(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際に前記ストリップ導体から発生する電界の分布する空間に対してプラズマを生成するためのプラズマ生成電極とを備え、
前記プラズマ生成電極は、前記ストリップ導体との間で前記プラズマを生成するように配置されると共に、
前記プラズマ生成電極は、前記ストリップ導体との距離が前記マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の１／４波長以上となる位置に配置されていることを特徴とする電磁波伝送回路。
【請求項２】
ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際に前記ストリップ導体から発生する電界の分布する空間に対してプラズマを生成するためのプラズマ生成電極とを備え、
前記プラズマ生成電極は、前記ストリップ導体との間で前記プラズマを生成するように配置されると共に、
前記ストリップ導体は屈曲部を有しており、
前記ストリップ導体の上流側から前記屈曲部に向かう第１方向に対して、前記屈曲部から前記ストリップ導体の下流側に向かう第２方向のなす角度よりも、前記屈曲部から前記プラズマ生成電極へ向かう第３方向のなす角度の方が小さくなるように、前記プラズマ生成電極が配置されていることを特徴とする電磁波伝送回路。
【請求項３】
ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際に前記ストリップ導体から発生する電界の分布する空間に対してプラズマを生成するためのプラズマ生成電極とを備え、
前記プラズマ生成電極は、前記ストリップ導体との間で前記プラズマを生成するように配置されると共に、
前記プラズマ生成電極から前記ストリップ導体までの距離よりも、前記プラズマ生成電極からの距離が小さくなる位置に設けられた予備電極をさらに備えることを特徴とする電磁波伝送回路。
【請求項４】
前記ストリップ導体は屈曲部を有しており、
前記ストリップ導体の上流側から前記屈曲部に向かう第１方向に対して、前記屈曲部から前記ストリップ導体の下流側に向かう第２方向のなす角度よりも、前記屈曲部から前記プラズマ生成電極へ向かう第３方向のなす角度の方が小さくなるように、前記プラズマ生成電極が配置されていることを特徴とする請求項１又は３に記載の電磁波伝送回路。
【請求項５】
前記ストリップ導体に沿って前記プラズマ生成電極が周期的に複数設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電磁波伝送回路。
【請求項６】
前記プラズマ生成電極から前記ストリップ導体までの距離よりも、前記プラズマ生成電極からの距離が小さくなる位置に設けられた予備電極をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波伝送回路。
【請求項７】
前記プラズマを生成するための電離対象となるガスを、前記プラズマを生成する空間に保持するガス保持部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電磁波伝送回路。
【請求項８】
前記ストリップ導体及びプラズマ生成電極は、前記誘電体の表面に設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の電磁波伝送回路。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の電磁波伝送回路と、
前記プラズマを生成するために前記プラズマ生成電極に対して供給する電力を制御する電力制御手段とを備えることを特徴とする電磁波伝送制御装置。
【請求項１０】
ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際に前記ストリップ導体から発生する電界の分布する空間に生成されたプラズマとを備え、
前記ストリップ導体は屈曲部を有しており、
前記ストリップ導体の上流側から前記屈曲部に向かう第１方向に対して、前記屈曲部から前記ストリップ導体の下流側に向かう第２方向のなす角度よりも、前記プラズマの長手方向のなす角度の方が小さくなるように、前記プラズマが生成されることを特徴とする電磁波伝送回路。
【請求項１１】
前記ストリップ導体に沿って前記プラズマが周期的に複数生成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電磁波伝送回路。
【請求項１２】
前記プラズマを生成するための電離対象となるガスを、前記プラズマを生成する空間に保持するガス保持部材をさらに備えることを特徴とする請求項１０又は１１の何れか１項に記載の電磁波伝送回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路を用いた電磁波伝送回路、及びこの電磁波伝送回路を備えた電磁波伝送制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や無線ＬＡＮシステムなどの情報通信分野において、発振器や受信器などの様々な装置に高周波回路が搭載されている。このような高周波回路としては、その周波数帯域が１ＧＨｚから１０ＧＨｚのものが特によく利用されている。ここでいう高周波とは、広くは電磁波として総称できる。
【０００３】
高周波回路における高周波の伝送線路としては、これまで様々な提案や実用化がなされてきたが、その中でも、複数の平板導体と誘電体とを用いた伝送線路が広く利用されており、特にマイクロストリップ線路と呼ばれるものが一般的である。
【０００４】
マイクロストリップ線路は、図２０（ａ）に示すように、平板状の誘電体１０１の一方の平面全体に面状導体１０２が設けられ、他方の平面に線路状のストリップ導体１０３が設けられることにより構成される（非特許文献１参照）。
【０００５】
上記マイクロストリップ線路１０では、通常、上記ストリップ導体１０３は電磁波のガイドとして機能し、ストリップ導体１０３の一端は電磁波の入力部、他端は出力部として機能する。そして、上記入力部には電力給電部が接続され、上記出力部には電力取出部が接続される。
【０００６】
なお、マイクロストリップ線路には、図２０（ｂ）に示すように、ストリップ導体１０３が誘電体１０１の内部に埋設されたものや、図２０（ｃ）に示すように、誘電体１０１がストリップ導体１０３と面状導体１０２との間に部分的に介在するものもある（非特許文献１参照）
マイクロストリップ線路１０における伝送線路の途中に、フィルタ、分配（例えばＴ分岐）、結合などの機能をもつ素子を搭載するには、ストリップ導体１０３の周辺（マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際にストリップ導体から発生する電界の分布する空間）に、それぞれの機能に応じた形状や大きさを有する別の導体を設置すればよい（非特許文献２，３参照）。
【非特許文献１】中島将光著  「森北電気工学シリーズ３  マイクロ波工学−基礎と原理−」第１版  森北出版株式会社  １９７５年４月１５日発行  １７３〜１７６頁
【非特許文献２】David M. Pozar "Microwave Engineering Third Edition" Johon Wiley & Sons, Inc.
【非特許文献３】森栄二  著「マイクロウェーブ技術入門講座［基礎編］」ＣＱ出版株式会社  ２００３年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記別の導体は、ストリップ導体１０３と同一平面上、すなわち平板状の誘電体１０１上に設置してもよく、ストリップ導体１０３とは異なる平面上に立体的に設置してもよい。
【０００８】
上記別の導体は２次元的に形成することができ（立体的に配置する場合でも、形状自体は２次元的に形成することができる）、上記別の導体を備えたマイクロストリップ線路は、通常必要となる機能素子の大部分を２次元的な設計によって実現できるという利点を有する。
【０００９】
しかしながら、上記別の導体を備えたマイクロストリップ線路では、機能素子を構成することになる上記別の導体は金属などの固体材料によって形成されているため、いったん機能素子を形成するとその形状や大きさを動的に変化させることは不可能である。すなわち、上記別の導体を備えたマイクロストリップ線路では、いったん機能素子を形成すると、機能素子そのものを置き換えない限り、その機能を変化させることはできない。
【００１０】
つまり、上記別の導体を備えたマイクロストリップ線路では、伝送線路の途中に様々な機能素子を搭載可能であるものの、いったん形成された機能素子の機能は固定されてしまうという欠点がある。
【００１１】
なお、マイクロストリップ線路１０において、より高い機能を有する素子、例えば伝送すべき電磁波の変調を行う素子を搭載するためには、上記別の導体では実現することができず、半導体素子として別途パッケージングされた素子をストリップ導体１０３と接続するようにして搭載せざるを得ない。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝送すべき電磁波に対する制御機能を容易に変化させることのできる電磁波伝送回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る電磁波伝送回路は、上記課題を解決するために、ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路と、前記マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際に前記ストリップ導体から発生する電界の分布する空間に対してプラズマを生成するためのプラズマ生成電極とを備えることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成では、マイクロストリップ線路における伝送線路の途中において、プラズマ生成電極により、マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際にストリップ導体から発生する電界の分布する空間に対してプラズマを生成することができる。
【００１５】
このプラズマは、伝搬する電磁波に対して抵抗体又は完全導体として機能させることができるので、発明が解決しようとする課題欄において説明した「別の導体」と同等の機能を上記プラズマによって実現することができる。これにより、マイクロストリップ線路における伝送線路の途中において、伝送すべき電磁波に対する制御機能をプラズマによって実現することができる。
【００１６】
さらに上記の構成では、プラズマ生成電極に供給する電力を制御することによって、プラズマのオン／オフを制御することができる。したがって、上記の構成では、上記伝送すべき電磁波に対する制御機能を容易に変化させることができることになる。
【００１７】
例えば、伝送すべき電磁波に対してプラズマを減衰器として機能させることができ、このプラズマをオン／オフすることによって、伝送すべき電磁波の透過率を変化させる、すなわちスイッチングを行うことができる。また、上記プラズマのオン／オフを周期的に変化させることによって、伝送すべき電磁波のエネルギーを周期的に変化させる、すなわち変調を行うことができる。
【００１８】
以上のように、上記の構成では、伝送すべき電磁波に対する制御機能を容易に変化させることができる電磁波伝送回路を実現することができる。
【００１９】
なお、プラズマはプラズマ生成電極を設けなくとも生成させることができる。これは一般に無電極放電と呼ばれるプラズマ生成の形態であり、高周波によるプラズマ生成やレーザ集光によるプラズマ生成などが該当する。
【００２０】
したがって、本発明に係る電磁波伝送回路は、ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路と、前記マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際に前記ストリップ導体から発生する電界の分布する空間に生成されたプラズマとを備える構成であればよい。
【００２１】
本発明に係る電磁波伝送回路では、上記電磁波伝送回路において、前記プラズマ生成電極は、前記ストリップ導体との間で前記プラズマを生成するように配置することができる。そのためには、ストリップ導体との間でプラズマを生成できる程度の間隙を設けてプラズマ生成電極を配置すればよい。
【００２２】
本発明に係る電磁波伝送回路は、前記プラズマ生成電極において、前記ストリップ導体との距離が前記マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の１／４波長以上となる位置に配置されていることが望ましい。
【００２３】
上記の構成では、生成されるプラズマの長さが伝搬する電磁波の１／４波長以上となるので、伝送すべき電磁波に対する制御機能をより効果的に実現することができる。
【００２４】
本発明に係る電磁波伝送回路は、上記電磁波伝送回路において、前記ストリップ導体は屈曲部を有しており、前記ストリップ導体の上流側から前記屈曲部に向かう第１方向に対して、前記屈曲部から前記ストリップ導体の下流側に向かう第２方向のなす角度よりも、前記屈曲部から前記プラズマ生成電極へ向かう第３方向のなす角度の方が小さくなるように、前記プラズマ生成電極が配置されていてもよい。ここで、上流側及び下流側とは、電磁波の伝送される向きを基準とした上流側及び下流側を意味する。
【００２５】
電磁波はできるだけ直進しようとする特性がある。上記の構成のように、ストリップ導体の上流側から屈曲部に向かう第１方向に対して、屈曲部からストリップ導体の下流側に向かう第２方向のなす角度よりも、屈曲部から前記プラズマ生成電極へ向かう第３方向のなす角度の方が小さくなるようにプラズマ生成電極が配置しておくと、電磁波はプラズマ生成電極側へより流れやすくなる。
【００２６】
したがって、プラズマ生成電極側へ流れる電磁波の割合を増大させたい場合に上記構成は有効である。
【００２７】
なお、プラズマ生成電極を用いない構成については、前記ストリップ導体の上流側から前記屈曲部に向かう第１方向に対して、前記屈曲部から前記ストリップ導体の下流側に向かう第２方向のなす角度よりも、前記プラズマの長手方向のなす角度の方が小さくなるように、前記プラズマが生成されるようにすればよい。
【００２８】
本発明に係る電磁波伝送回路は、上記電磁波伝送回路において、前記ストリップ導体に沿って前記プラズマ生成電極が周期的に複数設けられていてもよい。
【００２９】
上記の構成では、ストリップ導体に沿って周期的にプラズマを生成することができる。このように周期的に配置されたプラズマにより、伝送すべき電磁波に対するフィルタ機能を実現することができる。
【００３０】
なお、プラズマ生成電極を用いない構成については、前記ストリップ導体に沿って前記プラズマが周期的に複数生成されるようにすればよい。
【００３１】
本発明に係る電磁波伝送回路は、上記電磁波伝送回路において、前記プラズマ生成電極から前記ストリップ導体までの距離よりも、前記プラズマ生成電極からの距離が小さくなる位置に設けられた予備電極をさらに備えることが望ましい。
【００３２】
上記の構成では、プラズマ生成電極と予備電極との間に電圧を印加することにより、相対的に距離の小さいプラズマ生成電極と予備電極との間でまずプラズマが生成され、ここで生成されたプラズマの影響によって、プラズマ生成電極とストリップ導体との間でもプラズマが生成されやすくなるとともに、生成されたプラズマが安定化する。
【００３３】
本発明に係る電磁波伝送回路は、上記電磁波伝送回路において、前記プラズマを生成するための電離対象となるガスを、前記プラズマを生成する空間に保持するガス保持部材をさらに備えていてもよい。
【００３４】
プラズマを生成するための電離対象となるガスを充填した容器中に上記電磁波伝送回路を設置すれば必ずしも上記ガス保持部材は必要ではないが、上記の構成のように電磁波伝送回路に上記ガス保持部材を備えておいてもよい。
【００３５】
本発明に係る電磁波伝送回路は、上記電磁波伝送回路において、前記ストリップ導体及びプラズマ生成電極は、前記誘電体の表面に設けられていてもよい。
【００３６】
上記の構成では、誘電体の表面に導体の層を形成しておき、これをパターニングすることによってストリップ導体及びプラズマ生成電極を一括して形成することができるので、製造が容易になる。
【００３７】
本発明に係る電磁波伝送制御装置は、上記何れかの電磁波伝送回路と、前記プラズマを生成するために前記プラズマ生成電極に対して供給する電力を制御する電力制御手段とを備えることを特徴としている。
【００３８】
上記の構成では、電力制御手段により上述したプラズマのオン／オフを制御することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る電磁波伝送回路は、以上のように、ストリップ導体と面状導体とが誘電体を介して対向するマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路を電磁波が伝搬する際にストリップ導体から発生する電界の分布する空間に対してプラズマを生成するためのプラズマ生成電極とを備える構成である。
【００４０】
上記の構成では、マイクロストリップ線路における伝送線路の途中において、プラズマ生成電極によりプラズマを生成することができ、このプラズマは、伝搬する電磁波に対して抵抗体又は完全導体として機能させることができるので、伝送すべき電磁波に対する制御機能をプラズマによって実現することができる。
【００４１】
さらに上記の構成では、プラズマのオン／オフを制御することができるので伝送すべき電磁波に対する制御機能を容易に変化させることができることになる。
【００４２】
以上のように、上記の構成では、伝送すべき電磁波に対する制御機能を容易に変化させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
〔プラズマの性質〕
本発明の実施の一形態について図１から図１９に基づいて説明すると以下の通りである。
【００４４】
本実施形態の電磁波伝送回路では、伝送すべき電磁波を制御するためにプラズマを用いる。そこで、まず、プラズマの性質について説明する。
【００４５】
一般に、プラズマが発生すると、その部分を通過する電磁波に対する比誘電率εｒは次の式（１）によって表されることが知られている。
【００４６】
【数１】
0004752057.tif 000002
【００４７】
ここで、ωｐｅは電子プラズマ周波数（「電子プラズマ振動数」ともいう）、ω／２πはプラズマを通過する電磁波の周波数であり、比誘電率εｒと屈折率ｎとの間の関係は、ｎ＝εｒ１／２である。
【００４８】
式（１）より、比誘電率εｒは、１よりも小さな値をもち、かつ、ωがωｐｅよりも大きい場合には正の値をとる。したがって、ωがωｐｅよりも大きい場合には、プラズマは誘電体と見なしうる。
【００４９】
また、式（１）より、ωがωｐｅよりも小さい場合には、比誘電率εｒは負の値となり、電磁波はプラズマ中には表皮厚さと呼ばれるごく薄い領域にしか侵入できなくなるため、電磁波はプラズマ中をほぼ伝播不可能とみなすことができる。したがって、ωがωｐｅよりも小さい場合には、プラズマは金属と同様に振舞う。
【００５０】
したがって、プラズマを発生させたり消滅させたりすると、その場所での比誘電率εｒは大きく変化する。また、プラズマが存在している状態でも、そのωｐｅを変化させることにより、電磁波がプラズマ中を伝播できる状態とほとんど伝播できない状態とを切り換えることができる。
【００５１】
なお、ωｐｅはプラズマ中の電子密度（プラズマ強度）の関数であり、電子密度の１／２乗に比例する。より具体的には、電子密度とプラズマ周波数との関係は次の式（２）によって表される。
【００５２】
【数２】
0004752057.tif 000003
【００５３】
ここで、ｎｅは電子密度、ｅは素電荷量、ｍｅは電子の質量、ε０は真空中の誘電率である。また、電子密度とプラズマ周波数との関係を具体的数値例によって示すと、次の表１のようになる。
【００５４】
【表１】
0004752057.tif 000004
【００５５】
したがって、プラズマの電子密度を変化させることにより、電磁波がプラズマ中を伝播できる状態とほとんど伝播できない状態とを切り換えることができる。
【００５６】
このことは、電子密度を変化させることにより、電磁波に対して誘電体相当のものから金属相当のものまで、様々な屈折率を設定可能であるといえる。
【００５７】
このようなプラズマの屈折率の制御は、次のようにして行うことができる。プラズマ中の電子密度は、プラズマの生成用電力を制御することによってその調整が可能である。したがって、プラズマの生成用電力を制御することによって、プラズマ中の電子密度を制御することができ、その結果としてプラズマの屈折率を制御することができる。
【００５８】
また、比誘電率εｒは、より正確には、プラズマ部に存在する中性粒子とプラズマ中の電子との間での衝突周波数（以下、単に「衝突周波数」という）νｍを考慮することにより、複素数として次の式（３）によって表現される。
【００５９】
【数３】
0004752057.tif 000005
【００６０】
中性粒子と電子との間での衝突がある程度頻繁になって衝突性プラズマという領域になると、ωがωｐｅよりも小さい場合であっても表皮厚さが厚くなり、電磁波はある程度プラズマ中に侵入するようになる。
【００６１】
このことから、プラズマ中の中性粒子密度を変化させて衝突周波数を変化させることによっても、プラズマの屈折率を制御することができることになる。プラズマ中の中性粒子密度は、プラズマを生成するために電離対象となるガスの圧力によって制御でき、このガス圧力は、ガスを閉空間に充填するときの量を調整することによって容易に制御可能である。
【００６２】
また、このような衝突性プラズマの領域を利用すると、プラズマを等価的に抵抗としてみなすことができる。つまり、上記式（３）において、衝突の効果を表すνｍはεｒに虚数成分を生じせしめるので、電磁波はνｍによりそのエネルギーを減ずることになるため、このようなプラズマは抵抗と等価とみなせるのである。なお、プラズマが抵抗と等価とみなせることについては、〔シミュレーション結果〕において詳述する。
【００６３】
ここで、発明が解決しようとする課題欄において説明したように、マイクロストリップ線路における伝送線路の途中に、フィルタ、分配（例えばＴ分岐）、結合などの機能をもつ素子を搭載するために、それぞれの機能に応じた形状や大きさを有する別の導体を設置すればよいが、上述のとおりプラズマは抵抗とみなすことができるので、上記別の導体の代わりにプラズマを用いることができる。この場合、プラズマは、プラズマ中の電子密度やガス圧力の調整によりプラズマの屈折率等の物性値を大きく変化させることができ、高周波回路素子としての機能を随時制御可能となる。
【００６４】
〔電磁波伝送回路の構成〕
図１（ａ）（ｂ）に基づいて、本実施形態の電磁波伝送回路１の構成について説明する。電磁波伝送回路１は、マイクロストリップ線路１０と、マイクロストリップ線路１０上に設けられたプラズマ生成電極１１とを備えている。
【００６５】
マイクロストリップ線路１０は、背景技術欄において説明したように、高周波回路における高周波の伝送線路として知られており、本実施形態の電磁波伝送回路１においても、従来のマイクロストリップ線路１０を用いることができる。
【００６６】
すなわち、マイクロストリップ線路１０は、平板状の誘電体１０１の一方の平面全体に面状導体１０２が設けられ、他方の平面に線路状のストリップ導体１０３が設けられることにより構成される。なお、マイクロストリップ線路１０として、ストリップ導体１０３が誘電体１０１の内部に埋設されたもの（図２０（ｂ）参照）や、誘電体１０１がストリップ導体１０３と面状導体１０２との間に部分的に介在するもの（図２０（ｃ）参照）を用いることもできる。
【００６７】
プラズマ生成電極１１は、上記マイクロストリップ線路１０を電磁波Ｗが伝搬する際にストリップ導体１０３から発生する電界の分布する空間（以下、「電界分布空間」という。）に対してプラズマＰを生成するための電極である。
【００６８】
なお、本実施形態のプラズマ生成電極１１は、ストリップ導体１０３との間でプラズマＰを生成するものである。この構成では、プラズマ生成電極１１として１つの電極を追加すればよいことになる。ただし、プラズマ生成電極は、上記電界分布空間に対してプラズマＰを生成できればよく、上記構成に限られるものではない。例えば、プラズマ生成電極として、ストリップ導体１０３に対し線対称に配置される１対の電極を設けてもよい。
【００６９】
この電磁波伝送回路１においてプラズマＰを生成するには、ストリップ導体１０３とプラズマ生成電極１１との間にプラズマ生成用電源５０を接続する。プラズマ生成用電源５０は、ストリップ導体１０３とプラズマ生成電極１１との間に所定の電圧を印加することによってプラズマＰを生成するとともに、プラズマＰを維持するための電力を供給する。プラズマ生成用電源５０によって印加する電圧の波形を制御することによって、プラズマＰのオン／オフや、プラズマＰにおける電子密度を制御することができる。
【００７０】
なお、ストリップ導体１０３には、電磁波伝送回路１によって伝送すべき電磁波が伝搬することになるので、この電磁波がプラズマ生成用電源５０側へ流れることを防ぐために、ストリップ導体１０３とプラズマ生成用電源５０との間に、上記電磁波を遮断するフィルタ５１を設けておく。
【００７１】
本実施形態では、電磁波伝送回路１によって伝送すべき電磁波として高周波を想定しているので、フィルタ５１としては低周波透過フィルタを用いる。このフィルタは、電源側への電磁波を遮断するとともに、電源出力電圧の基準電位をストリップ導体１０３とするためのものである。
【００７２】
プラズマＰを生成するためには、プラズマＰを生成すべき空間が電離対象となるガスで満たされている必要がある。そのためには、上記ガスを充填した密封容器の中に電磁波伝送回路１全体を配置すればよい。
【００７３】
あるいは、図２に示すように、マイクロストリップ線路１０上に、ガス保持部材５２を設けておき、マイクロストリップ線路１０の表面とガス保持部材５２とによって囲まれた閉空間に上記ガスを充填するようにしてもよい。
【００７４】
ガス保持部材５２は、例えば次のようにして構成することができる。
【００７５】
まず、上面板５２ａは、気体を封入可能な絶縁板（誘電体板）よりなる。この材質としては、真空容器や照明用ランプ、プラズマディスプレイパネル等で実績のある、各種ガラスや各種弗素樹脂が好適である。
【００７６】
次に、側面壁５２ｂの材質としては、上記各種の材質の上面板５２ａに対して、弗素ゴムや接着剤型真空シール材が有効である。また、誘電体１０１及び上面板５２ａの材質がガラスである場合には、側面壁５２ｂの材質として、ガラスフリット材が有効である。
【００７７】
側面壁５２ｂの高さとしては、プラズマＰの厚みが数百μｍであるため、１ｍｍあれば十分である。側面壁５２ｂによって囲まれる領域の面積は、プラズマＰを十分に内包できるものであればよい。
【００７８】
上面板５２ａの面積は、側面壁５２ｂとの密着性が保てるような大きさであればよい。上面板５２ａが、内外の気圧差によって湾曲する場合には、側面壁５２ｂと同じ高さの柱状又はビーズ状の支持物を閉空間内部に挿入すればよい。
【００７９】
なお、閉空間内部には内部構成部材から不純物ガスが徐々に放出されることもあるので、必要に応じてそれら不純物ガスを吸着除去するゲッター材を、閉空間内部のいずれかの場所、あるいは側面壁５２ｂ等に含有する形で挿入するとよい。
【００８０】
以上のような構成の電磁波伝送回路１では、上記電界分布空間にプラズマＰを生成することができる。プラズマは、上述のとおり、抵抗体（つまり導体）とみなすことができるため、プラズマＰが生成された状態では、そのプラズマＰは、発明が解決しようとする課題欄において説明した「別の導体」と同じ機能を果たすことになる。すなわち、マイクロストリップ線路１０における伝送線路の途中に、フィルタ、分配（例えばＴ分岐）、結合などの機能をプラズマＰによって実現することができる。
【００８１】
したがって、上記電界分布空間は、その空間内に導体とみなすことができるプラズマＰが存在することにより、マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁波の伝搬状態が変化するような空間である必要があり、そのためには、ストリップ導体１０３の近傍空間Ｖ（図１（ｂ）参照）である必要がある。具体的には、マイクロストリップ線路１０の端部からの距離が、当該マイクロストリップ線路１０の幅の２倍程度以内の空間であれば、上記の条件を満たすことになる（例えば、森栄二  著「マイクロウェーブ技術入門講座［基礎編］」ＣＱ出版株式会社  ２００３年発行  ４５頁参照）。なお、プラズマＰがストリップ導体１０３と接していてもよい。
【００８２】
さらに、電磁波伝送回路１では、プラズマ生成用電源５０によって印加する電圧及び供給する電力を制御することによって、上記電界分布空間にプラズマＰを生成させたり生成させなかったりする、あるいはプラズマＰの特性（特に電子密度）を変化させることができる。これにより、上記フィルタ、分配（例えばＴ分岐）、結合などの機能を動的に変化させることができるようになる。
【００８３】
上記各機能を実現するための形態について説明する。
【００８４】
まず、上記フィルタ機能については、従来、電磁波の伝送方向に沿って周期的な導体を配置することによって実現できることが知られているので（例えば、David M. Pozar "Microwave Engineering Third Edition" Johon Wiley & Sons, Inc. 参照）、この導体に代えてプラズマＰを配置する図３に示すような構成によって実現できる。
【００８５】
図３の電磁波伝送回路２は、ストリップ導体１０３に沿ってプラズマＰが周期的に生成されるように、プラズマ生成電極１１をストリップ導体１０３に沿って周期的に複数設けたものである。なお、図３では、プラズマ生成電極１１及びプラズマＰを２つしか図示していないが、実際にはより多くのプラズマ生成電極１１を配置し、これに対応する数のプラズマＰを生成することになる。
【００８６】
この構成では、複数のプラズマ生成電極１１に対して選択的にプラズマ生成用電源５０からの電圧を印加することにより、プラズマＰの周期を変更することができ、その結果、フィルタによって透過させる又は遮断する電磁波の周波数帯を変更することができる。
【００８７】
また、上記分配機能については、図１（ａ）（ｂ）に示す構成によって実現できる。すなわち、電磁波伝送回路１に入力される電磁波Ｗは、そのエネルギーの一部はプラズマＰを介してプラズマ生成電極１１側に流れることになり、他はそのままストリップ導体１０３に沿って流れることになる。このことは、入力された電磁波ＷがプラズマＰによって分配されることになる。
【００８８】
また、プラズマＰのオン／オフを周期的に繰り返すと、上記分配機能により、プラズマ生成電極１１側に流れる電磁波のエネルギー、及びストリップ導体１０３に沿って流れる電磁波のエネルギーも周期的に変動することになる。このことは、入力された電磁波を変調してプラズマ生成電極１１側、又はストリップ導体１０３の出力端へ出力するという、変調機能に相当する。
【００８９】
なお、上記分配機能及び変調機能を実現するにあたって、プラズマ生成電極１１側へのエネルギー配分を大きくするためには、図４（ａ）に示すように、プラズマ生成電極１１側への電磁波の進行が、ストリップ導体１０３の出力端側への電磁波の進行よりも、より直線に近い状態になるように、ストリップ導体１０３及びプラズマ生成電極１１を配置すればよい。
【００９０】
マイクロストリップ線路１０を伝搬する電磁波は、方向を変えて進行するよりも同一方向に進行する方が進行しやすいので、上記のように配置することにより、プラズマ生成電極１１側へ流れる電磁波のエネルギーの割合が増大することになる。
【００９１】
図４（ａ）の電磁波伝送回路３は、屈曲部１０３ａを有するようにストリップ導体１０３が形成されており、この屈曲部１０３ａにおいて、ストリップ導体１０３の上流（電磁波Ｗの入力端側）から見た延長方向にプラズマ生成電極１１が配置されている。
【００９２】
さらに、図５に示すように、ストリップ導体１０３に２カ所の屈曲部１０３ａ・１０３ｂを設けるようにしてもよい。これにより、プラズマ生成電極１１側へ流れる電磁波のエネルギーの割合がより増大することになる。
【００９３】
なお、ここでは上記屈曲部１０３ａを直角に曲がる屈曲部としているが、他の角度に曲がるものであってもよく、ストリップ導体１０３の上流側から屈曲部１０３ａに向かう方向（第１方向）に対して、屈曲部１０３ａからストリップ導体１０３の下流側に向かう方向（第２方向）のなす角度よりも、屈曲部１０３ａからプラズマ生成電極１１へ向かう方向（第３方向）のなす角度の方が小さくなるように、プラズマ生成電極１１が配置されておればよい。
【００９４】
また、上記分配機能では、ストリップ導体１０３の一端から電磁波を入力し、ストリップ導体１０３の他端及びプラズマ生成電極１１から電磁波を出力することになるが、例えば、ストリップ導体１０３の両端から電磁波を入力し、プラズマ生成電極１１から電磁波を出力させることにより、上記結合機能を実現することができる。
【００９５】
なお、プラズマ生成電極１１にはプラズマ生成用の低周波電圧信号が印加されているので、高周波電力の取出しには低周波遮断フィルターを通して行うことが有効である。あるいは、図４（ｂ）に示すように、高周波取り出し用の専用電極１１ａを設けることも有効である。この場合、高周波取り出し用電極１１ａにはプラズマ生成用の低周波電圧信号は印加されず、したがって高周波取り出し用電極１１ａは直流的には接地電位とほぼ同電位となる。
【００９６】
次に、プラズマＰの生成をより容易にするための変形例について、図６に基づいて説明する。図６に示す電磁波伝送回路５は、図１（ａ）（ｂ）に示した電磁波伝送回路１に加えて、予備電極１２を備えている。
【００９７】
予備電極１２は、プラズマ生成電極１１からストリップ導体１０３までの距離よりも、プラズマ生成電極１１からの距離が小さくなる位置に設けられている。図６では、プラズマ生成電極１１と予備電極１２とがストリップ導体１０３の長手方向に沿って並ぶように配置した状態を示しているが、ストリップ導体１０３の長手方向と垂直方向に沿ってプラズマ生成電極１１と予備電極１２とが並ぶように配置してもよく、他の方向に並ぶように配置してもよい。
【００９８】
予備電極１２を設けておき、プラズマ生成電極１１と予備電極１２との間に電圧を印加するようにすると、相対的に距離の小さいプラズマ生成電極１１と予備電極１２との間でまずプラズマＰが生成され、ここで生成されたプラズマＰの影響によって、プラズマ生成電極１１とストリップ導体１０３との間でもプラズマＰが生成されやすくなるとともに、生成されたプラズマＰが安定化する。
【００９９】
〔電磁波伝送回路の用途〕
次に、本実施形態の電磁波伝送回路１の適用例について説明する。なお、以下では電磁波伝送回路１を適用する場合について説明するが、電磁波伝送回路１に限らず、電磁波伝送回路２〜５も適宜適用可能である。
【０１００】
まず、無線通信機器などにおける変調回路として電磁波伝送回路１を適用する例について、図７（ａ）〜（ｃ）及び図８に基づいて説明する。
【０１０１】
従来の無線通信機器の基本構成は、図７（ａ）に示すような構成となっている。すなわち、ＧＨｚ帯の搬送波に対する変調回路は、設計が困難、かつ、部品が高価であるので、約１桁低い周波数であるベースバンド回路２０４の搬送波を変調し、その後ミキサ２０６でＧＨｚ帯に周波数を上げるという手法をとっている。そのためには、従来の変調回路２０５に加えて、ベースバンド回路２０４やミキサ２０６、バンドパスフィルタ２０７などを備える必要があった。
【０１０２】
一方、電磁波伝送回路１を使用すると、電磁波伝送回路１の上記変調機能はＧＨｚ帯に対しても有効に機能するので、ＧＨｚ帯の搬送波についても直接的に変調を行うことができる。その上、電磁波伝送回路１は、上述したような簡単な構成によって実現することができる。そのため、図７（ｂ）又は図７（ｃ）に示すように、局部発信器２０１からの信号を直接、電磁波伝送回路１に入力して変調を行うことができるようになり、ベースバンド回路２０４やミキサ２０６、バンドパスフィルタ２０７などを設ける必要がなくなる。
【０１０３】
また、従来のＧＨｚ帯の変調回路は、半導体素子などを使用している関係上、大電力に耐えることは困難であった。このため、比較的大きい電力の搬送波を制御する変調回路を実現することは困難であった。したがって、低出力の局部発信器２０１からの搬送波を変調した後にパワーアンプ２０２によって増幅する必要があった。
【０１０４】
一方、電磁波伝送回路１は、半導体素子などを用いていないので、大電力に対しても十分な耐性を有している。したがって、電磁波伝送回路１を使用することにより、図７（ｄ）に示すように、高出力の局部発信器２１１からの搬送波についても直接的に変調を行うことができるようになる。ここで、高出力の局部発信器２１１は、マグネトロンと呼ばれる素子であり、例えば電子レンジに使用されるものでは出力１ｋＷのものでも安価（数千円）であり、これを減衰器２１２によって所望の出力（例えば数１０Ｗ）に落とした上で、電磁波伝送回路１によって変調を行うことができる。
【０１０５】
このように、電磁波伝送回路１を用いることにより、高出力の高周波の制御にも問題なく動作するので、電磁波伝送回路１を用いた無線通信機としては、無線中継局のような高出力（数１０Ｗ）が求められるものに対して特に有効である。
【０１０６】
次に、高出力マイクロ波源の変調（パルス変調）を行うために電磁波伝送回路１を適用する例について説明する。
【０１０７】
近年、ＧＨｚ帯のマイクロ波は、各種の材料改質や半導体デバイス製造用のプラズマ生成に使用されている。これらの分野で、マイクロ波を変調させる（オンオフさせる）ことにより、それらの用途の性能向上を図る場合がある。これらのマイクロ波は、数１０〜数１００Ｗの出力のものを利用することが多い。電磁波伝送回路１は、上述のとおり大電力に対しても十分な耐性を有しているので、このような高出力のマイクロ波に対する変調を行う場合にも好適に利用することができる。
【０１０８】
あるいは、電磁波伝送回路１を電力分配器として使用することにより、マイクロ波出力を複数化することや、オンオフ化することも可能となり、各種用途の最適化へ利用できる。
【０１０９】
また、ごく最近、ＧＨｚ帯のマイクロ波で微小プラズマを生成し、汚水や血液等の評価サンプルを通してその場成分分析を行う技術が提案されている。この場合、マイクロ波に正弦波で変調をかけることにより、分析検出信号の周期的変調が行え、ロックインアンプ等の汎用解析装置が適用可能となっている。このような分野においても電磁波伝送回路１を好適に用いることができる。
【０１１０】
次に、整合回路として電磁波伝送回路１を用いる例について説明する。
【０１１１】
高周波回路の中の重要な回路部品の１つに、整合回路がある。これは、高周波源等の特性インピーダンスからインピーダンスがずれる素子の手前に設置して、高周波電力が有効に素子に投入されるようにするインピーダンス変換器である。マイクロストリップ線路の場合、短絡終端又は開放終端のＴ分岐回路の長さ調整によってインピーダンス変換器の役割を容易に果たすことができる。
【０１１２】
上記Ｔ分岐回路として電磁波伝送回路１を適用すると、Ｔ分岐回路を構成するプラズマＰの強度調整（電子密度の調整）によって、Ｔ分岐回路の長さ調整と同等の調整を行うことができるので、動的なインピーダンス調整が可能となる。
【０１１３】
具体的には、各種無線発信器のアンテナ手前の整合回路部分に電磁波伝送回路１を適用可能であり、ワイドバンドと呼ばれるような広周波数帯の出力が要求される場合に、各周波数に応じて整合状態の精密な調整が可能となる。
【０１１４】
〔実験結果〕
図８に示す実験装置を用いて、本実施形態の電磁波伝送回路の特性を確認する実験を行った。以下において、実験内容及び実験結果を説明する。
【０１１５】
実験に用いた電磁波伝送回路は、図６に示した電磁波伝送回路５に相当するものである。電磁波伝送回路５の具体的構成は次のとおりである。
【０１１６】
誘電体１０１（図６参照）として、厚み１．６ｍｍのガラスエポキシ基板（εｒ＝４．５）を用いた。この誘電体１０１の上に、銅厚膜層からなるストリップ導体１０３、プラズマ生成電極１１及び予備電極１２を、レーザー微細加工及びウェットエッチングによって一括でパターニング形成した。ストリップ導体１０３及びプラズマ生成電極１１は、幅を３ｍｍとし、特性インピーダンスが５０Ωになるように設計した。なお、プラズマ生成電極１１の幅とは、プラズマ生成電極１１からストリップ導体１０３に向かう方向に対して直交する方向の長さを意味する。
【０１１７】
また、ストリップ導体１０３とプラズマ生成電極１１との距離を３ｍｍとし、プラズマ生成電極１１と予備電極１２との距離を０．２ｍｍとした。また、プラズマを生成するための電離対象となるをネオン（Ｎｅ）とするために、電磁波伝送回路５をネオンの充填された真空チャンバの中に設置した。
【０１１８】
電磁波伝送回路５におけるストリップ導体１０３の入力端には、発信器３０１から出力され、増幅器３０２によって増幅された電磁波（周波数８〜１２ＧＨｚ、最大電力３Ｗ）を、ハイパスフィルタ３０３（遮断周波数ｆｃ＝７５ＭＨｚ）を介して入力させた。また、ストリップ導体１０３の出力端には、ハイパスフィルタ３１３（遮断周波数ｆｃ＝７５ＭＨｚ）を介して、方向性結合器３１２を接続し、方向性結合器３１２の出力に終端抵抗器３１１を接続した。
【０１１９】
なお、ハイパスフィルタ３０３・３１３は、プラズマの生成による雑音信号が増幅器３０２及び方向性結合器３１２に入るのを防ぐために設けている。発信器３０１から終端抵抗３１１までの回路では、ハイパスフィルタ３０３・３１３を除いて、特性インピーダンスが５０Ωに設定されている。ストリップ導体１０３は、このハイパスフィルタ３０３・３１３内の抵抗１００オームを通して接地電位につながっている。すなわち、低周波領域の信号に対しては、ほぼ接地電位にあるのと等価である。
【０１２０】
プラズマ生成電極１１（カソードＫ）には、プラズマ生成用電源５０により負の矩形パルスＶｋを印加できるようにするとともに、予備電極１２（アノードＡ）には、直流電源５３により直流電位Ｖａを設定できるようにした。また、ストリップ導体１０３（コンダクタＣ）は、浮遊電位（Ｃ：floating）又は接地電位（Ｖｃ＝０）に設定できるようにした。
【０１２１】
上記各電位及びガス圧力と、生成されたプラズマの可視発光像との関係を図９に示す。
【０１２２】
ストリップ導体１０３（コンダクタＣ）が浮遊電位（Ｃ：floating）の場合、放電電流Ｉａはプラズマ生成電極１１（カソードＫ）と予備電極１２（アノードＡ）との間で流れ、明るく発光しているのはカソードＫの表面（シース部近傍）である。
【０１２３】
ストリップ導体１０３（コンダクタＣ）が接地電位（Ｖｃ＝０）の場合、プラズマ生成電極１１からストリップ導体１０３に向かってごく弱い発光が観測され、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）と予備電極１２（アノードＡ）との間の放電が若干広がっていることが確認できた。
【０１２４】
さらに、予備電極１２（アノードＡ）の電位を負にすると（Ｖａ＝−４０Ｖ）、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）と予備電極１２（アノードＡ）との間よりも、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）とストリップ導体１０３（コンダクタＣ）との間の方が電位差が大きくなり、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）とストリップ導体１０３（コンダクタＣ）との間に強い発光が観測されるとともに、その部分に有意な大きさの放電電流Ｉｃが流れていることが確認できた。
【０１２５】
予備電極１２（アノードＡ）を浮遊電位の場合、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）とストリップ導体１０３（コンダクタＣ）との間にはアーク放電状の不安定な放電となりやすかった。
【０１２６】
以上のことから、予備電極１２を備えた３電極構造を用いてプラズマ生成電極１１（カソードＫ）と予備電極１２（アノードＡ）との間の放電で予備電離を起こすことによって、ネオンの圧力が３０〜１２０Ｔｏｒｒの雰囲気では通常安定的にプラズマを生成させることが困難な長尺放電を容易に実現できることが確認できた。
【０１２７】
放電電圧Ｖｋ及び放電電流Ｉａ・Ｉｃ、並びに周波数１１ＧＨｚの電磁波に対する電磁波伝送回路５の透過特性の時間変化を図１０及び図１１に示す。図１０及び図１１は、それぞれＶａ＝−５０Ｖ及びＶａ＝−２０Ｖの場合を示し、何れもネオンの圧力は１２０Ｔｏｒｒである。
【０１２８】
図１０の場合は、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）とストリップ導体１０３（コンダクタＣ）との間の放電電流Ｉｃが流れてこの間にプラズマが生成され、Ｔ分岐構造が動的に形成される。すなわち、Ｉｃの変化に呼応して電磁波の透過率が減少する（約１０％）。
【０１２９】
一方、図１１の場合は、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）と予備電極１２（アノードＡ）との間の放電電流Ｉａが流れて放電電流Ｉｃが流れず、電磁波の透過率の変化もほとんど観測されない。
【０１３０】
この結果より、図１０の場合はプラズマの生成によってＴ分岐構造が形成され、図１１の場合はプラズマが生成されずにＴ分岐構造が形成されていないと考えられる。このように、プラズマのオン／オフによってＴ分岐構造を動的に形成できることがわかった。
【０１３１】
図１０の場合、プラズマのオン／オフはプラズマ生成用電源５０からの矩形パルスによって実現されることになる。この矩形パルスの立ち下がり及び立ち上がり時間（約０．５μｓ）に対し、透過率変化の立ち下がり及び立ち上がり時間は約３μｓであった。この結果より、約３３０ｋＨｚ以下の周期であれば透過率の変化は追随できることになる。
【０１３２】
このときのプラズマの導電率は１〜４×１０−３Ｓ／ｃｍであり、この値から電子密度の平均値を概算すると約１〜３×１０１２ｃｍ−３となり、ω／２π＝１１ＧＨｚの電磁波のカットオフ密度（ω＝ωｐｅ：電子プラズマ周波数）をほぼ満足することがわかった。
【０１３３】
なお、ガス種をアルゴンに変更したところ、プラズマの電子密度は約１×１０１３ｃｍ−３となり、このときの電磁波の透過率は約４０％減少した。これは、この周波数帯での通常の導体のみで構成されたＴ分岐素子における最大の減衰量に相当する。
【０１３４】
以上のように、本実験では、電磁波伝送回路５は単純には減衰器として作用し、かつ、プラズマ生成用電源５０からの矩形パルスを３００ｋＨｚ程度までの正弦波とすると変調器としても作用することが確認できた。これは、構造が単純な電磁波伝送回路５でありながら極めて高い周波数での変調作用を実現していることになる。
【０１３５】
また、本実験においては、電磁波伝送回路５に入力する電磁波の最大電力は３Ｗとしたが、原理的には、プラズマ生成用電源５０からプラズマに供給されている電力（２０Ｗ程度）までの電力であれば制御が可能である。
【０１３６】
次に、ネオンの圧力と、放電開始電圧（Sparking Voltage）との関係を図１２に示す。図１２より、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）と予備電極１２（アノードＡ）との間の放電開始電圧は、ネオンの圧力が１５０〜２００Ｔｏｒｒで最小となることがわかる。また、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）とストリップ導体１０３（コンダクタＣ）との間の放電は、予備電極１２（アノードＡ）が浮遊電位であると、ネオンの圧力が１００Ｔｏｒｒ以下でしか発生しないことがわかる（アーク放電状の不安定性を伴う）。また、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）とストリップ導体１０３（コンダクタＣ）との間の放電は、予備電極１２（アノードＡ）が接地電位であると、プラズマ生成電極１１（カソードＫ）と予備電極１２（アノードＡ）との間の放電開始電圧とほぼ一致することがわかる。
【０１３７】
また、直流電位Ｖａの変化による放電電流Ｉｃの変化に対する電磁波の透過率の減少量の変化は、図１３に示すように、単調に変化することがわかった。
【０１３８】
また、ネオンの圧力変化による放電電流Ｉｃの変化に対する電磁波の透過率の変化は、図１４に示すように、ほぼ比例の関係にあることがわかった。
【０１３９】
〔シミュレーション結果〕
図１５に示すシミュレーションモデルを用いて、本実施形態の電磁波伝送回路の特性を確認するシミュレーションを行った。以下において、シミュレーション内容及びシミュレーション結果を説明する。
【０１４０】
シミュレーションに用いたシミュレーションモデルは、ストリップ導体１０３からプラズマ生成電極１１に向かう方向をｘ方向、面状導体１０２からストリップ導体１０３に向かう方向をｙ方向として、図１５に示す形状及びサイズを想定した。
【０１４１】
すなわち、誘電体１０１は厚み１．６ｍｍ、比誘電率εｒ＝４．５とし、ストリップ導体１０３はｘ方向の幅３ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、プラズマ生成電極１１はｘ方向の幅１．８ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、ストリップ導体１０３とプラズマ生成電極１１との間隙３．０ｍｍ、プラズマＰの厚み０．５ｍｍ、ストリップ導体１０３及びプラズマ生成電極１１とプラズマＰとの間に生じるシースの厚み０．１ｍｍとした。
【０１４２】
プラズマＰを生成するための電離対象となるガスをネオンとし、その圧力を１２０Ｔｏｒｒとするとともに、プラズマＰの密度分布をスラブ形状とした。また、誘電体１０１、面状導体１０２及びストリップ導体１０３からなる伝送線路（伝送方向はｘ方向及びｙ方向と直交する方向）には周波数１１ＧＨｚの電磁波が伝搬しているものとした。
【０１４３】
上記シミュレーションモデルを用い、次の式（４）によって表される波動方程式を、弾性衝突の効果を考慮して数値解析した。
【０１４４】
【数４】
0004752057.tif 000006
【０１４５】
具体的には、差分法により（Ｅｘ，Ｅｙ）を複素数として解いた。ここで、Ｅｘ及びＥｙは、それぞれｘ方向及びｙ方向の電界を複素数として表示したものである。上記（Ｅｘ，Ｅｙ）の解析結果をグラフ化して図１６から図１８に示す。なお、図１６から図１８において、上段（Ｉｍ（Ｅ））及び下段（Ｒｅ（Ｅ））は電界の虚数成分及び実数成分をそれぞれ示している。また、図１６から図１８の各グラフは電界強度に関する等電界線を示している。
【０１４６】
図１６は、プラズマＰの電子密度を３×１０１０ｃｍ−３としたときの結果であり、この場合には伝搬する電磁波の振動数ωが電子プラズマ振動数ωｐｅよりも十分大きくなる。この場合、電界の虚数成分Ｉｍ（Ｅ）はプラズマＰの影響をほとんど受けておらず、電界の実数成分Ｒｅ（Ｅ）も存在していないことから、プラズマＰは伝搬する電磁波に対してほとんど影響を及ぼさないことになる。
【０１４７】
図１７は、プラズマＰの電子密度を３×１０１２ｃｍ−３としたときの結果であり、この場合には電子プラズマ振動数ωｐｅが伝搬する電磁波の振動数ωと同程度又はやや上回ることになる。この場合、電界の実数成分Ｒｅ（Ｅ）が存在していることから、プラズマＰは伝搬する電磁波に対して抵抗体として働くことになる。
【０１４８】
図１８は、プラズマＰの電子密度を３×１０１４ｃｍ−３としたときの結果であり、この場合には伝搬する電磁波の振動数ωが電子プラズマ振動数ωｐｅよりも十分小さくなる。この場合、電界はプラズマＰを避けるように分布しているから、プラズマＰは伝搬する電磁波に対して金属のような完全導体として働くことになる。
【０１４９】
プラズマＰの電子密度の変化に対する、プラズマＰ内でのＩｍ（Ｅ）２の積分値及びＲｅ（Ｅ）２の積分値の変化を図１９に示す。図１９より、電子プラズマ振動数ωｐｅが伝搬する電磁波の振動数ωと同程度以上の領域ではＲｅ（Ｅ）２が増大することから、プラズマＰは伝搬する電磁波に対して抵抗体として働くことになり、さらに電子プラズマ振動数ωｐｅが大きくなるとＩｍ（Ｅ）２及びＲｅ（Ｅ）２がほぼ０になることから、プラズマＰは伝搬する電磁波に対して完全導体として働くことがわかる。
【０１５０】
以上より、プラズマＰの電子プラズマ振動数ωｐｅを、伝搬する電磁波の振動数ω以上に設定することにより、伝搬する電磁波に対してプラズマＰは抵抗体又は完全導体として機能することがわかった。
【０１５１】
なお、上述した実験結果やシミュレーション結果において説明した各種パラメータは、本発明を適用した電磁波伝送回路を実現する際の一具体例にすぎない。本発明を適用した電磁波伝送回路を実現するにあたっての好適なパラメータの例を示すと以下のとおりである。
【０１５２】
電磁波伝送回路によって伝送すべき電磁波は、周波数が１〜２０ＧＨｚのものが望ましい。周波数が１ＧＨｚ以上であればその１／４波長（すなわちプラズマＰの必要長さ）はマイクロストリップ線路上では４ｃｍ以下となり、本発明を適用した電磁波伝送回路のサイズを、携帯可能な機器へ搭載できる程度に小型化することができる。また、周波数が２０ＧＨｚ以下であれば、一般的な誘電体を用いた場合でも誘電損失によるエネルギーロスを抑えることができる。
【０１５３】
なお、プラズマＰの必要長さは伝送すべき電磁波の１／４波長以上であることが望ましい。プラズマＰが電磁波の１／４波長以下であればプラズマＰが存在することによる合成インピーダンスの変化は生じるもののその変化はそれほど大きくならないのに対し、１／４波長以上であれば合成インピーダンスを有意に変化させることができるからである。
【０１５４】
プラズマＰの電子密度は、伝送すべき電磁波の周波数によって異なるが、周波数が１１ＧＨｚの場合は３×１０１２ｃｍ−３以上であることが望ましく、周波数がｆＧＨｚの場合は、（ｆ／１１）２×（３×１０１２）ｃｍ−３以上であることが望ましい。
【０１５５】
プラズマＰを生成するための電力や、電離対象となるガスの種類及び圧力に関しては、上記電子密度を実現できるように適宜設定すればよい。
【０１５６】
なお、本実施形態では、プラズマ生成電極１１によってプラズマＰを生成させる構成について説明したが、プラズマＰはプラズマ生成電極を設けなくとも生成させることができる。これは一般に無電極放電と呼ばれるプラズマ生成の形態であり、高周波によるプラズマ生成やレーザ集光によるプラズマ生成などが該当する。本発明に係る電磁波伝送回路は、このような無電極放電によってプラズマＰを生成させるものであってもよい。
【０１５７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明は、通信分野などにおける電磁波の伝送回路に適用でき、特に高周波の伝送回路に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る電磁波伝送回路を示すそれぞれ斜視図及び平面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１の電磁波伝送回路に対してガス保持部材を追加した状態を示すそれぞれ斜視図及び平面図である。
【図３】本発明に係る他の電磁波伝送回路を示す平面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係るさらに他の電磁波伝送回路を示す平面図である。
【図５】本発明に係るさらに他の電磁波伝送回路を示す平面図である。
【図６】本発明に係るさらに他の電磁波伝送回路を示す平面図である。
【図７】（ａ）は従来の無線通信機器の基本構成を示すブロック図であり、（ｂ）〜（ｄ）は本発明に係る電磁波伝送回路を適用した無線通信機器の基本構成を示すブロック図である。
【図８】図６の電磁波伝送回路の特性を調べるために行った実験の装置構成を示すブロック図である。
【図９】図８の実験装置によりプラズマを生成させたときのプラズマの発光状態を示す図である。
【図１０】図８の実験装置を用いて行った実験の実験結果を示すグラフである。
【図１１】図８の実験装置を用いて行った実験の実験結果を示すグラフである。
【図１２】図８の実験装置を用いて行った実験の実験結果を示すグラフである。
【図１３】図８の実験装置を用いて行った実験の実験結果を示すグラフである。
【図１４】図８の実験装置を用いて行った実験の実験結果を示すグラフである。
【図１５】プラズマの特性を調べるためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図１６】図１５のシミュレーションモデルを用いて行ったシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】図１５のシミュレーションモデルを用いて行ったシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１８】図１５のシミュレーションモデルを用いて行ったシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】図１５のシミュレーションモデルを用いて行ったシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、従来のマイクロストリップ線路の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１６０】
１    電磁波伝送回路
２    電磁波伝送回路
３    電磁波伝送回路
４    電磁波伝送回路
５    電磁波伝送回路
１０    マイクロストリップ線路
１１    プラズマ生成電極
１２    予備電極
５２    ガス保持部材
１０１    誘電体
１０２    面状導体
１０３    ストリップ導体
１０３ａ  屈曲部
１０３ｂ  屈曲部
Ｐ    プラズマ
Ｗ    電磁波
【図１】
0004752057.tif 000007
【図２】
0004752057.tif 000008
【図３】
0004752057.tif 000009
【図４】
0004752057.tif 000010
【図５】
0004752057.tif 000011
【図６】
0004752057.tif 000012
【図７】
0004752057.tif 000013
【図８】
0004752057.tif 000014
【図１０】
0004752057.tif 000015
【図１１】
0004752057.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0004752057.tif 000019
【図１５】
0004752057.tif 000020
【図１６】
0004752057.tif 000021
【図１７】
0004752057.tif 000022
【図１８】
0004752057.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図９】
0004752057.tif 000026