WO2013107784A2 - Verfahren zum phasenabgleich mehrerer hf-leistungserzeugungseinheiten eines hf-leistungsversorgungssystems und leistungsversorgungssystem - Google Patents

Verfahren zum phasenabgleich mehrerer hf-leistungserzeugungseinheiten eines hf-leistungsversorgungssystems und leistungsversorgungssystem Download PDF

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Armin Bannwarth
Cemalettin Aykan
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    • H02M5/02—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
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    • H03F3/602—Combinations of several amplifiers
    • H03F3/604—Combinations of several amplifiers using FET's
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    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance

Definitions

  • the invention relates to a method for phase balancing a plurality of RF power generation units of an RF power supply system and an RF power supply system.
  • High-frequency power supply systems ie systems which generate power at frequencies> 1 MHz, are used, for example, for laser excitation, in plasma coating systems or for induction applications.
  • multiple RF power supply units are often used to produce a total power of the RF power supply system therefrom.
  • the output signals of the high frequency power supply units are generally not phase synchronous.
  • these output powers often have to be combined into one power, eg by means of couplers (Combiner) or directly to a load, eg. B. a Piasmaelektrode or a gas laser electrode.
  • Couplers Combiner
  • a load eg. B. a Piasmaelektrode or a gas laser electrode.
  • fixed phase relationships of the output powers are required. It is therefore necessary to provide a possibility for influencing the phases of the output signals of the RF power generation units to one another.
  • RF power generation units In order to minimize or avoid process stoppages, it should be possible to exchange RF power generation units quickly and easily against similar RF power generation units. Also suitable combiners should be interchangeable. With changes to the load, e.g. In the event of gas pressure changes in gas laser excitation systems or in plasma processing plants, the RF power generation units should continue to operate stably and with maximum efficiency. However, after the replacement of individual power generation units or combiners, for example due to component tolerances, there may be a changed phase relationship and thus there is a need to readjust the phase relationship between the individual RF power generation units. It would be disadvantageous if this had to be readjusted manually or if additional measuring units would be required to acquire further measured quantities.
  • This object is achieved according to the invention by a method for phase matching of several RF power generation units of an RF power supply system with the method steps: a. Measuring a signal related to the power reflected on a load and arriving at a first RF power generation unit,
  • b. Transmitting at least one value related to the measured signal to a system controller or transmitting the measured signal to a system controller and determining a value related to the measured signal in the system controller; c. Determining a reference value for the value of the first RF power generation unit in the system controller or providing a reference value for the value of the first RF power generation unit to the system controller, d. Changing the frequency and / or the phase of the output signal of the first RF power generation unit,
  • step f Submitting one with the one in step e. measured signal related value to the system controller or transmission of the in step e. measured signal to the control panel and in one with the in step e. measured signal related value in the system controller;
  • the procedural a, - h. are preferably immediately after switching on or restarting the RF power supply system carried out.
  • the predetermined event is preferably an event related to a desired phasing or indicating the desired phasing. For example, it may be an event that occurs when one or more RF power generation units or the RF power supply system operate at a predetermined efficiency.
  • the event may indicate that the powers reflected from the load and arriving respectively at the RF power generation units are in a predetermined relationship with each other, which may be recognized by the system controller as a predetermined relationship, e.g. leads to the predetermined efficiency. It is not absolutely necessary that the reflected power in the RF power generation units be set to a minimum value. This is not desirable in all operating conditions.
  • the predetermined relationship of the reflected powers to each other should be adjusted only so that the predetermined event occurs, e.g. indicated a predetermined efficiency.
  • a monitored relationship in which are the incoming power to the RF power generating units, one or more of the parameters phase, amplitude, Refletechnischsmine be monitored.
  • the event may indicate that the powers reflected by the load and arriving respectively at the RF power generation units differ by less than a predetermined value.
  • a good symmetry in the RF power supply system and a sufficiently uniform load of all RF power generation units can be achieved.
  • each RF power generation unit is independently fully functional. This means that each RF power generation unit has its own measuring system for determining the supplied and the feedback power and, in particular, also has its own control for regulating these measured variables. This simplifies the replacement of the individual components of the RF power supply system.
  • the RF power supply system can be modular. According to the method of the invention, it is possible to adjust the phase on the basis of information coming from a signal, namely the reflected power, which itself has no phase component.
  • the individual power generation units can be given a frequency signal and a phase setting signal from the system controller.
  • a signal related to the reflected power there is also a signal describing the reflection factor, which may be complex load impedance or VSWR. If several amplifiers within a power generation unit, for example, 90 ° out of phase, operated, and is combined with a coupler, the output power of the amplifier to an output power of the power generation unit, it is possible, from comparing the power consumption of the amplifiers to generate a signal related to the reflected power. This is described, for example, in EP 2 202 776 A1.
  • the phase relationship means the phase relationship of the output signals of the power generation units with each other. It is best imaginable to assume that all power generation units receive the same RF excitation signal with the same phase.
  • the individual power generation units may have signals that do not have the same phase because of different propagation delays at their outputs. However, this is often undesirable. Alternatively, it may be desired that the phase of the output signals of the power generation units is not equal.
  • the phase of the output signals at the output of all power supply units can be set to a predetermined level. This means that the phase difference between the output signals of the individual power supply units can be adjusted.
  • the HF power supply system When the HF power supply system is switched on, it can be checked, in particular by the system controller, whether at least one power generation unit or at least one coupler of the HF power supply system has been replaced or added, and the transmission a. until h. of claim 1 can be performed only in the case when such replacement or addition has been recognized.
  • the value obtained in step lf deviates less than a predetermined amount from the reference value;
  • step l.f. value determined has exceeded or fallen below the reference value
  • step l.f. determined value changes. in a given direction
  • step l.f. determined value falls below after repeating the claim l.g, said steps, a predetermined difference value; e. a predetermined number of repetitions according to feature l.g. has occurred;
  • ⁇ has a given reference value under or
  • the reference value may be the average of the values determined in steps b. and f. of claim 1 determined.
  • the mean value of the reflected powers can be determined.
  • the system controller may then try to match the first power supply unit to this value or equalize all the power supply units until an optimal reflected power occurs everywhere.
  • the average value can be recalculated for each round or it can be stored and for each round it can be adjusted to the stored average. be.
  • the changing of the frequency and / or the phase of the first or another HF power generation unit can be effected by predetermining a frequency signal and phase information to the power generation unit.
  • a power generation unit preferably has a phase adjustment device, for example a phase shifter.
  • the output powers of the power generation units may be coupled by one or more couplers to a total power.
  • the phase position of the power generation units may depend on the type of coupler used for power coupling. For example, if a 90 ° hybrid coupler is used, the outputs of the power generation units that are to be coupled through the coupler must have a phase offset of 90 °.
  • the measured signal is related to the power reflected from the load. It should also be mentioned here that it is not necessary to directly measure a power arriving at a power generation unit, for example by means of a directional coupler, but that other electrical quantities, such as current or voltage, which are related to the incoming power, can also be measured.
  • the power generation units are operated with identical forward lows, i. All power generation units generate the same power at their output. Accordingly, a symmetrical system is advantageous. This facilitates phase adjustment based on signals related to the reflected power.
  • the phase may be adjusted in each power generation unit by means of a dynamically programmable logic device as a phase adjustment device or as part of a phase adjustment device.
  • a dynamically programmable logic device as a phase adjustment device or as part of a phase adjustment device.
  • a dynamically programmable logic device for example, a Field Programmable Gate Array (FPGA), an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), a delay line (Delayline) or a Complex Programmable Logic Device (CPLD) can be used as a logic device.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • Delayline Delayline
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • DCM integrated Digital Clock Monitors
  • a phase adjustment device may be formed as a phase shift unit or include such.
  • phase shift units are finite. This is the case in particular if a logic module is used as the phase shift unit. For example, if at a first power generation unit the phase is not adjustable, ie a phase shift unit has reached its natural limit, but sufficient balancing has not yet been achieved, then the phase can be changed at longer intervals in this or other power generation units. Such a larger interval may be, for example, 90 ° phase offset. Thereafter, all of the methods described herein can be further applied. The change at longer intervals may also be made by the phase shift unit of the corresponding power generation unit or in another control element.
  • a suitable logic module eg FPGA, ASIC
  • FPGA field-programmable gate array
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • PLL Phase-locked Loop
  • This multiple of the frequency can be used with logic links for such a phase jump.
  • the system controller can set the values for the frequency and / or phase that are used in method step d. of claim 1 are set to save. Thus, these values are also available for later process steps.
  • the system controller may transmit preset or stored frequency and phase values to the power generation units upon power up of the power generation units.
  • start values can be specified by the system control, which can then be modified in the course of the process.
  • the scope of the invention also includes an HF power supply system, in particular for carrying out the method according to the invention, with a system controller and a plurality of RF power generation units, wherein the RF power generation units are signal-connected to the system controller, and at least two RF power generation units Measuring means for detecting a signal related to the load reflected power arriving at the respective power generating unit, and the RF power supplying system having at least one value detecting unit for detecting values related to the signals detected by the measuring means; wherein the system controller has a determination device connected to the RF power generation units for determining the phase to be set and / or the frequency of at least two RF power generation units as a function of the at least having a value determination unit determined values.
  • the system can be very modular. In particular, individual components of the system can be easily replaced. During operation, the system can automatically correct and set the phase position between the outputs or the signals of the HF power supply units output there. Alternatively, it is conceivable to initiate the method according to the invention as a calibration run from outside, in particular manually. Once the output signal phases have been adjusted, they can be maintained in operation and not continually updated.
  • At least two RF power generation units may include a phase adjuster signaled to be connected to the system controller.
  • a phase adjustment device is provided in each RF power generation unit.
  • the power generation units are then interchangeable at any time.
  • Such RF power generation units can be integrated into many different systems with different system controls. It is thus achieved an improved modularity.
  • the system controller may include an evaluation device for evaluating the values related to the signals detected by the measuring means.
  • the values of the evaluation device of the system control can be predefined directly by the power generation units, ie the values are then determined in the HF power generation units. Alternatively, the values can only be determined in the system control and given there to the evaluation device. If the values are to be determined already in the power generation units, it is advantageous if at least one power generation unit has a value determination unit.
  • At least one coupler is provided for coupling the output power of at least two power generation units.
  • the phase of the output signals of the power generation units is preferably adjusted so that approximately the same power is delivered by all power generation units, i. that the coupled output power is distributed symmetrically to the power generation units. Whether and how well this is accomplished can be accomplished by measuring and evaluating the signals related to the reflected power.
  • Each power generation unit may include a phase adjustment device.
  • phase adjustment device may comprise a dynamically programmable logic device, for example an FPGA, ASIC, a delay line or a CPLD.
  • Each power generation unit may include a power meter. This also promotes the modular applicability of the power generation unit.
  • a power generation unit can be used not only in the manner described with the system control for frequency and / or phase adjustment, but also regulate their own performance.
  • the power measuring device can be suitable for detecting the reflected power and / or the power generated in the power generation unit, ie it can serve as a previously mentioned measuring device.
  • a power generation unit can be made up of several amplifiers or inverters.
  • the phase angle of these amplifiers or inverters to each other can also be adjusted by means of the dynamically programmable logic devices.
  • the plurality of amplifiers or multiple inverters may comprise a plurality of transistors, e.g. in form of
  • Push-pull amplifier or a class D half or full bridge arrangement have.
  • the phase position of the transistors can also be adjusted by means of the dynamically programmable logic devices.
  • a dynamically programmable logic device can take over all settings.
  • Each power generation unit may include an input terminal for a high frequency excitation frequency signal.
  • Such power generation units are highly modular. You can not only in the manner described with the system control for frequency and / or phase adjustment, but also in other environments or applications in which a frequency adjustment is required.
  • Fig. 1 is a highly schematic representation of an RF power supply system
  • Fig. 2 is a flowchart for explaining the inventive
  • the RF power supply system 10 shown in FIG. 1 comprises a system controller 11, to which in the exemplary embodiment 3 RF power generation units 12, 13, 14 are connected.
  • the RF power generation units 12, 13, 14 each include a control module 15, 16, 17 and a power generation module 18, 19, 20.
  • the outputs 21, 22, 23 of the power generation units 12, 13, 14 are referred to a coupler 24, also called combiner , where the output powers of the power generation units 12, 13, 14, if necessary be coupled phase-dependent.
  • the coupled total power is output at the output 25 and a load, which is not shown, fed.
  • the power generation units 12, 13, 14 each have measuring means 26, 27, 28, with which at least the power reflected by the load, which arrives at the power generation units 12, 13, 14, can be detected.
  • the measuring means 26, 27, 28 are designed as directional couplers, so that both a reflected and an output power of the respective power generation unit 12, 13, 14 can be detected.
  • the measured power signals related to the reflected power detected by the measuring means 26, 27, 28 are applied to a value determining unit 29, 30, 31 in the control modules 15, 16, 17. In the value determination units 29, 30, 31, values are determined, which are then sent to the system controller 11, in particular to a determination device 32.
  • the determination device 32 determines the phasing of the output signals of the power generation units 12, 13, 14 to be set.
  • the phase position to be set is given by the determination device 32 to the value determination units 29, 30, 31.
  • the system controller 11 is thus bidirectionally signa-technically connected to the power generation units 12, 13, 14.
  • the system controller 11 also has a frequency generation unit 33, by which a high-frequency excitation frequency signal is predetermined.
  • the frequency generation unit 33 is connected to phase adjusters 34, 35, 36 of the power generation units 12, 13, 14.
  • the phase adjustment devices 34, 35, 36 may be designed as phase shifters, in particular as FPGAs.
  • the phasing devices 34, 35, 36 shift the high-frequency signal predetermined by the frequency generation unit 33 according to the phases or phase positions given to the value determination units 29, 30, 31.
  • At the output of the modules 15, 16, 17 is thus a phase-controlled high-frequency signal.
  • This phase-locked high-frequency signal is supplied to the RF power modules 18, 19, 20 where the respective RF power output signals are generated.
  • FIG. 2 shows a type of flow chart 100 for explaining the method according to the invention.
  • 101 actions of an operator or external specifications are specified in the left column.
  • the column 102 specifies actions performed in the system control and the column 103 indicates actions of the power generation units.
  • step 104 a frequency and / or a phase angle of the individual power generation units can be specified.
  • step 105 preset or stored values for the frequency and / or phase are communicated to all power generation units. In accordance with these values, the power generation units are operated at the predetermined frequency and phase in step 106.
  • a signal related to the power reflected from a load and arriving at a power generation unit is measured at step 107 and optionally processed. When processing a signal, for example, a value is determined.
  • step 108 the measured signal or a value related to the measured signal is passed to the system controller.
  • a reference value is determined or selected in step 109 on the basis of the transferred values from step 108.
  • step 110 may set a fixed reference or variable reference. Furthermore, it is possible to specify a calculation rule for the reference value.
  • the frequency and / or the phase which is predetermined for the individual power generation units is changed in step 111.
  • the power generation units are operated with the changed values for frequency and / or phase.
  • step 113 a signal related to the reflected power is again measured and optionally processed.
  • step 114 the signal or a conditioned signal or value is passed to the system controller.
  • step 115 a query is made as to whether a predetermined event has occurred for a particular power generation unit. If so, then step 116 is entered to check if the event has occurred for all power generation units. If this is also confirmed, the current values for frequency and / or phase or phase position are stored.
  • step 115 a query is made as to whether there is a fixed reference value in step 118. If this is answered “yes”, step III is entered. If this question is answered in the negative, step 109 is entered.
  • step 118 is entered and a query is made for this power generation unit as to whether a fixed reference value exists.
  • the adjustment of the frequency and / or the phase of the individual power generation units thus takes place exclusively by the system control, without the need for intervention by an operator.
  • the phase position of the output signals of the power generation units, in particular automatically is newly set for the system due to the method according to the invention.
  • the goal is not necessarily to achieve the least reflected power, but an equal distribution of power generated on all power generation units. When this is achieved, the system is in a symmetrical state, ie the most robust and stable operating point has been reached. The risk that a power generation unit shuts down due to asymmetrical distribution of the reflected power is minimized or nonexistent.
  • the state in which a symmetrical distribution of power is present is also the one at which, with optimal matching (50 ohms) to the load, the smallest reflected power occurs.

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Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Phasenabgieich mehrerer HF-Leistungserzeugungs- einheiten eines HF-Leistungsversorgungssystems und Leistungsversorgungssystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Phasenabgieich mehrerer HF- Leistungserzeugungseinheiten eines HF-Leistungsversorgungssystems sowie ein HF-Leistungsversorgungssystem.
Hochfrequenzleistungsversorgungssysteme (HF- Leistungsversorgungssysteme), also Systeme, die Leistung bei Frequenzen > 1MHz erzeugen, werden beispielsweise zur Laseranregung, in Plas- mabeschichtungsanlagen oder für Induktionsanwendungen verwendet. In derartigen Hochfrequenzleistungsversorgungssystemen werden häufig mehrere HF-Leistungsversorgungseinheiten verwendet, um daraus eine Gesamtleistung des HF-Leistungsversorgungssystems zu erzeugen. Die Ausgangssignale der Hochfrequenzleistungsversorgungseinheiten sind im Allgemeinen nicht phasensynchron. Diese Ausgangsleistungen müssen jedoch häufig zu einer Leistung kombiniert werden, z.B. mittels Kopplern (Combiner) oder direkt an einer Last, z. B. einer Piasmaelektrode oder einer Gaslaserelektrode. Zum Kombinieren der HF- Leistungserzeugungseinheiten sind feste Phasenbeziehungen der Ausgangsleistungen erforderlich. Es muss daher eine Möglichkeit zur Beeinflussung der Phasen der Ausganssignale der HF-Leistungserzeugungsein- heiten zueinander zur Verfügung gestellt werden.
Um Prozessstillstände möglichst kurz zu halten oder zu vermeiden, soll es möglich sein, HF-Leistungserzeugungseinheiten schnell und unkompliziert gegen ähnliche HF-Leistungserzeugungseinheiten austauschen zu können. Auch entsprechende Combiner sollen austauschbar sein. Bei Veränderungen an der Last, z.B. bei Änderungen am Gasdruck in Gaslaseranregungs- anlagen oder in Plasmabearbeitungsanlagen, sollen die HF- Leistungserzeugungseinheiten weiterhin stabil und mit maximaler Effizienz arbeiten. Nach dem Austausch einzelner Leistungserzeugungseinheiten oder Combiner kann beispielsweise aufgrund von Bauteiltoleranzen jedoch eine veränderte Phasenbeziehung vorliegen und somit die Notwendigkeit bestehen, die Phasenbeziehung zwischen den einzelnen HF- Leistungserzeugungseinheiten neu einzustellen. Es wäre nachteilig, wenn dies manuell nachgestellt werden müsste oder wenn zusätzliche Messeinheiten zur Erfassung weiterer Messgrößen benötigt würden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und ein HF-Leistungsversorgungssystem bereit zu stellen, welche obiger Anforderung genügen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Pha- senabgleich mehrerer HF-Leistungserzeugungseinheiten eines HF- Leistungsversorgungssystems mit den Verfahrensschritten : a. Messen eines Signals, das mit der an einer Last reflektierten und an einer ersten HF-Leistungserzeugungseinheit ankommenden Leistung in Beziehung steht,
b. Übermitteln zumindest eines mit dem gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts an eine Systemsteuerung oder Übermitteln des gemessenen Signals an eine Systemsteuerung und Ermitteln eines mit dem gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts in der Systemsteuerung, c. Bestimmen eines Bezugswerts für den Wert der ersten HF- Leistungserzeugungseinheit in der Systemsteuerung oder Vorgabe eines Bezugswerts für den Wert der ersten HF- Leistungserzeugungseinheit an die Systemsteuerung, d. Verändern der Frequenz und/oder der Phase des Ausgangssignals der ersten HF-Leistungserzeugungseinheit,
e. Erneutes Messen eines Signals, das mit der an einer Last reflektierten und an der ersten HF-Leistungserzeugungseinheit ankommenden Leistung in Beziehung steht,
f. Übermitteln eines mit dem im Schritt e. gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts an die Systemsteuerung oder Übermittlung des im Schritt e. gemessenen Signals an die Systemsteuerung und Ermittein eines mit dem im Schritt e. gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts in der Systemsteuerung;
g. Wiederholen der Schritte c. bis f. oder d. bis f. so lange bis ein vorgegebenes Ereignis eintritt,
wobei
h. die Schritte l.a. - l.g. für eine oder mehrere weitere Leis- tungserzeugungseinheiten durchgeführt werden.
Die Verf a h renssch ritte a, - h. werden vorzugsweise unmittelbar nach dem Einschalten oder Wiederanfahren des HF-Leistungsversorgungssystems durchgeführt. Das vorgegebene Ereignis ist vorzugsweise ein Ereignis, weiches mit einem gewünschten Phasenabgleich in Beziehung steht bzw. den gewünschten Phasenabgleich indiziert. Beispielsweise kann es sich um ein Ereignis handeln, das eintritt, wenn eine oder mehrere HF- Leistungserzeugungseinheiten oder das HF-Leistungsversorgungssystem bei einer vorbestimmten Effizienz arbeiten.
Insbesondere kann das Ereignis indizieren, dass die von der Last reflektierte und jeweils an den HF-Leistungserzeugungseinheiten ankommenden Leistungen in einer vorbestimmten Beziehung zueinander stehen, die von der Systemsteuerung als eine vorbestimmte Beziehung erkannt werden kann oder wird, die z.B. zu der vorbestimmten Effizienz führt. Es ist nicht unbedingt notwendig, dass die reflektierte Leistung bei den HF- Leistungserzeugungseinheiten auf einen minimalen Wert eingestellt wird. Das ist auch gar nicht in allen Betriebszuständen erwünscht. Die vorbestimmte Beziehung der reflektierten Leistungen zueinander soll so lediglich eingestellt werden, dass das vorgegebene Ereignis eintritt, das z.B. eine vorgebestimmte Effizienz indiziert. Als überwachte Beziehung, in der die an den HF-Leistungserzeugungseinheiten ankommenden Leistungen stehen, können einer oder mehrere der Parameter Phase, Amplitude, Ref- lektionsfaktor überwacht werden.
Insbesondere kann das Ereignis indizieren, dass die von der Last reflektierte und jeweils an den HF-Leistungserzeugungseinheiten ankommenden Leistungen um weniger als einen vorbestimmten Wert voneinander abweichen. So kann zusätzlich eine gute Symmetrie in dem HF- Leistungsversorgungssystem und eine ausreichend gleichmäßige Belastung aller HF-Leistungserzeugungseinheiten erzielt werden. Im erfindungsgemäßen System ist es möglich, die Phasenbeziehung der einzelnen HF-Leistungserzeugungseinheiten zueinander im Betrieb selbsttätig einzustellen. Es ist möglich, einzelne HF-Leistungserzeugungs- einheiten auszutauschen und anschließend das System wieder in Betrieb zu nehmen, ohne manuell einen Abgleich der Phasenlage vornehmen zu müssen. Vorzugsweise ist jede HF-Leistungserzeugungseinheit selbständig allein voll funktionsfähig. Damit ist gemeint, dass jede HF- Leistungserzeugungseinheit ein eigenes Messsytem zur Ermittlung der gelieferten und der rückgekoppelten Leistung und insbesondere auch eine eigene Regelung zur Regelung auf diese Messgrößen aufweist. Dadurch wird die Austauschmöglichkeit der einzelnen Komponenten des HF- Leistungsversorgungssystems vereinfacht.
Zusätzliche Messvorrichtungen zur Ermittlung der Phasenlage bzw. Phasenbeziehung zwischen den Ausgangssignalen der HF- Leistungserzeugungseinheiten werden nicht benötigt. Das HF- Leistungsversorgungssystem kann modular aufgebaut werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Phase aufgrund einer Information einzustellen, die aus einem Signal, nämlich der reflektierten Leistung, kommt, die selbst keinen Phasenanteil aufweist. Den einzelnen Leistungserzeugungseinheiten kann ein Frequenzsignal und ein Pha- seneinstellsignal von der Systemsteuerung vorgegeben werden.
Als ein Signal, das mit der reflektierten Leistung in Beziehung steht, gilt insbesondere auch ein Signal, das den Reflektionsfaktor, die gegebenenfalls komplexe Impedanz der Last oder das Stehwellenverhältnis (VSWR) beschreibt. Werden mehrere Verstärker innerhalb einer Leistungserzeugungseinheit, z.B. um 90° phasenversetzt, betrieben, und wird mit einem Koppler die Ausgangsleistung der Verst rker zu einer Ausgangsleistung der Leistungserzeugungseinheit zusammengeführt, so ist es möglich, aus dem Vergleich des Stromverbrauchs der Verstärker ein Signal zu generieren, das mit der reflektierten Leistung in Beziehung steht. Die ist z.B. in der EP 2 202 776 AI beschrieben.
Mit der Phasenlage ist die Phasenbeziehung der Ausgangssignale der Leistungserzeugungseinheiten untereinander gemeint. Am besten ist es vorstellbar, wenn man davon ausgeht, dass alle Leistungserzeugungseinheiten das gleiche Hochfrequenzanregungssignal mit gleicher Phase übermittelt bekommen. Die einzelnen Leistungserzeugungseinheiten können aufgrund unterschiedlicher Durchlaufverzögerungen an ihren Ausgängen Signale aufweisen, die nicht die gleiche Phase aufweisen. Dies ist jedoch häufig unerwünscht. Es könnte alternativ erwünscht sein, dass die Phase der Ausgangssignale der Leistungserzeugungseinheiten nicht gleich ist. Durch gezielte Veränderung der Phase der Ausgangssignale einzelner Leistungs- versorgungseinheiten, d.h. einer Phasenbeziehung zu einer allen Leistungserzeugungseinheiten bekannten Referenzphase, kann die Phase der Ausgangssignale am Ausgang aller Leistungsversorgungseinheiten auf ein vorgegebenes Maß eingestellt werden. Dies bedeutet, dass die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der einzelnen Leistungsversorgungseinheiten eingestellt werden kann.
Beim Einschalten des HF-Leistungsversorgungssystems kann insbesondere durch die Systemsteuerung überprüft werden, ob zumindest eine Leis- tungserzeugungseinheit oder zumindest ein Koppler des HF- Leistungsversorgungssystems ausgetauscht oder hinzugefügt wurden, und die Ve rf a h re n ssch ritte a. bis h. des Anspruch 1 können nur in dem Fall durchgeführt werden, wenn ein solcher Austausch oder ein solches Hinzufügen erkannt wurde. Als vorgegebenes Ereignis kann eines der Folgenden gewählt werden: a. der im Schritt l.f. ermittelte Wert weicht weniger als eine vorgegebene Größe von dem Bezugswert ab;
b. der im Schritt l.f. ermittelte Wert hat den Bezugswert über- oder unterschritten;
c. der im Schritt l.f. ermittelte Wert ändert. sich in eine vorgegebene Richtung;
d. eine Differenz zwischen im Schritt l.f. ermitteltem Wert und Bezugswert unterschreitet nach Wiederholen der in Anspruch l.g, genannten Schritte einen vorgegebenen Differenzwert; e. eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen gemäß Merkmal l.g. ist erfolgt;
f. eine mathematische Kombination aus mehreren im Schritt l.f. ermittelten Werten
i. weicht weniger als eine vorgegebene Größe von einem vorgegebenen Referenzwert ab,
Π, hat einen vorgegebenen Referenzwert unter- oder
überschritten,
iii. hat sich in eine vorgegebene Richtung verändert.
Gemäß einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass als Bezugswert der Mittelwert der in den Schritten b. und f. des Anspruchs 1 ermittelten Werte bestimmt wird. Beispielsweise kann der Mittelwert der reflektierten Leistungen ermittelt werden. Die Systemsteuerung kann dann versuchen, die erste Leistungsversorgungseinheit auf diesen Wert abzugleichen bzw. alle Leistungsversorgungseinheiten abzugleichen, bis sich überall eine optimale reflektierte Leistung einstellt. Der Mittelwert kann für jeden Durchgang neu berechnet werden oder er kann gespeichert werden und für jeden Durchgang kann auf den gespeicherten Mittelwert abgegli- chen werden. Alternativ ist es denkbar, einen Mittelwert hart vorzugeben, insbesondere einen möglichst kleinen Wert für die reflektierte Leistung vorzugeben, und die Frequenz und Phase der Ausgangssignale der Leis- tungserzeugungseinheiten so einzustellen, dass dieser vorgegebene Wert möglichst gut erreicht wird.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Verfahrensschritte c. bis f. oder d. bis f. Des Anspruchs lfür einzelne oder alle Leistungserzeugungseinheiten mehrmals iterativ durchgeführt werden.
Das Verändern der Frequenz und/oder der Phase der ersten oder einer weiteren HF-Leistungserzeugungseinheit kann dadurch erfolgen, dass der Leistungserzeugungseinheit ein Frequenzsignal und eine Phaseninformation vorgegeben werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Einstellung der Phase des Ausgangssignals einer Leistungserzeugungseinheit in der Leistungserzeugungseinheit selbst. Dies bedeutet, dass eine Leistungserzeugungseinheit vorzugsweise eine Phaseneinstellvorrichtung, beispielsweise einen Phasenschieber, aufweist.
Die Ausgangsleistungen der Leistungserzeugungseinheiten können durch einen oder mehrere Koppler zu einer Gesamtleistung gekoppelt werden. Die Phasenlage der Leistungserzeugungseinheiten kann dabei von der Art des Kopplers abhängen, der zur Leistungskopplung verwendet wird. Wird beispielsweise ein 90° Hybridkoppler verwendet, so müssen die Ausgangssignale der Leistungserzeugungseinheiten, die durch den Koppler gekoppelt werden sollen, einen Phasenversatz von 90° aufweisen. Wenn die Ausgangsleistungen der oder zumindest einiger Leistungserzeugungseinheiten durch einen oder mehrere Koppler zu einer Gesamtleistung gekoppelt werden, die an eine Last geliefert wird, wird die an der Last reflektierte Leistung von der Last über den oder die Koppler wieder zurück zu den Leistungserzeugungseinheiten geleitet. Dabei wird die reflektierte Leistung in dem oder den Kopplern aufgesplittet. Das gemessene Signal an jeder Leistungserzeugungseinheit ist also nur ein Teil der reflektierten Leistung. Das gemessene Signal steht jedoch mit der von der Last reflektierten Leistung in Beziehung. Hier ist auch zu erwähnen, dass nicht unmittelbar eine an einer Leistungserzeugungseinheit ankommende Leistung, beispielsweise mittels eines Richtkopplers, gemessen werden muss sondern dass auch andere elektrische Größen, wie Strom oder Spannung, die mit der ankommenden Leistung in Beziehung stehen, gemessen werden können.
Vorzugsweise werden die Leistungserzeugungseinheiten mit identischer Vorwärtsle istung betrieben, d.h. alle Leistungserzeugungseinheiten erzeu gen an ihrem Ausgang dieselbe Leistung. Vorteilhaft ist demnach ein symmetrisches System. Dies erleichtert die Phaseneinstellung basierend auf Signalen, die mit der reflektierten Leistung in Beziehung stehen.
Grundsätzlich ist es denkbar, die mit der reflektierten Leistung in Beziehung stehenden Signale an die Systemsteuerung zu übermitteln und dort auszuwerten. Die würde jedoch zusätzliche Auswerteeinrichtungen in der Systemsteuerung erfordern, insbesondere, wenn eine Vielzahl von Leistungserzeugungseinheiten an die Systemsteuerung angeschlossen sind. Alternativ ist es daher denkbar, die für die jeweiligen Leistungserzeugungseinheiten mit der reflektierten Leistung in Beziehung stehenden Sig nale in den Leistungserzeugungseinheiten zur Ermittlung eines an die Sys temsteuerung zu übermittelnden Wertes zu verarbeiten bzw. auszuwerten.
Die Phase kann in jeder Leistungserzeugungseinheit mittels eines dynamisch programmierbaren Logikbaustein als Phaseneinstellvorrichtung oder Bestandteil einer Phaseneinstellvorrichtung eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Field Programmable Gate Array (FPGA), ein Application Specific Integrated Circuit (ASIC), eine Verzögerungsleitung (Delayline) oder ein Complex Programmable Logic Device (CPLD) als Logikbaustein eingesetzt werden. Zur Phaseneinstellung können die Gatterlaufzeiten dieser Logikbausteine verwendet werden. Es können auch integrierte Digital Clock Monitors (DCM) verwendet werden. Eine Phaseneinstellvorrichtung kann als Phasenschiebereinheit ausgebildet sein oder eine solche umfassen.
Grundsätzlich sind die Einstellmöglichkeiten von Phasenschiebereinheiten endlich. Das ist insbesondere der Fall, wenn als Phasenschiebereinheit ein Logikbaustein eingesetzt wird. Wenn z.B. bei einer ersten Leistungserzeugungseinheit die Phase nicht weiter einstellbar ist, d.h. eine Phasenschiebereinheit ihre natürliche Grenze erreicht hat, aber eine ausreichende Symmetrierung noch nicht erzielt wurde, dann kann bei dieser oder bei anderen Leistungserzeugungseinheiten die Phase in größeren Intervallen verändert werden. Ein solches größeres Intervall kann z.B. 90° Phasenversatz sein. Danach können alle hier beschriebenen Verfahren weiter angewendet werden. Die Veränderung in größeren Intervallen kann auch von der Phasenschiebereinheit der entsprechenden Leistungserzeugungseinheit erfolgen oder in einem anderen Steuerungselement. Ein geeigneter Logikbaustein (z.B. FPGA, ASIC) kann dabei ein Vielfaches, z.B. das Vierfache der Frequenz, die als Ausgangsleistung der Leistungserzeugungseinheit vorgesehen ist, z.B. mittels einer Phasenregelschleife (Phase- Locked Loop: PLL) erzeugen. Dieses Vielfache der Frequenz kann mit Logikverknüpfungen für einen solchen Phasensprung genutzt werden.
Die Systemsteuerung kann die Werte für die Frequenz und/oder Phase, die im Verfahrensschritt d. des Anspruchs 1 eingestellt werden, speichern. Somit stehen diese Werte auch für spätere Verfahrensschritte zur Verfügung.
Die Systemsteuerung kann beim Einschalten der Leistungserzeugungsein- heiten voreingestellte oder gespeicherte Werte für die Frequenz und Phase an die Leistungserzeugungseinheiten übermitteln. Dadurch können von der Systemsteuerung Startwerte vorgegeben werden, die dann im Laufe des Verfahrens modifiziert werden können.
In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein HF-Leistungsversorgungssystem, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Systemsteuerung und mehreren HF-Leistungserzeugungseinhei- ten, wobei die HF-Leistungserzeugungseinheiten mit der Systemsteuerung signaltechnisch verbunden sind, und zumindest zwei HF-Leistungserzeu- gungseinheiten Messmittel zur Erfassung eines mit der an einer Last reflektierten Leistung, die an der jeweiligen Leistungserzeugungseinheit ankommt, in Beziehung stehenden Signals aufweisen, und das HF-Leistungsversorgungssystem zumindest eine Wertermittlungseinheit zur Ermittlung von Werten, die mit den mit den Messmitteln erfassten Signalen in Beziehung stehen, aufweist, wobei die Systemsteuerung eine mit den HF-Leis- tungserzeugungseinheiten in Verbindung stehende Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung der einzustellenden Phase und/oder der Frequenz von zumindest zwei HF-Leistungserzeugungseinheiten in Abhängigkeit der in der zumindest einen Wertermittlungseinheit ermittelten Werte aufweist. Bei einem solchen System werden keine zusätzlichen Messvorrichtungen zur Ermittlung der Phasenlage zwischen den Ausgängen der HF- Leistungserzeugungseinheiten benötigt. Das System kann sehr modular aufgebaut werden. Insbesondere können einzelne Komponenten des Systems einfach ausgetauscht werden. Das System kann selbsttätig im Betrieb die Phasenlage zwischen den Ausgängen bzw. den dort ausgegebenen Signalen der HF-Leistungsversorgungseinheiten korrigieren und einstellen. Alternativ ist es denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren als Kalibrationslauf von außen, insbesondere manuell, anzustoßen. Wenn die Phasen der Ausgangssignale dann einmal eingestellt sind, können diese im Betrieb beibehalten werden und nicht laufend aktualisiert werden.
Zumindest zwei HF-Leistungserzeugungseinheiten können eine Phaseneinstellvorrichtung aufweisen, die signaltechnisch mit der Systemsteuerung verbunden sind. Vorzugsweise ist in jeder HF-Leistungserzeugungseinheit eine Phaseneinstellvorrichtung vorgesehen. Die Leistungserzeugungsein- heiten sind dann jederzeit austauschbar. Derartige HF- Leistungserzeugungseinheiten sind in viele unterschiedliche Systeme mit unterschiedlichen Systemsteuerungen einbindbar. Es wird somit eine verbesserte Modularität erreicht.
Die Systemsteuerung kann eine Auswertevorrichtung zum Auswerten der mit den von den Messmitteln erfassten Signalen in Beziehung stehenden Werten aufweist. Dabei können die Werte der Auswertevorrichtung der Systemsteuerung direkt von den Leistungserzeugungseinheiten vorgegeben werden, d.h. die Werte werden dann in den HF-Leistungserzeugungs- einheiten ermittelt. Alternativ können die Werte erst in der Systemsteuerung ermittelt werden und dort an die Auswertevorrichtung gegeben werden. Wenn die Werte bereits in den Leistungserzeugungseinheiten ermittelt werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Leistungserzeu- gungseinheit eine Wertermittlungseinheit aufweist.
Grundsätzlich ist es denkbar, die Systemsteuerung in einer der Leistungserzeugungseinheiten zu integrieren. Die Modularität des Systems wird dadurch jedoch etwas eingeschränkt. Wenn die Leistungserzeugungseinheit mit der Systemsteuerung ausgetauscht wird, muss auch eine neue Systemsteuerung vorgesehen werden. Der Austausch einzelner Leistungserzeugungseinheiten ist einfacher, wenn eine externe Systemsteuerung vorgesehen ist, d.h. eine Systemsteuerung, die extern zu den Leistungserzeugungseinheiten vorgesehen ist.
Um eine Kopplung der Ausgangssignale der einzelnen Leistungserzeugungseinheiten zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Koppler zur Kopplung der Ausgangsleistung zumindest zweier Leistungserzeugungseinheiten vorgesehen ist. Die Phase der Ausgangssignale der Leistungserzeugungseinheiten wird dabei vorzugsweise so eingestellt, dass von allen Leistungserzeugungseinheiten in etwa dieselbe Leistung geliefert wird, d.h. dass sich die gekoppelte Ausgangsleistung symmetrisch auf die Leistungserzeugungseinheiten verteilt. Ob und wie gut dies erfüllt ist, kann durch die Messung und Auswertung der mit der reflektierten Leistung in Beziehung stehenden Signale erfolgen.
Jede Leistungserzeugungseinheit kann eine Phaseneinstellvorrichtung aufweisen. Solche Leistungserzeugungseinheiten sind in hohem Maße mo- dular einsetzbar. Sie können nicht nur in der beschriebenen Weise mit der Systemsteuerung zur Phaseneinstellung eingesetzt werden, sondern auch in anderen Umgebungen oder Anwendungen, in denen eine Phasenverschiebung erforderlich ist. Die Phaseneinstellvorrichtung kann einen dynamisch programmierbaren Logikbaustein aufweisen, beispielsweise ein FPGA, ASIC, eine Delayline oder ein CPLD. Dadurch können die Verfahrensschritte voll automatisch im Betrieb durchgeführt werden.
Jede Leistungserzeugungseinheit kann eine Leistungsmesseinrichtung aufweisen. Auch dies fördert die modulare Einsetzbarkeit der Leistungserzeugungseinheit. Eine solche Leistungserzeugungseinheit kann nicht nur in der beschriebenen Weise mit der Systemsteuerung zur Frequenz- und/oder Phaseneinstellung eingesetzt werden, sondern auch ihre Leistung selbst regeln. Die Leistungsmesseinrichtung kann geeignet sein, die reflektierte und/oder die in der Leistungserzeugungseinheit generierte Leistung zu erfassen, kann also als ein vorher genanntes Messmittel dienen.
Eine Leistungserzeugungseinheit kann aus mehreren Verstärkern oder In- vertern aufgebaut sein. Die Phasenlage dieser Verstärker oder Inverter zueinander kann ebenfalls mittels der dynamisch programmierbaren Logikbausteine eingestellt werden. Die mehreren Verst rker oder mehreren Inverter können mehrere Transistoren, z.B. in Form eines
Push-Pull-Verstärkers oder einer Klasse D Halb- oder Vollbrückenanord- nung aufweisen. Die Phasenlage der Transistoren kann ebenfalls mittels der dynamisch programmierbaren Logikbausteine eingestellt werden. Innerhalb einer Leistungserzeugungseinheit kann ein dynamisch programmierbarer Logikbaustein sämtliche Einstellungen übernehmen.
Jede Leistungserzeugungseinheit kann einen Eingangsanschluss für ein Hochfrequenzanregungsfrequenzsignal aufweisen. Solche Leistungserzeu- gungseinheiten sind in hohem Maße modular einsetzbar. Sie können nicht nur in der beschriebenen Weise mit der Systemsteuerung zur Frequenz- und/oder Phaseneinstellung eingesetzt werden, sondern auch in anderen Umgebungen oder Anwendungen, in denen eine Frequenzeinstellung erforderlich ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiei der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines HF- Leistungsversorgungssystems;
Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Das in der Figur 1 dargestellte HF-Leistungsversorgungssystem 10 um- fasst eine Systemsteuerung 11, an die im Ausführungsbeispiel 3 HF- Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 angeschlossen sind. Die HF- Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 umfassen jeweils ein Steuerungsmodul 15, 16, 17 und ein Leistungserzeugungsmodul 18, 19, 20. Die Ausgänge 21, 22, 23 der Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 sind auf einen Koppler 24, auch Combiner genannt, geführt, wo die Ausgangsleistungen der Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 gegebenenfalls phasenabhängig gekoppelt werden. Die gekoppelte Gesamtleistung wird am Ausgang 25 ausgegeben und einer Last, die hier nicht dargestellt ist, zugeführt.
Die Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 weisen jeweils Messmittel 26, 27, 28 auf, mit denen zumindest die von der Last reflektierte Leistung, die an den Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 ankommt, erfasst werden kann. Vorzugsweise sind die Messmittel 26, 27, 28 als Richtkopp- ler ausgebildet, so dass sowohl eine reflektierte als auch eine Ausgangsleistung der jeweiligen Leistungserzeugungseinheit 12, 13, 14 erfasst werden kann. Die mit der reflektierten Leistung in Beziehung stehenden Messsignale, die von den Messmitteln 26, 27, 28 erfasst werden, werden an eine Wertermittlungseinheit 29, 30, 31 in den Steuermodulen 15, 16, 17 gegeben. In den Wertermittlungseinheiten 29, 30, 31 werden Werte ermittelt, die dann an die Systemsteuerung 11, insbesondere an eine Ermittlungseinrichtung 32, gegeben werden.
Die Ermittlungseinrichtung 32 ermittelt die einzustellende Phasenlage der Ausgangssignale der Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14. Die einzustellende Phasenlage wird von der Ermittlungseinrichtung 32 an die Wertermittlungseinheiten 29, 30, 31 gegeben. Die Systemsteuerung 11 ist somit bidirektional signaitechnisch mit den Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 verbunden.
Die Systemsteuerung 11 weist weiterhin eine Frequenzerzeugungseinheit 33 auf, durch die ein Hochfrequenzanregungsfrequenzsignal vorgegeben wird. Die Frequenzerzeugungseinheit 33 ist mit Phaseneinstellvorrichtungen 34, 35, 36 der Leistungserzeugungseinheiten 12, 13, 14 verbunden. Die Phaseneinstellvorrichtungen 34, 35, 36 können als Phasenschieber, insbesondere als FPGAs, ausgebildet sein. Die Phaseneinstellvorrichtungen 34, 35, 36 verschieben das von der Frequenzerzeugungseinheit 33 vorgegebene Hochfrequenzsignal entsprechend der den Wertermittlungseinheiten 29, 30, 31 vorgegebenen Phasen bzw. Phasenlagen. Am Ausgang der Module 15, 16, 17 liegt somit ein phasenkontrolliertes Hochfrequenzsignal an. Dieses phasenkontrollierte Hochfrequenzsignal wird den HF- Leistungsmodulen 18, 19, 20 zugeführt, wo die jeweiligen HF- Leistungsausgangssignale generiert werden.
In der Figur 2 ist eine Art Flussdiagramm 100 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Dabei sind in der linken Spalte 101 Aktionen einer Bedienperson oder externe Vorgaben angegeben. In der Spalte 102 sind Aktionen angegeben, die in der Systemsteuerung durchgeführt werden und in der Spalte 103 sind Aktionen der Leistungserzeu- gungseinheiten angegeben.
Im Schritt 104 kann eine Frequenz und/oder eine Phasenlage der einzelnen Leistungserzeugungseinheiten vorgegeben werden. Im Schritt 105 werden voreingestellte oder gespeicherte Werte für die Frequenz und/oder die Phase an alle Leistungserzeugungseinheiten übermittelt. Entsprechend dieser Werte werden die Leistungserzeugungseinheiten im Schritt 106 mit der vorgegebenen Frequenz und Phase betrieben. Ein Signal, welches mit der von einer Last reflektierten und an einer Leistungserzeugungseinheit ankommenden Leistung in Beziehung steht, wird im Schritt 107 gemessen und optional aufbereitet. Bei der Aufbereitung eines Signals wird beispielsweise ein Wert bestimmt. Im Schritt 108 wird das gemessene Signal oder ein mit dem gemessenen Signal in Beziehung stehender Wert, an die Systemsteuerung übergeben. In der Systemsteuerung wird im Schritt 109 aufgrund der übergebenen Werte aus dem Schritt 108 ein Bezugswert bestimmt oder ausgewählt. Für den Schritt 109 kann durch den Schritt 110 ein fester Bezugswert oder ein variabler Bezugswert vorgegeben werden. Weiterhin ist es möglich, eine Berechnungsvorschrift für den Bezugswert vorzugeben.
In Abhängigkeit der Werte und des Bezugswerts wird im Schritt 111 die Frequenz und/oder die Phase verändert, die den einzelnen Leistungser- zeugungseinheiten vorgegeben wird. Im Schritt 112 werden die Leis- tungserzeugungseinheiten mit den geänderten Werten für Frequenz und/oder Phase betrieben.
Im Schritt 113 wird erneut ein mit der reflektierten Leistung in Beziehung stehendes Signal gemessen und optional aufbereitet. Im Schritt 114 wird das Signal oder ein aufbereitetes Signal bzw. ein Wert an die Systemsteuerung übergeben. Im Schritt 115 wird eine Abfrage durchgeführt, ob ein vorgegebenes Ereignis für eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit eingetreten ist. Ist dies der Fall, dann wird in den Schritt 116 übergegangen und überprüft, ob das Ereignis für alle Leistungserzeugungseinheiten eingetreten ist. Wird auch dies bejaht, werden die aktuellen Werte für Frequenz und/oder Phase bzw. Phasenlage gespeichert.
Wird die Frage im Schritt 115 mit„nein" beantwortet, wird im Schritt 118 abgefragt, ob ein fester Bezugswert vorliegt. Wird dies mit„ja" beantwortet, wird in den Schritt III übergegangen. Bei Verneinung dieser Frage wird in den Schritt 109 übergegangen.
Wurde die Frage im Schritt 116 verneint, wird für eine andere Leistungserzeugungseinheit, für die das Ereignis noch nicht eingetreten ist, was durch den Block 119 angedeutet ist, in den Schritt 118 übergegangen und wird für diese Leistungserzeugungseinheit abgefragt, ob ein fester Bezugswert vorliegt. Die Einstellung der Frequenz und/oder der Phase der einzelnen Leistungs- erzeugungseinheiten erfolgt somit ausschließlich durch die Systemsteuerung, ohne dass es eines Eingreifens eines Bedieners bedarf. Wird eine Leistungserzeugungseinheit ausgetauscht, so wird für das System die Phasenlage der Ausgangssignale der Leistungserzeugungseinheiten, insbesondere automatisch, aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens neu eingestellt. Ziel ist es dabei nicht unbedingt, die geringste reflektierte Leistung zu erreichen, sondern eine Gleichverteilung der erzeugten Leistung auf alle Leistungserzeugungseinheiten. Wenn das erreicht ist, befindet sich das System im symmetrischen Zustand, d.h. es wurde der robusteste und stabilste Arbeitspunkt erreicht. Die Gefahr, dass sich eine Leistungserzeugungseinheit wegen unsymmetrischer Verteilung der reflektierten Leistung abschaltet, ist minimiert oder gar nicht existent.
Der Zustand, in dem eine symmetrische Verteilung der Leistung vorliegt ist gleichzeitig auch der, bei dem bei optimaler Anpassung (50 Ohm) an die Last die kleinste reflektierte Leistung auftritt.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Phasenabgleich mehrerer HF- Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) eines HF- Leistungsversorgungssystems (10) mit den Verfahrensschritten: a. Messen eines Signais, das mit der an einer Last reflektierten und an einer ersten HF-Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) ankommenden Leistung in Beziehung steht,
b. Übermitteln zumindest eines mit dem gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts an eine Systemsteuerung (11) oder Übermitteln des gemessenen Signals an eine Systemsteuerung (11) und Ermitteln eines mit dem gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts in der Systemsteuerung (Ii),
c. Bestimmen eines Bezugswerts für den Wert der ersten HF- Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) in der Systemsteuerung (11) oder Vorgabe eines Bezugswerts für den Wert der ersten HF-Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) an die Systemsteuerung (11),
d. Verändern der Frequenz und/oder der Phase des Ausgangssignals der ersten HF-Leistungserzeugungseinheit (12 - 14), e. Erneutes Messen eines Signals, das mit der an einer Last reflektierten und an der ersten HF-Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) ankommenden Leistung in Beziehung steht, f. Übermitteln eines mit dem im Schritt e. gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts an die Systemsteuerung (11) oder Übermittlung des im Schritt e. gemessenen Signals an die Systemsteuerung (11) und Ermittein eines mit dem im Schritt e. gemessenen Signal in Beziehung stehenden Werts in der Systemsteuerung (11); g. Wiederholen der Schritte c. bis f. oder d. bis f. so lange bis ein vorgegebenes Ereignis eintritt,
wobei
h. die Schritte l .a. - l .g. für eine oder mehrere weitere Leis- tungserzeugungseinheiten (12 - 14) durchgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass überwacht wird, in welcher Beziehung, die von der Last reflektierte und jeweils an den HF-Leistungserzeugungseinheiten ( 12 - 14) ankommenden Leistungen zueinander stehen und eine vorgegebenen Beziehung als vorgegebenes Ereignis gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemsteuerung überwacht, in welcher Beziehung die von der Last reflektierte und jeweils an den HF-Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) ankommenden Leistungen zueinander stehen .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Ereignis indiziert, dass die von der Last reflektierte und jeweils an den HF-
Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) ankommenden Leistungen um weniger als einen vorbestimmten Wert voneinander abweichen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebenes Ereignis eines der folgenden gewählt wird :
a . der im Schritt l .f. ermittelte Wert weicht weniger als eine vorgegebene Größe von dem Bezugswert ab;
b. der im Schritt l .f. ermittelte Wert hat den Bezugswert über- oder unterschritten; c. der im Schritt l.f. ermittelte Wert ändert sich in eine vorgegebene Richtung;
d. eine Differenz zwischen im Schritt l.f. ermitteltem Wert und Bezugswert unterschreitet nach Wiederholen der in Anspruch l.g. genannten Schritte einen vorgegebenen Differenzwert; e. eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen gemäß Merkmal l.g. ist erfolgt;
f. eine mathematische Kombination aus mehreren im Schritt l.f. ermittelten Werten
i. weicht weniger als eine vorgegebene Größe von einem vorgegebenen Referenzwert ab,
iL hat einen vorgegebenen Referenzwert unter- oder
überschritten,
iii. hat sich in eine vorgegebene Richtung verändert.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugswert der Mittelwert der in den Schritten l.b. und l.f. ermittelten Werte bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern der Frequenz und/oder der Phase der ersten oder einer weiteren HF-Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) erfolgt, indem der Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) ein Frequenzsignal und eine Phaseninformation vorgegeben werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Phase des Ausgangssignals einer Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) in der Leistungserzeugungseinheit (12 -14) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistungen der Leistungserzeu- gungseinheiten (12 - 14) durch einen oder mehrere Koppler (24) zu einer Gesamtleistung gekoppelt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase in jeder Leistungserzeu- gungseinheit (12 - 14) mittels eines dynamisch programmierbaren Logikbausteins eingestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschalten des HF- Leistungsversorgungssystems (10) insbesondere durch die Systemsteuerung (11) überprüft wird, ob zumindest eine Leistungserzeu- gungseinheit (12 - 14) oder zumindest ein Koppler (24) des HF- Leistungsversorgungssystems (10) ausgetauscht oder hinzugefügt wurden, und die Verfahrensschritte l .a. bis l .h. nur in dem Fall durchgeführt werden, wenn ein solcher Austausch oder ein solches Hinzufügen erkannt wurde.
12. HF-Leistungsversorgungssystem (10), insbesondere zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Systemsteuerung (11) und mehreren HF- Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14), wobei die HF- Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) mit der Systemsteuerung (11) signaltechnisch verbunden sind, und zumindest zwei HF- Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) Messmittel (26 - 28) zur Erfassung eines mit der an einer Last reflektierten Leistung, die an der jeweiligen Leistungserzeugungseinheit (12 - 14) ankommt, in Beziehung stehenden Signals aufweisen, und das HF- Leistungsversorgungssystem (10) zumindest eine Wertermittlungs- einheit (29 - 31) zur Ermittlung von Werten, die mit den mit den Messmitteln (26 - 28) erfassten Signalen in Beziehung stehen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemsteuerung (11) eine mit den HF-Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) in Verbindung stehende Ermittlungseinrichtung (32) zur Ermittlung der einzustellenden Phase und/oder der Frequenz von zumindest zwei HF- Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) in Abhängigkeit der in der zumindest einen Wertermittlungseinheit (29 - 31) ermittelten Werte aufweist.
13. HF-Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei HF-
Leistungserzeugungseinheiten (12 - 14) eine Phaseneinstellvorrichtung (34 - 36) aufweisen, die signaltechnisch mit der Systemsteuerung (11) verbunden sind.
14. HF-Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemsteuerung (11) eine Auswertevorrichtung zum Auswerten der mit den von den Messmitteln erfassten Signalen in Beziehung stehenden Werte aufweist.
15. HF-Leistungsversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemsteuerung (11) extern zu den Leistungserzeugungselnheiten (12 - 14) vorgesehen ist.
16. HF-Leistungsversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Koppler (24) zur Kopplung der Ausgangsleistung zumindest zweier Leistungserzeugungselnheiten (12 - 14) vorgesehen ist.
17. HF-Leistungsversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leis- tungserzeugungseinheit (12 - 14) eine Phaseneinstellvorrichtung aufweist.
18. HF-Leistungsversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Phaseneinstellvorrichtung einen dynamisch programmierbaren Logikbaustein aufweist.
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