JP2007500487A - デジタルスイッチング電力増幅器 - Google Patents

Abstract

送信素子のアレイに接続された複数の増幅部を有するビーム形成ネットワークを含む、波動エネルギーのコリメートされた指向性ビームを送信するための装置。増幅部のそれぞれは、波動エネルギーのデジタルサンプル源、デジタルサンプルの供給を受けて、時間遅延をその複製に提供するためのデジタルフィルタ、及び増幅システムを含む。増幅システムは、ブリッジ回路を流れる電流を表すフィードバック信号を生成するブリッジ増幅器、対応するデジタルフィードバック信号を生成するためのアナログ−デジタル変換部、増幅される信号のデジタルサンプル及びデジタルフィードバック信号の供給を受けて合成デジタル信号を生成するためのデジタル加算器、並びに、合成デジタル信号及び搬送波信号源が生成した信号の供給を受けて、増幅素子の複数のスイッチング信号を生成するための変調部、を含む。

Description

本発明は、電力増幅器に関し、より詳細には、ブリッジ増幅器に関する。
背景技術
当該技術分野において既知のように、電力増幅器は広範囲の用途を有する。このような１つの電力増幅器がブリッジ増幅器である。初期のブリッジ増幅器は、１９４１年３月１８日に発行された、発明者S. Gubinの「Amplifier for Signal Transmission」と題する米国特許第２，２３５，６７７号に記載されている。Gubinの特許に記載されたブリッジ増幅器は、熱電子放出デバイスを使用したものである。トランジスタの出現で、Gubinの増幅器は、トランジスタにおけるミスマッチを検知し、それによって、補償電圧をトランジスタの制御電極に印加し、それによって、トランジスタの動作特性における見掛けの同一性（apparent identity）を維持するためのフィードバック信号を含めることによってさらに改良された。このような改良は、１９６４年１１月１７日に発行された、発明者H. B. Brown他の「Transistor Bridge Amplifier with a Bias Compensation Circuit Therefor」と題する米国特許第３，１５７，８３９号に記載されている。ブリッジ増幅器のさらなる改良は、特に、増幅器の出力に接続された負荷を通過する電流に比例したフィードバック信号、及び、負荷の両端に生成される電圧に比例したフィードバック信号の１対のフィードバック信号を使用することによって行われた。このような改良されたブリッジ増幅器は、１９７８年５月３０日に発行された発明者Benjamin J. White、George Moreau、Robert E. Dworkinの「Modulated Carrier Amplifying System」と題する米国特許第４，０９２，６１０号に記載されている。この米国特許は、本発明と同じ譲受人に譲渡されている。

米国特許第４，０９２，６１０号に記載されているように、増幅される信号は、フィードバック信号と組み合わされた後、搬送波信号により変調され、その結果生成された信号はブリッジ増幅器に供給される。このような１つの増幅器回路１０を図１に示す。このように、入力信号は、１対のフィードバック信号と共に加算増幅器１２に供給される。このような１つのフィードバック信号Ｖ_ＦＢ１は、ブリッジ増幅器１３の出力端子１４ａ、１４ｂの両端に生成される電圧Ｖ_Ｌの関数であり、他方のフィードバック信号Ｖ_ＦＢ２は、出力端子１４ａ、１４ｂの電流Ｉ_Ｌの関数である。加算増幅器１２の出力は、図示するように、１対の比較器１６ａ、１６ｂにおいて、搬送波信号発生器１５により生成された変調信号と組み合わされる。この変調信号は、ここでは、例えば方形波電圧又はノコギリ波電圧である。比較器１６ａ、１６ｂは、パルス幅変調（ＰＷＭ）された１対のスイッチング信号ＰＷＭ_１及びＰＷＭ_２をそれぞれ生成する。インバータ１８ａ、１８ｂは、パルス幅変調された補完的な１対の信号ＰＷＭ_１’及びＰＷＭ_２’をそれぞれ発生するために設けられている。これら４つのＰＷＭ信号は、図示するように、スイッチングブリッジ増幅器１３に供給される。スイッチングブリッジ増幅器１３は４つの増幅器素子を含む。この４つの増幅器素子は、ここでは、トランジスタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄであり、図示するように、４つのノードＮ_１、Ｎ_２、Ｎ_３、及びＮ_４を有するブリッジ回路に配置されている。ノードＮ_１及びＮ_２は電圧源＋Ｖ_Ｓの両端に接続され、ノードＮ_３及びＮ_４は出力端子１４ａ、１４ｂに接続されている。出力端子１６ａ、１６ｂは、以下でより詳細に説明する方法で、ここでは抵抗Ｒ_Ｌによって表された負荷に接続されている。スイッチングダイオード２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、及び２４ｄは、図示するように配置されている。図１に示す回路の動作及びさらに詳細な内容は、上記で引用した米国特許第４，０９２，６１０号に記載されている。この米国特許の全内容は、参照により本明細書に援用される。

米国特許第４，０９２，６１０号に記載されているように、ブリッジ増幅器１３は、トランス１７をさらに備える。このトランス１７は、コンデンサを介して１対の対向したノードに接続された入力巻線を有する。この１対の対向したノードは、ここではブリッジ回路のノードＮ２及びＮ４である。電流センサ１９も、入力巻線と直列に接続されて、入力巻線の電流に比例した大きさを有する電圧をライン２１上に提供する。電流センサ１９は、その入力巻線として単一巻きのワイヤを有し、その出力巻線には複数巻きの巻線を有するトランスを備える。この出力巻線の端子の両端には、ポテンショメータが接続されている。電流センサ１９が入力巻線の回路に与えるインピーダンスは無視することができる。トランス１７は巻線を有し、この巻線の信号を、ライン２３を介してフィルタ２５に接続する。この巻線は、ライン２３の間に電圧を提供する。この電圧は、巻線によって生成された電圧に比例する。ライン２１及び２３の電圧は、フィードバック信号を提供する。これらのフィードバック信号は、上述したように、加算増幅器１２において互いに加算されると共に、入力信号とも加算される。

上述したように、出力端子１４ａ、１４ｂは、トランス１７を介してフィルタ２５に接続されている。フィルタ２５は、例として、共振タンク回路及び容量性分路を備える。この共振タンク回路はインダクタ及びコンデンサを含み、容量性分路は抵抗及びコンデンサを含む。タンクは、発生器１５によって生成された搬送波周波数信号の繰り返し周波数で共振する。したがって、タンク回路は、繰り返し周波数の信号の通過を阻止する一方、分路（シャント）は、入力信号の調波を短絡させ、それによって、負荷における搬送波成分及び調波周波数成分の出現を最小にする阻止帯域を提供する。この負荷は、ここではトランスデューサ又はプロジェクタである。タンクと直列のコンデンサは、負荷からの直流電流を阻止する。負荷は、抵抗素子Ｒ_Ｌとして示され、フィルタと共同して上記通過帯域を提供する。

動作時に、増幅ユニット（すなわち、トランジスタ２２ａ、２２ｄ）が同時に電流を流すと、増幅素子（すなわち、トランジスタ２２ｂ、２２ｃ）は電流を通さない。逆に、増幅素子（すなわち、トランジスタ２２ｂ、２２ｃ）がスイッチング信号によって駆動されて、同時に通電させると、増幅素子（すなわち、トランジスタ２２ａ、２２ｄ）は通電させない。したがって、トランス１７の入力巻線の電流方向は、正の電流パルス及び負の電流パルスの双方を負荷Ｒ_Ｌに提供するように方向が交番する。フィルタ２５によって提供されるフィルタリングと、負荷Ｒ_Ｌ及びブリッジ増幅器１０の素子の双方のあらゆるリアクタンスとを考慮すると、負荷Ｒ_Ｌに現れる信号は、増幅器システム１０に供給された入力信号の瞬時振幅に追従する瞬時振幅を有する。ブリッジ増幅器１３に４つのトランジスタを使用することによって、単に１つ又は２つのトランジスタによって提供できるものよりも多くの量の電力を負荷に印加することが可能になる。さらに、ブリッジの枝路の順次動作によって、４つのトランジスタのそれぞれ１つにおける電力損失の平均値が低くなる。

図１に示す増幅器システム１０の１つの用途はソナーシステムである。このようなシステムを図２に示す。ここでは、デジタル波形発生器３０が、音波エネルギーのデジタルサンプルを生成する。これらのデジタルサンプルは、送信ビーム形成ネットワーク３２に供給される。このビーム形成ネットワークは複数の出力ポートを有する。各出力ポートはデジタルサンプルを生成する。これらのデジタルサンプルは、音波エネルギーバーストを表すものであり、このバーストは、そのエネルギーバーストの所望の送信方向に従って所定の時間遅延を有するものである。すなわち、ビーム形成ネットワーク３２は、音響エネルギーのコリメート指向性ビームを提供するのに使用される。出力ポートのそれぞれにおけるデジタルサンプルは、図示するように、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３４に供給されて、音響エネルギーのアナログ（すなわち、連続時間）バーストに変換される。これらのエネルギーバーストは、複数の、図１に示す増幅器システム１０の対応する１つに供給される。増幅された音響エネルギーバーストは、図示するように、アパーチャスイッチングネットワーク（aperture switching network）３８を通じて、選択された組のトランスデューサ、又は、プロジェクタ３６のアレイにおける当該プロジェクタ３６に供給される。

さまざまな図面における同じ参照符号は同じ要素を示す。
詳細な説明
次に図３を参照して、波動エネルギーの平行な指向性ビームを送信するための装置１００が示されている。この装置１００は、ここでは、例えばソナー（すなわち、音波エネルギー）であるが、レーダ（電磁波エネルギー）等の他の波動エネルギーもコリメートして検出できることが理解されよう。この装置１００は、波動エネルギー源１０４の供給を受けるビーム形成ネットワーク１０２を含む。このエネルギー源１０４は、エネルギーの形状がアプオリ（先験的）に判明している場合のように、エネルギーのデジタルサンプルを生成するデジタル波形発生器とすることができる。音声がマイクによってピックアップされ、次いで、アナログ−デジタル変換を介して、連続したデータストリームが提供される場合のように、連続したデータストリーム等の他のエネルギー源を使用することができる。ここで、この実施の形態では、波形発生器１０４は、音波エネルギーのバースト又はパルスのデジタルサンプルを記憶した複数のデジタル波形発生部１０４’を含む。この複数のデジタル波形発生部１０４’は、ここではランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）である。各バーストのデジタルサンプルは、そのパルスの最大帯域幅の３倍から４倍のレートで生成される。

デジタル波形発生部１０４’のそれぞれによって生成されたデジタルサンプルは、図示するように、ビーム形成ネットワーク１０２の複数の有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ１０２’の対応する１つに供給される。ＦＩＲフィルタ１０２’は、当該ＦＩＲフィルタ１０２’に供給されたデジタルサンプルに補間を行い、それによって、パルスの帯域幅の約１０倍に、有効なデジタルサンプリングレートを増加させる。後述するように、この補間係数はプログラム可能である。ＦＩＲフィルタの補間された出力は、ビーム形成用の「精細（精密）な」遅延を提供する。粗（粗い）遅延は、ＲＡＭからのデータをインデックス（又はオフセット）処理することによって提供される。それは、コリメートビームを発生した振幅シェーディング（amplitude shading）と組合わされた、粗い遅延及び精密な遅延の組み合わせである（すなわち、後述する増幅器システム）。これらの時間遅延は、図示しない従来のビームステアリングコンピュータ（beam steering computer）によりビーム形成ネットワーク１０４に供給されたデジタル信号に従った方向を有するコリメートエネルギービームを表すデータを、ビーム形成ネットワーク１０４の出力にわたって提供するように選択される。したがって、ビーム形成ネットワーク１０４は、波動エネルギーのデジタルサンプルを、ネットワーク１０４の出力ポートにわたって、時間遅延で分散させて接続する。このような時間遅延の分散は、波動エネルギーの送信ビームの方向に従ったものである。

ビーム形成ネットワーク１０４のデジタル出力（すなわち、ＦＩＲフィルタ１０４’の出力）のそれぞれは、複数の増幅器システム１０’の対応する１つに供給される。増幅器システム１０’のそれぞれは、デジタル搬送波信号発生器１１２を含む。この搬送波信号発生器１１２は、搬送波周波数信号のデジタルサンプルを発生する。この搬送波周波数信号は、ここでは、例えば鋸歯状波（ノコギリ波形）である。後述するように、搬送波信号波形発生器１１２はプログラム可能である。搬送波信号発生器１１２は、例えば、搬送波信号のサンプルを記憶するためのデジタルメモリ（例えばＤＲＡＭ）とすることもできるし、搬送波形（例えば、傾斜、傾斜継続時間等）を表すアプリオリに記憶されたデータからこのようなサンプルを発生するためのデジタルプロセッサとすることもできる。

増幅器システム１０’のそれぞれは、デジタル加算器１１４を含む。デジタル加算器１１４には、当該デジタル加算器１１４に接続されたＦＩＲフィルタ１０２’の１つによって生成されたデジタルサンプルが供給される。また、デジタル加算器１１４には、ブリッジ増幅器１３で生成された電流及び電圧を表すデジタルサンプルも供給される。ブリッジ増幅器１３は、図１に示したものであり、増幅器システム１０’に含まれる。より詳細には、図示するように、ブリッジ回路１３（図１）によって生成された電圧ＶＦＢ_１、ＶＦＢ_２がアナログ−デジタル変換器１１６ａ、１１６ｂにそれぞれ供給される。変換器１１６ａ、１１６ｂによって生成されたデジタルサンプルは、図示するように、無限インパルス応答（ＩＩＦ）フィルタ１１８ａ、ｍ、１１８ｂにそれぞれ供給される。これらのＩＩＲフィルタはプログラム可能であり、それによって、ブリッジ及び負荷の特性に整合するように、システムを調整することが可能であることに留意すべきである。変換器１１８ａ、１１８ｂによって生成されてフィルタリングされたデジタルサンプルは、図示するように、デジタル加算器１１４に供給される。デジタル加算器１１４は、当該デジタル加算器１１４に供給されたこれら３つの組のデジタルサンプルをデジタル結合して、合成デジタル信号にする。この合成デジタル信号は、１対のデジタル比較器１２０ａ、１２０ｂに供給される。比較器１２０ａ、１２０ｂに供給されたこれらのサンプルは、ここでは、まずインバータ１１９によって補数される。また、比較器１２０ａ、１２０ｂには、図示するように、搬送波信号発生器１１２によって生成された変調信号のデジタルサンプルも供給される。

デジタル比較器１２０ａの出力は、論理信号（Ｑ_Ａ）及びその補数Ｑ_Ａ’のＰＷＭ列である。これらの信号は、図１に関して上述したトランジスタ２２ａ、２２ｂのスイッチング信号をそれぞれ提供する。デジタル比較器１２０ｂの出力も、同様に、論理信号（Ｑ_Ｂ）及びその補数Ｑ_Ｂ’のＰＷＭ列である。これらの信号は、図１に関して上述したトランジスタ２２ｃ、２２ｄのスイッチング信号をそれぞれ提供する。

このように、ビーム形成ネットワーク１０２は、図示するように、複数の、ここではＭ個の増幅部又はチャネル１０３_１〜１０３_Ｍとして構成することができる。チャネル１０３_１〜１０３_Ｍのそれぞれは、（ａ）波動エネルギーのデジタルサンプル源１０４’、（ｂ）デジタルサンプルの供給を受けて、時間遅延をその複製に提供するためのデジタルフィルタ１０２’、及び（ｃ）増幅システム１０’を含む。増幅システム１０’はブリッジ増幅器１３を含む。ブリッジ増幅器１３は、ブリッジ回路のレッグ（辺）に配置された複数の増幅素子を含む。これら複数の増幅素子は、ここではトランジスタ２２ａ〜２２ｄである。ブリッジ回路の第１の対のノードは電源の両端に接続され、ブリッジ回路の第２の対のノードは負荷に接続されている。増幅素子は、複数のスイッチング信号Ｑ_Ａ、Ｑ’_Ａ、Ｑ_Ｂ、Ｑ’_Ｂの供給を受ける。ブリッジ増幅器１３は、ブリッジ回路を流れる電流、及び、ブリッジによって第２の対のノードの両端に生成された電圧を表すフィードバック信号を生成する。アナログ−デジタル変換部１１６ａ、１１６ｂは、このようなフィードバック信号を、対応するデジタルフィードバック信号に変換するためのフィードバック信号の供給を受ける。デジタル加算器１１４は、増幅システムによって増幅される信号のデジタルサンプルと、合成デジタル信号を生成するためのデジタルフィードバック信号との供給を受ける。変調部１２０ａ、１２０ｂは、合成デジタル信号、及び、搬送波信号源１１２が生成した信号の供給を受けて、ブリッジ増幅器１３の増幅素子２２ａ〜２２ｄの複数のスイッチング信号を生成する。

送信素子のアレイ３５が含まれる。送信素子は、ここではプロジェクタ３６である。このプロジェクタ３６のアレイは、アパーチャスイッチング部３８によって複数の増幅部１０’に選択的に接続される。

次に図４を参照して、図３の送信機システム１００の機能ブロック図が示されている。ここでは、システム１００は、図示しない１対の「他のシステム」間のインターフェース２０１を含むように示されている。このシステムインターフェース２０１は、チャネル１０３_１〜１０３_Ｍの対応する１つで使用される自立（自蔵）型モジュールとすることができることに留意されたい。したがって、このような各モジュール又はインターフェース２０１は、図３に示すＦＩＲフィルタ１０２’及び増幅器システム１０’を含む。

１対の「他のシステム」の一方のものは、波形データ、制御メッセージ、並びにＩＩＲフィルタ係数及びＦＩＲフィルタ係数をインターフェース２０１に提供する。１対の「他のシステム」のこのような一方のものは、インターフェース及び他方のシステム（ここでは、インターフェース２０１に接続されたアパーチャスイッチングネットワーク３８）からステータス情報並びに性能監視（ＰＭ）情報及び障害特定（ＦＬ）情報を受信する。

インターフェース２０１は、メッセージ符号化器／復号器２０３を含む。メッセージ符号化器／復号器２０３は、データバッファ部２００及びビーム形成ネットワーク２０４（図３）、デジタル加算器１１４、変調器（すなわち、比較器１２０ａ、１２０ｂ）、並びにブリッジ増幅器１３にバス１０５を介して接続されている。データ／制御バス２０５は、図示するように、ブリッジ増幅器１３の出力と共に、アパーチャスイッチングネットワーク３８及びプロジェクタ３６に接続されている。

データバッファ部２００は、複数のデジタルメモリ２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０を含む。メモリ２０２は、送信される波形のデジタルサンプルを記憶する。ここで、このような波形はアプリオリに判明しており、このようなサンプルは、図３の波形発生部１０４’に記憶され、ビーム形成ネットワーク１０４に供給される。メモリ２０４は、ビーム形成ネットワーク１０４で使用される、図３のＦＩＲフィルタ１０２’の粗い時間遅延係数を記憶する。メモリ２０６は、ビーム形成ネットワーク１０２のＦＩＲフィルタ１０２’によって使用される補間データ及び精密な時間遅延データを記憶する。メモリ２０８は、発生器１１２（図３）によって生成された変調波形の変調パラメータ（例えば、傾斜等）を含む。ＩＩＲフィルタ１１８ａ、１１８ｂ（図３）のフィードバック係数はメモリ２１０に記憶される。

このように、図３及び図４の双方を参照して、ビーム形成ネットワーク１０４の出力は、加算器１１４において、フィードバック処理（すなわち、ＩＩＲ１１８ａ、１１８ｂ）の出力と結合されて、合成信号が生成される。この合成デジタル信号は、搬送波信号発生器１１２によって生成された搬送波信号で変調されて、ブリッジ増幅器１３（図１）のスイッチング信号Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂ及びそれらの補信号Ｑ_Ａ’、Ｑ_Ｂ’がそれぞれ生成される。

このように、インターフェース２０１は、ステータス情報及び性能監視／障害特定情報をシステム制御素子（すなわち、図示しない他のシステム）へバス２０５を介して送信する。メッセージ復号器／符号化器は、ホスト／波形発生器（すなわち、上記第１の対の「他のシステム」）と、送信サブシステム（すなわち、「他のシステム」の上記第２のものであるアパーチャスイッチングネットワーク３８）との間のインターフェースを提供する。メッセージ復号器／符号化器は、受信メッセージを復号し、さまざまなデータ及び処理パラメータをデータバッファ部２００に記憶する。次いで、メッセージ復号器／符号化器は、必要なデータ及び制御情報を送信サブシステムの他の素子へ中継する。メッセージ復号器／符号化器は、これらの素子からステータスデータ及び性能監視データを読み出して、それらのデータを符号化し、外部制御システム機能へ送信する。この機能は、システムのタイミング及び同期を提供する。

上述したように、増幅されて送信される信号は、デジタルデータストリームとして受信される。このデジタルデータストリームは、メッセージ符号化器／復号器２０２によって受信される。上述したように、信号は、連続信号とすることもできるし、パルスとすることもできる。パルスは、ソナーパルス列のように繰り返し使用することができる／使用されることになる。代替的に、限られた組のパルス信号を使用することが望ましい場合には、それらの信号は、製造プロセスの一部として読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に事前に記憶しておくこともできる。

送信ビーム形成機能は、上述したように、粗い機能、並びに、補間及び有限遅延機能で構成される。粗い遅延機能は、各送信チャネル１０３_１〜１０３_Ｍ（図３）に、供給された波形サンプリングレートずつ時間が増加する別々の遅延を適用する。これらの遅延は、図示しないビームステアリングコンピュータによって、各チャネル１０３_１〜１０３_Ｍ（図３）が生成されるごとに定義される。補間及び精密遅延機能は、各チャネル１０３_１〜１０３_Ｍ（図３）のより精密な送信時間遅延を得るために、且つ、変調プロセスに適合したサンプリングレートを得るために、データサンプルのレートを増加させる。補間及び精密遅延機能は、各送信チャネル１０３_１〜１０３_Ｍ（図３）のデジタルフィルタを計算することによってこれを行う。このデジタルフィルタは、ここではＦＩＲ１０２である。ＦＩＲフィルタ１０２は、各パス及び各チャネルの１組のＦＩＲフィルタ係数を利用して、入力サンプリングレートのＮ倍に等しいレートで計算される。ここで、Ｎは約１０程度の整数である。この補間率、例えば、整数１０は、プログラム可能である。ＦＩＲフィルタ１０３のサイズ、すなわち、ＦＩＲフィルタ１０３に使用される係数の個数、及び、補間率Ｎは、異なるシステム要件に対して調整することができる。

各チャネル１０３_１〜１０３_Ｍ（図３）について、出力アナログ電流及び出力アナログ電圧がサンプリングされ、Ａ／Ｄ１１６ａ、１１６ｂを使用してそれぞれアナログからデジタル的に変換され、そして、ＩＩＲフィルタ１１８ａ、１１８ｂを使用してそれぞれデジタル的にフィルタリングされる。このデジタル的にフィルタリングされたフィードバックデータは、デジタル加算器１１４において、補間された波形サンプリングレートに等しいレートで、デジタルにＦＩＲフィルタリングされた送信波形サンプルと結合される。その結果は、上述したように、比較器１２０ａ、１２０ｂに供給されて、変調機能が実行され、それによって、増幅器ブリッジ１０のスイッチング信号Ｑ_Ａ、Ｑ_Ａ’、Ｑ_Ｂ、Ｑ_Ｂ’が生成される。別々のＩＩＲフィルタ係数は、ＩＩＲフィルタ１１８ａｍ１１８ｂのそれぞれで使用される。フィードバックチャネルの個数は、３状態変調、５状態変調、７状態変調、９状態変調、又はｎ状態変調に適合するように増加させることもできるし、減少させることもできる。ここで、ｎは整数である。ＩＩＲフィルタのサイズは、異なるシステム要件に適合するように調整することができる。

搬送波信号発生器１１２は、いくつかの変調波形（例えば、ノコギリ、３角等）をデジタル的に計算する。これらの波形は、初期位相及び周波数がプログラム可能であり、それによって、別々の送信チャネル１０３_１〜１０３_Ｍ（図３）は、非同期搬送波信号を使用することが可能になる。代替的な変調方式は、搬送波信号発生器１１２のプログラム可能な性質によってサポートされる。変調信号発生器（すなわち、比較器１２０ａ、１２０ｂ）は、補間された波形を、搬送波信号発生器１１２によって生成された搬送波信号と比較することによって、１組のパルス幅変調信号Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂ及びそれらの補数Ｑ_Ａ’、Ｑ_Ｂ’をそれぞれ発生する（すなわち、デジタル的に計算する）。その結果生成された２値信号Ｑ_Ａ、Ｑ_Ａ’、Ｑ_Ｂ、Ｑ_Ｂ’は、ブリッジ増幅器１０に対する出力回路トポロジー及びコンポーネント特性に従ってさらに処理され、上記で参照した米国特許第４，０９２，６１０号に記載されているように、高電圧スイッチング素子（すなわち、ダイオード２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと共にトランジスタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄ）の動作を制御する。このさらなる処理は、ブリッジが所望でない状態（例えば、高電圧の電力を接地に直接接続するように２つのトランジスタをオンにする）に決してならないように、主として実際のトランジスタのオン−オフ特性を保証するのに使用される１組の論理機能を使用する。

本発明の多数の実施の形態を説明したが、本発明の精神及びその範囲から逸脱することなくさまざまな変更が可能であることが理解されよう。したがって、他の実施の形態も特許請求の範囲の範囲に含まれるものである。

従来技術によるスイッチング増幅器の概略図である。 従来技術による図１のスイッチング増幅器を使用する波動エネルギー送信システムのブロック図である。 本発明による波動エネルギー送信システムのブロック図である。 図３のシステムの機能ブロック図である。

Claims (7)

1. ブリッジ回路の辺に配置された複数の増幅素子を備えるブリッジ増幅器であって、前記ブリッジ回路の第１対のノードが電源の両端に結合され、前記ブリッジ回路の第２対のノードが負荷に結合され、前記増幅素子が複数のスイッチング信号の供給を受け、前記ブリッジ増幅器がフィードバック信号を生成する、ブリッジ増幅器と、
   前記フィードバック信号の供給を受けて、該フィードバック信号を対応するデジタルフィードバック信号に変換するためのアナログ−デジタル変換部と、
   増幅システムによって増幅される信号のデジタルサンプル及び前記デジタルフィードバック信号の供給を受けて、合成デジタル信号を生成し、前記ブリッジ増幅器増幅素子の前記複数のスイッチング信号を生成するためのデジタル加算部と、
   を備える増幅システム。
2. 前記デジタル加算部は、
   搬送波周波数信号を表すデジタル信号を生成するための搬送波信号源と、
   前記搬送波信号源によって生成された前記デジタル信号及び前記合成デジタル信号の供給を受けて、前記ブリッジ増幅器増幅素子の前記複数のスイッチング信号を生成するための変調部と、
   を備える請求項１に記載の増幅システム。
3. 前記変調部は、
   前記合成デジタル信号及び前記搬送波信号源が生成した信号の供給を受ける比較部であって、前記複数のスイッチング信号を生成する比較部、
   を備える請求項２に記載の増幅システム。
4. ブリッジ回路の辺に配置された複数の増幅素子を備えるブリッジ増幅器であって、前記ブリッジ回路の第１対のノードが電源の両端に結合され、前記ブリッジ回路の第２対のノードが負荷に結合され、前記増幅素子が複数のスイッチング信号の供給を受け、前記ブリッジ増幅器が、前記ブリッジ回路を流れる電流と前記第２対のノードの両端に該ブリッジによって生成された電圧とを表すフィードバック信号を生成する、ブリッジ増幅器と、
   前記フィードバック信号の供給を受けて、該フィードバック信号を対応するデジタルフィードバック信号に変換するためのアナログ−デジタル変換部と、
   増幅システムによって増幅される信号のデジタルサンプル及び前記デジタルフィードバック信号の供給を受けて、合成デジタル信号を生成するためのデジタル加算器と、
   前記合成デジタル信号及び前記搬送波信号源が生成した信号の供給を受けて、前記ブリッジ増幅器増幅素子の前記複数のスイッチング信号を生成するための変調部と、
   を備える増幅システム。
5. 前記変調部は、
   搬送波周波数信号を表すデジタル信号を生成するための搬送波信号源と、
   前記合成デジタル信号及び前記搬送波信号源が生成した信号の供給を受けて、前記ブリッジ増幅器増幅素子に対する前記複数のスイッチング信号を生成するための比較部と、
   を備える請求項４に記載の増幅システム。
6. 波動エネルギーのコリメートされた指向性ビームの送信装置であって、
   （Ａ）前記波動エネルギーのデジタルサンプル源から供給を受け、複数の出力ポートを有するビーム形成ネットワークを備え、該ビーム形成ネットワークは、前記波動エネルギーの前記デジタルサンプルを前記ポートにわたる時間遅延を分散させて結合し、該時間遅延の分散は、前記送信された波動エネルギーのビームの方向に応じたものであり、
   前記ビーム形成ネットワークは、複数の増幅部を備え、該増幅部のそれぞれは、
   （ａ）前記波動エネルギーのデジタルサンプル源、
   （ｂ）デジタルサンプルの供給を受けて、該サンプルに時間遅延を提供するためのデジタルフィルタ、
   （ｃ）増幅システム、を備え、
   前記増幅システムは、
   （ｉ）ブリッジ回路の辺に配置された複数の増幅素子を備えるブリッジ増幅器であって、前記ブリッジ回路の第１対のノードが電源の両端に結合され、前記ブリッジ回路の第２対のノードが負荷に結合され、前記増幅素子が複数のスイッチング信号の供給を受け、前記ブリッジ増幅器が、前記ブリッジ回路を流れる電流及び前記第２対のノードの両端に該ブリッジによって生成された電圧を表すフィードバック信号を生成する、ブリッジ増幅器、
   （ｉｉ）前記フィードバック信号の供給を受けて、該フィードバック信号を対応するデジタルフィードバック信号に変換するためのアナログ−デジタル変換部、
   （ｉｉｉ）該増幅システムによって増幅される信号のデジタルサンプル及び前記デジタルフィードバック信号の供給を受けて、合成デジタル信号を生成するためのデジタル加算器、及び、
   （ｉｖ）前記合成デジタル信号及び前記搬送波信号源が生成した信号の供給を受けて、前記ブリッジ増幅器増幅素子の前記複数のスイッチング信号を生成するための変調部、を備え、
   更に、送信装置は、
   （Ｂ）前記複数の増幅部に接続された送信素子のアレイと、
   を備える送信装置。
7. 前記変調部は、
   搬送波周波数信号を表すデジタル信号を生成するための搬送波信号源と、
   前記合成デジタル信号及び前記搬送波信号源が生成した信号の供給を受けて、前記ブリッジ増幅器増幅素子の前記複数のスイッチング信号を生成するための比較部と、
   を備える請求項６に記載の送信装置。

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