じることなく連続的な交流電圧信号を形成できることが証明された。
【００２７】
不所望な振動を阻止することによって、明確に前段階でこの振動の発生が阻止されており、付加的な素子におけるこの振動の吸収は行われない。
【００２８】
別個の保護が請求される本発明の一実施形態では、それぞれ異なる負荷および／または異なる供給電圧および／または異なる出力を有する異なる動作状態において形成される１つまたは複数の寄生的な振動回路を減衰させるための増幅器が、ほぼ一定の電流に対して十分に高い内部抵抗を有する電流源または電圧源において動作される。
【００２９】
これによっても課題は解決される。すなわち不所望な振動回路は減衰され、したがって変調のない出力信号が生じる。
【００３０】
本発明の重要な観点は、以下の可能性、
１．基本周波数は減衰されない
２．新たな寄生的な振動回路は発生しない
３．構造は可能な限り簡単である
に従い減衰性の素子の正確な場所および正確な寸法を求めることにある。
【００３１】
振動回路の減衰はこの振動回路が非振動の特殊な状態にあるよう設計される場合には頻繁に殊に有利である。
【００３２】
本発明の付加的な実施形態は別の従属請求項に記載されている。
【００３３】
以下では本発明を本質的な詳細と共にさらに詳細に説明する。
【００３４】
ここで、
図１ａは共振モードで動作する増幅器の概略的な回路図であり、
図１ｂは図１ａの本発明による実施形態を記号的に表したものであり、
図２は典型的なクラスＥ増幅器の概略的な回路図であり、
図３ａは減衰性の並列振動回路を有する変更されたクラスＥ増幅器の回路図であり、
図３ｂは電力供給部がずらされた図３ａの回路図であり、
図３ｃはサブ周波数を有する振動回路を本発明により減衰させるための減衰性の素子を備えた図３ｂの回路図であり、
図４ａ，ｂは電圧源および帯域除去フィルタを備えた電力供給部の回路図であり、
図５は２つの整合素子を有する変更されたクラスＥ増幅器の回路図であり、
図６は無負荷状態において作用する構成素子に低減された図５に示した回路であり、
図７は無負荷状態において寄生的な振動回路を減衰させるための減衰措置が講じられている図５に相応する増幅器の回路図であり、
図８は短絡状態において作用する構成素子に低減された図５に示した回路図であり、
図９は短絡状態において寄生的な振動回路を減衰させるための減衰措置が講じられている図５に相応する増幅器の回路図であり、
図１０は電力スイッチが並列に複数接続されている図９による増幅器の回路図の一部であり、
図１１は非線形の構成素子を用いて振動回路を減衰させ、またエネルギを取り出すための回路図である。
【００３５】
図１ａは共振モードで動作する増幅器の原理的な構造を相互接続されている多端子回路の形態で示す。４端子回路１０５は寄生的なダミー素子または直接的に接続されるダミー素子を有する１つまたは複数のスイッチング素子を包含する。これらの素子はスイッチ、インダクタおよびコンデンサとして模式図的に示されている。これらの素子は例えばスイッチについて、動作様式および構成素子の選択に応じて、種々のやり方で１つまたは複数個設けて相互接続することができる。スイッチング素子は信号１０４によって基本周波数のクロックでスイッチオンおよびスイッチオフされる。４端子回路１０５は接続部１０６を介して回路網１０７と接続されており、この回路網１０７は理想的には無損失のダミー素子から構成されている。
【００３６】
これらのダミー素子は同様にインダクタおよびコンデンサとして模式図的に示されている。ここでもまたこれらの素子は所望の動作様式に応じて、種々のやり方で１つまたは複数個設けて相互接続することができる。１つまたは複数のトランスミッタをこの回路網に包含させることができるか、４端子回路１０５に包含させることもできる。このトランスミッタは模式図的には示していない。回路網１０７の端子１０８には負荷を接続することができる。回路網は先ず理想的な場合には基本周波数のみを負荷に通過させ、次にスイッチング素子が４端子回路１０４において可能な限り僅かな損失で動作できるようにする。この際４端子回路１０４および回路網１０５内のダミー素子は非線形に相互に依存しておらず、全体的に増幅器の特性に影響を及ぼす。回路網１０７への電力供給が線路１０３を介して行われる。たいていの場合、電力供給部は制御可能な直流電圧源である一定の電力源１から構成されている。線路１０１を介して電力が４端子回路１０２に供給され、この４端子回路１０２は電力供給を基本周波数の周期にわたり一定に保つタスクを担う。このことは以下説明するようにたいていの場合チョークコイルを用いて達成されるが、所望の動作様式に応じて接続される１つまたは複数のダミー素子によって異なるやり方で行うこともできる。
【００３７】
これらのダミー素子は同様にインダクタおよびコンデンサとして模式図的に示されている。出力は一定の電力源１における電力供給によって制御される。４端子回路１０２の出力側においては回路網１０７への線路１０３が設けられている。ここでもまた回路網１０７および４端子回路１０２のダミー素子は相互に接続されており、４端子回路１０４と共に増幅器の特性に影響を及ぼす。接続部１０６は単一の線路でも良いが、例えば４端子回路１０４内の複数のスイッチング素子が回路網１０７において初めて相互接続される場合には複数の線路から構成してもよい。接続部１０１および１０２も単一の線路に制限されるものではない。切り換え式電流供給部に関する関係をこのように一般化し、この新たな明瞭性で表せることも本願発明の特徴である。何故ならばこのように一般的に表すことは、４端子回路１０２，１０４およびネットワーク１０７におけるダミー素子の構成に応じて、コネクション１０３および１０６を介して寄生的な振動回路が存在する、または存在する可能性があるということを当業者に明らかにするからである。
【００３８】
正常な動作時にはこの振動回路は通常の場合、端子８における実際の負荷によって十分に減衰され、また通常は励起もされない。しかしながらこの負荷が（出力側８における無負荷または短絡に基づき）存在しない場合、またはこの負荷の作用がもはや十分でない場合にはこの振動回路が発振する可能性がある。したがって振動回路の励起が必要とされ、これを以下説明する。既に言及したように本発明においては、この振動回路の励起を阻止できないまたは阻止することが困難であるのではなく、有利にはこの寄生的な振動回路がもはや発振できないほどに減衰されるということが基礎とされる。
【００３９】
図１ｂは本発明による方法の一般的な構成を同様に相互接続されている多端子回路の形態で示している。図１ａにおいて挙げた参照番号はこの図１ｂにおいても直接的に用いられており、また別の構成素子によって補完されている。これらの別の構成素子は、４端子回路１０２内でのサブ周波数における振動回路の減衰を記号的に表している４端子回路１０２内のローパスフィルタを表す記号および抵抗、回路網１０７内でのサブ周波数における振動回路の減衰を記号的に表している４端子回路１０７内の同一の構成素子、ならびに４端子回路１０５でのサブ周波数における振動回路の減衰を記号的に表している４端子回路１０５内の同一の構成素子である。
【００４０】
減衰は前述の個所の内の１箇所または複数の個所において行うことができる。減衰は抵抗、損失性のダミー素子、非線形の構成素子を用いて行うことができるか、例えば別の場所で再び供給するために増幅器からエネルギを取り出す回路を用いて行うことができる。これに関する例は図１１に示されており、この図１１に関する記述において説明する。ここで減衰性の素子は、基本周波数が減衰されないように使用および寸法設計されることが重要である。このことをどのように実施できるかは、このブロック回路図においては詳細に説明しない。その代わりに図３ｃ，７，８，９および１０に関する記述に基づき説明する。ここでは先ず図２に基づいて、そのような振動がどのようにして励起につながる可能性があるかを説明する。
【００４１】
図２は典型的なクラスＥ増幅器１００の原理的な構造を示す。機能は以下詳細に説明する。
【００４２】
スイッチ３が基本周波数のクロックでスイッチオンおよびスイッチオフされる。直列コンデンサ５および直列インダクタ６からなる共振回路１０は基本周波数に同調されており、また基本周波数を有する電流のみを負荷抵抗９に流すことができる。チョークコイル２は電流源１から流れる電流を基本周波数の周期にわたって一定に保つ。スイッチ３に並列に接続されているコンデンサ４はエネルギ蓄積器また曲線形成器として使用される。インダクタ７はスイッチ３を介する電圧が可能な限り０に等しくまた電圧変化が可能な限り僅かである時点にこのスイッチ３がスイッチオンされるようにして電流と電圧との間の位相差を調節する。
【００４３】
図１ａと比較するとスイッチ３はコンデンサ４と共に４端子回路１０５を表し、チョークコイル２は４端子回路１０２を表し、インダクタ６，７およびコンデンサ５は回路網１０７を表す。この回路装置を用いて非常に損失の少ない高出力を高周波数において発生させることができ、９０％またはそれ以上の効率を達成することができる。もっともそのような増幅器の正確な動作は、負荷抵抗９が回路の内部抵抗８と等しいことを前提とする。
【００４４】
テストおよびシミュレーションでは所定の動作状態、例えば出力側が短絡状態または無負荷状態の場合、または低出力の場合、すなわち供給電圧の電圧が低い場合にも、増幅器は低周波数で振幅変調されている基本周波数を表す信号を出力側に印加する状態になることが明らかにされた。そのような信号は多くの用途にとって非常に望ましくないものである。
【００４５】
この変調を説明するためにスイッチ３のより厳密な考察が必要である。スイッチ３は有利にはＭＯＳ−ＦＥＴとして実現することができ、このＭＯＳ−ＦＥＴは電圧に依存する容量を有するドレインからソースへの反転ダイオードを含む。さらにはそのようなＭＯＳ−ＦＥＴは寄生的なトランジスタを有し、この寄生的なトランジスタは非常に急峻に電圧が変化する場合には導電状態になる。シミュレーションでは、理想的なスイッチにおいてその他の条件が同じである場合そのような変調は生じないことを証明することができる。
【００４６】
出力側が短絡状態の場合、また無負荷状態の場合には、電流の位相が増幅器における電圧に対してシフトされる。これによってＭＯＳ−ＦＥＴスイッチ３における反転ダイオードは導通状態にされるか、ＭＯＳ−ＦＥＴにおける寄生的なトランジスタが点弧される。このことは以下の負の作用を有する：導通状態で動作している反転ダイオードがＭＯＳ−ＦＥＴのソース・ドレイン間に大量のキャリアを蓄積する。これらのキャリアは反転ダイオードが阻止電流方向で動作する場合に再び解放される。しかしながらキャリアの解放は無視できないほどの著しい電流を惹起する。外部から考察すると、ＭＯＳ−ＦＥＴはゲートを介して阻止されているにもかかわらずスイッチオンされたスイッチのように振る舞う。このことはやはり、周期から周期へと電圧源１からチョークコイル２を介して流れる電流を緩慢に変化させる。確かにチョークコイル２は周期にわたって一定の電流を保証するが、周期が多くなると電流が全く変化する可能性がある。これは増幅器の出力が電力源を介して制御可能であるべきなので望ましくもある。これによって上述した寄生的な振動回路は励起する可能性がある。スイッチはさらに基本周波数で動作するが、チョークコイルを流れる電流は比較的緩慢な固有の負所望な周波数において、付加的な容量と共に発振し、またこの不所望な周波数を基本周波数に重畳させて変調させる。
【００４７】
そのような変調は出力が非常に小さい場合の動作時にも発生する可能性がある。これはスイッチング素子ＭＯＳ−ＦＥＴにおける非常に電圧に依存する寄生的な容量によって惹起される。増幅器の寸法設計に関しては実効容量すなわち周期持続時間にわたり平均化されている容量が基礎とされる。容量は低電圧の場合には高電圧の場合よりも大きいので、実効容量はＭＯＳ−ＦＥＴにおける電圧ピークが高い場合には電圧ピークが低い場合よりも小さい。容量変化は非線形であるので、この効果は電圧が低ければますます大きくなる。低出力を達成するためにはスイッチ３における電圧が低減される。したがって比較的大きい有効容量が効果的である。このスイッチのための典型的な構成素子では、実効容量はピーク電圧が４００Ｖのときの約１２０ｐＦから、ピーク電圧が約８０Ｖであるときには８００ｐＦまでしか上昇しないが、ピーク電圧が２０Ｖであるときには約５ｎＦに上昇する。
【００４８】
したがって増幅器内の重要な構成素子は、殊に電力が非常に小さい場合、その値が数倍変化し、このことは増幅器の顕著な離調につながる。これはやはり位相をシフトさせる。このシフトはやはり反転ダイオードを導通状態にさせる。したがって上述した短絡または無負荷の場合と同様に緩慢な変調振動が励起される可能性がある。
【００４９】
差し当たり出力側が無負荷であるとすると負荷抵抗９は無限に大きい。この場合チョークコイル２はコンデンサ４と共に不所望な振動回路を形成する可能性があり、この振動回路は緩慢に変化するチョークコイルにおける電流によって励起される。スイッチ３はさらに基本周波数で切り換えられるが、チョークコイル２を流れる電流は付加的にコンデンサ４と共に比較的緩慢な固有のサブ周波数において発振し、このサブ周波数を基本周波数に重畳させて変調させる。
【００５０】
本発明によればそのような変調を抑制するために、この振動回路はサブ周波数に対してＱが１より小さくなるまで減衰され、振動回路の発振が回避されることが提案される。この減衰は例えば電圧源１の内部抵抗が高められることによって、すなわち電圧源が電流源に置換されることによって達成することができる。実際にはシミュレーションによって、また実践的なテストによっても、電流源を備えた装置が変調の無い出力信号を有することを証明できる。電圧源が電流源に置換される場合には、チョークコイル２を省略することができる。
【００５１】
この措置に加え、またはこの措置の代わりに振動回路を減衰させるための別の可能性が存在し、これはさらなる付加的な利点を有するものである。例えば、比較的大きな変更を行わなくとも既存の増幅器における比較的簡単で明瞭な変更によって、不整合時の変調を抑制することができる。
【００５２】
図３ａは変更されたクラスＥ増幅器１００ａの原理的な構造を示す。電圧源１、チョークコイル２、スイッチング素子３およびコンデンサ４を用いる電流供給は図２の装置に対応する。インダクタ７は電流の正確な位相位置を調節し、スイッチ３のスイッチオンおよびスイッチオフに関する条件を充足させる。
【００５３】
この回路においては共振回路１０が減衰性の並列振動回路として構成されており、この並列振動回路は基本周波数に同調されており、またＱが十分であればインダクタ１８においては基本周波数の電流が優遇される。したがってクラスＥ増幅器の実質的な条件は充足されている。すなわち基本周波数の正弦波状の電流がこのインダクタ１８を通過する。
【００５４】
さらには抵抗が変えられる。ここでは駆動回路の比較的小さい内部抵抗が比較的大きい負荷抵抗９へと上昇される。
【００５５】
図３ａによるこの回路では必要に応じて、電流供給部をノード２７におけるスイッチ側の端部に接続する代わりに、ノード２８における位相シフトのためのインダクタ７と共振回路に属するインダクタ１８との組み合わせの負荷側の端部に接続することができる。
【００５６】
インダクタ７および１８は純粋なダミー素子であり、また電流供給部は基本周波数の範囲において一定の電流（直流電流）を供給するので、この措置は回路の機能には不利に作用しない。殊にこの措置の利点は、スイッチ３およびコンデンサ４およびインダクタ７に代わって、複数のスイッチをそれぞれ１つのコンデンサと共にそれぞれ１つのインダクタを介してノード２８に接続できる点にある。供給ノードの位置をずらすことの別の利点は、ノード２８に高調波はもはや印可されないためにこのノード２８ではチョークコイルが基本周波数を上回る周波数に対してもはや作用を及ぼす必要はないので、チョークコイル２を基本周波数に対する帯域除去フィルタに置換できることである。より詳細な記述は図４ａおよび４ｂの説明から見て取れる。
【００５７】
図３ｂを無負荷状態と想定すると、チョークコイル２はコンデンサ１９と共に、減衰されずに励起の際に発振されるサブ周波数に対する振動回路を表す可能性がある。
【００５８】
この回路においても電圧源の内部抵抗を高めることによって、または寄生的な振動回路を直接的に減衰させることによって不所望な変調を回避することができる。
【００５９】
図３ｃはこの回路のためのそのような減衰の例を示す。このために図３ｂのコンデンサ１９は２つのコンデンサ１９ａおよび１９ｂに分割される。これらのコンデンサに直列にインダクタ２１が接続される。１９ｂおよび２１から構成されている直列回路は基本周波数に同調されている。この直列回路に並列に図３ｃでは抵抗１７として示されている減衰性の素子が接続される。１９ｂと２１の直列回路が基本波を阻止せずに通過させるので、この減衰性の素子は基本周波数に対して作用しない。しかしながら、チョークコイル２およびコンデンサ１９からなる寄生的な振動回路は抵抗を適切に選択すると十分に減衰されるので、その結果この寄生的な振動回路が発振する可能性はない。
【００６０】
図４ａおよび４ｂは上述した帯域除去フィルタの考えられる２つの実施形態を示し、これらの帯域除去フィルタを高周波チョークコイル２の代わりに使用することができる。これらの帯域除去フィルタ７４は共振回路１０のインダクタ１８とコンデンサ１９との間のノード２８に接続されている。帯域除去フィルタは基本波に同調される。したがってインダクタ７１の値をチョークコイル２に比べて著しく低減させることができる。またインダクタを鉄無しで、すなわちフェライトコア無しで構成することができる。
【００６１】
図４ａにおける帯域除去フィルタ７４は、コンデンサ７５およびインダクタ７１からなる並列振動回路から構成されている。図４ｂにおける帯域除去フィルタ７４は同様に並列振動回路から構成されているが、この並列振動回路はインダクタ７１および２つのコンデンサ７２および７３からなる。接地されている２つのコンデンサ７２，７３を用いる並列振動回路の実施形態は、これによって高周波数のノイズもフィルタリングされるので有利である。
【００６２】
図５は変更された切り換え式クラスＥ電力増幅器１００ｂを示す。電力増幅器は図３ａにおける共振回路１０と等価の並列共振回路を有し、したがって同時に第１の整合素子を形成する。ここでは抵抗の整合が２段階で実現され、この際第１の整合素子２４には直流電流減結合に使用されるコンデンサ１６を介して第２の整合素子２５が接続される。この装置においては電圧源がチョークコイル２と共に整合素子２４内のノード２８に移動されている。チョークコイル２の代わりに図４に示されているような帯域除去フィルタ７４を使用することができる。
【００６３】
第１の整合素子２４および並列フィルタは構成素子、すなわちインダクタ１８およびコンデンサ１９を包含する。第１の整合素子２４は基本周波数に同調されている。
【００６４】
第２の整合素子２５はインダクタ２２およびコンデンサ２３を包含する。第２の整合素子２５には負荷抵抗９が接続されている。
【００６５】
実質的に無限の負荷抵抗を有する不整合事例の場合、すなわち無負荷の場合には、回路を図６に示した素子に低減することができる。
【００６６】
低周波数に対してはコンデンサ４およびインダクタ７，１８からなる直列回路は容量性に作用し、このことは結合コンデンサ１６，コンデンサ２３およびインダクタ２３を有する回路にも該当する。この回路装置が低周波数に対して重要な構成素子にさらに低減される場合には、チョークコイル２およびコンデンサ４，１９，１６および２３を有する振動回路が生じる。この場合実効容量に関する値は直列に接続されているインダクタによってさらに高められる。
【００６７】
本発明によればこの振動回路が減衰される。このことは冒頭で述べたように電圧源における減衰によって行うことができるが、本発明は所定の状況ではより簡単かつより廉価に実現できるさらなる可能性を包含する。
【００６８】
したがってこの振動回路の減衰を、図７に基づき説明するように以下のように達成することができる。
【００６９】
コンデンサ１９が２つのコンデンサ１９ａ，１９ｂに分割され、その結果コンデンサ１９ｂおよびインダクタ２１からなる直列回路は基本周波数に同調されている。この直列回路は基本周波数に対する低抵抗経路を形成する。しかしながら不所望なサブ周波数に対しては１９ｂ，２１からなるこの直列回路は高抵抗である。
【００７０】
コンデンサ１９ａと共にチョークコイル２から形成される不所望な振動回路は減衰性の素子としての抵抗１７と接続されており、これによってＱが１弱となるほどに振動回路が大幅に減衰される。抵抗はこれが達成されるように設計されている。減衰を過度に大きく選択すると、確かに寄生的な振動回路は非常に良好に減衰されるが、例えばコンデンサ４またはコンデンサ１６および２３でもって別の振動回路が形成される。
【００７１】
図８は図７を基礎として、出力側が短絡しており、したがって負荷抵抗９は実質的に０オームである動作状態を示す。したがってコンデンサ２３（図５）は短絡されており、やはりチョークコイル２、コンデンサ１６およびインダクタ２２の分岐において変調周波数に対する不所望な振動回路が形成される可能性がある。
【００７２】
図９は出力側が短絡しているこの動作状態に関して、不所望な変調を回避するために本発明により行われる措置を示す。ここでは寄生的な振動回路は簡単な措置でもって減衰される。
【００７３】
このために第２の整合素子２５に属するインダクタ２２が２つの部分インダクタ２２ａ，２２ｂに分割される。さらにはコンデンサ１６が直流電圧分割のために２つのコンデンサ１６ａおよび１６ｂに分割される。２つの部分インダクタの接続部には減衰性の素子としての抵抗２９が接続されており、この抵抗２９の他方の端部は２つの部分コンデンサ１６ａ，１６ｂの接続部に接続されている。
【００７４】
インダクタ２２を２つの部分インダクタ２２ａ，２２ｂに分割することは、インダクタ２２をタップすることによって行うことができ、この際減衰性の抵抗がこのタップ点に置かれる。
【００７５】
タップ点はコンデンサ１６ｂおよびインダクタ２２ａが基本周波数に対する直列回路を表し、且つこの基本周波数を妨げることなく抵抗２９に通過させるよう選択される。
【００７６】
抵抗２９および１７は減衰素子の単なる例として選択されているに過ぎず、いつでも他の減衰素子に置換することができる。
【００７７】
コンデンサ４を有するスイッチ３の代わりに、それぞれが比較的小さい容量を有する複数のスイッチをそれぞれ１つのインダクタの組み合わせを介して並列に接続することができる（図１０）。この並列回路はスイッチング素子にとって著しくより好適な構成素子を用いる非常に大きな出力の増幅を実現する。もっとも実際には、駆動段が同期制御される場合であってもスイッチにおけるスイッチング速度の差、ゲートにおけるスイッチオン電圧および寄生的な構成素子における差によって個々の分岐に位相差が生じる。僅かな差で切り換えられるこれらのスイッチング素子のインダクタを介する相互接続は、それぞれのインダクタ７ｃ，ｄ，ｅ，ｆの位相訂正のための抵抗２６ｃ，ｄ，ｅ，ｆを中性点２９に対して挿入できるという大きな利点を有する。図１０は４つの分岐に関する例に基づき、構成素子３，４，７および１８の複数の分岐が一般的に構成素子３ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，４ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，７ｃ，ｄ，ｅ，ｆおよび１８ｃ，ｄ，ｅ，ｆを用いてどのように並列に接続できるかを示す。ノード２８にこれらの構成素子が相互接続される。
【００７８】
図５から１０におけるチョークコイルをそれぞれ図４の帯域除去フィルタに置換することができる。
【００７９】
図１１は図３ｃまたは図７から図１０の一部をコンデンサ１９ａ，１９ｂおよびインダクタ２１と共に示したものである。抵抗１７は非線形の構成素子を有する回路８４、この例においては整流素子としてのダイオード８２、交流電圧分離のためのチョークコイル８３および平滑化のためのコンデンサ８１に置換されている。
【００８０】
基本周波数の成分は、コンデンサ１９ｂおよびインダクタ２１からなる直列回路が基本周波数を妨げることなく通過させるので、ここでもまた回路８４を介しては流れない。減衰効果を得るために端子８５において回路からエネルギが取り出され、このエネルギを直流電圧源に供給することができる。これによって回路の効率を付加的に改善することができる。
【００８１】
考えられる複数の実施形態に対する例示的な特性を有する前述の全ての措置は、低周波振動に対する寄生的な振動回路のＱを低減させることを目的として使用される。
【００８２】
現在使用できる構成素子および是認できるコストでもって低周波振動の発生を阻止することの方が、所定の個所において既に存在する振動を吸収するよりも遙かに好適である。振動の阻止は、増幅器において相応の振動回路を発見し、且つこの振動回路のＱを有意に低減してこの振動回路が振動を形成できなくすることによって達成することができる。これと同時に回路内の基本周波数に関する特性は変更されないままである。
【００８３】
そのように減衰性の回路を用いることにより、寄生的なダイオードまたは寄生的なトランジスタが導通状態にならないようにスイッチを動作させることはもはや必要はない。相応の振動回路はもはや発振することができないので、低周波振動はもはや形成されない。試験的に無負荷状態または短絡状態で動作された実際の増幅器では、上述の措置によって、周期の一部にわたってまたは全周期にわたって上記の理由により導通されたままである状態でＭＯＳ−ＦＥＴが動作される場合であっても、出力側において低周波数変調は示されないことを証明することができた。
【００８４】
上述の回路はこの不所望な振動回路を減衰させるための単に典型的な僅かな例を表しているに過ぎず、これらの例のみが本発明の内容なのではなく、そのような減衰の考えられる全ての形態が本発明の内容であると認識することが重要である。さらにはサブ周波数の既述の励起はＭＯＳ−ＦＥＴを有する切り換え式電流供給部に制限されるものではない。サブ周波数に対する振動回路は種々のやり方で励起される可能性がある。また本発明による方法は考えられる全ての励起に対して有効である。何故ならば本発明は従来公知の方法とは異なりこの励起を阻止することを試みるのではなく、振動回路の発振を阻止するからである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１ａ】共振モードで動作する増幅器の概略的な回路図。
【図１ｂ】図１ａの本発明による実施形態を記号的に表したもの。
【図２】典型的なクラスＥ増幅器の概略的な回路図。
【図３ａ】減衰性の並列振動回路を有する変更されたクラスＥ増幅器の回路図。
【図３ｂ】電力供給部がずらされた図３ａの回路図。
【図３ｃ】サブ周波数を有する振動回路を本発明により減衰させるための減衰性の素子を備えた図３ｂの回路図。
【図４ａ】電圧源および帯域除去フィルタを備えた電力供給部の回路図。
【図４ｂ】電圧源および帯域除去フィルタを備えた電力供給部の回路図。
【図５】２つの整合素子を有する変更されたクラスＥ増幅器の回路図。
【図６】無負荷状態において作用する構成素子に低減された図５に示した回路。
【図７】無負荷状態において寄生的な振動回路を減衰させるための減衰措置が講じられている図５に相応する増幅器の回路図。
【図８】短絡状態において作用する構成素子に低減された図５に示した回路図。
【図９】短絡状態において寄生的な振動回路を減衰させるための減衰措置が講じられている図５に相応する増幅器の回路図。
【図１０】電力スイッチが並列に複数接続されている図９による増幅器の回路図の一部。
【図１１】非線形の構成素子を用いて振動回路を減衰させ、またエネルギを取り出すための回路図。
2006506009.tif 000003
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月7日(2004.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
高周波数交流電圧を形成する方法であって、
前記交流電圧を増幅器を用いて形成し、該増幅器は、少なくとも１つのスイッチング素子を基本周波数でスイッチオンおよびスイッチオフし、一定の電力源から共振回路に電力を供給することによって共振モードで動作し、且つ複数のダミー素子を包含する構成素子を有し、該構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、基本周波数とは異なる不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、必要に応じて前置接続されている整合回路網を用いる、例えばプラズマ処理またはレーザ励起区間によって形成され、異なる負荷抵抗を有する負荷に前記交流電圧を供給可能である、高周波数交流電圧を形成する方法において、
少なくともそれぞれ異なる負荷を有する異なる動作状態において形成され、前記基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を振動不能になるまで減衰させることを特徴とする、高周波数交流電圧を形成する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施する高周波電力増幅器であって、
共振モードで動作し、基本周波数でスイッチオンおよびスイッチオフ可能な少なくとも１つの素子を有し、一定の電力源を有し、該電力源から回路を介して共振回路に電力を供給し、該共振回路の出力側には、必要に応じて前置接続されている整合回路網を用いる、例えばプラズマ処理またはレーザ励起区間によって形成される負荷が接続されており、ダミー素子を包含する複数の構成素子を有し、該構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、該振動回路の出力側には異なる負荷抵抗を有する負荷が接続可能である、高周波電力増幅器において、
１つまたは複数の減衰性の素子が、少なくとも異なる負荷抵抗を有する異なる動作状態において形成される寄生的な振動回路において、該振動回路を振動不能になるまで減衰させるため、および前記基本周波数の低周波数変調を抑制するために設けられていることを特徴とする、高周波電力増幅器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、高周波数交流電圧を形成する方法であって、交流電圧を増幅器を用いて形成し、増幅器は、少なくとも１つのスイッチング素子を基本周波数でスイッチオンおよびスイッチオフし、一定の電力源から共振回路に電力を供給することによって共振モードで動作し、且つ複数のダミー素子を包含する構成素子を有し、構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、基本周波数とは異なる不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、必要に応じて前置接続されている整合回路網を用いる、例えばプラズマ処理またはレーザ励起区間によって形成され、異なる負荷抵抗を有する負荷に前記交流電圧を供給可能である、高周波数交流電圧を形成する方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
さらに本発明は、本発明を実施する高周波電力増幅器であって、共振モードで動作し、基本周波数でスイッチオンおよびスイッチオフ可能な少なくとも１つの素子を有し、一定の電力源を有し、電力源から回路を介して共振回路に電力を供給し、共振回路の出力側には、必要に応じて前置接続されている整合回路網を用いる、例えばプラズマ処理またはレーザ励起区間によって形成される負荷が接続されており、ダミー素子を包含する複数の構成素子を有し、構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、振動回路の出力側には異なる負荷抵抗を有する負荷が接続可能である、高周波電力増幅器に関する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
ＵＳ  ４７１７８８４は当業者に対して、寄生的な振動回路をどのように回避するかを教示しているが、それは実践では殆ど不可能である。何故ならば、機能的な理由により複数の異なる構成素子を接続することは不可欠であるので、寄生的な振動回路を回避することができないからである。
ＵＳ  ３  ８６０  ８８１  Ａ、ＵＳ  ３  ９４６  ３２６  Ａ、ＵＳ  ４  ６７３  ８８６  Ａならびに「ＰＭ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ」２０００年５月３１日、ＰＡＣＩＦＩＣ  ＭＯＮＯＬＩＴＨＩＣＳ、ＷＷＷ．ＲＦＰｏｗｅｒｎｅｔ．ｃｏｍ  ＸＰ００２２６８９７３第４頁には古典的な線形増幅器が記載されているが、共振モードの切り換え式増幅器は記載されていない。
この古典的な線形増幅器の効率は原理的な条件に起因して比較的低く、したがって損失も相応に高い。したがってそのような線形増幅器は非常に大きい出力には適していない。


【手続補正書】
【提出日】平成17年1月20日(2005.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
高い負荷抵抗または無限の負荷抵抗を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、ならびに前記スイッチ（３）に並列なコンデンサ（４）、コンデンサ（１９）ならびに場合によっては第２のコンデンサ（１６）から形成されている寄生的な振動回路は、並列振動回路に属する前記コンデンサ（１９）が、直列に接続されている２つの部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）の接続部にアースに案内されている抵抗（１７）が減衰性の素子として接続されており、直列回路としての前記部分コンデンサ（１９ｂ）および該部分コンデンサ（１９ｂ）からアースに案内されている別のインダクタ（２１）は前記基本周波数に同調されている、請求項１３，１７のいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２２】
高い負荷抵抗または無限の負荷抵抗を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、ならびに前記スイッチ（３）に並列なコンデンサ（４）、第１のコンデンサ（１９）、直流電流源結合のための第２のコンデンサ（１６）ならびに前記第２の整合素子の第３のコンデンサ（２３）から形成される寄生的な振動回路は、並列振動回路に属する前記コンデンサ（１９）が、直列に接続されている２つの部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）の接続部にアースに案内されている抵抗（１７）が減衰性の素子として接続されており、直列回路としての前記部分コンデンサ（１９ｂ）および該部分コンデンサ（１９ｂ）からアースに案内されている別のインダクタ（２１）は前記基本周波数に同調されている、請求項１５，１７，２１のいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２３】
低い負荷抵抗または短絡している出力側を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、第２のコンデンサ（１６）ならびに前記第２の整合素子（２５）の第３のインダクタ（２２）から形成される寄生的な振動回路は、前記第２の整合素子（２５）に属する前記インダクタ（２２）が２つの部分インダクタ（２２ａ，２２ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分インダクタの接続部に減衰性の素子としての抵抗（２９）が接続されており、該抵抗（２９）は他方の端部を用いて前記第１のノード点（２８）と接続されており、直流電流源結合のための前記コンデンサ（１６）および直接接続されている前記部分インダクタ（２２ａ）は前記基本周波数に対する直列回路を形成する、請求項１５，１７，２１のいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月19日(2005.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波数交流電圧を形成する方法であって、
前記交流電圧を増幅器を用いて形成し、該増幅器は、少なくとも１つのスイッチング素子を基本周波数でスイッチオンおよびスイッチオフし、一定の電力源から共振回路に電力を供給することによって共振モードで動作し、且つ複数のダミー素子を包含する構成素子を有し、該構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、基本周波数とは異なる不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、必要に応じて前置接続されている整合回路網を用いる、例えばプラズマ処理またはレーザ励起区間によって形成され、異なる負荷抵抗を有する負荷に前記交流電圧を供給可能である、高周波数交流電圧を形成する方法において、
異なる動作状態、例えば通常動作とは異なる状態において、異なる負荷または異なる供給電圧または異なる出力に基づき形成され、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を識別し、識別された振動回路の発振を所期のように阻止することを特徴とする、高周波数交流電圧を形成する方法。
【請求項２】
識別された振動回路の発振を、該識別された振動回路を変更して阻止する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
識別された振動回路の発振を、該識別された振動回路を振動不能になるまで減衰して阻止する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
それぞれ異なる負荷および／または異なる供給電圧および／または異なる出力を有する異なる動作状態において形成される１つまたは複数の寄生的な振動回路を減衰させる増幅器を、ほぼ一定の電流に対して十分に高い内部抵抗を有する電流源または電圧源において動作させる、請求項１の上位概念記載の方法。
【請求項５】
寄生的な振動回路の減衰をＱが１弱になるまで行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
寄生的な振動回路を少なくともオーム抵抗によって振動不能になるまで減衰させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの非線形素子を有し、且つ前記寄生的な振動回路からエネルギを取り出し、該エネルギを別の個所、例えば直流電圧源において再び使用する回路によって、寄生的な振動回路を振動不能になるまで減衰させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施する高周波電力増幅器であって、
共振モードで動作し、基本周波数でスイッチオンおよびスイッチオフ可能な少なくとも１つの素子を有し、一定の電力源を有し、該電力源から回路を介して共振回路に電力を供給し、該共振回路の出力側には、必要に応じて前置接続されている整合回路網を用いる、例えばプラズマ処理またはレーザ励起区間によって形成される負荷が接続されており、ダミー素子を包含する複数の構成素子を有し、該構成素子は相互接続されて所定の動作状態において、不所望な周波数を有する１つまたは複数の寄生的な振動回路を形成し、該振動回路の出力側には異なる負荷抵抗を有する負荷が接続可能である、高周波電力増幅器において、
１つまたは複数の減衰性の素子が、少なくとも異なる負荷抵抗を有する異なる動作状態において形成され、基本周波数に比べて低周波数の共振周波数を有する、識別された寄生的な振動回路において、該振動回路を振動不能になるまで減衰させるため、および前記基本周波数の低周波数変調を抑制するために設けられていることを特徴とする、高周波電力増幅器。
【請求項９】
異なる動作状態は異なる供給電圧を有する動作状態である、請求項８記載の高周波電力増幅器。
【請求項１０】
異なる動作状態は異なる出力を有する動作状態である、請求項８または９記載の高周波電力増幅器。
【請求項１１】
前記増幅器は所定の基本周波数において動作し、制御可能な一定の電力源（１）を有し、該電力源（１）には、前記増幅器のその他の部分への電力供給を前記基本周波数の周期にわたり一定に保つ十分に無損失性のダミー素子を有する第１の回路（１０２）が接続されており、該第１の回路（１０２）には十分に無損失性のダミー素子を有する回路網（１０７）が接続されており、該ダミー素子には、基本周波数のクロックで切り換えられるスイッチング素子と、十分に無損失性のダミー素子を有する第２の回路（１０５）が接続されており、前記回路網（１０７）の端子（１０８）には負荷を接続可能である、請求項８から１０までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項１２】
前記第１の回路（１０２）はチョークコイル（２）を有し、前記第２の回路（１０５）は、前記基本周波数のクロックで動作するスイッチ（３）を有し、該スイッチ（３）にはコンデンサ（４）が並列に接続されており、前記回路網（１０７）は前記基本周波数に同調されている共振回路（１０）と、電流と電圧との間の移相シフトを行うインダクタ（７）とを有し、前記電力源（１）は制御可能な電圧源を有する、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１３】
前記第１の回路（１０２）はチョークコイル（２）を有し、前記第２の回路（１０５）は、前記基本周波数のクロックで動作し、コンデンサ（４）が並列に接続されているスイッチ（３）と、該スイッチ（３）と直列に接続されており、電流と電圧との間の移相シフトを行う第１のインダクタ（７）とを有し、前記回路網（１０７）は前記第１のインダクタ（７）に直列に接続されている第２のインダクタ（１８）と、前記スイッチ（３）および前記第１のインダクタ（７）および前記第２のインダクタ（１８）の組み合わせに並列な第１のコンデンサ（１９）とを有し、該第１のコンデンサ（１９）と前記第２のインダクタ（１８）との間の第１のノード点（２８）は前記負荷（９）の端子（１０８）を表す、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１４】
前記第１のノード点（２８）と前記負荷（９）との間には直流電圧源結合のための第２のコンデンサ（１６）が接続される、請求項１３記載の高周波電力増幅器。
【請求項１５】
前記第１の回路（１０２）はチョークコイル（２）を有し、前記第２の回路（１０５）は、前記基本周波数のクロックで動作し、コンデンサ（４）が並列に接続されているスイッチ（３）と、該スイッチ（３）と直列に接続されており、電流と電圧との間の移相シフトを行う第１のインダクタ（７）とを有し、前記回路網（１０７）は第１の整合素子（２４）を有し、該第１の整合素子（２４）は前記第１のインダクタ（７）に直列に接続されている第２のインダクタ（１８）と、前記スイッチ（３）および前記第１のインダクタ（７）および前記第２のインダクタ（１８）の組み合わせに並列な第１のコンデンサ（１９）とを有し、該コンデンサ（１９）と前記第２のインダクタ（１８）との間の第１のノード点（２８）には第２の整合回路網（２５）が接続されており、該第２の整合回路網（２５）は前記第１の整合素子（２４）に直列である第３のインダクタ（２２）と、前記第１のコンデンサ（１９）および前記第３のインダクタ（２２）に並列な第３のコンデンサ（２３）とを有し、前記第３のインダクタ（２２）と前記第３のコンデンサ（２３）の第２のノード点には負荷（９）が接続可能である、請求項１１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１６】
前記第１のノード点（２８）と前記第２の整合回路網（２５）との間には直流電圧源結合のための第２のコンデンサ（１６）が接続される、請求項１４記載の高周波電力増幅器。
【請求項１７】
前記電圧源（１）は前記チョークコイル（２）を介して前記第１のノード点（２８）に接続される、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項１８】
前記電圧源（１）は、前記基本周波数に同調されている帯域除去フィルタ（７４）を介して前記第１のノート点（２８）に接続される、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項１９】
前記電圧源は高い内部抵抗を有する、ないし前記電圧減は電流源によって形成されている、請求項１１から１８までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２０】
寄生的な振動回路は前記第１の回路（１０２）および前記第２の回路（１０５）ならびに前記回路網（１０７）の結果のダミー素子からなり、該振動回路の共振周波数は基本周波数よりも低周波数である、請求項１１から１９までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２１】
高い負荷抵抗または無限の負荷抵抗を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、ならびに前記スイッチ（３）に並列なコンデンサ（４）、コンデンサ（１９）ならびに場合によっては第２のコンデンサ（１６）から形成されている寄生的な振動回路は、並列振動回路に属する前記コンデンサ（１９）が、直列に接続されている２つの部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）の接続部にアースに案内されている抵抗（１７）が減衰性の素子として接続されており、直列回路としての前記部分コンデンサ（１９ｂ）および該部分コンデンサ（１９ｂ）からアースに案内されている別のインダクタ（２１）は前記基本周波数に同調されている、請求項１３，１７のいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２２】
高い負荷抵抗または無限の負荷抵抗を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、ならびに前記スイッチ（３）に並列なコンデンサ（４）、第１のコンデンサ（１９）、直流電流源結合のための第２のコンデンサ（１６）ならびに前記第２の整合素子の第３のコンデンサ（２３）から形成される寄生的な振動回路は、並列振動回路に属する前記コンデンサ（１９）が、直列に接続されている２つの部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分コンデンサ（１９ａ，１９ｂ）の接続部にアースに案内されている抵抗（１７）が減衰性の素子として接続されており、直列回路としての前記部分コンデンサ（１９ｂ）および該部分コンデンサ（１９ｂ）からアースに案内されている別のインダクタ（２１）は前記基本周波数に同調されている、請求項１５，１７，２１のいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２３】
低い負荷抵抗または短絡している出力側を有する動作状態において、実質的にチョークコイル（２）ないし第４のインダクタ（７１）、第２のコンデンサ（１６）ならびに前記第２の整合素子（２５）の第３のインダクタ（２２）から形成される寄生的な振動回路は、前記第２の整合素子（２５）に属する前記インダクタ（２２）が２つの部分インダクタ（２２ａ，２２ｂ）に分割されていることによって減衰され、２つの前記部分インダクタの接続部に減衰性の素子としての抵抗（２９）が接続されており、該抵抗（２９）は他方の端部を用いて前記第１のノード点（２８）と接続されており、直流電流源結合のための前記コンデンサ（１６）および直接接続されている前記部分インダクタ（２２ａ）は前記基本周波数に対する直列回路を形成する、請求項１５から２１までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２４】
前記負荷抵抗はプラズマでもって形成される負荷またはレーザによって形成されている、請求項８から２３までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【請求項２５】
前記スイッチは例えば少なくとも１つのＭＯＳ−ＦＥＴによって形成されており、該スイッチは電圧に依存する容量を有する寄生的な反転ダイオードと、電圧勾配が大きくなると導電状態になる寄生的なトランジスタとを有する、請求項８から２６までのいずれか１項記載の高周波電力増幅器。
【国際調査報告】
2006506009.tif 000015
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