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KR20170038187A - 회생 서큘레이터, 고주파 전원장치, 및 고주파 전력의 회생방법 - Google Patents

회생 서큘레이터, 고주파 전원장치, 및 고주파 전력의 회생방법 Download PDF

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KR20170038187A
KR20170038187A KR1020177004777A KR20177004777A KR20170038187A KR 20170038187 A KR20170038187 A KR 20170038187A KR 1020177004777 A KR1020177004777 A KR 1020177004777A KR 20177004777 A KR20177004777 A KR 20177004777A KR 20170038187 A KR20170038187 A KR 20170038187A
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South Korea
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regenerative
circulator
voltage
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impedance
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KR1020177004777A
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이쯔오 유즈리하라
사토시 아이카와
료스케 오마
Original Assignee
가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼
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Abstract

전송 경로상의 임피던스 부정합에 의하여 생기는 부하전압의 과잉인 전압 상승을 억제하는 것, 및 고주파 전력을 회생한다. 전압 상승시에 전송 경로에 병렬 임피던스가 접속되는 구성으로 함으로써 정재파에 의한 전압을 회생하고, 부하전압의 과잉 전압을 저감함과 함께, 에너지의 이용 효율을 향상시킨다. 고주파 전원의 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로상에 있어서 부하 임피던스에 대하여 병렬 임피던스를 구성함으로써, 접속위치의 임피던스를 저감하여 전송 경로상에 있어서 과잉 전압이 발생하는 것을 억제하고, 병렬 임피던스에 의하여 전송 경로상으로부터 고주파 전력을 회생한다.

Description

회생 서큘레이터, 고주파 전원장치, 및 고주파 전력의 회생방법{REGENERATION CIRCULATOR, HIGH-FREQUENCY POWER SUPPLY DEVICE, AND HIGH-FREQUENCY POWER REGENERATION METHOD}
본원 발명은, 예를 들면 액정패널 제조장치, 반도체 제조장치, 레이저 발진기 등의 부하가 플라즈마 부하가 되는 부하장치에 대하여 고주파 전력을 공급하는 전력 공급에 관한 것이며, 특히, 고주파 전력을 전송하는 전송 경로상으로부터 전력을 회생하는 회생 서큘레이터, 회생 서큘레이터를 구비한 고주파 전원장치, 및 고주파 전력을 회생하는 회생방법에 관한 것이다.
플라즈마 부하(플라즈마 소스) 등의 고주파 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(RF제네레이터)으로서, 예를 들면 D급 RF제네레이터가 알려져 있다. D급 RF제네레이터는 RF 전력증폭소자의 스위칭에 의한 스위치 모드로 동작하기 때문에, 그 내부 저항(Rin)은 RF 전력증폭소자의 포화영역의 ON저항값(Ron)에 의하여 정해진다. ON저항값(Ron)은, 일반적으로는 출력 전력을 전송하는 특성 임피던스(Z0)보다 저저항이다.
D급 RF제네레이터는 출력 전력을 특성 임피던스(Z0)의 전송 경로를 통하여 부하장치에 급전하기 때문에, 제네레이터의 출력단에서 본 임피던스(Zg0)는 정상시에 있어서 특성 임피던스(Z0)와 동일해지도록(Zg0=Z0) 설계함으로써, 공급전력이 최대가 되도록 하고 있다.
고주파 전원은, 내부의 고주파 증폭회로에서 생성한 고주파를, 전력 합성 회로나 정합회로 등의 출력회로를 통하여 전송 경로에 출력하고, 부하에 공급한다. 일반적으로, 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp)는, 고주파 전원의 정상시에 있어서의 출력단의 임피던스(Zg0)를 고주파 전원 내의 출력회로에 의하여 임피던스 변환하여 표시된다.
도 15는, D급 RF제네레이터의 개략 회로를 나타내는 도이다. 도 15(a)에 있어서, D급 RF제네레이터(101)는 직류전원(111)의 직류를 고주파 증폭회로(112)에서 고주파화 하고, 얻어진 고주파를 출력회로(113)에 통과한 후에 제네레이터의 출력단으로부터 전송 경로(104)를 통하여 부하(102)로 공급한다.
고주파 증폭회로(112)는, 예를 들면 RF 전력증폭소자의 브리지회로(112a)와 변압기(112b)에 의해 구성된다. 출력회로(113)는, 예를 들면 전송 경로(104)의 임피던스(Z0)와 임피던스 정합시키기 위한 정합회로(113a)나, 노이즈분을 제거하는 필터회로(113b)로 구성된다. 고주파 증폭회로(112)에서 본 임피던스(Zamp)는, D급 RF제네레이터(101)의 출력단의 임피던스(Zg0)를 출력회로(113)의 임피던스로 임피던스 변환한 것이다.
도 15(b)는, 임피던스(Zamp)를 간략화하여 나타낸 도이고, 직류전원(111)과 고주파 증폭회로(112)의 브리지회로(112a) 및 변압기(112b)를 교류 전압원(Vin)과 내부 저항(Rin)의 회로로 치환한 구성으로 나타내고 있다. 이 회로의 출력 전력은 Zamp=Rin=2RonN2가 될 때에 최대 전력으로 되지만, 실제로는 RF 전력증폭소자의 사양이나 직류전원부의 사양에 의한 제한이나, Zamp를 지연 부하로 하는 필요성 때문에, 최대 전력으로 되는 Zamp=Rin로 설정되는 것은 아니다.
고주파 전원장치에 있어서, 전송 경로상의 임피던스 부정합에 의해 발생하는 반사파에 의하여 생기는 고주파원의 손상이나, 불안정 동작을 방지하기 위해서, D급 RF제네레이터에 3dB 커플러를 내장시켜 내부 더미로드에서 반사파를 저감시키는 구성을 생각할 수 있다.
또, 전송 경로상에 서큘레이터를 배치하여 반사파가 고주파원으로 되돌아오는 것을 방지함과 함께, 더미로드에서 반사파를 열로 변환하는 구성이 알려져 있다(특허문헌 1의 배경기술의 항 참조). 여기서, 서큘레이터는 복수의 포트 내에 있는 포트에 입력한 고주파 신호를 다음 포트에만 출력하는 기능을 구비한 수동소자이며, 반사파가 고주파원으로 되돌아오는 것을 방지함으로써, 고주파원의 손상이나 불안정한 동작을 방지하고 있다.
그렇지만, 3dB 커플러를 이용한 구성에서는, 3dB 커플러 본체 및 내부 더미로드를 고주파 전원 내부에 실장하지 않으면 안되고, 고주파 전원의 구성이 커진다고 하는 문제가 있다. 또, 3dB 커플러에 의한 구성에서는, 3dB 커플러의 개수의 2의 배수의 고주파 증폭회로가 필요하다고 하는 문제가 있는 데다, 반사파가 발생하면 고주파 증폭회로에 흐르는 반사 전류가 최대로 200% 남짓 언밸런스를 발생한다고 하는 문제가 있다.
따라서, 더미로드를 이용하는 구성에서는, 반사파는 포트에 접속된 더미로드에서 열변환되기 때문에, 에너지의 이용 효율이 낮다고 하는 문제가 있다. 이 문제를 해결하는 구성으로서, 전송 경로로부터 반사 고조파를 취출하고, 취출한 반사 고조파를 직류로 변환하여, 고주파 전력을 회생하는 전력 회생의 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1).
국제 공개 번호WO2011/052653
도 15(b)의 회로 구성에 있어서, 정합회로, 필터회로, 및 전송 경로가 무손실인 경우에는, 부하에 공급되는 전력은 Vin, Rin, Zamp를 파라미터로서 표시된다. 이들 공급전력을 정하는 3개의 파라미터 중, Zamp는 고주파 전원장치의 출력단의 임피던스(Zg0)를 내부의 고주파 증폭회로에서 본 임피던스에 임피던스 변환한 값이며, 부하 임피던스의 변동이 반영된다.
부하 상태는 임피던스 부정합에 의하여 변동한다. 예를 들면, 플라즈마 부하는, 플라즈마 챔버 내의 압력, 가스 유량, 아크 방전 등의 모든 조건에 의하여 변동하는 동적인 부하인 것이 알려져 있다. 임피던스(Zamp)는 부하 임피던스의 변동에 대응하여 변동한다. 한편, 상기한 3개의 파라미터 중, 고주파 전력의 인가 중에 있어서 Rin는 전력증폭소자의 특성으로 정해지는 고정 상수이며, Vin는 직류전원의 전압(VDD)이다.
도 16은 임피던스(Zamp)의 변동에 대한 출력 전력의 변화의 일례를 나타내고 있다. 여기에서는, 도 15(b)의 회로예에 있어서 Vin=52V, Rin=2Ω으로 하고, 정상시의 임피던스(Zamp)를 50Ω으로 하며, 임피던스(Zamp)를 1Ω∼100Ω까지 변화시켰을 때에 부하로 공급되는 전력을 나타내고 있다. 도 16에 의하면, 예를 들면, 정격 운전(Zamp=50Ω, 출력 전력=50W) 상태에서 부하 변동에 의하여 임피던스에 부정합이 생겨, 임피던스(Zamp)가 50Ω에서 2Ω으로 변화한 경우에는, 부하에의 공급전력은 50W에서 340W로 되어 약 7배 변화한다.
임피던스(Zamp)의 급변에 의한 공급전력의 변동에 대하여, Vin를 정전압 제어하는 것이 가능하기 때문에, 임피던스(Zamp)의 변화 속도가 Vin의 정전압 제어의 응답 속도의 범위 내이면 출력 전력을 설정 전력으로 유지할 수 있다. 그렇지만, 고주파 전력의 인가 중에 있어서 임피던스(Zamp)가 Vin의 정전력 제어의 응답 속도를 초과하여 급격하게 변화한 경우에는, Vin의 정전압 제어에 의해서는 플라즈마 부하에의 공급전력의 변동을 억제하는 것은 곤란해진다.
플라즈마 부하에의 공급전력의 급격한 변동은, 전극 전압(Vpp) 등의 부하전압에 급격한 전압 증가를 초래하는 요인이 된다. 과대한 전극 전압(Vpp)은, 순시적이라도 절연 파괴에 의한 아크 방전의 발생 요인이 되어, 프로세스 중의 반도체나 액정패널의 불량 원인으로 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고, 전송 경로상의 임피던스 부정합에 의하여 생기는 부하전압의 과잉인 전압 상승을 억제하는 것, 및 고주파 전력을 회생하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은, 전송 경로상의 임피던스 부정합에 의하여 생기는 전압 상승은 임피던스 부정합으로 생긴 반사파에 의한 정재파에 의하여 과잉으로 되는 것에 주목하여, 전압 상승시에 전송 경로에 병렬 임피던스가 접속되는 구성으로 함으로써 정재파에 의한 전압을 회생하고, 부하전압의 과잉 전압을 저감함과 함께, 에너지의 이용 효율을 향상시킨다.
(전기장 및 정재파에 의한 전압변화)
이하, 전송 경로의 전기장 및 정재파에 의한 전압변화에 대하여 설명한다.
부하측의 전압은, 고주파 전원과 부하를 연결하는 전송 경로의 전기장에 의하여 변동하는 것이 알려져 있다.
도 17은, 도 15에 나타낸 부하를 플라즈마 임피던스 및 정합회로로 치환한 회로예를 나타내고 있다. 도 17의 회로예에서는, 플라즈마 임피던스 중의 유효분(RL)이 100Ω일 때에 부하 임피던스(ZL)가 50Ω이 되도록 정합회로에 의하여 정합하고 있다. 다만, 여기서의 설명은 동작 주파수 13.56MHz로 동작시키는 예를 나타내고 있다.
고주파 전원의 동작의 일례로서, 플라즈마의 부하 임피던스(ZL)의 유효분(RL)에 대하여, 정상시의 저항분으로서 100Ω을 상정하고, 플라즈마가 소등했을 때의 개방시의 저항분으로서 100㏀을 상정하면, 전송 경로의 전기장(l)을 0°에서 180°까지 변화시켰을 때의 부하전압인 전극 전압(Vpp), 및 임피던스(Zamp)의 절대치|Zamp|는 각각 도 18(a) 및 도 18(b)로 표시된다. 또, 부하 임피던스(ZL)와 고주파 증폭회로의 임피던스(Zamp)를 도 18(c)의 스미스 차트로 나타내고 있다.
도 18(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 부하전압(VL)과 비례관계에 있는 전극 전압(Vpp)은, 임피던스(Zamp)의 절대치|Zamp|가 극소치에 있을 때 극대치가 되는 관계에 있기 때문에, 임피던스(Zamp)의 절대치|Zamp|와 전기장(l)의 관계로부터 부하전압(VL)의 전압 증가를 알 수 있다.
일반적으로, 부하 임피던스(ZL)는, 고주파 전원의 출력단의 임피던스(Zg0)와 전류(Ig0), 및 전송 경로의 특성 임피던스(Z0)와 전송 경로의 길이로 정해진다. 여기서, 고주파 전원의 출력단의 임피던스(Zg0)와, 고주파 전원 내의 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp)가 임피던스 정합되어 있는 경우에는, 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp)는 출력단의 임피던스(Zg0)와 일치한다.
따라서, 고주파 전원의 내부의 전기장을 이미 알고 있는 경우에는, 임피던스(Zamp) 대신에 부하 임피던스(ZL)를 이용함으로써, 부하전압(VL)이 최대가 되는 전송 경로의 전기장(l)을 구할 수 있고, 전극 전압(Vpp)의 크기는 부하전압(VL)에 비례하기 때문에, 전극 전압(Vpp)이 최대가 되는 전송 경로의 전기장(l)을 구할 수 있다.
도 18(c)의 스미스 차트에 있어서, m1(Γ=0.998∠32.352°)은 플라즈마가 소등했을 때의 부하 임피던스(ZL)에 대응하는 반사계수(Γ)를 나타내고, m2는 임피던스(Zamp)가 쇼트 상태에 있을 때의 반사계수(Γ)를 나타내며, 그 위상각은 180°이다. 또, m3는 임피던스가 ∞의 반사계수(Γ)를 나타내고 있다. 도시하는 예에서는, 부하 임피던스(ZL)와 고주파 증폭회로의 임피던스(Zamp)의 사이의 전송 경로의 전기장(l)은 106°(=180°＋32°／2)인 것을 나타내고 있다.
도 18(a)는, m1을 기준으로 했을 때에 전송 경로의 전기장(l) 위치의 전극 전압(Vpp)을 나타내고 있다. 정상시의 전극 전압(Vpp)은 전송 경로의 전기장(l)에 상관없이 200V의 일정치를 나타내는데 대하여, 플라즈마 소등시의 전극 전압(Vpp)은 전송 경로의 전기장(l)에 의하여 크게 변화하고, 전기장(l)이 106°의 위치(m2로 나타내는 위치)에 있을 때는 정상시의 전압과 비교하여 최대로 약 25배에 해당되는 약 5×104V가 되는 것을 나타내고 있다.
통상, 진공 챔버의 내압은 정상시 전압에 대하여 25배의 고전압에 견딜 수 있는 설계로는 되어 있지 않기 때문에, 이러한 과잉인 전극 전압(Vpp)의 발생은 아크 방전이 발생하는 요인이 된다.
도 18(b)는, m1을 기준으로 했을 때에 전송 경로의 전기장(l)에 있는 위치의 임피던스(Zamp)의 절대치|Zamp|를 나타내고 있다. 임피던스(Zamp)의 절대치|Zamp|는 전송 경로의 전기장(l)에 의하여 변화하고, 전기장(l)이 106°의 위치(m2로 나타낸 위치)에 있을 때 임피던스(Zamp)의 절대치|Zamp|는 극소가 되는 것을 나타내고 있다. 따라서, m2는, 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp)의 절대치|Zamp|가 극소가 되는 위치에 상당하고 있다.
도 18(a), (b)에 있어서, 전송 경로의 전기장이 0°의 위치는 부하 임피던스(ZL)가 오픈 상태로서 반사계수(Γ)가 m1의 위치를 나타내고, 전송 경로의 전기장이 106°의 위치는 임피던스(Zamp)가 쇼트 상태로서 반사계수(Γ)가 m2의 위치를 나타내고 있다.
여기서, 상기한 전송 경로의 전기장과 전압의 관계로부터, 전송 경로의 길이를 그 전기장(l)이 임피던스(Zamp)를 쇼트 상태로 하지 않는 길이로 설정함으로써, 전극 전압(Vpp)이 과잉 전압으로 되는 것을 피하는 것이 상정된다. 그렇지만, 전송 경로의 전기장(l)은 전송 경로의 길이나 분포 상수의 변동 등에 의하여 변화하기 때문에, 실제로 설치하는 케이블의 길이를 설정한 전기장(l)에 맞추는 것은 어렵고, 또, 분포 상수의 변동에 의하여 전기장도 변화하기 때문에, 전극 전압(Vpp)이 과잉 전압으로 되는 것을 안정하게 회피하는 것은 곤란하다.
임피던스 부정합에 의한 반사파에 의하여 정재파가 발생하는 것이 알려져 있고, 정재파의 진폭이 극대치를 취함으로써 임피던스 부정합으로 상승한 전압은 보다 과잉 전압이 된다.
도 19는 정합시 및 부정합시의 정재파 상태를 설명하기 위한 모식도이며, 도 19(a)는 정합시 상태를 나타내고, 도 19(b)는 부하가 단락하여, 부하 임피던스(ZL)의 반사 계수가 -1일 때의 부정합 상태를 나타내며, 도 19(c)는 부하가 개방하여, 부하 임피던스(ZL)의 반사 계수가 1일 때의 부정합 상태를 나타내고 있다. 다만, 도 19(a), (b), (c) 중의 전압, 전류는, 전송 경로의 단부가 단락했을 때의 전압을 실선으로 표시하고, 전류를 파선으로 표시하고 있다.
정합시에는 정재파는 발생하지 않고, 부정합시에는 정재파가 발생한다. 단락 상태의 부하로 발생하는 정재파와 개방 상태의 부하로 발생하는 정재파는, 정재파의 복(腹)과 절(節)은 반대의 위치 관계이다.
전송 경로의 특성 임피던스(Z0)가 50Ω일 때, 부하를 50Ω으로 종단한 경우에는, 전송 경로에의 전압, 전류는 전기장에 상관없이 일정하게 되기 때문에 정재파는 발생하지 않는다. 한편, 단락 부하의 경우에는, 전송 경로의 부하측의 단에서는 전압이 영, 전류가 극대가 되어, 정재파의 절이 된다. 또, 개방 부하의 경우에는, 전송 경로의 부하측의 단에서는 전류가 영, 전압이 극대가 되어, 정재파의 복이 된다.
상기한 바와 같이, 부하 임피던스(ZL)에 있어서의 부하전압(VL)은, 전송 경로의 임피던스 부정합에 의하여 전압 상승하고, 전송 경로상의 위치가 정재파의 복에 상당하는 경우에는 전압 상승은 보다 과잉으로 된다.
(본원 발명의 구성)
본원 발명은, 고주파 전원의 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로상에 있어서 부하 임피던스에 대하여 병렬 임피던스를 구성함으로써, 접속위치의 임피던스를 저감하고 전송 경로상에 있어서 과잉 전압이 발생하는 것을 억제함과 함께, 병렬 임피던스에 의하여 전송 경로상으로부터 고주파 전력을 회생하여, 에너지 효율을 향상시킨다.
서큘레이터가 통상에 구비되는 기능으로서, 진행파와 반사파를 분리하고, 진행파 및 반사파의 도통 방향으로 방향성을 가지게 하는 기능이 알려져 있다. 이것에 대하여, 본원 발명의 서큘레이터가 구비하는 기능은, 통상의 서큘레이터의 진행파와 반사파에 관계되는 기능이 아닌, 전송 경로로부터 전류를 분기하고, 분기한 전류를 방향성을 가지고 도통시키는 기능을 의미하는 것이며, 본원 발명에서는 방향성을 가진 전류 도통의 기능이라고 하는 관점에서 서큘레이터의 용어를 이용하고 있다.
본원 발명은, 회생 서큘레이터, 고주파 전원장치, 및 고주파 전력의 회생방법의 각 형태를 포함하고, 어느 쪽도 회생 서큘레이터에 대하여 공통된 기술사항을 구비하는 것이며, 본원 발명의 각 형태는 회생 서큘레이터에 대하여, 전송 경로상의 소정 위치에 있어서 임피던스 상태를 변경함으로써, 정재파의 전압상태를 변화시켜 전압 정재파비의 상승을 억제함과 함께, 전송 경로로부터 전력을 회생하는 기술사항을 공통하여 구비한다.
(회생 서큘레이터의 형태)
본원 발명의 회생 서큘레이터는 회생 기능을 구비한 서큘레이터이며, 전송 경로상의 소정 위치에 있어서 임피던스 상태를 변경하는 구성에 의하여, 정재파의 전압상태를 변화시켜 전압 정재파비의 상승을 억제함과 함께, 전송 경로로부터 전력을 회생한다.
본원 발명의 회생 서큘레이터는, 고주파 전원의 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로상으로부터 고주파 전력을 회생하는 회생 서큘레이터이며, 회생 서큘레이터의 입력단은 전송 경로상에 접속되고, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성한다. 병렬 임피던스는 전송 경로상의 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생한다.
회생 서큘레이터는, 전송 경로로부터 회생한 전력을 고주파 전원으로 되돌리는 것 외, 전원장치를 포함하는 다른 장치에 공급하거나, 축전 장치에 축전할 수 있다.
회생 서큘레이터의 병렬 임피던스의 기능：
회생 서큘레이터의 병렬 임피던스에 대하여 설명한다. 전송 경로상에 있어서, 임피던스가 정합한 상태에서는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압은 정상 전압상태에 있기 때문에 설정 전압과 비교하여 저전압이다. 이 전압상태에 있어서는, 전송 경로로부터 회생 서큘레이터 측을 향하여 전류는 도통하지 않고, 회생 서큘레이터는 전송 경로에 대한 병렬 임피던스를 구성하지 않는다.
다른 한편, 전송 경로상에 있어서, 정재파의 발생에 의하여 회생 서큘레이터 입력단의 전압이 상승하고, 설정 전압과 비교하여 고전압이 되는 경우가 있다. 이 전압 상승 상태에 있어서는, 전송 경로로부터 회생 서큘레이터 측을 향하여 전류가 도통하고, 회생 서큘레이터는 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성한다. 한편, 정재파의 발생 요인으로서 임피던스의 부정합이 있지만, 임피던스가 부정합 상태라도 부하 임피던스나 전송 선로의 전기장에 의하여 회생 서큘레이터 입력단의 전압이 상승하지 않는 경우가 있다.
전송 경로에 접속된 병렬 임피던스는, 전송 경로상에 있어서 정재파가 발생하는 임피던스 상태를 변경하여 전압 정재파비(VSWR)를 저하시켜, 전압 상승을 억제한다.
또, 병렬 임피던스는 전송 경로로부터 전류를 받아들임으로써 전력을 회생할 수 있다.
회생 서큘레이터의 접속위치의 형태：
전송 경로상에 있어서 회생 서큘레이터는, 입력단이 접속되는 위치의 구성에 있어서 복수의 형태를 채용할 수 있다.
제1의 형태：
회생 서큘레이터의 입력단이 접속되는 위치의 제1의 형태는, 전송 경로상에 있어서 임피던스 부정합에 의해 발생하는 정재파의 복 부분에 상당하는 위치이다. 전송 경로상에 있어서, 임피던스의 부정합에 의하여 정재파가 발생하면 복 부분에서는 고전압이 되고 절 부분에서는 저전압이 된다.
전송 경로상에 있어서 고전압이 발생하는 복 부분에 회생 서큘레이터의 입력단을 접속함으로써, 회생 서큘레이터는 전송 경로상의 고전압 부분으로부터 전류를 받아들이고, 받아들인 전압이 설정 전압을 초과하는 경우에는 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성할 수 있다.
제2의 형태：
회생 서큘레이터의 입력단이 접속되는 위치의 제2의 형태는, 고주파 증폭회로의 출력으로부터, 전송 경로상에 있어서 고주파 전원이 출력하는 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치이다.
전송 경로상에 있어서 고전압이 발생하는 전기장의 위치에 회생 서큘레이터의 입력단을 접속함으로써, 회생 서큘레이터는 전송 경로상의 고전압 부분으로부터 전류를 받아들이고, 받아들인 전압이 설정 전압을 초과하는 경우에는 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성할 수 있다.
본원 발명의 회생 서큘레이터는, 전송 경로로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들이는 방향성 결합기를 구비한다. 방향성 결합기는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여 전송 경로로부터 고주파 전력을 받아들이고, 회생동작 중에 있어서, 회생 서큘레이터 입력단의 전압의 상한을 설정 전압으로 제한한다.
본원 발명의 방향성 결합기의 제1의 형태는 변성기를 구비한다. 변성기의 감는 수의 비는, 설정 전압과 회생 서큘레이터의 출력단 전압의 전압비에 기초하는 값이다. 따라서, 설정 전압은, 변성기의 감는 수의 비와 회생 서큘레이터의 출력단의 전압에 의하여 정해진다.
변성기의 감는 수의 비가 1：1(=1차측 감는 수：2차측 감는 수)의 경우에는, 설정 전압은, 회생 서큘레이터의 출력단의 전압에 의하여 정해진다.
방향성 결합기의 제2의 형태는, 제1의 형태가 구비되는 변성기에 더하여 교류를 직류로 변환하는 정류기를 구비하는 구성으로 한다. 정류기는 변성기의 교류 출력을 직류로 변환하고, 변환된 직류를 회생한다. 제1의 형태 및 제2의 형태에 있어서, 변성기의 2차 측에 콘덴서를 마련하는 구성, 정류기의 후단에 직류 리액터를 구비하는 구성, 혹은 변성기의 2차 측에 콘덴서를 마련함과 함께 정류기의 후단에 직류 리액터를 구비하는 구성으로 할 수 있다. 변성기의 2차 측에 콘덴서를 마련하는 것이나 정류기의 후단에 직류 리액터를 마련함으로써 노이즈분을 제거할 수 있다. 콘덴서는, 정류기를 구성하는 다이오드 브리지에 마련하는 구성으로 할 수 있다.
(고주파 전원장치의 형태)
본원 발명의 고주파 전원장치는, 고주파 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 고주파 전원이 구비하는 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생하는 회생 서큘레이터를 구비한다. 고주파 전원장치가 구비하는 회생 서큘레이터는, 본원 발명의 회생 서큘레이터로서, 회생 서큘레이터의 입력단은 전송 경로상에 접속되고, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하고, 병렬 임피던스는 접속위치로부터 고주파 전력을 받아들여 회생한다.
본원 발명의 고주파 전원장치가 구비하는 회생 서큘레이터는, 상기의 회생 서큘레이터의 형태로 나타낸 회생 서큘레이터의 형태와 마찬가지로 할 수 있다.
(고주파 전력의 회생방법의 형태)
본원 발명의 고주파 전력의 회생방법은, 고주파 전원의 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로상으로부터 고주파 전력을 회생 서큘레이터에 의하여 회생하는 방법이며, 회생 서큘레이터의 입력단은 전송 경로상에 접속되고, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며, 병렬 임피던스는 접속위치로부터 고주파 전력을 받아들여 회생한다.
본원 발명의 고주파 전력의 회생방법에 있어서, 회생 서큘레이터는 상기의 회생 서큘레이터의 형태로 나타낸 회생 서큘레이터의 형태와 마찬가지로 할 수 있다.
(제1의 형태)
본원 발명의 고주파 전력의 회생방법의 제1의 형태는, 회생 서큘레이터의 입력단을 전송 경로상에 있어서 임피던스 부정합에 의해 발생하는 정재파의 복 부분에 상당하는 위치에 접속하고, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며, 병렬 임피던스에 의하여 접속위치로부터 고주파 전력을 받아들여 회생한다.
(제2의 형태)
본원 발명의 고주파 전력의 회생방법의 제2의 형태는, 회생 서큘레이터의 입력단을 전송 경로상에 있어서, 고주파 증폭회로의 출력단으로부터, 전송 경로상에 있어서 고주파 전원이 출력하는 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치에 접속하고, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며, 병렬 임피던스에 의하여 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들이고 회생한다.
제1의 형태, 제2의 형태에 있어서, 병렬 임피던스에 의하여, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여 전송 경로로부터 고주파 전력을 받아들이고, 회생동작 중에 있어서, 회생 서큘레이터 입력단의 전압의 상한을 설정 전압으로 제한한다. 또, 고주파 전력의 교류 출력을 직류로 변환한 후에 회생한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전송 경로상의 임피던스 부정합에 의하여 생기는 부하전압이 과잉인 전압 상승을 억제할 수 있다. 또, 고주파 전력을 회생할 수 있다.
도 1은, 본원 발명의 회생 서큘레이터 및 고주파 전원장치의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는, 회생 서큘레이터 입력단의 접속위치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은, 회생 서큘레이터 입력단의 접속위치의 제2의 형태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는, 병렬 임피던스에 의한 회생동작을 설명하기 위한 도이다.
도 5는, 회생 서큘레이터 입력단의 접속 예를 설명하기 위한 도이다.
도 6은, 전극 전압(Vpp)의 전기장에 대한 변화를 설명하기 위한 도이다.
도 7은, 회생 서큘레이터의 회로예를 설명하기 위한 도이다.
도 8은, 회생 서큘레이터의 회로예를 설명하기 위한 도이다.
도 9는, 고주파 전원장치 및 회생 서큘레이터의 회로예를 설명하기 위한 도이다.
도 10은, 시간 축 도메인의 고주파 전원의 각 부의 전압 및 전류의 파형을 설명하기 위한 도이다.
도 11은, 시간 축 도메인의 고주파 전원의 각 부의 전압 및 전류의 파형을 설명하기 위한 도이다.
도 12는, 출력단 임피던스(Zamp)의 임피던스 궤적을 나타내는 스미스 차트이다.
도 13은, 고주파 전원장치의 회로예이다.
도 14는, 회생동작 개시전압(VP－regen)와 전압(VP－Z0)의 관계를 나타내는 도이다.
도 15는, D급 RF제네레이터의 회로예를 설명하기 위한 도이다.
도 16은, 임피던스(Zamp)의 변동에 대한 출력 전력의 변화예를 나타내는 도이다.
도 17은, D급 RF제네레이터의 회로예를 설명하기 위한 도이다.
도 18은, 전기장에 대한 전극 전압, 임피던스, 반사 계수비를 설명하기 위한 도이다.
도 19는, 정합시 및 부정합시의 정재파 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
본원 발명의 회생 서큘레이터 및 회생 서큘레이터를 구비하는 고주파 전원장치에 대하여 도 1∼도 4를 이용하여 설명한다.
(본원 발명의 구성)
도 1은 본원 발명의 회생 서큘레이터 및 고주파 전원장치의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
고주파전원장치(1)는, 고주파 전원(10)과 회생 서큘레이터(20)를 구비하고, 회생 서큘레이터(20)는 고주파 전원(10)의 전송 경로(3)에 접속되며, 전송 경로(3)에 대하여 병렬 임피던스를 구성함과 함께, 전송 경로(3)로부터 전력을 받아들이고 회생한다. 회생 서큘레이터(20)에 의한 회생은, 받아들인 전력을 고주파 전원(10)으로 되돌리는 것 외, 도시하지 않은 장치에 전력을 공급하거나, 도시하지 않은 축전 장치에 축전함으로써 행할 수 있다.
고주파 전원(10)은, 예를 들면 직류전원(11)과 고주파 증폭회로(12)로 구성할 수 있다. 고주파 증폭회로(12)는 직류전원(11)으로부터의 직류를 고주파에 직류/고주파 변환함과 함께 승압하여 고주파 출력을 출력한다. 고주파 출력은, 전송 경로(3)를 통하여 고주파 부하(2)로 공급된다.
전송 경로(3)는, 고주파 증폭회로(12)의 출력단으로부터 고주파 부하(2)의 입력단에 전력을 공급하는 전송 선로이며, 예를 들면, 고주파 전원(10)과 고주파 부하(2)의 사이에 배치되는 전력 케이블이나, 고주파 전원(10) 내의 배선 및 회로 구성에 의하여 형성된다.
전송 경로(3)에 있어서, 전송 경로의 특성 임피던스와 고주파 부하(2)의 임피던스가 정합되어 있는 경우에는, 고주파 증폭회로(12)로부터 출력된 진행파는 반사되지 않고 고주파 부하(2)로 공급된다. 이것에 대하여, 고주파 부하(2)의 임피던스가 변동하여, 전송 경로의 특성 임피던스와 고주파 부하(2)의 임피던스의 사이에 부정합이 생기면, 고주파 증폭회로(12)로부터 출력된 진행파의 일부 혹은 전부가 반사되어, 진행파와 반사파에 의하여 정재파가 형성된다.
회생 서큘레이터(20)는, 전송 경로(3)로부터 분기한 전류를, 회생 서큘레이터(20)의 방향으로만 한쪽방향으로 도통시키는 기능을 가진다. 회생 서큘레이터 중의 서큘레이터는 방향성을 가진 전류 도통의 기능을 표시하는 것이다.
　회생 서큘레이터(20)는 상기한 서큘레이터 기능 외에 회생 기능을 구비한다. 회생 서큘레이터(20)의 회생 기능은, 고주파 전원(10)의 고주파 증폭회로(12)와 고주파 부하(2)의 사이의 전송 경로(3)상의 소정 위치에 있어서 임피던스 상태를 변경함으로써 정재파의 전압상태를 변화시키고, 전압 정재파비의 상승을 억제함과 함께, 전송 경로로부터 고주파 전력을 회생한다. 회생 서큘레이터(20)의 입력단은 전송 경로(3)상에 접속되며, 회생 서큘레이터(20)의 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 전송 경로(3)에 대하여 병렬 임피던스를 구성한다. 병렬 임피던스는 전송 경로(3)상의 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들이고, 회생한다.
전송 경로(3)상에 있어서 임피던스가 정합한 상태에 있을 때에는, 회생 서큘레이터(20)의 입력단의 전압은 정상 전압상태에 있기 때문에 설정 전압과 비교하여 저전압이다. 이 정상 전압상태에 있어서는, 전송 경로(3)로부터 회생 서큘레이터(20) 측을 향하여 전류는 도통하지 않고, 회생 서큘레이터(20)는 전송 경로(3)에 대하여 병렬 임피던스를 구성하지 않는다.
전송 경로(3)상에서 정재파가 발생하면, 회생 서큘레이터 입력단의 전압은 상승하고, 설정 전압과 비교하여 고전압이 되는 경우가 있다. 정재파는 임피던스가 부정합일 때 발생하지만, 임피던스가 부정합이면 반드시 회생 서큘레이터의 입력단 전압이 상승하지 않으며, 부하 임피던스나 전송 선로의 전기장에 따라서는 임피던스가 부정합 상태라도 회생 서큘레이터의 입력단 전압이 상승하지 않는 경우가 있다.
회생 서큘레이터의 입력단 전압이 설정 전압과 비교하여 고전압인 전압상태에서는, 전송 경로(3)로부터 회생 서큘레이터(20) 측을 향하여 전류가 도통하고, 회생 서큘레이터(20)는 전송 경로(3)에 대하여 병렬 임피던스를 구성한다. 전송 경로(3)에 접속된 병렬 임피던스는, 전송 경로(3)의 임피던스 상태를 변경하여 전압 정재파비(VSWR)를 저하시키고, 전압 상승을 억제하여, 전송 경로(3)로부터 전류를 받아들임으로써 직류전원(11)에 전력을 회생한다. 한편, 회생 전력은 직류전원(11)으로 한정되지 않고 다른 직류전원이나 축전 장치에 회생해도 좋다.
이하, 회생 서큘레이터(20)를 전송 경로(3)에 접속하는 형태에 대하여, 제1의 형태, 제2의 형태에 대하여 설명한다. 다만, 제2의 형태는 제1의 형태의 구성예에 상당하고 있다.
제1의 형태：
도 1은 전달 경로에 대한 회생 서큘레이터 접속의 제1의 형태에 대응하고 있다. 제1의 형태는, 회생 서큘레이터(20)의 입력단을, 전송 경로(3)상에 있어서 임피던스 부정합에 의해 발생하는 정재파의 복 부분에 상당하는 위치에 접속하는 형태이다. 전송 경로(3)상에 있어서 임피던스 부정합에 의하여 정재파가 발생하면, 복 부분에서는 고전압이 되고 절 부분에서는 저전압이 된다. 도 1은 전송 경로(3)의 정재파의 복 부분에 회생 서큘레이터(20)의 입력단을 접속하는 구성예를 나타내고 있다.
전송 경로(3)상에 있어서 고전압이 발생하는 복 부분에 회생 서큘레이터(20)의 입력단을 접속함으로써, 회생 서큘레이터(20)는 전송 경로(3)상의 복 부분으로부터 전류를 받아들이고, 받아들인 전압이 설정 전압을 초과하는 경우에는 전송 경로(3)에 대하여 병렬 임피던스를 구성한다.
제2의 형태：
도 2는 전송 경로에 대한 회생 서큘레이터의 접속에 대하여 제2의 형태를 설명하기 위한 개략도이며, 도 2는 회생 서큘레이터의 입력단을 고주파 증폭회로의 출력단으로부터 소정의 전기장의 위치에 접속하는 형태를 나타내고 있다. 도 2에 있어서, 회생 서큘레이터(20)의 입력단의 접속위치는 P로 나타내고, 이 P에 있어서의 임피던스를 ZP로 표시하고 있다.
도 2에 있어서, 고주파 전원(10)은 고주파 부하(2)와의 사이를 특성 임피던스(Z0)의 전송 선로(4)로 접속하고, 고주파 증폭회로(12)에는 임피던스(Z0)로 임피던스 정합된 출력회로(13)가 접속되어 있다. 출력회로(13)는 임피던스(Z0)로 임피던스 정합되어 있기 때문에, 고주파 증폭회로(12)에서 부하측을 본 임피던스(Zamp)는 고주파 전원(10)의 출력단의 임피던스(Zg0)와 일치하고 있다.
고주파 부하가 쇼트(단락) 상태 혹은 오픈(개방) 상태가 되면, 전송 경로에 임피던스 부정합이 생겨 반사파가 발생하여 정재파가 형성된다. 제2의 형태는 고주파 부하가 쇼트(단락) 상태의 경우이다.
제2의 형태는, 전송 경로의 단부가 쇼트 상태에 있을 때에 발생하는 정재파를 저감하는 형태이고, 회생 서큘레이터(20)의 입력단을, 고주파 증폭회로(12)의 출력단(임피던스(Zamp)의 위치)으로부터, 전송 경로(3)상에 있어서 고주파 전원(10)이 출력하는 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치에 접속한다.
도 3은, 회생 서큘레이터(20)의 입력단을 전송 경로(3)상에 있어서 고주파 증폭회로(12)의 출력단으로부터 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치에 접속하는 경우를 나타내고 있다. 여기서 정수 n으로 했을 때, 접속위치는(2n－1)λ／4로 표시된다.
도 3(a)는 고주파 부하의 임피던스(ZL)가 쇼트(단락) 상태에 있는 경우에, 회생 서큘레이터에 의하여 병렬 임피던스가 구성된 상태를 나타내고, 도 3(b)는, 고주파 부하의 임피던스(ZL)가 쇼트(단락) 상태의 경우에 발생하는 정재파를 나타내며, 도 3(c)은 병렬 임피던스에 의한 회생동작에 있어서의 정재파를 나타내고 있다.
전송 경로의 단부가 쇼트 상태가 되는 것으로 임피던스가 부정합이 되어 정재파가 발생하면, 단부인 고주파 증폭회로의 출력단으로부터, 전송 경로상에 있어서 고주파 전원이 출력하는 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치는 정재파의 복 부분으로 되어 고전압이 된다. 도 3(b), (c) 중의 전압, 전류는, 전송 경로의 단부가 단락했을 때의 전압을 실선으로 표시하고, 전류를 파선으로 표시하고 있다. 도 3(b)는 회생 전 상태를 표시하고, 도 3(c)는 회생 후 상태를 표시하고 있다.
전송 경로상에 있어서 고전압이 발생하는 전기장의 위치에 회생 서큘레이터의 입력단을 접속함으로써, 회생 서큘레이터는 전송 경로상의 고전압 부분으로부터 전류를 받아들이고, 받아들인 전압이 설정 전압을 초과하는 경우에는 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성할 수 있다. 도 3에서는, 고주파 부하측의 전압(VL)의 k배를 설정 전압으로 한 예를 나타내고 있다. 한편, 쇼트 상태의 단부의 정재파 전압은 영이 되지만, 여기에서는 부하 측에 있어서 정재파의 복 부분에 해당되는 위치의 전압을 고주파 부하측의 전압(VL)으로 하고 있다.
접속된 회생 서큘레이터는 병렬 임피던스(ZR)를 구성하고, 이것에 의하여 정재파의 파고치는 저감되며, 고주파 부하측의 전압(VL)은 저감된다.
도 4는 병렬 임피던스에 의한 회생동작을 설명하기 위한 도이다. 여기에서는, 회생동작을 행하는 설정 전압으로서 부하전압(VL)의 k배를 이용한 예를 나타내고 있다. 도 4(a)에 있어서, 회생 서큘레이터의 접속위치(P)의 전압(VP)은, 정합 상태에 있을 때에는 정합 임피던스에 기초하여 정해지는 정상 전압에 있고, 부정합상태가 된 경우에는 고주파 증폭회로의 출력단의 임피던스(Zamp)는 Z0로부터 저하하여, 전압 상승한다. 전압(VP)이 설정 전압의 k·VL를 초과하면, 회생 서큘레이터의 회생동작이 개시되어 서큘레이터에 전송 경로로부터 전류가 흐른다(도 4(b)).
회생 서큘레이터는, 회생동작에 의하여 병렬 임피던스(ZR)로서 작용하고(도 4(c)), 저하한 고주파 증폭회로의 출력단의 임피던스(Zamp)는 고주파 전원 출력단의 임피던스(Zgo)에 병렬 임피던스(ZR)가 접속됨으로써, 임피던스가 증가하여(도 4(d)), 전압(VP)의 전압 상승을 억제한다. 한편, 회생 동작시의 임피던스(Zamp)는 정상시의 값을 초과하지 않는다.
(구성예)
이하, 본원 발명의 회생 서큘레이터 및 고주파 전원장치에 대하여, 도 5∼도 8을 이용하여 상기한 제2의 형태의 구성예를 설명한다.
도 5는, 고주파 증폭회로(12)의 출력단으로부터 (2n－1)λ／4의 전기장의 위치에 회생 서큘레이터(20)의 입력단을 접속한 구성예를 나타내고 있다. 고주파 전원장치(1)에 있어서, 고주파 증폭회로(12)는, 반도체 스위칭 소자의 브리지회로(12a)와 변성기(12b)로 구성할 수 있다. 또, 출력회로(13)는, 전송 선로(4)의 특성 임피던스(Z0)와 임피던스 정합하는 정합회로(13a)와 노이즈분을 제거하는 LPF(로 패스 필터 회로)(13b)의 직렬 접속회로로 구성된다. 정합회로(13a)는, 예를 들면 LC회로로 구성할 수 있다. LC회로와 LPF(로 패스 필터 회로)(13b)는 전기장이 (2n－1)λ／4가 되도록 설계한다.
회생 서큘레이터(20)는, 입력단의 교류 전압이 있는 레벨을 초과하면 회생 서큘레이터의 회로에 전류가 흐르기 시작하므로, 외관상 부하(임피던스)가 회로에 병렬 접속되게 되고, 회생 서큘레이터의 접속위치가 고임피던스가 되는 것을 방지하는 작용을 가져온다. 이것은, 동시에 회생 회로로부터 전기장(2n－1)λ／4의 점의 임피던스(Zamp)가 저임피던스가 되는 것을 방지하는 것과 동의(同義)이다.
회생 서큘레이터(20)는, 회생 서큘레이터 전력의 회생을 개시하는 회로이며, 도 1, 2에 나타내는 바와 같이 전송 경로로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들이는 방향성 결합기(21) 및 정류회로(22)를 구비한다. 방향성 결합기(21)는, 회생 서큘레이터(20)의 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여 전송 경로로부터 고주파 전력을 받아들이고, 회생동작 중에 있어서, 회생 서큘레이터 입력단의 전압의 상한을 설정 전압으로 제한한다. 정류회로(22)는, 교류를 직류로 변환하고, 직류전원(11) 등으로 회생한다.
도 6은, 도 5의 변성기(12b)의 감는 수의 비를 1：2로 한 고주파 증폭회로를 출력회로(13)의 회로에 접속하여, 부하 임피던스(ZL)의 유효분을 100㏀(≒Open)로 하고 플라즈마가 없어진 경우를 상정하여, 전송 경로의 전기장(l)을 0°∼180°변화시켰을 때의 전극 전압(Vpp)에 대하여, 회생 서큘레이터를 구비하는 경우와 구비하지 않는 경우의 각 경우에 대하여 나타내고 있다. 도 6의 전극 전압(Vpp)은, 전기장이 약 85°∼125°의 범위에서 회생동작하고, 전극 전압(Vpp)이 억제되는 것을 나타내고 있다.
도 7, 8은 회생 서큘레이터의 회로예를 나타내고 있다. 도 7에 나타내는 회로예에 있어서, 회생 서큘레이터(20)는, 입력 측에 변성기(20a)를 구비하고, 출력 측에 다이오드 브리지회로로 이루어지는 정류기(20b)를 구비하여 구성된다. 변성기(20a)는 방향성 결합기(21)에 대응하고, 정류기(20b)는 정류회로(22)에 대응하고 있다. 출력측은, 예를 들면 직류전원(11)의 직류 전압원에 접속함으로써, 직류 전력을 직류 전압원에 회생할 수 있다. 다만, 직류 전력은 고주파 전원의 직류 전압원으로 한정되지 않고, 다른 직류 전압원에 회생해도 좋다.
도 8은 회생 서큘레이터의 변형 회로예이다. 도 8(a)에 나타내는 회로예는, 변성기(20a)를 구성하는 트랜스의 2차 측에 콘덴서(20c)를 접속함으로써, 트랜스에 흐르는 누설 전류(리퀴지(leakage))에 의한 전류 중복각에 의한 트랜스 2차측의 전압 파형 변형을 보상한다.
도 8(b), (c)에 나타내는 회로예에서는, 다이오드 브리지의 출력 측에 인덕턴스(20d, 20e）를 접속함으로써, 회생처의 직류전원(VDD)에의 교류 성분을 저감한다. 도 8(a)의 콘덴서 및 도 8(b), (c)의 인덕턴스를 조합한 구성으로 해도 좋다.
(동작예)
이하, 본원 발명의 회생 서큘레이터의 동작예에 대하여 도 9∼도 13을 이용하여 설명한다.
도 9는 고주파 전원장치 및 회생 서큘레이터의 회로예이다. 도 9의 회로예에 있어서, 플라즈마가 착화하고 있는 정상 상태의 파라미터, 및 플라즈마가 소등하고 있는 이상상태에 있어서 회생 서큘레이터를 구비하지 않은 경우와 구비하고 있는 경우의 파라미터는 하기와 같다. 또한 플라즈마 착화시에 있어서, 부하 임피던스(ZL)는 50Ω이며, 유효분(RL)은 100Ω이다.
[정상 상태]
직류전원 전압(VDD)：290V
진행파　　　　 　：4000W(고주파 전원의 출력단에서의 측정치)
반사파　　　　　 ：0W(고주파 전원의 출력단에서의 측정치)
고주파 증폭회로의 출력단 임피던스(Zamp)：40＋j20Ω
부하 임피던스의 유효분(RL)의 전압Vpp：1794V
부하 임피던스의 유효분(RL)　　　　　：100Ω
고주파 전원장치의 출력단 임피던스(Zg0):50Ω
[이상 상태： 회생 서큘레이터를 구비하지 않은 경우]
도 9의 회로예에 있어서 회생 서큘레이터를 구비하지 않은 경우에, 플라즈마가 소등하고 있는 이상 상태의 각 파라미터는 하기와 같다. 한편, 플라즈마 소등시에 있어서, 부하 임피던스의 유효분(RL)은 100㏀로 하고 있다.
직류전원 전압(VDD)：290V
진행파　　　　 　：49000W(고주파 전원의 출력단에서의 측정치)
반사파　　　　　 ：49000W(고주파 전원의 출력단에서의 측정치)
고주파 증폭회로의 출력단 임피던스(Zamp)：0.05－j0.01Ω
부하 임피던스의 유효분(RL)의 전압(Vpp)：12530V
부하 임피던스의 유효분(RL)　　　　 　：100㏀
고주파 전원장치의 출력단 임피던스(Zg0)：오픈(40㏀)
도 10은, 시간 축 도메인의 고주파 전원의 출력단 전압(Vg0), 전극 전압(Vpp), 및 직류전원의 출력 전류(Idc), 고주파 증폭회로에의 입력 전압(Iinv)의 각 파형을 나타내고 있다. 한편, 도 10에서는 t=12us로 플라즈마가 소등했을 때의 데이터를 나타내고 있다.
회생 서큘레이터를 구비하지 않은 경우에는, 4kW 정격의 전원에 대하여 49kW의 출력 전력을 출력하게 되고, 전력증폭소자가 과전압 혹은 과손실로 파손할 가능성이 있는 것 외, 정상시의 전극 전압(pp)이 1794V인데 대하여, 이상시에는 12530V의 고전압이 진공 장치의 전극에 인가되게 되기 때문에, 전극 파손 혹은 절연 파괴에 의한 아크 방전의 발생 요인이 될 가능성이 있다고 하는 문제점이 있다.
[이상 상태：회생 서큘레이터를 구비하고 있는 경우]
도 9의 회로예에 있어서 회생 서큘레이터를 구비하고 있는 경우에, 플라즈마가 소등하고 있는 이상 상태의 각 파라미터는 하기와 같다. 다만, 플라즈마 소등시에 있어서, 부하 임피던스의 유효분(RL)은 100㏀으로 하고 있다.
직류전원 전압(VDD)：290V
진행파　　　　 　：4000W(고주파 전원의 출력단에서의 측정치)
반사파　　　　 　：4000W(고주파 전원의 출력단에서의 측정치)
고주파 증폭회로의 출력단 임피던스(Zamp)：18.9＋j6.0Ω
부하 임피던스의 유효분(RL)의 전압(Vpp)：3560V
부하 임피던스의 유효분(RL) 　　　　　：100㏀
고주파 전원장치의 출력단 임피던스(Zg0) ：오픈(40㏀)
도 11은, 시간 축 도메인의 고주파 전원의 출력단 전압(Vg0), 전극 전압(Vpp), 및 직류전원의 출력 전류(Idc), 고주파 증폭회로에의 입력 전압(Iinv)의 각 파형을 나타내고 있다. 다만, 도 11에서는 t=12us로 플라즈마가 소등했을 때의 데이터를 나타내고 있다.
도 12는, 전송 선로의 전기장에 대한 고주파 증폭회로의 출력단 임피던스(Zamp)의 임피던스 궤적을 스미스 차트상에서 나타내고 있다. 도 12(a)는 회생 서큘레이터를 구비하지 않은 경우에 있어서, 플라즈마가 소등했을 때의 출력단 임피던스(Zamp)의 변화를 나타내고, 도 12(b)는 회생 서큘레이터를 구비하고 있는 경우에 있어서, 플라즈마가 소등했을 때의 출력단 임피던스(Zamp)의 변화를 나타내고 있다.
도 12(a)에 있어서, A, B, C는 전기장이 각각 0, λ／4, λ／2의 임피던스에 상당하고, 0으로부터 λ／2으로의 전기장의 변화에 수반하여 A, B, C의 순으로 임피던스가 변화한다.
정재파의 복 부분과 절 부분의 사이에는 전기장에서 λ／4의 관계가 있기 때문에, 부하단 전압이 가장 커지는 것은 부하단이 정재파의 복 부분에 상당하는 위치에 있을 때이며, 이때 정재파의 절 부분에 상당하는 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp)는 쇼트 상태에 상당하는 저임피던스이다. 다만, 부하단 전압은 전극 전압에 비례하기 때문에, 전극 전압이 가장 커질 때 임피던스(Zamp)는 저임피던스가 된다.
도 12(a)에 있어서, 부하단 전압(전극 전압)이 가장 커질 때, 부하단의 임피던스는 전기장(A)의 위치에 있고, 이때, 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp)는 A로부터 λ／4만큼 이동한 전기장 B의 위치가 된다. 전기장 B의 임피던스는 0이며 쇼트 상태에 상당한다.
따라서, 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp)를 관찰했을 때, 임피던스(Zamp)가 0의 전기장 B의 위치에 있을 때에는, 부하단의 임피던스는 임피던스가 ∞에 상당하는 전기장 A의 위치에 있으며, 부하단 전압(전극 전압)은 증대한다.
도 12(b)에 있어서, A, C는 전기장이 각각 0, λ／2의 임피던스에 상당하고, D는 전기장이 0과 λ／4의 사이의 임피던스에 상당하며, E는 전기장이 λ／4와 λ／2의 사이의 임피던스에 상당하고, 0으로부터 λ／2으로의 전기장의 변화에 수반하여 A, D, E, C의 순으로 임피던스가 변화한다.
회생 서큘레이터를 구비한 구성에서는, 0과 λ／4의 사이에 있어서 임피던스(Zamp)가 쇼트 상태에 가까워지면, 전기장 D에 있어서 전송 경로에 병렬 임피던스가 접속된 상태가 되고, 부하 임피던스가 구비하는 이외의 유효분이 발생하여, 전기장 B의 저임피던스 점을 피한 임피던스 궤적을 따라서 임피던스가 변화한다.
λ／4와 λ／2의 사이에 있어서 임피던스(Zamp)가 쇼트 상태로부터 오픈 상태로 되돌아갈 때에, 전기장 E에 있어서 전송 경로로부터 병렬 임피던스의 접속이 벗어난 상태가 되어 발생하고 있던 유효분이 없어져, 전기장 C의 고임피던스 점을 향하여 임피던스가 변화한다.
따라서, 회생 서큘레이터를 구비함으로써, 고주파 증폭회로의 출력단 임피던스(Zamp)를 쇼트 상태의 저임피던스로부터 피한 상태로 할 수 있다.
회생 서큘레이터에 의한 병렬 임피던스에 의하여 임피던스(Zamp)의 저임피던스화를 피할 수 있기 때문에, 부하전압(VL) 및 전극 전압(Vpp)이 정상시의 몇 십배의 값으로 튀는 것을 억제할 수 있다.
병렬 임피던스에 의하여 발생하는 유효분은, 회생 서큘레이터를 통하여 직류전원 전압(VDD)으로 전력을 되돌림으로써 발생하는 것이며, 내부 더미로드 등의 손실 성분을 추가함으로써 생기는 것은 아니기 때문에, 회생한 에너지가 손실하는 것을 피할 수 있어 회생 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 전반사시의 출력 전력은 4000W로 제한되고, 그 결과, 전극 전압(Vpp)의 상한도 제한된다.
출력 전력 및 전압의 상한을 제한함으로써, 전력증폭소자의 파손, 진공 장치의 전극 파손, 아크 방전에 의한 반도체소자의 파손 등을 억제할 수 있다.
(회생동작의 개시 조건)
상기한 바와 같이, 고주파 증폭회로의 출력단에서 본 임피던스(Zamp)가 저임피던스가 되는 임피던스 상태와, 정재파에 의한 부하단 전압의 상승과는 대응 관계에 있다. 이하, 회생동작에 의하여 임피던스(Zamp)를 저임피던스로부터 회피하는 동작 조건에 대하여 설명한다.
D급 RF제네레이터는 인버터로 방형파를 발생시킨다. 도 13의 회로예에 있어서, 방형파 전압의 기본파 성분의 실효치 전압을 Vin, 인버터의 온 저항을 Ron, 트랜스 감는 수의 비를 N으로 하면, 내부 저항(Rin)은 이하의 식으로 표시된다.
Rin=2RonN2　　　…(1)
이때, 고주파 출력의 실효치 전압(Vg0), 실효치 전류(ig0)의 관계는,
vamp=Vg0=vin－Riniamp=Vin－Rinig0
iamp=ig0
Zamp=vamp/iamp=Vg0/ig0=Zg0
… (2)
이다.
동 축 케이블 길이(l)에 있어서의 부하측의 실효치 전압(VL), 실효치 전류(iL)로 하고, 전송 경로 길이 l=λ／4, βl=π／2로 하며, VL를 VL(λ／4)로 치환하고, VL(λ／4)를 기준 벡터로 설정하며, VL (λ／4)=VL －set로 하면,
Figure pct00001
로 표시된다.
[회생 동작시의 허용 전압비(k)와 Zamp]
식(4)에 있어서, ZL=Z0로 정합하고 있는 경우의 첨자를 Z0로 표기하고, 회생 동작시의 첨자를 regen로 표기하며, 부하전압(VL)이 정합시의 부하전압(VL －Z0)의 k배가 되었을 때에 회생동작이 개시한다고 하여 부하전압(VL)의 허용 전압비(k)를 정하면, 회생시의 고주파 증폭회로에서 본 임피던스(Zamp (λ/4)－ regen) 및 회생 서큘레이터의 접속위치(P)의 임피던스(ZP (λ/4)－ regen)는 각각 이하의 식으로 표시된다.
Figure pct00002
한편, 회생 서큘레이터의 접속위치(P)와 부하단의 사이의 전기장이 파장(λ)의 정수배의 관계에 있을 때는 VL=VP의 관계에 있기 때문에, 부하전압(VL)을 대신하여 접속위치(P)의 전압(VP)에 의하여 허용 전압비(k)를 설정할 수 있고, 회생동작 개시전압(VP－regen)를 정합시의 전압(VP－Z0)의 k배가 되었을 때에 회생동작이 개시한다고 하여 허용 전압비(k)를 설정해도 좋다. 도 14는, 허용 전압비(k)를 2로 했을 때, 회생동작 개시전압(VP－ regen)과 전압(VP－Z0)의 관계를 나타내고 있다.
이하, 계산예로서 부하전압(vL)이 가장 커지는 이하의 조건으로서, 예를 들면,
ZL=∞
Rin=8Ω
Z0=50Ω
전송 선로의 전기장(l)=λ／4
의 경우에, 회생 서큘레이터를 이용하여 k=2로 했을 때에 부하전압(vL)을 억제하는 예를 나타낸다.
회생 서큘레이터의 접속위치(P)보다 부하측의 임피던스(ZP)는 부하측이 오픈 상태의 임피던스(ZP=∞) 상태에 있어서, 회생 서큘레이터에 의해 병렬 임피던스(ZR)가 접속되면, 임피던스(ZP)는 영상 임피던스에 의해 ZP=ZR가 된다.
식(5)를 이용하여 Zamp와 ZP를 구하면,
Figure pct00003
가 된다.
이것은, P점에 있어서 무한대의 부하 임피던스에 병렬로 ZR (약 119Ω)가 접속된 상태가 되고, Zamp가 저인피단스(쇼트)가 되기 때문에 회피된 것을 표시하고 있다.
한편, 식(5)에 있어서, 부하가 오픈 상태(ZL=∞)에 있어서도 허용 전압비(k)를 1로 설정함으로써 Zamp=ZP=50Ω이 되어, 정합 상태로 할 수 있다.
허용 전압비(k)=1은, 회생동작을 개시하는 부하전압(VL)을 정합시의 부하전압(VL－Z0)으로 하는 것을 의미하고, 정상 상태에 있어서도 회생동작을 행함으로써, 임피던스의 부정합에 의하여 이상 상태가 된 경우라도 부하전압(VL)을 정합시의 부하전압(VL－Z0)으로 유지할 수 있다.
[회생 동작시의 VL － regen와 직류전원 전압(VDD)의 관계]
부하전압(VL)이 정합시에 있어서의 실효치 전압(VL －Z0)의 k배가 된 시점에서 회생동작을 개시하고 직류전원 전압(VDD)으로 직류 전력을 회생(regeneration)시킴과 함께, 부하전압(VL)의 상한 전압을 회생 동작시의 부하전압(VL － regen)으로 제한한다.
변압기를 이용하여 회생을 행하는 경우에는, 회생처의 직류전원 전압(VDD)은VP－regen(VL－regen)의 평균치(2√2vP － regen/π)와 변압기의 감는 수의 비(N)에 의하여 정할 수 있다.
ZL=Z0시에, 고주파 증폭회로의 인버터에 인가되는 직류전원 전압(VDD)과 회생동작 개시전압(VP－Z0(VL －Z0))을 이미 알고 있을 때에는, 변압기의 감는 수의 비(N)는 허용 전압비(k)로부터 이하의 식(6)으로 표시할 수 있다.
Figure pct00004
다만, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서의 기술은, 본 발명에 관계되는 직류전원장치 및 직류전원장치의 제어방법의 일례이며, 본 발명은 각 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 기초하여 여러 가지 변형하는 것이 가능하며, 이들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것은 아니다.
산업상의 이용 가능성
본 발명의 회생 서큘레이터, 고주파 전원장치, 회생방법은, 액정패널제조장치, 반도체 제조장치, 레이저 발진기 등의 부하가 플라즈마 부하가 되는 부하장치에 대하여 고주파 전력을 공급하는 전력공급장치, 및 전력공급방법으로 적용할 수 있다.
A∼E: 전기장
Idc: 출력 전류
Ig0: 전류
Iinv: 입력 전압
N: 감는 수의 비
P: 접속위치
RL: 유효분
Rin: 내부 저항
Ron: 저항값
VDD: 직류전원 전압
VL: 부하전압
VP: 회생동작 개시전압
Vg0: 출력단 전압
Vin: 교류 전압원
Vpp: 전극 전압
Z0: 특성 임피던스
ZL: 부하 임피던스
ZP: 임피던스
ZR: 병렬 임피던스
Zamp: 출력단 임피던스
Zg0: 출력단 임피던스
iL : 실효치 전류
ig0: 실효치 전류
k: 허용 전압비
vL: 부하전압
Γ: 반사계수
λ: 파장
1: 고주파 전원장치
2: 고주파 부하
3: 전송 경로
4: 전송 선로
10: 고주파 전원
11: 직류전원
12: 고주파 증폭회로
12a: 브리지회로
12b: 변성기
13: 출력회로
13a: LC회로
13b: LPF
20: 회생 서큘레이터
20a: 변성기
20b: 정류기
20c: 콘덴서
20d, 20e: 인덕턴스
20f: 분압기
21: 방향성 결합기
22: 정류회로
101: 제네레이터
102: 부하
104: 전송 경로
111: 직류전원
112: 고주파 증폭회로
112a: 브리지회로
112b: 변압기
113: 출력회로
113a: 정합회로
113b: 필터회로

Claims (21)

  1. 고주파 전원의 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로상으로부터 고주파 전력을 회생하는 회생 서큘레이터이며,
    상기 회생 서큘레이터의 입력단은 상기 전송 경로상에 접속되고,
    상기 회생 서큘레이터는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며,
    상기 병렬 임피던스는 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회생 서큘레이터 입력단의 상기 전송 경로상의 접속위치는, 상기 전송 경로상에 있어서 임피던스 부정합에 의해 발생하는 정재파의 복 부분에 상당하는 위치이며,
    상기 회생 서큘레이터는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며,
    상기 병렬 임피던스는 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회생 서큘레이터 입력단의 상기 전송 경로상의 접속위치는, 고주파 증폭회로의 출력단으로부터, 상기 전송 경로상에서 상기 고주파 전원이 출력하는 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치이며,
    상기 회생 서큘레이터는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하고,
    상기 병렬 임피던스는 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전송 경로로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들이는 방향성 결합기를 구비하고,
    상기 방향성 결합기는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여 상기 전송 경로로부터 고주파 전력을 받아들이며,
    회생동작 중에서, 회생 서큘레이터 입력단의 전압의 상한을 설정 전압으로 제한하는 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방향성 결합기는 변성기를 구비하고,
    상기 변성기의 감는 수의 비는, 상기 설정 전압과 회생 서큘레이터의 출력단의 전압의 전압비에 기초하는 값인 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 변성기의 교류 출력을 직류로 변환하는 정류기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 변성기의 2차 측에 콘덴서를 병렬로 구비하는 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 정류기의 후단에 직류 리액터를 직렬로 구비하는 것을 특징으로 하는, 회생 서큘레이터.
  9. 고주파 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과,
    상기 고주파 전원이 구비하는 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생하는 회생 서큘레이터를 구비하고,
    상기 회생 서큘레이터의 입력단은 상기 전송 경로상에 접속되며,
    상기 회생 서큘레이터는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하고,
    상기 병렬 임피던스는 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회생 서큘레이터 입력단의 상기 전송 경로상의 접속위치는, 상기 전송 경로상에서 임피던스 부정합에 의해 발생하는 정재파의 복 부분에 상당하는 위치이며,
    상기 회생 서큘레이터는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하고, 상기 병렬 임피던스는 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 회생 서큘레이터 입력단의 상기 전송 경로상의 접속위치는, 고주파 증폭회로의 출력단으로부터, 상기 전송 경로상에 있어서 상기 고주파 전원이 출력하는 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치이며,
    상기 회생 서큘레이터는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하고,
    상기 병렬 임피던스는 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전송 경로로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들이는 방향성 결합기를 구비하고,
    상기 방향성 결합기는, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여 상기 전송 경로로부터 고주파 전력을 받아들이며,
    회생동작 중에서, 회생 서큘레이터 입력단의 전압의 상한을 설정 전압으로 제한하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 방향성 결합기는 변성기를 구비하고,
    상기 변성기의 감는 수의 비는, 상기 설정 전압과 회생 서큘레이터의 출력단의 전압의 전압비에 기초하는 값인 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 변성기의 교류 출력을 직류로 변환하는 정류기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 변성기의 2차 측에 콘덴서를 병렬로 구비하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 정류기의 후단에 직류 리액터를 직렬로 구비하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전원장치.
  17. 고주파 전원의 고주파 증폭회로와 고주파 부하의 사이의 전송 경로상으로부터 고주파 전력을 회생 서큘레이터에 의하여 회생하는 방법이며,
    상기 회생 서큘레이터의 입력단을 상기 전송 경로상에 접속하고,
    상기 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며,
    상기 병렬 임피던스에 의하여 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전력의 회생방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회생 서큘레이터에서, 입력단을 상기 전송 경로상에서, 상기 전송 경로상에서 임피던스 부정합에 의해 발생하는 정재파의 복 부분에 상당하는 위치에 접속하고, 상기 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며,
    상기 병렬 임피던스에 의하여 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전력의 회생방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 회생 서큘레이터에 있어서, 입력단을 상기 전송 경로상에서, 고주파 증폭회로의 출력단으로부터, 상기 전송 경로상에서 상기 고주파 전원이 출력하는 고주파 파장(λ)의 4분의 1 파장(λ／4)의 홀수배의 전기장의 위치에 접속하고,
    상기 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여, 상기 전송 경로에 대하여 병렬 임피던스를 구성하며,
    상기 병렬 임피던스에 의하여 상기 접속위치로부터 고주파 전력을 한쪽방향으로 받아들여 회생하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전력의 회생방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 병렬 임피던스에 의하여, 회생 서큘레이터 입력단의 전압과 설정 전압의 비교에 기초하여 상기 전송 경로로부터 고주파 전력을 받아들이고,
    회생동작 중에서, 회생 서큘레이터 입력단의 전압의 상한을 설정 전압으로 제한하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전력의 회생방법.
  21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고주파 전력의 교류 출력을 직류로 변환한 후에 회생하는 것을 특징으로 하는, 고주파 전력의 회생방법.
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