(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の一部にスロットを形成するための第１の切欠きが施されている第１の金属板と、
周囲の一部にスロットを形成するための第２の切欠きが施されており、前記第２の切欠きが前記第１の切欠きと向かい合うように、前記第１の金属板と非接触の状態で配置されている第２の金属板と、
前記第１の切欠きと前記第２の切欠きとから形成されるスロット内に配置され、内部に電離性ガスを含んでいる誘電体ケースと、
一端が前記電離性ガスと接し、他端が前記第１の金属板と接するように、前記誘電体ケースを貫通している第１の電極と、
一端が前記電離性ガスと接し、他端が前記第２の金属板と接するように、前記誘電体ケースを貫通している第２の電極と、
前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に電圧を印加することで、前記電離性ガスをプラズマの状態に遷移させるとともに、前記電圧を可変することで、前記誘電体ケース内を通過する電波の位相を切り替える位相切替部と
を備えた周波数選択板。
【請求項２】
一端が前記第１の金属板と接続され、他端が前記第２の金属板と接続されているキャパシタを備えていることを特徴とする請求項１記載の周波数選択板。
【請求項３】
前記位相切替部は、
一端が前記第１の金属板と接続され、他端が前記第２の金属板と接続されている配線と、
前記配線の途中に設けられ、前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に電圧を印加するとともに、前記電圧を可変する電源とを備えていることを特徴とする請求項１記載の周波数選択板。
【請求項４】
前記第１の金属板と前記配線の一端との間にインダクタが設けられ、前記第２の金属板と前記配線の他端との間にインダクタが設けられていることを特徴とする請求項３記載の周波数選択板。
【請求項５】
周囲の一部にスロットを形成するための第１の切欠きが施されている第１の金属板と、
周囲の一部にスロットを形成するための第２の切欠きが施されており、前記第２の切欠きが前記第１の切欠きと向かい合うように、前記第１の金属板と非接触の状態で配置されている第２の金属板と、
前記第１の切欠きと前記第２の切欠きとから形成されるスロット内に配置され、内部に電離性ガスを含んでいる誘電体ケースと、
一端が前記電離性ガスと接し、他端が前記第１の金属板と接するように、前記誘電体ケースを貫通している第１の電極と、
一端が前記電離性ガスと接し、他端が前記第２の金属板と接するように、前記誘電体ケースを貫通している第２の電極と、
前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に電圧を印加することで、前記電離性ガスをプラズマの状態に遷移させるとともに、前記電圧を可変することで、前記誘電体ケース内を通過する電波の位相を切り替える位相切替部と
を備えたセルが一次元に複数配置されていることを特徴とする周波数選択板。
【請求項６】
周囲の一部にスロットを形成するための第１の切欠きが施されている第１の金属板と、
周囲の一部にスロットを形成するための第２の切欠きが施されており、前記第２の切欠きが前記第１の切欠きと向かい合うように、前記第１の金属板と非接触の状態で配置されている第２の金属板と、
前記第１の切欠きと前記第２の切欠きとから形成されるスロット内に配置され、内部に電離性ガスを含んでいる誘電体ケースと、
一端が前記電離性ガスと接し、他端が前記第１の金属板と接するように、前記誘電体ケースを貫通している第１の電極と、
一端が前記電離性ガスと接し、他端が前記第２の金属板と接するように、前記誘電体ケースを貫通している第２の電極と
を備えたセルが二次元に複数配置され、
二次元に配置されている複数のセルのうち、同じ列に配置されている複数のセルに共通の位相切替部が設けられ、
前記位相切替部は、前記同じ列に配置されている複数のセルにおける前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に電圧を印加することで、前記電離性ガスをプラズマの状態に遷移させるとともに、前記電圧を可変することで、前記同じ列に配置されている複数のセルにおける前記誘電体ケース内を通過する電波の位相を切り替えることを特徴とする周波数選択板。
【請求項７】
二次元に配置されている複数のセルのうち、同じ列に配置されている複数のセルを１つのセルグループとし、
複数のセルグループのうち、隣り合っているセルグループでは、一方のセルグループに属している複数のセルと、他方のセルグループに属している複数のセルとがキャパシタを介して接続されていることを特徴とする請求項６記載の周波数選択板。
【請求項８】
二次元に配置されている複数のセルが、前記誘電体ケース内を通過する電波の入射方向に多層化されていることを特徴とする請求項６記載の周波数選択板。
【請求項９】
二次元に配置されている複数のセルに形成されている前記誘電体ケース内を通過した電波を反射する反射板を備えていることを特徴とする請求項６記載の周波数選択板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通過する電波の位相を切り替える周波数選択板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周波数選択板を通過する電波の位相の切り替えは、機械的な駆動によって行われるものが多い。
以下の特許文献１には、通過電波の位相を機械的な駆動によって切り替えることが可能な周波数選択板が開示されている。【０００３】
この周波数選択板は、任意の角度に設定可能な誘電体基板と、誘電体基板を機械的な駆動によって回転させる駆動部とを備えている。
駆動部が誘電体基板を回転させることで、入射される電波に寄与する誘電体の見かけ上の比誘電率が変化するため、通過電波の位相を切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５２５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の周波数選択板は以上のように構成されているので、通過電波の位相を切り替えることができる。しかし、機械的な駆動によって通過電波の位相を切り替えるものであるため、長期的に使用する場合には、信頼性が低下してしまうという課題があった。【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、機械的な駆動によって通過電波の位相の切り替えを行うよりも、長期的に使用する場合の信頼性を高めることができる周波数選択板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る周波数選択板は、周囲の一部にスロットを形成するための第１の切欠きが施されている第１の金属板と、周囲の一部にスロットを形成するための第２の切欠きが施されており、第２の切欠きが第１の切欠きと向かい合うように、第１の金属板と非接触の状態で配置されている第２の金属板と、第１の切欠きと第２の切欠きとから形成されるスロット内に配置され、内部に電離性ガスを含んでいる誘電体ケースと、一端が電離性ガスと接し、他端が第１の金属板と接するように、誘電体ケースを貫通している第１の電極と、一端が電離性ガスと接し、他端が第２の金属板と接するように、誘電体ケースを貫通している第２の電極とを設け、位相切替部が、第１の金属板と第２の金属板との間に電圧を印加することで、電離性ガスをプラズマの状態に遷移させるとともに、電圧を可変することで、誘電体ケース内を通過する電波の位相を切り替えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、第１の切欠きと第２の切欠きとから形成されるスロット内に配置され、内部に電離性ガスを含んでいる誘電体ケースと、一端が電離性ガスと接し、他端が第１の金属板と接するように、誘電体ケースを貫通している第１の電極と、一端が電離性ガスと接し、他端が第２の金属板と接するように、誘電体ケースを貫通している第２の電極とを設け、位相切替部が、第１の金属板と第２の金属板との間に電圧を印加することで、電離性ガスをプラズマの状態に遷移させるとともに、電圧を可変することで、誘電体ケース内を通過する電波の位相を切り替えるように構成したので、機械的な駆動によって通過電波の位相の切り替えを行うよりも、長期的に使用する場合の信頼性を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａはこの発明の実施の形態１による周波数選択板を示す平面図、図１Ｂは図１Ａの周波数選択板におけるＡ−Ａ’断面図、図１Ｃは図１Ａの周波数選択板におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による周波数選択板の第１の金属板１及び第２の金属板２を示す平面図である。
【図３】プラズマ特性を示す概念図である。
【図４】図４Ａはこの発明の実施の形態２による周波数選択板を示す平面図、図４Ｂは図４Ａの周波数選択板におけるＡ−Ａ’断面図、図４Ｃは図４Ａの周波数選択板におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３による周波数選択板を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による周波数選択板を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態４による他の周波数選択板を示す構成図である。
【図８】図８Ａは動作周波数とＳ２１の振幅との関係を示す説明図、図８Ｂは動作周波数とＳ２１の位相との関係を示す説明図、図８Ｃは比誘電率εｒとＳ２１の位相との関係を示す説明図である。
【図９】図９Ａは電磁界シミュレーションの解析モデルを示す説明図、図９Ｂは図９Ａの解析モデルにおけるＡ−Ａ’断面図である。
【図１０】トランスミットアレーアンテナを示す概念図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による周波数選択板を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態６による周波数選択板を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による他の周波数選択板を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による周波数選択板を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態８による周波数選択板を示す構成図である。
【図１６】図１５の周波数選択板におけるＡ−Ａ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による周波数選択板を示す構成図である。
図１Ａはこの発明の実施の形態１による周波数選択板を示す平面図、図１Ｂは図１Ａの周波数選択板におけるＡ−Ａ’断面図、図１Ｃは図１Ａの周波数選択板におけるＢ−Ｂ’断面図である。
図２はこの発明の実施の形態１による周波数選択板の第１の金属板１及び第２の金属板２を示す平面図である。
【００１２】
図１及び図２において、第１の金属板１は一辺の一部（周囲の一部）に長方形のスロット２０を形成するための第１の切欠き１ａが施されている金属板である。
第２の金属板２は一辺の一部（周囲の一部）に長方形のスロット２０を形成するための第２の切欠き２ａが施されている金属板である。
また、第２の金属板２は第２の切欠き２ａが第１の切欠き１ａと向かい合うように、第１の金属板１と非接触の状態で配置されている。
スリット３は第１の金属板１と第２の金属板２との間の隙間である。この隙間は、動作周波数の波長λに対して十分短い長さとする。例えば、λ／２０以下の長さとする。
第１の金属板１と第２の金属板２との間にスリット３が設けられているため、第１の金属板１と第２の金属板２とは、直流的に分離されている。
【００１３】
誘電体ケース４は第１の切欠き１ａと第２の切欠き２ａとから形成されるスロット２０内に、外枠が第１の金属板１及び第２の金属板２と接するように配置され、内部に電離性ガス５を含んでいる。
この実施の形態１では、誘電体ケース４は、放電管として用いられる。
電離性ガス５としては、例えば、希ガスのヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトンなどが挙げられ、電離性ガス５は、誘電体ケース４の内部に封入されている。
第１の電極６は一端が電離性ガス５と接し、他端が第１の金属板１と接するように、誘電体ケース４を貫通している。
第２の電極７は一端が電離性ガス５と接し、他端が第２の金属板２と接するように、誘電体ケース４を貫通している。
この実施の形態１では、誘電体ケース４の外枠が第１の金属板１及び第２の金属板２と接するように配置されている例を説明するが、誘電体ケース４の外枠が第１の金属板１及び第２の金属板２と近接していればよく、必ずしも接していなくてもよい。例えば、誘電体ケース４の外枠と第１の金属板１及び第２の金属板２との間隔としては、λ／２０以下であればよい。
【００１４】
位相切替部８は配線９とプラズマ励起電源１０を備えている。
位相切替部８は第１の金属板１と第２の金属板２との間に電圧を印加することで、電離性ガス５をプラズマの状態に遷移させるとともに、第１の金属板１と第２の金属板２との間に印加する電圧を可変することで、誘電体ケース４内を通過する電波の位相を切り替える。
配線９は一端が第１の金属板１と接続され、他端が第２の金属板２と接続されている。
プラズマ励起電源１０は配線９の途中に設けられ、第１の金属板１と第２の金属板２との間に電圧を印加するとともに、その電圧を可変する電源である。
【００１５】
この実施の形態１の周波数選択板の寸法を例示する。
第１の金属板１とスリット３と第２の金属板２とを合わせた外形の寸法（ｘ−ｙ軸方向の寸法）は、例えば、０．７λ０×０．７λ０である。
スリット３のｘ軸方向の寸法は、例えば、約０．０１７λ０である。
誘電体ケース４のｘ−ｙ軸方向の寸法は、例えば、０．４１λ０×０．１λ０である。
誘電体ケース４のｚ軸方向の寸法は、例えば、０．１λ０であり、誘電体ケース４の外枠の厚みは、製造面を考慮して、例えば、１ｍｍである。
λ０は周波数選択板の動作周波数ｆ０に対応する波長である。
【００１６】
次に動作について説明する。
位相切替部８のプラズマ励起電源１０が、第１の金属板１と第２の金属板２との間に高い電圧を印加すると、誘電体ケース４の内部に封入されている電離性ガス５がプラズマの状態に遷移する。
【００１７】
ここで、図３はプラズマ特性を示す概念図である。
図３では、プラズマ特性として、入射される電波の周波数ｆとプラズマの比誘電率εｒとの関係を示している。
プラズマは、図３に示すように、入射される電波の周波数ｆに依存して、比誘電率εｒが変化する。
プラズマは、以下の式（１）で表されるプラズマ周波数ｆｐよりも低い周波数ｆの電波が入射された場合、導体として振る舞い、プラズマ周波数ｆｐよりも高い周波数ｆの電波が入射された場合、誘電体として振る舞う。
【００１８】
0006486581.tif 000002
式（１）において、ｅは自由電子の電荷、ｎｅは電子密度、ε０は真空の比誘電率、ｍｅは電子の質量である。
電子密度ｎｅは、電離性ガス５の種類、圧力、放電電流などに依存する。このため、プラズマ周波数ｆｐについても、電離性ガス５の種類、圧力、放電電流などに依存する。放電電流は、プラズマ励起電源１０が第１の金属板１と第２の金属板２との間に電圧を印加することで、スロット２０内で放電が生じて流れる電流である。
【００１９】
この実施の形態１のように、電離性ガス５が誘電体ケース４に封入されている場合、放電電流によって、プラズマ周波数ｆｐを可変することができる。磁化されていないプラズマである非磁化プラズマの比誘電率εｒチルダについては、以下の式（２）に示すように、例えば、非特許文献１に開示されているドルーデモデルによって表すことができる。明細書の文書中では、電子出願の関係上、文字の上に“〜”の記号を付することができないので、「εｒチルダ」のように表記している。
0006486581.tif 000003
式（２）において、ωｐはプラズマ角周波数（ωｐ＝２πｆｐ）、ｖｍはプラズマ衝突周波数、ωは入射される電波の角周波数である。
プラズマ衝突周波数ｖｍは電離性ガス５の圧力に依存する。
［非特許文献１］
R. J. Vidmar, “On the Use of Atmospheric Pressure Plasmas as Electromagnetic Reflectors and Absorbers,” IEEE Trans. Plasma Sci., vol18, no.4, pp. 733-741. Aug. 1990.
【００２０】
位相切替部８のプラズマ励起電源１０は、上記のように、誘電体ケース４の内部に封入されている電離性ガス５をプラズマの状態に遷移させるが、この実施の形態１では、プラズマを誘電体領域で使用するものとする。即ち、プラズマをプラズマ周波数ｆｐ以上の周波数帯で使用するものとする。
位相切替部８のプラズマ励起電源１０は、電離性ガス５がプラズマの状態であるとき、第１の金属板１と第２の金属板２との間に印加する電圧を可変することで、放電電流を変化させて、図３に示すように、動作周波数ｆ０を含む帯域においてプラズマの比誘電率εｒを０〜１の間で可変させる。
動作周波数ｆ０を含む帯域においてプラズマの比誘電率εｒが０〜１の間で変化することで、動作周波数ｆ０を含む帯域において誘電体ケース４内の比誘電率が変わるため、誘電体ケース４内を通過する動作周波数ｆ０を含む帯域内の電波の位相が電気的に切り替わる。即ち、周波数選択板の動作周波数ｆ０の位相が電気的に切り替わる。
【００２１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、第１の切欠き１ａと第２の切欠き２ａとから形成されるスロット２０内に配置され、内部に電離性ガス５を含んでいる誘電体ケース４と、一端が電離性ガス５と接し、他端が第１の金属板１と接するように、誘電体ケース４を貫通している第１の電極６と、一端が電離性ガス５と接し、他端が第２の金属板２と接するように、誘電体ケース４を貫通している第２の電極７とを設け、位相切替部８が、第１の金属板１と第２の金属板２との間に電圧を印加することで、電離性ガス５をプラズマの状態に遷移させるとともに、電圧を可変することで、誘電体ケース４内を通過する電波の位相を切り替えるように構成したので、電気的に通過電波の位相の切り替えを行うことができる。その結果、機械的な駆動によって通過電波の位相の切り替えを行うよりも、長期的に使用する場合の信頼性を高めることができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、放電電流を変化させるバイアス回路として、第１の金属板１及び第２の金属板２を利用しているため、バイアス線の構成を単純化できる効果も得られる。
【００２２】
この実施の形態１では、第１の切欠き１ａと第２の切欠き２ａとから形成されるスロット２０が、長方形のスロットである例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、円形型、ボウタイ型、クロスダイポール型、トリポール型、円形リング型又は正方形ループ型のスロットなどであってもよい。
【００２３】
また、この実施の形態１では、プラズマを誘電体領域で使用する例を示しているが、導体領域でも、プラズマ周波数ｆｐに近い周波数では、導体としての振る舞いが小さいため、プラズマ周波数ｆｐに近い周波数を使用することも可能である。
【００２４】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、第１の金属板１と第２の金属板２との間にスリット３が設けられている周波数選択板を示しているが、この実施の形態２では、さらに、第１の金属板１と第２の金属板２との間にキャパシタ１１が接続されている周波数選択板を説明する。
【００２５】
図４はこの発明の実施の形態２による周波数選択板を示す構成図である。
図４Ａはこの発明の実施の形態２による周波数選択板を示す平面図、図４Ｂは図４Ａの周波数選択板におけるＡ−Ａ’断面図、図４Ｃは図４Ａの周波数選択板におけるＢ−Ｂ’断面図である。図４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
キャパシタ１１は一端が第１の金属板１と接続され、他端が第２の金属板２と接続されている。
図４では、２つのキャパシタ１１が接続されている例を示しているが、１つ以上のキャパシタ１１が接続されていればよい。
【００２６】
キャパシタ１１の値は、入射される電波によって、例えば第１の金属板１に励起された高周波電流については、第２の金属板２に流れるが、プラズマ励起電源１０から供給された電流については、遮断される値に設定される。キャパシタ１１の値は、例えば、２０ｐＦに設定される。
第１の金属板１と第２の金属板２との間にキャパシタ１１を接続する方法として、集中定数のチップ部品を接続する方法のほか、第１の金属板１と第２の金属板２の一部を重ね合わせることで、平行平板型のキャパシタを構成する方法などが挙げられる。
【００２７】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１のように、第１の金属板１と第２の金属板２との間にスリット３が設けられている場合、スリット３において、不要な共振が発生することがある。
この実施の形態２では、スリット３による不要な共振を抑圧するために、第１の金属板１と第２の金属板２との間にキャパシタ１１を接続している。
【００２８】
キャパシタ１１を接続することで、スリット３で隔てられている第１の金属板１と第２の金属板２とが高周波的に導通される。
これにより、スリット３による不要な共振が抑圧される。また、周波数選択板の動作周波数ｆ０がスリット３のｘ軸方向の長さに依存しなくなる。
【００２９】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図１又は図４の周波数選択板を１つのセルとして、複数のセルが一次元に配置されている例を説明する。
【００３０】
図５はこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す構成図である。
図５では、図４の周波数選択板が１つのセルとして、４個のセルがｘ軸方向に配置されている例を示している。ｘ軸方向に配置されている４個のセルは、隣りのセルと密着している。
図５では、４個のセルが配置されている例を示しているが、配置されるセルの個数は２個以上であればよく、４個に限るものではない。
また、図５では、図４の周波数選択板を１つのセルとしているが、図１の周波数選択板を１つのセルとして、複数のセルがｘ軸方向に配置されているものであってもよい。
この実施の形態３では、４個のセルの各々が、２個のセル毎に通過電波の位相を切り替えることができる。
このため、この実施の形態３の周波数選択板は、例えば、リフレクトアレーアンテナ及びトランスミットアレーアンテナにおいて、電波の伝搬方向を切り替える切替器として用いることができる。
【００３１】
実施の形態４．
この実施の形態４では、図１又は図４の周波数選択板を１つのセルとして、複数のセルが二次元に配置されている例を説明する。
【００３２】
図６はこの発明の実施の形態４による周波数選択板を示す構成図である。
図６では、図４の周波数選択板が１つのセルとして、ｘ軸方向に４個、ｙ軸方向に３個のセルが配置されている例を示している。
ｘ軸方向及びｙ軸方向に配置されている１２個（＝４×３個）のセルは、隣りのセルと密着している。
ここでは、説明の便宜上、ｘ軸方向が同一の３個のセルは、１つのセルグループを構成しており、４つのセルグループが存在しているものとする。
以下、ｘ軸方向で１番左側のセルグループをＳＧ１、ｘ軸方向で左側から２番目のセルグループをＳＧ２、ｘ軸方向で左側から３番目のセルグループをＳＧ３、ｘ軸方向で左側から４番目のセルグループをＳＧ４と称する。
位相切替部８については、全てのセルに設けられておらず、セルグループ単位に設けられている。このため、１つの位相切替部８は、同じセルグループに属している３個のセルに共通の位相切替部であり、３個のセルの動作周波数を同じ動作周波数に設定する。
図６の例では、４つのセルグループＳＧ１〜ＳＧ４が存在しているため、４個の位相切替部８が設けられている。
【００３３】
図６では、ｘ軸方向に４個、ｙ軸方向に３個のセルが配置されている例を示しているが、配置されるセルの個数は、これに限るものではなく、例えば、ｘ軸方向に３個、ｙ軸方向に４個のセルが配置されているものであってもよいし、ｘ軸方向に６個、ｙ軸方向に５個のセルが配置されているものであってもよい。
また、図６では、図４の周波数選択板を１つのセルとしているが、図１の周波数選択板を１つのセルとして、複数のセルがｘ軸方向とｙ軸方向に配置されているものであってもよい。
【００３４】
この実施の形態４では、セルグループ毎に、位相切替部８が設けられているので、２列のセルグループ単位に、通過電波の位相を切り替えることができる。
このため、この実施の形態４の周波数選択板は、例えば、リフレクトアレーアンテナ及びトランスミットアレーアンテナにおいて、電波の伝搬方向を切り替える切替器として用いることができる。
【００３５】
図７はこの発明の実施の形態４による他の周波数選択板を示す構成図である。
図７の周波数選択板では、セルグループＳＧ１と、セルグループＳＧ２との接続箇所をグランドに接続するグランド線１２が設けられている。
また、セルグループＳＧ３と、セルグループＳＧ４との接続箇所をグランドに接続するグランド線１２が設けられている。
図７の周波数選択板では、プラズマ励起電源１０の個数が３個になっており、セルグループＳＧ２とセルグループＳＧ３は、同じプラズマ励起電源１０を共通に使用している。
【００３６】
図７の例では、ｘ軸方向で１番左側のプラズマ励起電源１０が、セルグループＳＧ１に供給する電流がＩ１になるように、セルグループＳＧ１に属する３個のセルにおける第１の金属板１に印加する電圧を設定することで、セルグループＳＧ１に属する３個のセルの動作周波数がｆ１になっている。
また、ｘ軸方向で左側から２番目のプラズマ励起電源１０が、セルグループＳＧ２に供給する電流がＩ２になるように、セルグループＳＧ２に属する３個のセルにおける第２の金属板２に印加する電圧と、セルグループＳＧ３に属する３個のセルにおける第１の金属板１に印加する電圧とを設定する。これにより、セルグループＳＧ２に属する３個のセル及びセルグループＳＧ３に属する３個のセルの動作周波数がｆ２になっている。
また、ｘ軸方向で１番右側のプラズマ励起電源１０が、セルグループＳＧ４に供給する電流がＩ３になるように、セルグループＳＧ４に属する３個のセルにおける第２の金属板２に印加する電圧を設定することで、セルグループＳＧ４に属する３個のセルの動作周波数がｆ３になっている。
図７のようにグランド線１２を設けて、２つのセルグループが同じプラズマ励起電源１０を共通に使用する構成では、ｘ軸方向に配置されるセルグループの数を更に増やせば、２列のセルグループ単位に、動作周波数を設定することが可能になる。
【００３７】
以下、プラズマ励起電源１０が電圧を可変することで、通過電波の位相が切り替わることを電磁界シミュレーションで例示する。
図８は電磁界シミュレーションの解析結果を示す説明図である。
図９は電磁界シミュレーションの解析モデルを示す説明図である。図９Ａは電磁界シミュレーションの解析モデルを示し、図９Ｂは図９ＡのＡ−Ａ’断面を示している。
スリット３は、キャパシタ１１によって、高周波的に導通となるため、図９の解析モデルでは、スリット３を省略している。
また、図９の解析モデルでは、第１の電極６、第２の電極７及び配線９についても省略しており、１つのセルの周囲には、無限周期境界を適用して、無限周期状態で解析を行っている。
図９の解析モデルでは、第１の金属板１と第２の金属板２を合わせた外形の寸法（ｘ−ｙ軸方向の寸法）は、０．７λ０×０．７λ０である。
誘電体ケース４のｘ−ｙ軸方向の寸法は、０．４１λ０×０．１λ０であり、誘電体ケース４のｚ軸方向の寸法は、０．１λ０であり、誘電体ケース４の外枠の厚みは、１ｍｍである。
また、誘電体ケース４の比誘電率は、３．７８である。
【００３８】
この電磁界シミュレーションでは、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に電波を通過させ、１つのセルの反射波と透過波の特性を解析している。
また、＋ｚ軸方向をＰｏｒｔ１、−ｚ軸方向をＰｏｒｔ２と定義しているため、反射特性はＳ１１、透過特性はＳ２１となる。
誘電体ケース４の材料として、プラズマ放電でよく使用される石英を用いている。入射される電波の偏波方向はｘ軸方向である。プラズマが誘電体として振る舞う領域で使用するため、動作周波数ｆ０を含む帯域においてプラズマの比誘電率εｒを０．１〜１の範囲で変化させている。
図８Ａは動作周波数ｆ０とＳ２１の振幅との関係を示し、図８Ｂは動作周波数ｆ０とＳ２１の位相との関係を示し、図８Ｃは比誘電率εｒとＳ２１の位相との関係を示している。
【００３９】
プラズマの比誘電率εｒを０．１〜１の範囲で変化させることで、図８Ｃに示すように、通過位相であるＳ２１の位相［ｄｅｇ］が約５７度変化することが分かる。
プラズマの比誘電率εｒが０．１であるときのＳ２１の位相は約＋３２度であり、プラズマの比誘電率εｒが１であるときのＳ２１の位相は約−２５度である。
また、通過位相であるＳ２１の位相［ｄｅｇ］が変化することで、図８Ａに示すように、動作周波数ｆ０が変化することが分かる。
なお、動作周波数ｆ０が変化することで、図８Ｂに示すように、Ｓ２１の位相［ｄｅｇ］が変化する。
【００４０】
この実施の形態４の周波数選択板の応用例として、全てのプラズマ励起電源１０による放電電流を同一にすれば、動作周波数で入射された電波を透過させるバンドパスフィルタとして動作させることができる。
また、図６の周波数選択板において、各々のプラズマ励起電源１０による放電電流が異なるようにすれば、２列のセルグループ単位に通過位相が変わる。また、図７の周波数選択板において、各々のプラズマ励起電源１０による放電電流が異なるようにすれば、２列のセルグループ単位に通過位相が変わる。このため、この実施の形態４の周波数選択板は、トランスミットアレーアンテナに用いれば、電波を屈折させることが可能である。
【００４１】
ここで、図１０はトランスミットアレーアンテナを示す概念図である。
図１０の例では、各々の放電管における電波の通過位相を調整することで、任意の方向に電波を屈折させることができている。
電波を屈折させるために、例えば、図６の周波数選択板を使用する際には、グレーティングローブが生じないように、放電管の配置間隔を設定する必要がある。
【００４２】
以上で明らかなように、この実施の形態４の周波数選択板によれば、例えば、リフレクトアレーアンテナ及びトランスミットアレーアンテナにおいて、電波の伝搬方向を切り替える切替器として用いることができる。
【００４３】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、ｘ軸方向で隣りのセルが密着している例を示しているが、この実施の形態５では、ｘ軸方向で隣りのセル同士がキャパシタを介して接続されている例を説明する。
【００４４】
図１１はこの発明の実施の形態５による周波数選択板を示す構成図である。図１１において、図１及び図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
キャパシタ１３は一端がセルグループＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３（一方のセルグループ）に属しているセルの第２の金属板２と接続され、他端がセルグループＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４（他方のセルグループ）に属しているセルの第１の金属板１と接続されている。
【００４５】
キャパシタ１３の値は、入射される電波によって、例えば、セルグループＳＧ１に属しているセルの第２の金属板２に励起された高周波電流については、セルグループＳＧ２に属しているセルの第１の金属板１に流れるが、セルグループＳＧ１に接続されているプラズマ励起電源１０から供給された電流については、セルグループＳＧ２に流れない値に設定される。キャパシタ１１の値は、例えば、２０ｐＦに設定される。
キャパシタ１３を接続する方法として、集中定数のチップ部品を接続する方法のほか、隣り合っているセルの金属板同士を一部重ね合わせることで、平行平板型のキャパシタを構成する方法などが挙げられる。
【００４６】
図６の周波数選択板では、隣り合っているセルグループが密着しているため、例えば、セルグループＳＧ１に接続されているプラズマ励起電源１０から供給された電流が、セルグループＳＧ２に流れる。
このため、図６の周波数選択板では、セルグループ単位に、通過電波の位相を切り替えることができるが、各々のセルグループにおける通過電波の位相を所望の位相に精度よく設定することが困難である。
【００４７】
この実施の形態５では、プラズマ励起電源１０から供給された電流を遮断するキャパシタ１３を接続しているので、隣りのセルグループに接続されているプラズマ励起電源１０から供給された電流の影響を受けずに、セルグループ単位に、放電電流を容易に所望の放電電流に調整することができる。このため、各々のセルグループにおける通過電波の位相を所望の位相に設定することができる。
これにより、細かい間隔で通過電波の位相を切り替えることが可能になる。つまり、細かい間隔で入射される電波の通過位相を切り替えることが可能になる。このため、この実施の形態５の周波数選択板を例えばトランスミットアレーアンテナに用いれば、電波を屈折させる際に鋭い指向性を得ることができる。
【００４８】
実施の形態６．
上記実施の形態１では、位相切替部８の配線９の一端が第１の金属板１と接続され、配線９の他端が第２の金属板２と接続されている例を示している。この実施の形態６では、第１の金属板１と配線９の一端との間にインダクタ１４ａが設けられ、第２の金属板２と配線９の他端との間にインダクタ１４ｂが設けられている例を説明する。
【００４９】
図１２はこの発明の実施の形態６による周波数選択板を示す構成図である。図１２において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
インダクタ１４ａは一端が第１の金属板１と接続され、他端が配線９の一端と接続されている。
インダクタ１４ｂは一端が第２の金属板２と接続され、他端が配線９の他端と接続されている。
図１３は図１２の周波数選択板を１つのセルとして、複数のセルが二次元に配置される例を示している。
【００５０】
インダクタ１４ａの値は、入射される電波によって、第１の金属板１に励起された高周波電流については遮断されるが、プラズマ励起電源１０から供給された電流については流れる値に設定される。
また、インダクタ１４ｂの値は、入射される電波によって、第２の金属板２に励起された高周波電流については遮断され、プラズマ励起電源１０から供給された電流については流れる値に設定される。
この実施の形態６では、インダクタ１４ａ，１４ｂを接続している例を示しているが、高周波電流が遮断されて、プラズマ励起電源１０から供給された電流が流れるようにすることができればよく、例えば、インダクタ１４ａ，１４ｂの代わりに、抵抗を接続するようにしてもよい。
【００５１】
図１の周波数選択板では、第１の金属板１及び第２の金属板２に励起された高周波電流が配線９に流れるため、配線９において、不要な共振が発生することがある。
この実施の形態６では、第１の金属板１及び第２の金属板２に励起された高周波電流を遮断するインダクタ１４ａ，１４ｂが接続されているため、第１の金属板１及び第２の金属板２に励起された高周波電流が配線９に流れない。このため、配線９で発生する不要な共振を抑圧することができる。
また、周波数選択板の動作周波数ｆ０が配線９の長さ及び這い回し方に依存しなくなる。
【００５２】
以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、第１の金属板１と配線９の一端との間にインダクタ１４ａが設けられ、第２の金属板２と配線９の他端との間にインダクタ１４ｂが設けられているように構成したので、配線９で発生する不要な共振を抑圧することができるとともに、配線９の這い回し方の自由度を高めることができる効果を奏する。
【００５３】
実施の形態７．
この実施の形態７では、誘電体ケース４内を通過する電波の入射方向であるｚ軸方向に、二次元に配置されている複数のセルが多層化されている例を説明する。
【００５４】
図１４はこの発明の実施の形態７による周波数選択板を示す構成図である。図１４において、図１及び図１３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図１４は、図１３のＡ−Ａ’において、複数のセルが多層化されている場合の断面を表している。
図１４では、層数が３層である例を示しているが、層数は３層に限るものではない。
【００５５】
図１４の周波数選択板では、複数のセルが多層化されているため、＋ｚ軸方向から入射された電波が、各層のセルを通過する度に、設定されている位相量だけ、通過位相が変化する。
このため、図１４の周波数選択板では、層数が１つの周波数選択板と比べて、設定可能な通過位相の範囲を広げることができる。
【００５６】
実施の形態８．
この実施の形態８では、二次元に配置されている複数のセルを通過した電波を反射する反射板１５を備えている例を説明する。
【００５７】
図１５はこの発明の実施の形態８による周波数選択板を示す構成図であり、図１６は図１５の周波数選択板におけるＡ−Ａ’断面図である。
図１５及び図１６において、図１，６，７，１１，１３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
反射板１５は二次元に配置されている複数のセルの−ｚ軸方向に配置されており、複数のセルを通過した電波を反射する。
【００５８】
＋ｚ軸方向から入射された電波は、二次元に配置されている複数のセルを通過する際、通過位相が変化する。
複数のセルを通過した電波は、反射板１５によって反射される。
反射板１５によって反射された電波は、再度、二次元に配置されている複数のセルに入射され、二次元に配置されている複数のセルを通過する際、通過位相が変化する。この通過位相を調整することで、反射される電波の伝搬方向を屈折させることができるため、例えば、リフレクトアレーアンテナとして使用することができる。
【００５９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明は、通過する電波の位相を切り替える周波数選択板に適している。
【符号の説明】
【００６１】
１  第１の金属板、１ａ  第１の切欠き、２  第２の金属板、２ａ  第２の切欠き、３  スリット、４  誘電体ケース、５  電離性ガス、６  第１の電極、７  第２の電極、８  位相切替部、９  配線、１０  プラズマ励起電源（電源）、１１  キャパシタ、１２  グランド線、１３  キャパシタ、１４ａ，１４ｂ  インダクタ、１５  反射板、２０  スロット。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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