(57)【要約】【課題】  アンテナを近接して配置しても、アンテナ特性を劣化させることなく、高効率な通信を実現し得るアレーアンテナを提供することを目的とする。【解決手段】  アンテナ装置は、誘電体チューブの一端に設けられた端子に、信号線を介して電源から電力を供給するプラズマアンテナとして機能する。信号線と端子とは、誘電体基板上に配置される。アンテナ装置の一例では、端子が誘電体チューブの外径と相似の環状電極として構成される。誘電体基板の端子の内側部分に貫通孔が設けられ、その貫通孔に誘電体チューブが挿入される。【選択図】          図１
2018098737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体チューブ内のガスをプラズマ状態にして通信を行うアンテナ装置において、
前記誘電体チューブに接触する端子と、
前記端子に電力を供給する信号線と、
前記誘電体チューブが挿入される電気絶縁性の誘電体基板とを備え、
前記端子および前記信号線は、前記誘電体基板の一面上に配置してある
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記誘電体チューブは円柱状であり、
前記端子は、前記円柱状の誘電体チューブの外周を囲う環状電極である
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記誘電体基板に挿入された前記誘電体チューブの長さは、前記誘電体基板に対して前記一面から突出する一面側突出部分が、前記信号線が配置してある前記一面とは反対側に位置する前記誘電体基板の他面から突出する他面側突出部分よりも長い
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記信号線が配置してある前記一面とは反対側に位置する前記誘電体基板の他面に、前記他面側を接地電位にする接地面を備える
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記信号線が配置してある前記一面とは反対側に位置する前記誘電体基板の他面に、前記他面側を接地電位にする接地線を備え、
前記接地線は、前記誘電体基板を介して前記端子に対向する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記一面上に積層され、前記誘電体チューブが挿入される積層誘電体基板を備える
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記誘電体基板に挿入される他の誘電体チューブと、
前記他の誘電体チューブに接触する他の端子と、
前記他の端子に電力を供給する他の信号線とを備え、
前記他の端子および前記他の信号線は、前記一面上に配置してある
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
他の誘電体チューブと、
前記他の誘電体チューブに接触する他の端子と、
前記他の端子に電力を供給する他の信号線と
前記他の誘電体チューブが挿入され、前記誘電体基板から離隔した電気絶縁性の他の誘電体基板とを備え、
前記他の端子および前記他の信号線は、前記他の誘電体基板の一面上に配置してある
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記誘電体基板に挿入された前記誘電体チューブの長さは、前記誘電体基板に対して前記一面から突出する一面側突出部分が、前記信号線が配置してある前記一面とは反対側に位置する前記誘電体基板の他面から突出する他面側突出部分よりも短い
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に関し、より具体的には、プラズマアンテナを用いたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材は、電波の散乱および吸収を行う特性を有する。電波を用いて通信を行うアンテナに対して金属部材を用いた場合、その金属製のアンテナは、通信を行わない未使用時においても電波の散乱および吸収を生じ、空間を伝搬している電波と干渉し得る。そのため、通信経路に金属製アンテナが存在する場合、その金属製アンテナは未使用であっても電波との干渉を生じることによって、電波を用いた通信の特性が劣化し得る。
【０００３】
上記の通信特性劣化を抑制すべく、金属部材を使用する金属製アンテナではなくプラズマを使用するプラズマアンテナを用いたアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１に開示されたアンテナ装置は、金属部材と比較して電波の散乱および吸収が抑制された誘電体チューブと、誘電体チューブの一端の周りに配置された端子と、端子に電力を供給する電源とを有する。誘電体チューブ内には、ガスが封入してある。電源が端子に高周波電力を供給した場合、誘電体チューブ内に封入されたガスが電離してプラズマ状態となる。プラズマ状態となったガスは、導電性を有する。そのため、電源が端子に高周波電力を供給した場合、誘電体チューブは電波に対して導体となり、アンテナ装置は通信を行うことができる。電源が端子への高周波電力供給を停止した場合、誘電体チューブ内に封入されたガスは電離せずに通常状態となる。通常状態となったガスは、非導電性を有する。そのため、電源が端子への高周波電力供給を停止した場合、誘電体チューブは電波に対して不導体となり、アンテナ装置は通信を行なわない。また、特許文献１に開示されたアンテナ装置では、アンテナ装置から放射する電波の放射指向性（放射パターン）を制御するために、アレーアンテナ方式を採用している。アレーアンテナ方式とは、複数のプラズマアンテナを規則的に配列（アレー化）し、その全部あるいは一部のプラズマアンテナを一定の励振条件で給電し、通信用の電波を放射する方式をいう。
【０００５】
特許文献１に開示されたアンテナ装置において、ガスを封入してある誘電体チューブは、上述したように、電源が端子への高周波電力供給を停止した場合に不導性の誘電体として振る舞う。したがって、アンテナ機能未使用時におけるアンテナと電波との干渉が小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００２−５２７９２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アレーアンテナ方式において、隣接する一プラズマアンテナと他プラズマアンテナとの間隔は、通信に使用する電波の波長よりも小さくする必要がある。なぜなら、隣接する一プラズマアンテナと他プラズマアンテナとの間隔が電波の波長よりも大きい場合、放射される通信用電波の放射パターンに複数のピーク（グレーティングローブ）が形成され、通信に不要な方向との電波送受信を生じることになり、放射される電波強度の方向による相違を示すアンテナ装置の指向性が低下し、目的とする地点と送受信するための通信特性が劣化し得るからである。
【０００８】
しかしながら、隣接する一プラズマアンテナと他プラズマアンテナとの間隔を電波の波長よりも小さくするために隣接する一プラズマアンテナと他プラズマアンテナとを近接して配置した場合、隣り合う一プラズマアンテナの端子と他プラズマアンテナの端子との間で高周波電力の結合が生じ得る。生じた高周波電力の結合は、端子周囲の電磁界分布に影響を及ぼす。電磁界分布への影響によって電波の放射パターンが歪むことになった場合、アンテナ装置の指向性が低下し、通信特性劣化をもたらすことになる。
【０００９】
アンテナ装置として単体のプラズマアンテナを用いた構成であっても、プラズマアンテナの近傍に金属部材が存在する場合には、プラズマアンテナの端子と金属部材との間で高周波電力の結合が生じ得る。生じた結合は、プラズマアンテナが放射する電波の放射パターンに対する歪みを引き起こし得る。電波の放射パターンに対する歪みが引き起こされた場合、アンテナ装置の指向性を低下し、通信特性劣化をもたらす虞がある。
【００１０】
本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、指向性を維持しつつも通信特性劣化を抑制するアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一例に係るアンテナ装置は、誘電体チューブ内のガスをプラズマ状態にして通信を行うアンテナ装置であり、誘電体チューブに接触する端子と、端子に電力を供給する信号線と、誘電体チューブが配置される電気絶縁性の誘電体基板とを備え、端子および信号線は、誘電体基板の一面上に配置してある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一例のアンテナ装置によれば、誘電体基板に端子および信号線を設けてある。そのため、高周波電力を誘電体基板の断面に閉じ込めることができる。したがって、アンテナとして機能する誘電体チューブの近傍に金属部材が存在する場合においても、通信特性劣化を抑制することができる。また、複数の誘電体チューブを近接して配置した場合においても、通信特性劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係るアンテナ装置の要部構成を示す概念図である。
【図２】従来のアンテナ装置が有する単体プラズマアンテナの端子周囲の電界分布を示す模式図である。
【図３】アレーアンテナ方式を採用した従来のアンテナ装置が有する複数プラズマアンテナの端子周囲の電界分布を示す模式図である。
【図４】実施の形態１に係るアンテナ装置が有する単体プラズマアンテナの端子周囲の電界分布を示す模式図である。
【図５】アレーアンテナ方式を採用した実施の形態１に係るアンテナ装置が有する複数プラズマアンテナの端子周囲の電界分布を示す模式図である。
【図６】実施の形態１のアンテナ装置の変形例を示す模式図である。
【図７】実施の形態２に係るアンテナ装置の要部構成を概念的に示す図である。
【図８】実施の形態３に係るアンテナ装置の要部構成を概念的に示す図である。
【図９】実施の形態３の変形例におけるアンテナ装置の模式図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ’線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本願が開示するアンテナ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図を通じて同一または相当する機能を有する要素には同一符号を付して説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０の要部構成を示す概念図である。実施の形態１に係るアンテナ装置１０は、誘電体チューブ２と、端子３と、給電線路４と、誘電体基板５と、貫通孔６と、電源７と、ガスＧ等とを備える。具体的には、アンテナ装置１０は、複数（図１では２個）の誘電体チューブ２ａ、２ｂ、端子３ａ、３ｂ、給電線路４ａ、４ｂ、貫通孔６ａ、６ｂ、および電源７ａ、７ｂ等を備え、誘電体チューブ２ａ、２ｂ内にそれぞれを封入されたガスＧａ、Ｇｂを備える。実施の形態１に係るアンテナ装置１０では、アンテナ装置１０から放射する電波の放射指向性（放射パターン）を制御するために、複数の誘電体チューブ２ａ、２ｂ等を規則的に配列したアレーアンテナ方式を採用している。
【００１６】
誘電体チューブ２は、電気絶縁材料からなる中空で直管の気密容器であり、内部に電離性のガスＧが封入されている。誘電体チューブ２は、その一端が、誘電体基板５に設けられた貫通孔６に接するように挿入して配置される。挿入された誘電体チューブ２は、一端側および他端側が誘電体基板５から飛び出ている。飛び出している部分のうち、他端側に位置する誘電体チューブ２の部分（図１の紙面上側に位置する長い円柱状部分）がプラズマアンテナとして動作する。
【００１７】
端子３は、環状電極であり、平板状の誘電体基板５の表面のうちのプラズマアンテナ側表面に設けられている。端子３はまた、貫通孔６に挿入された誘電体チューブ２の外周に沿って設けてある。端子３は、後述する給電線路４の信号線４１を介して、電源７に接続されている。
【００１８】
給電線路４は、信号線４１と接地面４２とを含む伝送線路であり、誘電体基板５に設けられたマイクロストリップ線路構造を有する。ここでマイクロストリップ線路構造とは、導電層を裏面に形成した板状誘電体基板の表面に導体線を形成して電磁波を伝達する構造を意味する。信号線４１が導体線の一例であり、接地面４２が導電層の一例となる。
【００１９】
信号線４１は、誘電体基板５の端子３が設けられた上表面に設けられている。信号線４１の一端は、端子３に接続され、信号線４１の他端は、電源７の高周波電力の出力端子に接続されている。信号線４１は、電源７からの電力を端子３に供給する。
【００２０】
接地面４２は、上表面の裏面となる誘電低基板５の下表面に設けられている。接地面４２は、電源７の接地電位に接続される金属薄膜であり、貫通孔６に対応する部分が開口してある。接地面４２は、設けられた誘電低基板５の下表面が接地電位に保持する。
【００２１】
誘電体基板５は、電気絶縁材料を用いて構成された平板である。誘電体基板５上には、誘電体チューブ２の外周形状と相似の貫通孔６が設けられている。
【００２２】
電源７は、一方が給電線路４の信号線４１を介して端子３に接続してあり、他方が給電線路４の接地面４２に接続してある。電源７は、給電線路４および端子３を介して、誘電体チューブ２内のガスＧに高周波電力を供給する。
【００２３】
実施の形態１に係るアンテナ装置１０の動作原理を説明する。アンテナ装置１０は、まず、電源７ａ、７ｂを起動し、高周波電力の周波数、振幅、電力、位相、デューティ比などの条件を所望の値に設定する。
【００２４】
条件を設定した後、アンテナ装置１０は、電源７ａ、７ｂから端子３ａ、３ｂに高周波電力を供給する。端子３ａ、３ｂに供給された高周波電力それぞれは、端子３ａ、３ｂと接地面４２との間に電界を形成する。形成された電界それぞれは、誘電体チューブ２ａ、２ｂ内のガスＧａ、Ｇｂを電離してプラズマ状態に導く。以下、誘導されてプラズマ状態となったガスＧ（Ｇａ、Ｇｂ）をプラズマＰ（Ｐａ、Ｐｂ）と称す。
【００２５】
プラズマＰは、高周波電力に対して導体である。そのため高周波電力は、プラズマＰ上を伝搬し、電波として空間に放射され得る。つまり、ガスＧがプラズマ状態となっている誘電体チューブ２は、電波を放射して通信を行うプラズマアンテナとして機能することができる。このような構成によって、複数のプラズマアンテナが規則的に配列されることになる。実施の形態１に係るアンテナ装置１０では、規則的に配列した複数のプラズマアンテナの全部あるいは一部に一定の励振条件で給電することによって、通信用の電波が放射される。
【００２６】
プラズマアンテナとしての機能を終了する場合、アンテナ装置１０は、電源７を用いた高周波電力の供給を停止する。高周波電力の供給が停止されることによって、ガスＧのプラズマ状態が消滅して通常状態へと戻り、誘電体チューブ２は電波に対して誘電体として機能する。そのため、実施の形態１に係るアンテナ装置１０では、アンテナ機能未使用時における電波干渉が小さくなる。例えば、通信を行う発信側アンテナ装置と受信側アンテナ装置との間に実施の形態１に係るアンテナ装置１０が存在して発信側アンテナ装置と受信側アンテナ装置との間で電波が送受信されている場合においても、アンテナ機能未使用時にはアンテナ装置１０の電波干渉が小さくなるため、発信側アンテナ装置と受信側アンテナ装置との間の通信が劣化することを抑制することができる。
【００２７】
図２は、従来のアンテナ装置が有する単体プラズマアンテナの端子３周囲の電界分布を示す模式図である。図３は、アレーアンテナ方式を採用した従来のアンテナ装置が有する複数プラズマアンテナの端子３ａ、３ｂ周囲の電界分布を示す模式図である。図２および図３において、破線は電界Ｅを示す。なお、図２および図３では、説明上の理由によって、電界Ｅの主要成分のみを模式的に示してある。
【００２８】
図２に示すように、単体プラズマアンテナを用いた従来のアンテナ装置では、誘電体チューブ２の周りに端子３が配置してある。しかしながら、実施の形態１に係るアンテナ装置１０が有するような誘電体基板５は設けられておらず、後述する図４〜６で例示した実施の形態１に係るアンテナ装置１０で見られるような誘電体基板５と端子３と給電線路４との対応関係も存在しない。単体プラズマアンテナを用いた従来のアンテナ装置の場合、端子３から誘電体チューブ２の軸に沿って、電界ＥがガスＧに印加され、プラズマＰが生じる。この電界Ｅによって、プラズマＰ中に誘電体チューブ２の軸に沿った電流が励起される。励起された電流によって、端子３からプラズマＰへ高周波電力が供給される。電界Ｅは、誘電体チューブ２の軸に沿う方向だけでなく、端子３から放射状にも分布する。
【００２９】
図３に示すように、複数プラズマアンテナを用いた従来のアンテナ装置でも、誘電体チューブ２の周りに端子３が配置してある。しかしながら、実施の形態１に係るアンテナ装置１０が有するような誘電体基板５は設けられておらず、後述する図４〜６で例示した実施の形態１に係るアンテナ装置１０で見られるような誘電体基板５と端子３と給電線路４との対応関係も存在しない。複数プラズマアンテナを用いた従来のアンテナ装置の場合、端子３ａおよび端子３ｂの間隔と電波の波長とに依存して端子３ａと端子３ｂとの間に高周波電力の結合が生じ、一方のプラズマアンテナの電界Ｅによる電界分布と他方のプラズマアンテナの電界Ｅによる電界分布とに重複が生じる虞がある。重複が生じた場合、端子３ａ、３ｂ周囲の電界Ｅが歪むことになる。そのため、複数プラズマアンテナを用いた従来のアンテナ装置の場合、単体プラズマアンテナを用いた従来のアンテナ装置の場合と比較し、誘電体チューブ２に印加される電界分布に変化が生じ易くなる。電界分布に変化が生じることによって、プラズマ中に励起される電流にも変化が生じ得る。電流の変化によって端子３からプラズマＰへ効率的に高周波電力を供給できなくなった場合、プラズマの生成効率低下およびアンテナ特性の劣化が生じる。従って、従来のアンテナ装置を用いた場合、高効率なアレーアンテナを構成することが困難となる。
【００３０】
図４は、実施の形態１に係るアンテナ装置が有する単体プラズマアンテナの端子３周囲の電界分布を示す模式図である。図５は、アレーアンテナ方式を採用した実施の形態１に係るアンテナ装置が有する複数プラズマアンテナの端子３ａ、３ｂ周囲の電界分布を示す模式図である。図４および図５において、破線は電界Ｅを示す。なお、図４および図５では、説明上の理由によって、電界Ｅの主要成分のみを模式的に示してある。
【００３１】
図４に示すように、実施の形態１に係るアンテナ装置１０が有する単体プラズマアンテナは、図２に示す従来のアンテナ装置が有する単体プラズマアンテナと同様に、端子３から誘電体チューブ２の軸に沿ってガスGに電界Ｅを印加し、プラズマ状態のプラズマＰを生じさせる。印加された電界Ｅは、誘電体チューブ２の軸に沿った電流をプラズマＰ中に励起し、端子３からプラズマＰへの効率的な高周波電力供給を実現する。また実施の形態１に係るアンテナ装置１０が有する単体プラズマアンテナは、従来のアンテナ装置が有する単体プラズマアンテナとは異なり、一方の表面に端子３と給電線路４の信号線４１とを設けて他方の表面に給電線路４の接地面４２を設けた誘電体基板５が存在する。端子３は、誘電体基板５を介して接地面４２に対向するように誘電体チューブ２の外周近傍に配置してあるため、従来のアンテナ装置で端子３から放射状に分布していたような電界Ｅは、高周波電力がほぼ誘電体基板５の断面に閉じ込められる。したがって、誘電体チューブ２の軸に沿う方向に分布する電界Ｅは維持して通信特性劣化を抑制しつつも、電界Ｅの放射状電界分布を抑制して指向性を保つことができる。
【００３２】
図５に示すように、実施の形態１のアンテナ装置１０が有する複数プラズマアンテナは、図３に示す従来のアンテナ装置が有する複数プラズマアンテナとは異なり、誘電体基板５を介して接地面４２に対向するように誘電体チューブ２の外周近傍に配置した端子３によって高周波電力が誘電体基板５の断面に閉じ込められる。そのため、端子３ａと端子３ｂとの間で高周波電力の結合が生じる事態を抑制し、一方のプラズマアンテナの電界Ｅによる電界分布と他方のプラズマアンテナの電界Ｅによる電界分布との重複が生じる事態を抑制している。そのような構造によって、実施の形態１のアンテナ装置１０において誘電体チューブ２に印加される電界Ｅは、プラズマアンテナを単体で用いる場合とプラズマアンテナを複数で用いる場合とで同じようになる。その結果、端子３からプラズマＰへ効率的に高周波電力を供給でき、アンテナ装置１０を単体で用いる場合と同様に高いアンテナ特性を得ることができる。従って、実施の形態１のアンテナ装置１０は、プラズマアンテナを単体で用いる場合だけでなくプラズマアンテナを複数で用いる場合であっても、指向性を維持しつつ通信特性劣化を抑制することが可能となる。
【００３３】
上述したように、実施の形態１のアンテナ装置１０においては、端子３と信号線４１および接地面４２を有する給電線路４とを誘電体基板５に設けてある。このような誘電体基板５を用いる構成によって、高周波電力が誘電体基板５に閉じ込められる。そのため、複数のプラズマアンテナを近接配置した場合においても、アンテナ特性が劣化する事態を抑制でき、高効率なアレーアンテナを提供することが可能となる。
【００３４】
実施の形態１のアンテナ装置１０においては、同一の誘電体基板５に端子３と信号線４１および接地面４２を有する給電線路４とを設けてある。そのため、端子３における電界Ｅの伝搬モードと給電線路４における電界Ｅの伝搬モードとが、端子３と給電線路４との接続部で同一となる。そのため、同一の誘電体基板５に端子３と信号線４１および接地面４２を有する給電線路４とを設ける構成を採用しなかった場合と比較して、実施の形態１のアンテナ装置１０においては、端子３と給電線路４との接続部での電界Ｅの広がりを効果的に抑制でき、高周波電力をより効果的に誘電体基板５内に閉じ込めて高効率なアレーアンテナを提供することが可能となる。
【００３５】
実施の形態１のアンテナ装置１０においては、誘電体基板５に端子３および給電線路４が形成されている。これによって誘電体基板５内で誘電体チューブ２に沿った電界を形成することができるため、従来のアンテナ装置１０と比較して、誘電体チューブ２に沿った電界を形成するのに必要な端子３の体積（長さ）が小さくなる。なぜなら、誘電体基板５の誘電率が空気よりも大きいからである。また、誘電体基板５の厚み方向に電界を生じ得るマイクロストリップ線路構造を有するからである。したがって、電波を散乱・吸収する金属の体積が小さくなるので、アンテナ未使用時における電波と端子３、および電波と給電線路４との干渉を抑制することができる。
【００３６】
実施の形態１のアンテナ装置１０では、誘電体基板５に端子３が形成されている。これによって誘電体基板５内で誘電体チューブ２に沿った電界を形成することができるため、従来のアンテナ装置１０と比較して、誘電体チューブ２に沿った電界を形成するのに必要な端子３の体積（長さ）が小さくなる。そのため、誘電体基板５を有さない従来のアンテナ装置１０と比較して、端子３で囲まれるプラズマＰの体積が小さくなる。
【００３７】
端子３で囲まれた部分のプラズマＰは、周囲が金属の端子３で囲まれることによって空間から遮蔽されているため、アンテナとして動作しない。つまり、端子３で囲まれた部分のプラズマＰに対して消費される高周波電力は、アンテナ装置１０における損失となる。本実施の形態１のアンテナ装置１０では、上述したように、端子３で囲まれるプラズマＰの体積を小さくすることができる。したがって本実施の形態１のアンテナ装置１０は、プラズマにおける損失を抑制し、高効率なアンテナを得ることができる。
【００３８】
実施の形態１のアンテナ装置１０では、誘電体基板５に設けられた貫通孔６に誘電体チューブ２の一端が挿入されている。しかしながら、本発明はこの構成に限定されない。例えば、貫通していない穴（止まり穴）を誘電体基板５に設け、止まり穴に誘電体チューブ２の一端を嵌め合わせる変形例でも良い。この変形例を採用する場合、止まり穴を用いた誘電体チューブ２の保持を強固にすべく、新たな保持部材を追加することが好ましい。変形例の場合、追加した保持部材によって電波の干渉が増加する虞もある。したがって、貫通孔６への誘電体チューブ２挿入によって保持部材が不要となる実施の形態１がより好ましい。実施の形態１では、保持部材が不要となるため、加工や組立てが容易になり、製造コストや保守コストを低下することができるという効果も期待できる。
【００３９】
実施の形態１において、誘電体チューブ２は、電波との干渉が低い電気絶縁材料を用いて構成することができる。例えば、誘電体チューブ２の部材として、石英、硼珪酸ガラスおよびアルミナ等のセラミックス、強化プラスチック等の複合材料、又はそれらを組み合わせた材料等を用いることができる。
【００４０】
実施の形態１において、誘電体チューブ２には、希ガスを主成分とする不活性ガスが封入される。例えば、主成分の希ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等を用いることができる。また、放電効率を向上するため、希ガスとともに水銀を封入する構成を用いても良い。ガスの圧力は、安定的なグロー放電を維持できる圧力範囲であれば良く、例えば、１Ｐａ〜１５ｋＰａとすることができる。特にマイクロ波、ミリ波帯（３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ）においてプラズマアンテナとして使用するためには、高い電子密度が得ることができる１００Ｐａ〜７ｋＰａの範囲であるガス圧力が好ましい。
【００４１】
実施の形態１において、誘電体チューブ２の全長のうち、誘電体チューブ２の誘電体基板５から飛び出ている部分の長さは、アンテナ装置１０が通信に用いる電波（高周波電力）の波長の４分の１の奇数倍の長さとすることが好ましい。誘電体チューブ２の管径は、誘電体チューブ２の外周の長さが電波（高周波電力）の波長以下になるようにするのが好ましく、円周方向の電波の位相変化をなくすため、つまり誘電体チューブの軸方向に同相で電波が励起されるために、波長の２分の１以下となるようにするのがより好ましい。誘電体チューブ２の軸方向で位相が変化した場合には放射パターンが非対称形状になり、アンテナ特性が劣化する。
【００４２】
実施の形態１において、誘電体チューブ２は直管形状を有している。しかしながら、本発明はこの形状に限定されない。誘電体チューブ２については、一端が誘電体基板５の貫通孔６に挿入できれば良く、所望の高周波電力の周波数、周波数帯域、放射指向性（放射パターン）などに応じて、例えば、ループ、ヘリカルといった曲面を有する形状、コニカル、テーパーといった軸方向に管径が変化する形状を適用した変形例であっても良い。このような変形例の場合、誘電体チューブ２の長さや管径は、アンテナ特性に基づいて適宜決定される。
【００４３】
実施の形態１において、誘電体チューブ２ａ、２ｂの間隔は、グレーティングローブの発生を抑制するために、アンテナ装置１０が通信に用いる電波（高周波電力）の波長以下とする。誘電体チューブ２ａ、２ｂの間隔については、電波の波長の２分の１以下の長さにした場合、効果的にグレーティングローブの発生を抑制し、アンテナ特性を向上することができるため、より好ましい。
【００４４】
実施の形態１において、端子３および給電線路４は、導電性材料を用いて構成してある。例えば、銅、銀などの良導電性の金属を用いて構成してある。端子３は、メッキ、塗布、印刷、スパッタ、蒸着、エッチングなどの公知の方法を用いて、誘電体基板５上に形成することができる。
【００４５】
実施の形態１において、端子３は、環状の形状を有している。しかしながら、本発明はこの形状に限定されない。端子３は、貫通孔６に挿入された誘電体チューブ２の外周に沿って設けられていれば良く、例えば、Ｃ字型のように部分的にスリットを有している分割リング形状であっても良い。部分的なスリットを設けることによって、端子３上の高周波電力の位相を制御することができる。
【００４６】
実施の形態１において、端子３と給電線路４とは直接的に接続してある。しかしながら、本発明はこの形状に限定されない。端子３と給電線路４は、高周波電力から見て電気的に接続できればよく、端子３と給電線路４との間にギャップを設ける変形例であっても良い。ギャップを設けることによって、直流（低周波）に対し、プラズマＰと給電線路４とが電気的に遮断される。そのため変形例では、プラズマＰ中で発生する高電圧およびノイズの電源７への侵入、その侵入による電源７の誤動作および変動も抑制することができる。
【００４７】
実施の形態１において、誘電体基板５は電気絶縁材料を用いて構成されている。誘電体基板５の部材としては、例えば、エポキシ、フッ素樹脂、セラミックなど、又はそれらを組み合わせた材料等を用いることができる。高周波電力の損失を抑制するためには、誘電体基板５に対して、誘電損失の低い材料を用いることが好ましい。誘電体基板５に低誘電率の材料を用いた場合には、誘電体基板５内部での高周波電力の波長が長くなって端子３上での位相変化が小さくなるため、誘電体チューブ２、端子３および貫通孔６の寸法を大きくすることができる。誘電体チューブ２、端子３および貫通孔６の寸法を大きくすることによって、加工や組立てが容易になり、製造コストや保守コストを低下することができる。一方、誘電体基板５に高誘電率の材料を用いた場合、誘電体基板５内への高周波電力の閉じ込め効果が強化されるため、隣り合う誘電体チューブの間隔を更に近づけることも可能となる。
【００４８】
電源７から出力される高周波電力の周波数帯域としては、伝搬の仕方が電波的に振る舞う電力の周波数帯域を用いることができる。具体的には、ＡＭ放送などで使用される中波（３００〜３０００ｋＨｚ）以上となる高周波電力の周波数帯域を用いることができる。電波としての振る舞いが顕著となるため、空間を伝搬しやすいマイクロ波帯域（３００ＭＨｚ）以上となる電力の周波数帯域を用いることが好ましい。また、高周波電力は、用途に応じて適宜、振幅、周波数、位相などを変調してもよく、パルス化しても良い。
【００４９】
実施の形態１では、給電線路４としてマイクロストリップ線路構造を用いている。しかしながら、本発明はこの形状に限定されない。図６は、実施の形態１のアンテナ装置１０の変形例を示す模式図である。図６に示すように、変形例におけるアンテナ装置１０は、給電線路４として、端子３ａと信号線４１ａとが同形状、端子３ｂと信号線４１ｂとが同形状の平行二本線路（レッヘル線路）構造を用いることができる。給電線路４として平行二本線路構造を用いる場合、接地面４２の代わりに、端子３ａ、３ｂおよび信号線４１ａ、４１ｂとが形成された位置の、誘電体基板５を挟んで反対側の位置に、接地線４３ａ、４３ｂを形成する。
【００５０】
給電線路４として平行二本線路構造を用いる場合、実施の形態１のアンテナ装置１０と比較して、接地面４２の体積が小さくなる。そのため、実施の形態１のアンテナ装置１０と比較して、アンテナ未使用時における電波と接地面４２との干渉をより効率良く抑制することができる。
【００５１】
実施の形態１では、電源７ａから誘電体チューブ２ａに高周波電力を供給し、電源７ｂから誘電体チューブ２ｂに高周波電力を供給していた。しかしながら、本発明はこの形状に限定されない。一つの電源７を用い、その一つの電源７から誘電体チューブ２ａ、２ｂに高周波電力を供給する構成としても良い。一つの電源７を用いるこの構成の場合、電源７と給電線路４ａとの間、および電源７と給電線路４ｂとの間の、いずれか一方または両方に電力制御器８を設け、電力制御器８によって誘電体チューブ２ａおよび２ｂに供給される高周波電力の振幅や位相を制御しても良い。このような一つの電源７を用いる構成とすることによって、電源数の減少に依存した装置寸法の縮小を実現することが可能となり、製造コストを低減することも可能となる。
【００５２】
実施の形態１では、電源７と給電線路４とを直接接続していた。しかしながら、本発明はこの形状に限定されない。電源７と給電線路４との間に別の伝送線路を設けても良い。また、電源７と給電線路４との間にインピーダンス整合器を設けても良い。インピーダンス整合器を設けた場合、プラズマＰの状態が変化した際においても端子３で生じる高周波電力の反射を抑制し、高いアンテナ特性を保つことができる。
【００５３】
実施の形態１では、誘電体チューブが１つである一例および２つある一例について記載していたが、本発明はこの形状に限定されない。誘電体チューブが３つ以上あっても良いことは、つまりアンテナが３つ以上あっても良いことは、当業者にとって自明である。
【００５４】
実施の形態２
図７は、実施の形態２に係るアンテナ装置１１の要部構成を概念的に示す図である。アンテナ装置１１は、誘電体チューブ２aと端子３ａと給電線路４ａと誘電体基板５ａと貫通孔６ａと電源７ａとを有するアンテナユニット９ａを備え、誘電体チューブ２ｂと端子３ｂと給電線路４ｂと誘電体基板５ｂと貫通孔６ｂと電源７ｂとを有するアンテナユニット９ｂを備える。複数のアンテナユニット９ａ、９ｂ（図７では２個）は、所定の間隔をあけて並置してある。複数の誘電体基板５が設けられている点で、実施の形態１と異なる。その他の基本的な構成は実施の形態１と同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
【００５５】
高周波は誘電率の高い部分に閉じ込められる性質を有する。また、急峻な誘電率の変化が生じる部分では、インピーダンス不整合により高周波の反射が生じる。ここで、本実施の形態２に係るアンテナ装置１１では、図７に示すように、一方のアンテナユニット９ａが一方の誘電体基板５ａに設けられ、異なる他方のアンテナユニット９ｂが異なる他方の誘電体基板５ｂに設けられており、複数の誘電体基板５ａ、５ｂの間で誘電率が変化する（空気の比誘電率＝１）。そのため、複数の誘電体基板５ａ、５ｂの間での高周波の伝搬は抑制されることになり、高周波電力が各誘電体基板５ａ、５ｂ内に閉じ込められる。したがって、実施の形態２に係るアンテナ装置１１では、一方の誘電体チューブ２aと他方の誘電体チューブ２ｂとを実施の形態１に係るアンテナ装置１０での設置位置より近接配置した場合においても、アンテナ特性の劣化を抑制でき、更に高効率なアレーアンテナの提供が可能となる。
【００５６】
実施の形態２では、複数の誘電体基板５ａ、５ｂの間に空気を介在させていた。複数の誘電体基板５ａ、５ｂの間隔は、実質的に隙間が設けてあれば良いが、高周波電力の波長の１０分の１以上の隙間を設ける構成が好ましい。高周波電力の波長の１０分の１以上であれば、間隙が高周波電力の波長と同程度となり間隙での位相変化が大きくなるため、インピーダンス不整合による閉じ込め効果が大きくなる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されない。複数の誘電体基板５ａ、５ｂの間は、誘電率の変化があれば良く、空気以外にも、例えば、誘電体、導体、又はそれらを組み合わせた材料等を用いることができる。複数の誘電体基板５ａ、５ｂの間の誘電率については、誘電体基板５ａ、５ｂ内への高周波電力の閉じ込め力強化を考慮した場合、誘電体基板５ａ、５ｂの誘電率よりも低いことが好ましい。
【００５７】
実施の形態２では、複数のアンテナユニット９ａ、９ｂを並置したアレーアンテナを構成する場合について述べた。しかしながら、本発明はこの構成に限定されない。複数のアンテナユニット９ａ、９ｂのうち、一方のみを用いた単体のアンテナユニット９を採用する構成であってもよい。実施の形態２のアンテナユニット９を単体で採用する構成の場合、従来のアンテナ装置における単体のアンテナユニットを採用する構成と比較し、アンテナユニット９に接近した金属に起因する端子３周囲の電磁界分布変化が高度に抑制できるからである。したがって、アンテナユニット９を単体で使用する場合も、実施の形態２においては、アンテナ特性の劣化を抑制して高効率に通信を行うアンテナ装置１１を提供することができる。
【００５８】
実施の形態３
図８は、実施の形態３に係るアンテナ装置１２の要部構成を概念的に示す図である。アンテナ装置１２では、誘電体基板５に挿入された誘電体チューブ２ａ、２ｂの一端側へ飛び出している部分および他端側へ飛び出している部分のうち、他端側に位置する誘電体チューブ２の部分（図８の紙面上側に位置する長い円柱状部分）がプラズマアンテナとして動作する。その他の基本的な構成は実施の形態１と同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
【００５９】
実施の形態３に係るアンテナ装置１２では、図８に示すように、誘電体チューブ２ａ、２ｂのアンテナとして動作する部分が、誘電体基板５の接地面４２側に設けられたものである。つまり、誘電体チューブ２ａ、２ｂの誘電体基板５から一端側および他端側へ飛び出している部分のうち、飛び出し量の大きい側（図８の紙面上側）がアンテナとして動作する。
【００６０】
実施の形態３に係るアンテナ装置１２において、電波は、誘電体基板５における誘電体チューブ２ａ、２ｂの飛び出し量の大きい側（図８の紙面上側）で送受信される。そのため、端子３ａ、３ｂおよび信号線４１ａ、４１ｂは、誘電体基板５において電波が送受信される側からみて、接地面４２を挟むことによって影となる反対側に配置される。したがってアンテナ装置１２では、送受信される電波が端子３および信号線４１によって散乱される事態を回避できる。更に、接地面４２は平面状のため、接地面４２による電波の散乱も少ない。したがって、実施の形態１に係るアンテナ装置１０と比較して、実施の形態３に係るアンテナ装置１２では、アンテナ特性を更に向上することができる。また、アンテナ未使用時における電波と端子３との干渉、および電波と給電線路４との干渉を更に効率的に抑制できる。
【００６１】
実施の形態３に係るアンテナ装置１２では、給電線路４としてマイクロストリップ線路構造を用いていた。しかしながら、本発明はこの構成に限定されない。図９は、実施の形態３の変形例におけるアンテナ装置１２の模式図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ’線の断面図である。図９、図１０に示すように、給電線路４としてストリップ線路（トリプレート線路）構造を採用してもよい。ここでストリップ線路構造とは、導体層を表面と裏面とに形成した板状誘電体基板の内部に導体線を形成して電磁波を伝達する構造を意味する。
【００６２】
図９に示す変形例では、端子３ａ、３ｂおよび信号線４１ａ、４１ｂが２枚の誘電体基板５a、５ｂの内部に配置され、２枚の誘電体基板５a、５ｂを積層した誘電体基板ユニット５ｃの両側に接地面４２ａ、４２ｂが形成される。端子３ａ、３ｂおよび信号線４１ａ、４１ｂは、積層される誘電体基板５a、５ｂの張り合わせ、接地面４２ａ、４２ｂの間への樹脂の充填などの公知の方法を用いて、誘電体基板ユニット５ｃの内部に形成することができる。
【００６３】
図９に示すような変形例の場合、高周波電力は接地面４２ａ、４２ｂの間に閉じ込められる。したがって、図９に示すような変形例の場合、図８に示すような実施の形態３に係るアンテナ装置１２と比較して、端子と接地面の結合が強くなり電界の広がりを抑制できるため、複数の誘電体チューブ２ａ、２ｂを近接配置してアンテナ機能部位が近接する状況においても、アンテナ特性の劣化をより効果的に抑制することができ、更に高効率なアレーアンテナを提供することができる。
【００６４】
本発明は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細、および代表的な実施の形態に限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、および効果も発明に含まれる。例えば、アンテナ機能を有する誘電体チューブを１つ備えるアンテナ装置であってもよく、２つ備えるアンテナ装置であってもよく、３つ以上備えるアンテナ装置であってもよい。例えば、実施の形態１の一部と実施の形態２の一部を組み合わせてもよく、実施の形態２の一部と実施の形態３の一部とを組み合わせてもよく、実施の形態３の一部と実施の形態１の一部とを組み合わせてもよく、実施の形態１の一部と実施の形態２の一部と実施の形態３の一部とを組み合わせてもよい。したがって、特許請求項の範囲、およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０、１１  アンテナ装置
２、２ａ、２ｂ  誘電体チューブ
３、３ａ、３ｂ  端子
４  給電線路
４１、４１ａ、４１ｂ  信号線
４２、４２ａ、４２ｂ  接地面
４３、４３ａ、４３ｂ  接地線
５、５ａ、５ｂ  誘電体基板
６、６ａ、６ｂ  貫通孔
７、７ａ、７ｂ  電源
８  電力制御器
９  アンテナユニット
Ｇ、Ｇａ、Ｇｂ  ガス
Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ  プラズマ
Ｅ  電界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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