(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の伝送経路を構成し、伝送経路を伝搬する電磁波の伝搬状態を変化させる装置であり、
前記伝送経路は、少なくとも1つの導体と、電界に応じて移動する複数の帯電体と、帯電体を泳動できるように含み構成される絶縁性液体とから成り、
複数の導体間に印加される電界を制御して前記絶縁性液体中の帯電体の分散状態を変化させる電界印加手段を備え、
前記帯電体は、前記絶縁性液体と屈折率が異なり且つ帯電できる表面を有し、
前記電界印加手段によって前記電界が印加されるとき、前記電界による前記絶縁性液体中の第1の内部電界と、前記複数の導体と前記絶縁性液体の界面に発生した電荷と前記帯電体の電荷によって発生した前記絶縁性液体中の第2の内部電界と、の差による電界で、該差による電界がなくなるまで、前記帯電体が動かされて分散状態が変化し、
前記印加された前記電界が切断されるとき、前記複数の導体間に発生した静電容量による前記絶縁性液体中の第1の内部電界が、前記第2の内部電界と共に作用して、前記帯電体の分散状態が保持されることを特徴とする電磁波伝搬状態変化装置。
【請求項２】
前記電界印加手段は、前記伝送経路を構成する導体と、前記伝送経路を構成する前記導体とは異なる他の導体または前記伝送経路の外部にある前記導体とは異なる導体との間に電界を印加する請求項1に記載の電磁波伝搬状態変化装置。
【請求項３】
前記絶縁性液体中の帯電体の分散状態の変化により、前記伝送経路を伝搬する電磁波の遅延量を変化させる移相器として構成されている請求項1または2に記載の電磁波伝搬状態変化装置。
【請求項４】
前記電界印加手段を構成する導体は、不連続部分を有しており、前記帯電体の分散状態の変化により、前記電磁波の伝搬状態を変化させて周波数特性を制御する電磁波素子として構成されている請求項1または2に記載の電磁波伝搬状態変化装置。
【請求項５】
請求項1または2に記載の電磁波伝搬状態変化装置が、利得物質に対して、帰還回路を形成し、
前記帯電体の分散状態の変化により、前記電磁波の伝搬状態を変化させて周波数特性を制御する発振素子、増幅素子、またはアクティブフィルタとして構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項1または2に記載の電磁波伝搬状態変化装置を含み構成されるアンテナ装置であって、
複数の前記電磁波伝搬状態変化装置が設けられ、アレイアンテナを構成する各アンテナにそれぞれ接続されており、
各電磁波伝搬状態変化装置の帯電体の分散状態の変化により、前記各アンテナからの電磁波の遅延量を変化させて前記アレイアンテナからの電磁波の指向性ないし形状を制御する、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
誘電体部と、
前記誘電体部に接触する第1導体と、
前記第1導体と電気的に絶縁し、且つ前記誘電体部に接触する第2導体と、
を備え、
前記誘電体部は、複数の帯電粒子を含み構成される絶縁性液体により形成され、
前記帯電粒子は、前記絶縁性液体と屈折率が異なり且つ帯電できる表面を有し、
前記第1導体と前記第2導体とに電界が印加されたとき、
前記電界によって発生した前記絶縁性液体中の第1の内部電界と、前記第1と第2の導体と前記絶縁性液体の界面に発生した電荷及び前記帯電粒子の電荷によって発生した前記絶縁性液体中の第2の内部電界と、の差がなくなるまで、前記帯電粒子が泳動し、
前記印加された前記電界が切断されたとき、
前記第1と第2の導体間に発生した静電容量により保持された前記絶縁性液体中の前記第1の内部電界と、前記第2の内部電界と、により、前記帯電粒子の分散状態が保持されることを特徴とする電磁波素子。
【請求項８】
前記帯電粒子を泳動させることにより、前記絶縁性液体での前記帯電粒子の分散状態が変化し、前記第1導体と前記第2導体の間に分布している電磁界の分布状態を変化させることを特徴とする請求項7に記載の電磁波素子。
【請求項９】
前記第1導体は、電磁波の伝送経路であり、
前記電磁界の分布状態を変化させることにより、前記電磁波の伝搬状態を変化させることを特徴とする請求項8に記載の電磁波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波の伝搬状態を制御することにより高周波回路の回路特性を制御する技術などに係る電磁波伝搬状態変化装置、及び電磁波伝搬状態変化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる高周波の電磁波信号を扱う分野において、高周波電磁波の伝搬状態を制御し、高周波回路の諸特性、例えば、移相器（phase shifter）の遅延量、フィルタの遮断周波数、共振器の共振周波数、アレイアンテナの指向性などを制御する技術がある。
【０００３】
例えば、高周波電磁波の伝搬状態を制御する技術として、図15に示す様な移相器への適応例が開示されている（特許文献1）。図15に示す様に、この技術は、絶縁性物質を二つの導体で挟むマイクロストリップ型の伝送線路に関する。絶縁性物質としては、外部電界に応じて誘電率が変化する物質、例えば、強誘電性物質、反強誘電性物質、液晶などを用いて構成している。そして、外部電界により、絶縁性物質の誘電率をバルクに制御することにより、所望の高周波電磁波の遅延量を得るものである。
【特許文献１】特開平11−239002号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、外部電界に応じて誘電率が変化する物質を用いて、高周波電磁波の伝搬状態を制御する特許文献1で示す方法では、変化した物質の誘電率を保持するために、継続的に電界を印加する必要がある。そのため、この様な素子を用いた集積デバイスや装置においては、消費電力が大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明の電磁波伝搬状態変化装置は、電磁波の伝送経路を構成し、伝送経路を伝搬する電磁波の伝搬状態を変化させる装置である。この装置において、前記伝送経路は、少なくとも1つの導体と、電界に応じて移動する複数の帯電体と、帯電体を泳動できるように含み構成される絶縁性液体とから成る。そして、複数の導体間に印加される電界を制御して前記絶縁性液体中の帯電体の分散状態を変化させる電界印加手段を備えることを特徴とする。本発明において、対象とする電磁波の周波数領域は、導体と誘電体（絶縁性液体）を含む伝送経路の構成に鑑みて、典型的には数THz程度以下のものであるが、誘電体の周波数特性などによっては、それ以外の領域の周波数の電磁波を対象とすることもできる。
【０００６】
また、上記課題に鑑み、本発明の電磁波伝搬状態変化方法は、伝送経路を伝搬する電磁波の伝搬状態を変化させる方法である。この方法において、電磁波が、少なくとも1つの導体と、電界に応じて移動する複数の帯電体と、帯電体を泳動できるように含み構成される絶縁性液体で構成される伝送経路に伝搬させられる。そして、複数の導体間に印加される電界を制御して絶縁性液体中の帯電体の分散状態を変化させて前記伝送経路を伝搬する電磁波の伝搬状態を変化させることを特徴とする。
【０００７】
前記電磁波伝搬状態変化装置及び方法においては、印加した電界を切断しても、複数の導体間に発生した静電容量による絶縁性液体中の内部電界（第1の内部電界）が、導体と絶縁性液体との界面の電荷及び移動した帯電体の電荷による絶縁性液体中の内部電界（第2の内部電界）と共に作用して、帯電体の分散状態を保持することができる。また、印加された電界（外部電界に由来する第1の内部電界）と、帯電体の移動に伴って発生した第2の内部電界が平衡状態になる様に、印加電界を制御することにより、帯電体を任意の位置に保持することができる。
【発明の効果】
【０００８】
上記した本発明の電磁波伝搬状態変化装置及び方法では、従来の様に、誘電体の特性をバルクに変化させるのではなく、絶縁性液体中の帯電体の分散状態を制御することによって、電磁波の伝搬状態を変化させる。そして、帯電体の分散状態を制御するために用いた電界印加手段の電界を切断した場合でも、帯電体の分散状態は、導体間に発生した静電容量による第1の内部電界及び第2の内部電界によって、保持される。そのため、帯電体の分散状態を維持するために、電界を継続的に印加する必要がなく、比較的省電力な電磁波伝搬状態変化装置及び方法とできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。尚、図中の同一要素に関しては、同符号を用いる。
【００１０】
図1に、本発明における電磁波伝搬状態変化装置の一実施形態の概略構成図を示す。図1に示す様に、本実施形態の電磁波伝搬状態変化装置100は、電磁波が伝搬する伝送経路と、電磁波の伝搬状態を外部より制御する制御電源106を有する。電磁波が伝搬する伝送経路は、図1の様に、少なくとも1つの導体と、絶縁性物質（液体）103を含む誘電体部分101で構成される。本実施形態に用いる伝送経路は、少なくとも1つの導体として、図1の様に、第1導体104と2つの第2導体105を用いたコプレーナウェーブガイド構造を有する。勿論、電磁波が伝搬する伝送経路の形状として、この構造に限るものではない。マイクロストリップ線路構造、ストリップ線路構造、コプレーナストリップ線路構造、平行平板導波路構造、同軸線路構造など、少なくとも一つの導体と絶縁性部分で構成され、電磁波を伝搬させることができるものであればよい。
【００１１】
誘電体部分101は、図1の様に、複数の帯電粒子102と絶縁性液体103で構成される。帯電粒子102は、絶縁性液体103の中に分散しており、絶縁性液体103は、帯電粒子102が十分泳動できる粘性のものが望ましい。制御電源106の端子は、第1導体104と第2導体105にそれぞれ接続されている。そして、制御電源106から、各導体に電圧を印加することにより、第1導体104と第2導体105の間に電界を生じさせ、各導体間に発生した電界（第1の内部電界）の作用が、第2の内部電界の作用と共に、絶縁性液体103中の帯電粒子102を泳動させるものである。
【００１２】
次に、本実施形態における電磁波伝搬状態変化方法について、図を用いて説明する。図2は、図1で示した電磁波伝搬状態変化装置の伝送経路の断面図である。上述した様に、本実施形態の伝送経路は、コプレーナウェーブガイド構造である。図2の様なコプレーナウェーブガイド構造を伝搬する電磁波は、一般に準ＴＥＭ(Transverse
Electromagnetic)モードで伝搬する。この時の電磁界分布を、図2に模式的に示した。図2の様に、コプレーナウェーブガイド構造の電磁界分布は、第1導体104を取り巻く様に磁力線が分布し、第1導体104と第2導体105の間に電気力線が強く分布している。これらの電磁界分布は、主に、誘電体部分101の高さh、第1導体104の線幅W、第1導体104と第2導体105間の距離G、そして第1導体104と第2導体105の厚みtによって定義される。電磁波の伝搬状態は、この電磁界分布によって定義される。そのため、この電磁界分布を何らかの方法で変化させることによって、電磁波の伝搬状態を変化させられる。
【００１３】
本発明では、この電磁界分布を変化させる方法として、誘電体部分101を構成する帯電粒子102の分散状態を用いる。例えば、帯電粒子102を、コプレーナウェーブガイド構造の電磁界が強く分布している箇所に集めた場合と、電磁界が弱く分布している箇所に集めた場合では、帯電粒子102の物理特性の影響により、電磁界の分布状態が変化する。したがって、結果として、電磁波の伝搬状態を変化させることが可能になる。予め帯電粒子102を正・負いずれかに帯電させることで、外部電界に由来する第1の内部電界が、第2の内部電界と共に作用して、容易に帯電粒子102を泳動させることができる。以上の様な方法を用いて、本実施形態では、電磁波の伝搬状態を変化させる。
【００１４】
次に、本実施形態の電磁波伝搬状態変化装置の動作について、図を用いて説明する。図3は、制御電源106から印加される外部電界に由来する第1の内部電界及び第2の内部電界による帯電粒子102の分散状態の変化を説明する図である。絶縁性液体103中に存在する帯電粒子102を、例えば、負に帯電させた場合を考える。この時、図3（a）の様に、制御電源106を用いて、第1導体104を正、第2導体105を負となる様に電圧を印加した場合、帯電粒子102は、負に帯電しているため、第1導体104近傍の絶縁性液体103中に分散する。また、逆に、制御電源106を用いて、図3（b）の様に、第1導体104を負、第2導体105を正となる様に電圧を印加した場合、帯電粒子102は、負に帯電しているため、第2導体105近傍の絶縁性液体103中に分散する。
【００１５】
上述した様に、帯電粒子102と絶縁性液体103の物理特性が異なる場合、帯電粒子102の分散状態によって、伝送経路の物理特性が変化し、伝送経路を伝搬する電磁波の電磁界分布も変化する。そのため、電磁波の伝搬状態を変化させることができる。本実施形態において、制御電源106から印加される信号の形態としては、伝送経路を伝搬する電磁波の周波数特性に対して、十分離れた周波数特性を有していれば、直流信号でも、デジタル信号でも、連続的に変化するアナログ信号であっても構わない。
【００１６】
また、図4は、第1導体104と第2導体105へのバイアス印加中に、制御電源106から各導体に印加する信号を切断した時の、電磁波伝搬状態変化装置の動作を示している。図4（a）の様に、伝送経路として、コプレーナウェーブガイド構造を用いた場合、絶縁性物質（絶縁性液体103）を介して、第1導体104と第2導体105が配置される構成となっている。この構成は、コンデンサの構成と等価であるため、各導体間には、静電容量401が生成していると考えられる。そのため、図4（b）の様に、制御電源106を用いて、第1導体104近傍に帯電粒子102（上述した様に負に帯電していると考える）を分散させた状態で、制御電源106の信号を切断しても、次の様になる。すなわち、静電容量401による第1の内部電界による静電引力が仮想的な制御電源106となって、第2の内部電界と共に作用して、帯電粒子102を、一定期間、保持し続けることができる。
【００１７】
こうした現象は、伝送経路としてコプレーナウェーブガイド構造を用いている場合に限るものではなく、絶縁性物質と少なくとも1つの導体で構成される上述した構造でも利用できる。また、単一線路構造でも利用可能である。さらには、伝送経路を構成しない導体を用いて電界を印加する場合でも、上記現象を利用できる。この際、帯電粒子102は、ある電荷を有しているため、各導体間に印加される電界による移動に伴って、各導体の電荷密度が変化する。
【００１８】
図5の様に、制御電源106（ここでは不図示）より各導体に電圧を印加すると、制御電源106側の各導体には、電荷が発生し、この電荷によって帯電粒子102の分散を制御するための外部電界501が発生すると考えられる。周知のことであるが、真空の場合には、各導体間に印加される電界は、外部電界501と等価になる。しかし、図5の様に、各導体間に絶縁性物質（液体）103が存在する場合、各導体と絶縁性物質103の界面にも、制御電源106より供給された電荷とは逆極性の電荷が発生する。これにより、図5の様に、ちょうど外部電界501（これに由来する第1の内部電界）と逆向きの電界（第2の内部電界502）が存在すると考えることができる。したがって、帯電粒子102に印加される電界は、外部電界501と第2の内部電界502の差分であると考えられる。帯電粒子102は、この様な電界によって、絶縁性液体103中を泳動するわけであるが、上述した様に、帯電粒子102もある電荷を有しているため、帯電粒子102の泳動に伴って、各導体と絶縁性物質103の界面の電荷分布が変化する。
【００１９】
具体的には、図5の場合、帯電粒子102は負に帯電しているので、帯電粒子102に印加された電界によって、帯電粒子102は第1導体104の方向へ泳動する。この時、帯電粒子102の電荷によって、第1導体104には負の電荷が増加し（一方、第2導体105には正の電荷が増加する）、絶縁性液体103内の内部電界502が大きくなる。上述した様に、帯電粒子102に印加される電界は、外部電界501と内部電界502の差分に等しいので、帯電粒子102の泳動に伴って、帯電粒子102に印加される電界は小さくなる。このことは、外部電界501を適切な値にすることで、絶縁性液体103の任意の位置で、帯電粒子102に印加される電界をなくせることを示唆しており、不図示の制御電源106によって、帯電粒子102を任意の位置に保持できることを意味している。
【００２０】
本実施形態では、帯電粒子102を制御するために、電磁波を伝搬させる伝送経路に用いた各導体を利用している。しかし、図6（a）、（b）に示す様に、電磁波の伝搬には直接寄与しないが、帯電粒子102を制御するための帯電粒子制御導体601を別途設ける構成としてもよい。上述した様に、本実施形態においては、制御電源106によって、帯電粒子102を任意の位置に保持することができる。したがって、伝送経路の各導体や、帯電粒子制御導体601を制御して、絶縁性液体103内に、任意の電磁界分布を発生させることにより、帯電粒子102を、任意のパターンで配置させることも可能である。そのために、例えば、バンドギャップを有する様なパターンで配置することにより（例えば、印加電界の干渉により周期的パターンで帯電粒子102を配置する）、伝送経路に新たな機能を付加させることもできる。
【００２１】
本実施形態では、帯電粒子102は負に帯電しているとして説明したが、当然のことながら正に帯電した場合も同様の動作を行うことができる。また、帯電体である帯電粒子も図示の様な球状のものに限らない。絶縁性液体中を印加電界により泳動させられ得る形態であればどの様なものでもよい。
【００２２】
上記実施形態によれば、誘電体の特性をバルクに変化させるのではないので、帯電粒子の分散状態を制御するために用いた電界印加手段の電界を切断した場合でも、帯電粒子の分散状態は、導体間に発生した静電容量による第1の内部電界が、第2の内部電界と共に作用して、保持される。そのため、帯電粒子の分散状態を維持するために、電界を継続的に印加する必要がなく、比較的省電力な電磁波伝搬状態変化装置及び方法とできる。また、省電力な電磁波素子を提供できるので、この電磁波素子を用いた携帯型の装置を構成した場合、省電力で長時間持ち運ぶことができるという効果がある。
【実施例】
【００２３】
以下に、より具体的な実施例について、図面を参照して説明する。
【００２４】
（実施例1）
実施例1は、本発明による電磁波伝搬状態変化装置の移相器への一適応例に関わる。尚、本実施例における移相器の動作確認は、電磁界シミュレータを用いて解析したものである。
【００２５】
図7は、本実施例における移相器の断面構成図を示したものである。図7に示す様に、本実施例の移相器は、第1基板701上に、隔壁703によって形成された絶縁性液体103を保持するための構成を有する。絶縁性液体103中には、帯電粒子102が分散しており、この絶縁性液体103は、接着層704を介して第2基板702が隔壁703に接着される構造により密封される。第2基板702には、導体パターンがパターニングされており、この導体パターン面（第1導体104と第2導体105）が絶縁性液体103と接触している。そのため、この導体パターンと絶縁性液体103によって、電磁波を伝搬する伝送経路を構成している。
【００２６】
図9は、上記した第2基板702上にパターニングされた導体パターンを示した図である。図9の様に、本実施例の移相器では、第2基板702上に第1導体104がパターニングされ、第1導体104を中心に、同一平面内で対向配置する様に2つの第2導体105がパターニングされている。本実施例の移相器では、この導体パターンを絶縁性液体103に接触する様に配置し、コプレーナウェーブガイド構造を得ている。そして、本実施例の移相器は、不図示の制御電源106によって、絶縁性液体103中に分散している帯電粒子102の分散具合を制御することにより、伝送経路を伝搬する電磁波の波長短縮効果を制御し、位相を変化するものである。
【００２７】
当然のことながら、本実施例における移相器の構成はこの形状に限るものではない。伝送経路を伝搬する電磁波の電磁界分布を制御するべく、絶縁性液体103中の帯電粒子102の分散を制御する様な構成であればよい。
【００２８】
図8は、本実施例の移相器の作製方法を示した断面図である。ただし、この作製方法に限定されるものではない。
【００２９】
ここでは、第1基板701としてガラス基板を用いる。第1基板701は、この様な無機材料に限られるものではない。シリコンなどの半導体材料や樹脂材料など、隔壁703を構成する材料との密着性や、絶縁性液体103との相性、作製プロセスの容易性などにより、決定される。第1基板上701に、隔壁703としてポリマー樹脂、例えば、感光性ポリイミドワニスを塗布し、既知のプリントプロセス技術を用いて、50μm（誘電体部分101の高さhに相当）の高さの隔壁703を得る。ただし、隔壁703の材料もポリマー樹脂に限定されるものではなく、第1基板701と同様に、無機材料や半導体材料なども用いることが可能である。隔壁703を形成後、隔壁703上に熱融着性の接着層704を形成する（図8（a））。
【００３０】
次に、作製した隔壁703内に、絶縁性液体103及び帯電粒子102を充填する（図8（b））。絶縁性液体103として、シリコーンオイルを用いる。ただし、これに限るものではなく、電気的に絶縁性を示し、かつ、帯電粒子102を適度に泳動させることが可能な液体であればよい。帯電粒子102としては、セラミック粒子（例えば、酸化チタン）を樹脂材料でコーティングしたものを用い、その粒径は3μm程度である。ただし、これに限るものではなく、絶縁性液体103と帯電粒子102の屈折率が異なり、かつ表面が帯電できる素材や粒子構成であればよい。また、粒径もこれに限定されるものではない。
【００３１】
次に、第1基板701と同様の基板材料である第2基板702上に、移相器に用いる図9の導体パターンをパターニングする（図8（c））。より詳しくは、第1導体104の線幅Wを20μm、第1導体104と第2導体105の距離Gを10μmとした。また、第1導体104と第2導体105の厚みtとして、Auを3μmパターニングする。尚、本実施例では、第1基板701と第2基板702は、同じ材料を使用しているが、異なる材料を使用することも可能である。
【００３２】
次に、第1基板701と第2基板702を位置合わせし、熱をかけて接着層704で貼り合わせる（図8（d））。この様にして、電磁波が伝搬する伝送経路を構成し、その後、制御電源106（不図示）を設置して電磁波伝搬状態変化装置とする。
【００３３】
図13は、本実施例における移相器の反射特性の解析例を示している。図13において、実線は、制御電源106によって、第1導体104が正、第2導体105が負にバイアスされている状態を示す。破線は、バイアスが移相器に印加されておらず、絶縁性液体103中に帯電粒子102がほぼ一様に分散している状態を示している。ここでは、上記した様に、帯電粒子102は負に帯電していると考える。そのため、バイアスを印加すると、第1導体104周辺に帯電粒子102が分散する。図13に示す様に、バイアスを印加した場合、第1導体104周辺に帯電粒子102が分散した結果、インピーダンスの整合がとれている点（実線の反射特性が谷になっている点）の間隔が狭まっていることが分かる。つまり、第1導体104周辺に帯電粒子102が分散することで、伝送経路を伝搬する電磁波の波長が、波長短縮効果を受けて短くなったことを示している。波長が短縮するということは、位相も変化することを示唆しており、本実施例の移相器の位相が、帯電粒子102の分散状態によって制御できることを示している。
【００３４】
（実施例2）
ここでは、本発明による電磁波伝搬状態変化装置の電磁波素子への一適応例について図面を参照して説明する。尚、本実施例における電磁波素子の動作確認は、電磁界シミュレータを用いて解析したものである。また、実施例1と同様な箇所については説明を省略する。
【００３５】
本実施例では、電磁波素子として、低周波数側の信号成分を除去するハイパスフィルタについて説明する。本実施例における電磁波素子の断面構成図や、電磁波素子の作製方法は、上記した実施例1と同様なので、記載を省略する。ただし、実施例2では、上記した第2基板702上の導体パターンに不連続部分があることが、構成上異なっている。
【００３６】
図10は、上記した第2基板702上にパターニングされた導体パターンを示した図である。図10に示す様に、本実施例における導体パターンは、実施例1で示した導体パターンの途中に、不連続部分として間隙1001を有している構成である。電磁波が伝搬する伝送経路中に、この様な不連続部分があると、その箇所において、電磁界分布が変化し、様々な機能を付加することができる。例えば、本実施例の場合の様に、伝送経路中に間隙1001が存在すると、等価回路的に、この間隙1001には容量成分が付加していると考えられる。そのため、この間隙1001はコンデンサとして機能し、図10において、第1導体104に対して直列にコンデンサを挿入した回路構成となる。
【００３７】
図14は、本実施例におけるアクティブフィルタの透過特性の解析例を示している。本実施例では、不連続部分として、間隙1001を用いており、その距離dは20μmに設計する。上記した様に、この場合、伝送経路を構成する第1導体104にコンデンサを直列に挿入した回路構成となるため、この伝送経路はハイパスフィルタとして機能する。図14において、実線は、制御電源106によって、第1導体104が正、第2導体105が負にバイアスされている状態を示す。破線は、バイアスがフィルタに印加されておらず、絶縁性液体103中に帯電粒子102が一様に分散している状態を示している。
【００３８】
ここでは、上記した様に、帯電粒子102は負に帯電していると考える。そのため、バイアスを印加すると、第1導体104周辺に帯電粒子102が分散する。図14の様に、バイアスを印加した場合、第1導体104周辺に帯電粒子102が分散した結果、周波数特性が低域側にシフトしている様子が分かる。これは、間隙1001部分において、伝送経路を伝搬する電磁波の伝搬状態が変化し、電磁波の波長が、波長短縮効果を受けて短くなったためである。この様に、本実施例のフィルタにおいては、フィルタの周波数特性が、帯電粒子102の分散状態によって制御できる。
【００３９】
また、本実施例では、伝送経路中の不連続部分として、間隙1001を用いているが、不連続部分の形状としてはこれに限るものではない。本実施例において、不連続部分とは、電磁波の電磁界分布が変化する部分のことを指しており、例えば、不連続部分として、間隙構造の他に、スタブ構造（図9で破線901で示すような突出部）や分岐構造（例えば、Y字型に分岐させる構造や、空孔部分（図9で破線902で示すような孔）を設ける構造を含む）を採用しても良い。また、導体幅や導体間の距離や基板の厚みが部分的に変化する構造や、これらの不連続部分を周期的に配置し、フォトニックバンドギャップなどの、特異な効果を発現させる様な構造であっても良い。
【００４０】
この様な不連続部分を設けることで、電磁波が伝搬する伝送経路中に、誘導成分や容量成分を付加することができ、インダクタやコンデンサの様な電磁波素子を得ることができる。また、これらの誘導成分や容量成分を組み合わせることによって、フィルタの他に、バランや結合器（カプラ）、分配器（デバイダ）などの電磁波素子を得ることができる。いずれの電磁波素子においても、本実施例によれば、絶縁性液体103中の帯電粒子102の分散状態によって、周波数特性を制御することが可能である。
【００４１】
（実施例3）
図11に、上記した電磁波伝搬状態変化装置を用いた回路構成への一適応例である実施例3を示す。図11の様に、本実施例の回路は、伝送経路を伝搬する電磁波に対して利得特性を有する利得物質1101（例えば、ダイオードやトランジスタなどの半導体素子）と、本発明の電磁波伝搬状態変化装置100で構成される。図11の様に、利得物質1101と、本発明の電磁波伝搬状態変化装置100は帰還回路を形成している。
【００４２】
この様な回路構成を有することによって、例えば、電磁波伝搬状態変化装置で、帰還回路を伝搬する電磁波の位相状態を変化させ、電磁波を正帰還させることにより、周波数特性が可変な発振素子を得られる。また、電磁波を負帰還させることにより、増幅度が可変な増幅素子を得ることができる。また、電磁波伝搬状態変化装置によって、帰還回路を伝搬する電磁波に対して選択的に周波数を制限することで、周波数特性が可変なフィルタ素子を得られる。尚、図11では、各構成要素が別々に描いてあるが、これは機能を説明するためである。電磁波伝搬状態変化装置100と利得物質1101が一体構成されていてもよい。
【００４３】
（実施例4）
図12に、上記した電磁波伝搬状態変化装置を用いたアレイアンテナへの一適応例である実施例4を示す。図12に示す様に、本実施例のアレイアンテナは、複数の電磁波伝搬状態変化装置100と、各電磁波伝搬状態変化装置100に接続されるアレイアンテナ1201で構成される。アレイアンテナ1201は、各アンテナから放射する電磁波の位相を調整することによって、各アンテナから放射する電磁波をそれぞれ干渉させる。そして、結果として電磁波ビーム1202を得たり、この電磁波ビーム1202の指向性を制御したりするものである。こうして、電磁波伝搬状態変化装置100に接続される電磁波発生源（不図示）からの電磁波信号の位相を、装置100によって制御して、任意に電磁波ビーム1202の形状や指向性を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による電磁波伝搬状態変化装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図1の電磁波伝搬状態変化装置に用いる伝送経路の断面図。
【図３】図1の電磁波伝搬状態変化装置の動作を説明する断面図。
【図４】本発明による電磁波伝搬状態変化装置における帯電粒子の分散状態保持特性を説明する断面図。
【図５】本発明による電磁波伝搬状態変化装置における帯電粒子の任意位置への保持方法を説明する断面図。
【図６】本発明による電磁波伝搬状態変化装置における電界印加手段の導体の他の配置例を説明する断面図。
【図７】本発明による電磁波伝搬状態変化装置の実施例1の断面図。
【図８】実施例1の電磁波伝搬状態変化装置の作製方法を説明する断面図。
【図９】実施例1で用いる第2基板上の導体パターンを示す平面図。
【図１０】実施例2で用いる第2基板上の導体パターンを示す平面図。
【図１１】実施例3における電磁波伝搬状態変化装置を用いた回路構成例を説明する図。
【図１２】実施例4における電磁波伝搬状態変化装置を用いたアレイアンテナの構成例を説明する図。
【図１３】実施例1における移相器の動作の解析例を説明するグラフ。
【図１４】実施例2におけるフィルタの動作の解析例を説明するグラフ。
【図１５】背景技術を説明する斜視図。
【符号の説明】
【００４５】
100  電磁波伝搬状態変化装置
101  誘電体部分
102  帯電体（帯電粒子）
103  絶縁性液体
104、105、601  導体（第1導体、第2導体、帯電粒子制御導体、電界印加手段）
106  電界印加手段（制御電源）
【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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