(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地導体と、
内部に電離性ガスを有し、折り返し部を有し、当該折り返し部と両端が前記地導体を境に配置されるよう当該地導体に貫通した誘電体チューブと、
前記誘電体チューブの両端に設けられた電極端子と、
前記電極端子に接続され、前記電離性ガスをプラズマ状態にするプラズマ励起電源と、
前記地導体よりも前記誘電体チューブの両端側において、当該誘電体チューブに挿入された金属ピンと、
前記金属ピンに高周波電力を供給する高周波電源と、
低周波数帯を遮断するフィルタを有し、当該フィルタを介して前記金属ピンと前記高周波電源とを高周波で接続する給電線路と、
前記金属ピンを覆い、前記地導体に接地した金属箱と、
前記誘電体チューブを囲み、当該金属箱の底面に接地し、上端が前記金属ピンより当該誘電体チューブの両端側に位置する金属筒と
を備えたアンテナ装置。
【請求項２】
前記金属箱の底面と前記誘電体チューブを高周波で短絡するキャパシタを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
地導体と、
内部に電離性ガスを有し、折り返し部を有し、当該折り返し部と両端が前記地導体を境に配置されるよう当該地導体に貫通した誘電体チューブと、
前記誘電体チューブの両端に設けられた電極端子と、
前記電極端子に接続され、前記電離性ガスをプラズマ状態にするプラズマ励起電源と、
前記地導体よりも前記誘電体チューブの両端側において、当該誘電体チューブに挿入された金属ピンと、
前記金属ピンに高周波電力を供給する高周波電源と、
低周波数帯を遮断するフィルタを有し、当該フィルタを介して前記金属ピンと前記高周波電源とを高周波で接続する給電線路と、
前記金属ピンを覆い、前記地導体に接地した金属箱と、
前記金属箱の底面と前記誘電体チューブを高周波で短絡するキャパシタと
を備えたアンテナ装置。
【請求項４】
前記給電線路は、誘電体基板の両面に形成された第１、２の線路から成り、
前記フィルタは、前記第１、２の線路が前記誘電体基板を挟んで重ねられることで構成された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、未使用時に電波との干渉を低減させるアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属製のアンテナは、未使用時においても周辺に存在する電波と干渉し、電波の散乱を生じる。そのため、使用する電波の波長よりも短い領域に複数のアンテナを配置する場合、近接するアンテナ同士の干渉によってアンテナ特性が劣化する。このため、アンテナは、未使用時において電波との干渉が少ないことが望ましい。
【０００３】
そこで、従来から、アンテナを金属で構成せず、未使用時のアンテナを電気的に透明にすることで、未使用時に電波との干渉を低減させるアンテナ装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された従来のアンテナ装置では、地板に近接した一対の電極端子を有し、電極端子間には電離性ガスを含む誘電体チューブがあり、一対の電極端子に対して外部電源からの電力供給を行う。これにより、プラズマ状態となった電離性ガスは、高周波に対して導体として作用する。この状態で、一対の電極端子に高周波電源からの高周波電流を流すことで、誘電体チューブがアンテナとして動作する。この構成により、未使用時には誘電体チューブは単なる誘電体となるため、アンテナが周囲に近接配置されている場合でも、大きな干渉源とならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４８０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、アンテナは電波（高周波）の共振現象を利用するため、アンテナ長は電波の波長に依存する。そして、従来のアンテナ装置では、誘電体チューブ全体をアンテナとして利用するため、誘電体チューブの両端に設けられた電極端子もアンテナの一部を構成している。
【０００６】
そのため、上記アンテナ装置において、高周波数帯（例えばＧＨｚ帯）でのアンテナ動作を実現させるためには、電極端子を微細にする必要がある。一方、電極端子の単位表面積あたりに安定に流すことができる電流値には上限がある。そのため、この微細な電極端子に大きな電力を供給すると、電流密度が大きくなることで寿命が低下し、最悪の場合、誘電体チューブの破壊に至るという課題があった。
【０００７】
また、プラズマをアンテナとして動作させるためには、一定量の放電電流をプラズマに流す必要がある。そのため、電極端子に小さい電力を供給した場合には、プラズマの導体としての導電性が劣化する。そのため、高周波電源から誘電体チューブに高周波電流を流して、電波として放射される量は極めて小さくなるという課題があった。
【０００８】
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、未使用時に電波との干渉を低減させることができ、且つ、波長に合わせたプラズマ励振用の電極端子のサイズ変更が不要であり、高周波数帯でのアンテナ動作を実現することができるアンテナ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
地導体と、内部に電離性ガスを有し、折り返し部を有し、当該折り返し部と両端が地導体を境に配置されるよう当該地導体に貫通した誘電体チューブと、誘電体チューブの両端に設けられた電極端子と、電極端子に接続され、電離性ガスをプラズマ状態にするプラズマ励起電源と、地導体よりも誘電体チューブの両端側において、当該誘電体チューブに挿入された金属ピンと、金属ピンに高周波電力を供給する高周波電源と、低周波数帯を遮断するフィルタを有し、当該フィルタを介して金属ピンと高周波電源とを高周波で接続する給電線路と、金属ピンを覆い、地導体に接地した金属箱と、誘電体チューブを囲み、金属箱の底面に接地し、上端が金属ピンより誘電体チューブの両端側に位置する金属筒を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のように構成したので、未使用時に電波との干渉を低減させることができ、且つ、波長に合わせたプラズマ励振用の電極端子のサイズ変更が不要であり、高周波数帯でのアンテナ動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるフィルタを含む給電線路全体の構成を示す図であり、（ａ）上面図であり、（ｂ）下面図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるフィルタの構成を示す図であり、（ａ）上面図であり、（ｂ）下面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図２は断面図である。
実施の形態１に係るアンテナ装置には、図１，２に示すように、穴１０１を有する地導体１が設けられている。そして、地導体１の穴１０１には、内部に電離性ガスが漏れないように含まれた誘電体チューブ２が貫通している。この誘電体チューブ２は、少なくとも１箇所が折り返された折り返し部２０１を有する。そして、誘電体チューブ２の折り返し部２０１と両端とが地導体１を境に上下に配置されるように当該地導体１の穴１０１に貫通している。図１，２の例では、誘電体チューブ２はＵ字型（モノポールアンテナ形状）に構成され、折り返し部２０１が地導体１よりも鉛直方向上側に配置され、両端が地導体１よりも鉛直方向下側に配置されている。
【００１３】
また、誘電体チューブ２に封入される電離性ガスとして、希ガスを主成分とする不活性ガスが用いられる。希ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）及びクリプトン（Ｋｒ）のうち少なくとも１種類が含まれていればよい。また、放電効率を向上するため、希ガスとともに水銀（Ｈｇ）を封入してもよい。電離性ガスの圧力は、安定的なグロー状の放電を維持できる圧力範囲であればよく、電離性ガスの圧力は１０Ｐａ〜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の範囲であることが好ましい。
【００１４】
また、誘電体チューブ２の部材としては、例えば、石英、硼珪酸ガラスやアルミナ等のセラミックス、炭素強化プラスチック等の複合材料、又はそれらを組合せた材料等、電気絶縁性を有する材料が用いられる。
【００１５】
また、誘電体チューブ２の両端には、一対の電極端子３，４が設けられている。この電極端子３，４は、誘電体チューブ２の両端内部に設けられた放電電極３０１，４０１と、一端が放電電極３０１，４０１の底部と接続され、他端が誘電体チューブ２の外部に導出されたリード線３０２，４０２とから構成されている。
【００１６】
放電電極３０１，４０１の部材としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）等の放電管の陰極に適用される材料を適用できる。放電電極３０１，４０１の形状は、板材の曲げ加工、射出成形、部材の溶接やカシメ等、公知の方法で作製した円柱、円筒、有底開口（カップ）、渦巻き、コイル、フィラメント等の形状を用いることができる。また、放電電極３０１，４０１を１〜５ｍｍの間隙を持つ構造とすることで、ホローカソード効果を利用して放電効率を向上することができる。また、放電電極３０１，４０１の表面に図示しない電子放出性物質を塗布することで放電効率を向上できる。
【００１７】
また、放電電極３０１，４０１の表面積は、単位面積、単位ガス圧力当たりの放電電流が放電電極３０１，４０１の安定放電条件を満たす広さとする。例えば、放電電極３０１，４０１を冷陰極として使用する場合は、単位面積、単位ガス圧力当たりの放電電流が１Ｅ−７〜１Ｅ−５ｍＡ／ｃｍ２・Ｐａ２となる表面積とすればよい。この広さの表面積とすることで、安定的にプラズマを生成することができる。これ以下の広さの表面積でも放電をすることは可能であるが、電極表面のスパッタやプラズマの熱化（アーク）によって放電電極３０１，４０１が損傷するため放電電極３０１，４０１の寿命が短くなる。
【００１８】
また、リード線３０２，４０２の部材としては、誘電体チューブ２の端部の気密性を確保するために、誘電体チューブ２を構成する材料と熱膨張係数が近似する導電性の材料により構成される。例えば、誘電体チューブ２が硬質ガラスからなる場合には、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）等を用いることができる。なお、図１，２では、リード線３０２，４０２として誘電体チューブ２の各端部に１本のみを図示しているが、放電電極３０１，４０１を熱陰極として使用する場合等には複数本のリード線３０２，４０２を設けることができる。
【００１９】
なお、誘電体チューブ２の両端は、放電電極３０１，４０１を誘電体チューブ２の内部に収容できる大きさに構成される。ここで、誘電体チューブ２の両端の内径は、それぞれ放電電極３０１，４０１を収容できればよく、各端の内径が異なっていてもよい。プラズマを直流電力によって生成する場合は、陰極側の放電電極３０１，４０１の寸法及び誘電体チューブ２の内径を大きくすることで、誘電体チューブ２の耐久性を向上することができる。
【００２０】
また、リード線３０２，４０２には、誘電体チューブ２に含まれた電離性ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ励起電源５が一対の配線を介して接続されている。そして、プラズマ励起電源５から、プラズマを励起するための低周波電力が供給される。低周波電力の周波数としては、直流から電波（高周波信号）の周波数までの周波数を使用することができる。また、低周波電力は、低周波電力の周波数よりも高い周波数で間欠的に給電してもよい。間欠的に低周波電力を給電することで、プラズマ維持に必要な低周波電力を減少させることができる。
【００２１】
また、誘電体チューブ２には、地導体１よりも当該誘電体チューブ２の両端側において、金属ピン６，７が当該誘電体チューブ２に対して垂直（略垂直の意味を含む）に挿入されている。なお、地導体１の下面から金属ピン６，７までの距離はそれぞれ等しく、使用する高周波の波長に対して短い距離にそれぞれ設定されている。また、金属ピン６，７の長さは、使用する高周波の波長よりも短い長さとする。
さらに、金属ピン６，７を誘電体チューブ２に挿入した位置から、地導体１より上側に出ている誘電体チューブ２の上端（折り返し部２０１）までの長さは、使用する高周波の波長の約１／４の長さとする。
【００２２】
また、金属ピン６，７には、高周波電源８が給電線路９を介して高周波で接続されている。高周波電源８は、金属ピン６，７に高周波電力を供給するものである。給電線路９は、図３に示すように、誘電体基板９０１の両面に構成された、グランドパターン９０２を共平面にもつコプレーナ線路（第１，２の線路）９０３，９０４から成る。線路９０３は、誘電体基板９０１の一方の面（図３では下面）に構成され、高周波電源８側に繋がる線路である。また、線路９０４は、誘電体基板９０１の他方の面（図３では上面）に構成され、誘電体チューブ２側に繋がる線路である。そして、図４に示すように、誘電体基板９０１を挟んで、線路９０３と線路９０４とを高周波の管内波長に対して約１／４重ねることで、図１，２に示すフィルタ９０５を構成している。このフィルタ９０５は、低周波数帯を遮断する共振型のバンドパスフィルタであり、使用する高周波の管内波長の約１／４の長さがメインの動作周波数となる。
【００２３】
次に、図１，２に示した実施の形態１に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。
まず、プラズマ励起電源５がＯＮの場合について説明する。ここでは、地導体１よりも上側の空間を放射領域とし、地導体１よりも下側の空間を放射領域外とする。
【００２４】
プラズマ励起電源５がＯＮの場合、当該プラズマ励起電源５からのプラズマを励起するための電力（低周波電力）が、リード線３０２，４０２を介して放電電極３０１，４０１に供給される。そして、誘電体チューブ２内の電離性ガスがプラズマ状態となり、当該誘電体チューブ２が高周波的に導体となる。これをプラズマ導体と呼ぶ。
【００２５】
一方、高周波電源８からの高周波電力は、給電線路９により２分配される。そして、高周波電力は、フィルタ９０５を介して金属ピン６，７から、プラズマ導体となった誘電体チューブ２のプラズマに供給される。
【００２６】
ここで、フィルタ９０５は共振型のバンドパスフィルタであり、使用する高周波の管内波長の約１／４の長さで動作するため、所望の周波数帯では導通し、電気的に接続しているとみなせる。当然、低周波的にはオープンとなっており、プラズマ励起電源５から供給される電力（２０ｋＨｚ程度の周波数成分を有する）は遮断される。
【００２７】
例えばフィルタ９０５を設けずにプラズマ励起電源５をＯＮにした場合には、プラズマ励起電源５からの高電圧が高周波電源８に印加されるため、高周波電源８が故障する可能性がある。つまり、フィルタ９０５は、プラズマ励起電源５からの高電圧が高周波電源８に印加するのを防ぐ役目がある。
【００２８】
また、フィルタ９０５を設けない場合、プラズマが生成される誘電体チューブ２の途中で短絡となる経路ができ、プラズマが安定的に生成できなくなるため、高周波で導体として振る舞わなくなる。よって、フィルタ９０５を用いずに、プラズマ導体によるアンテナ動作を実現することは困難である。
【００２９】
アンテナ装置の動作説明に戻り、プラズマに供給された高周波電力は、誘電体チューブ２の上側及び下側にそれぞれ伝搬する。ここで、２本平行に並ぶ誘電体チューブ２に流れる高周波電流は同位相となるため、これらは１本のプラズマ導体とみなすことができる。よって、プラズマ導体に流れる高周波電流は、電波を放射しながら誘電体チューブ２を伝搬する。そして、金属ピン６，７よりも上側に伸びる誘電体チューブ２は、地導体１よりも上側において、折り返しモノポールアンテナとして動作し、放射領域にモノポールアンテナの指向性パターンを与える。
【００３０】
次に、プラズマ励起電源５がＯＦＦの場合について説明する。
プラズマ励起電源５がＯＦＦの場合には、誘電体チューブ２は導体ではなく単に誘電体として振る舞う。そのため、給電線路９を介して供給された高周波電力のほとんどが金属ピン６，７の先端で反射し、アンテナの整合が取れない状態となる。よって、放射領域での電波の放射量は極めて小さくなる。
【００３１】
なお上記では、モノポールアンテナ形状の誘電体チューブ２を示したが、誘電体チューブ２は、両端が地導体１の下側に位置するように折り曲げられた形状であればよい。そのため、例えばループ構造、ヘリカル構造、折り返し曲がった構造等、アンテナとしての動作に適した任意の構造とすることができる。また、広帯域の周波数特性を持たせるために、コニカルアンテナやテーパーアンテナのように誘電体チューブ２の管径を変化させることもできる。
【００３２】
また上記では、誘電体チューブ２の周囲について図示していないが、誘電体チューブ２の周囲は電気絶縁性材料で包囲されていればよい。ここで、電気絶縁性材料としては、０．１ｍＰａ以下の高真空又は１気圧以上の希ガス、空気やＳＦ６等の不活性ガス、石英、硼珪酸ガラスやアルミナ等のセラミックス、アクリル樹脂などのプラスチック、炭素強化プラスチック等の複合材料、又はそれらを組合せた材料等、電気絶縁性を有する材料が用いられる。未使用時の隣接アンテナとの干渉低減を実現するためには、比誘電率が真空と近い不活性ガスや、比誘電率が低いフッ素樹脂や炭素強化プラスチック等を使用することが好ましい。また、プラスチックや複合材料を使用することで、外部からの衝撃に対する耐性を向上できる。
【００３３】
以上のように、この実施の形態１によれば、プラズマ励振用の電極端子３，４と、高周波給電用の電極端子（金属ピン６，７）とを分離し、且つ金属ピン６，７と高周波電源８とを高周波で接続する給電線路９に低周波数帯を遮断するフィルタ９０５を設けたので、未使用時に電波との干渉を低減させることができ、且つ、波長に合わせたプラズマ励振用の電極端子３，４のサイズ変更が不要であり、高周波数帯（例えばマイクロ波帯）でのアンテナ動作を実現することができる。
【００３４】
すなわち、本発明では、プラズマ励起電源５がＯＮの場合にはアンテナとして動作し、プラズマ励起電源５がＯＦＦの場合には、放射領域で電気的に透明として振る舞う。そのため、近接したアンテナの干渉源とならない。
【００３５】
また、従来技術では周波数が高くなるに応じてプラズマ励振用の電極端子が微細になり、耐久性を考慮すると、プラズマを励起するために小さい放電電力しか供給できなかった。そのため、プラズマ導体の損失が大きくなり、放射領域でのプラズマ導体からの放射量が低下していた。それに対して、本発明では、プラズマ励振用の電極端子３，４のサイズは周波数に依存せず一定の大きさにできるため、プラズマを励振するために高い放電電力を供給可能となる。よって、プラズマ導体の損失も小さく、放射領域での放射量の低下を招くことなく、アンテナとしての動作が可能となる。
【００３６】
加えて、高周波の給電線路９にフィルタ９０５を設けることで、高周波電源８への高電圧の印加を防ぎ、且つ安定的にプラズマ状態を維持可能にすることができる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図５はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図６は断面図である。この図５，６に示す実施の形態２に係るアンテナ装置は、図１，２に示す実施の形態１に係るアンテナ装置に金属箱１０を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、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。
【００３８】
実施の形態２に係るアンテナ装置では、図５，６に示すように、金属ピン６，７を覆う金属箱１０が設けられている。この金属箱１０は、上面が開口した箱型部材であり、上端が地導体１の下面（下面）に接地されている。すなわち、金属箱１０と地導体１は電気的に接続され、高周波電力の接地電位に保持される。金属箱１０と地導体１との接続方法としては、例えば、はんだ付け、溶接、ねじ止めによる接触等、一般的な接続方法を用いることができる。金属箱１０の部材としては、高周波電力に対して低抵抗であればよく、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の材料を適用することができる。また、金属箱１０の底面には、誘電体チューブ２の両端を通す穴１００１が設けられている。また、金属箱１０の側面には、給電線路９を通す切欠き溝（穴でもよい）１００２が設けられている。なお、穴１００１及び切欠き溝１００２のサイズは可能な限り小さいものとする。
【００３９】
次に、図５，６に示した実施の形態２に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、プラズマ励起電源５がＯＦＦの場合の動作は実施の形態１の構成と同様であり、以下ではプラズマ励起電源５がＯＮの場合についてのみ述べる。
【００４０】
実施の形態１で示したアンテナ装置では、金属ピン６，７が誘電体チューブ２に接続され、この接続位置から誘電体チューブ２の両端側（下側）に流れる電流は、放射領域外に電波を放射する。そのため、この放射は放射領域での放射効率を劣化させる。そこで、実施の形態２では、この放射効率劣化を改善するために、金属箱１０を設ける。
【００４１】
金属箱１０内の誘電体チューブ２又は金属ピン６，７から放射した電波は、金属箱１０により内部に留められ、誘電体チューブ２を通すために設けた地導体１の穴１０１から漏れて放射領域に放射される。また、この電波は、プラズマ導体を励振させ、プラズマ導体からの放射量を増加させる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態２によれば、金属ピン６，７を覆い、地導体１に接地した金属箱１０を設けたので、実施の形態１に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
【００４３】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態２よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図７はこの発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図７に示す実施の形態３に係るアンテナ装置は、図５，６に示す実施の形態２に係るアンテナ装置に金属筒１１を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、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。
【００４４】
実施の形態３に係るアンテナ装置では、図７に示すように、金属箱１０内に誘電体チューブ２を囲む金属筒１１が設けられている。この金属筒１１の底面は、金属箱１０内の底面に接地されている。すなわち、金属筒１１と金属箱１０は電気的に接続され、高周波電力の接地電位に保持される。金属筒１１と金属箱１０との接続方法としては、例えば、はんだ付け、溶接、はめ合わせ、ねじ止め等、一般的な接続方法を用いることができる。金属筒１１の部材としては、高周波電力に対して低抵抗であればよく、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の材料を適用することができる。また、削り出し加工等により、金属箱１０と金属筒１１を一体成型することもできる。また、金属筒１１の上端は、金属ピン６，７よりも誘電体チューブ２の両端側（下側）に位置されている。また、金属筒１１の高さは、高周波の波長の約１／４よりも短く構成されている。
【００４５】
次に、図７に示した実施の形態３に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、プラズマ励起電源５がＯＦＦの場合の動作は実施の形態１の構成と同様であり、以下ではプラズマ励起電源５がＯＮの場合についてのみ述べる。
【００４６】
実施の形態３に係るアンテナ装置では、金属ピン６，７又は誘電体チューブ２から放射した電波の一部が金属箱１０内に溜まり、金属筒１１の内側を通って下側に伝搬し、放射領域外に放射する。このとき、誘電体チューブ２と金属筒１１との間が伝送路となるため、金属筒１１の高さを高周波の波長の１／４程度にした場合には、金属筒１１の下端（金属箱１０に設けた穴１００１）で伝送線路が途切れるため解放となり、上端では短絡になる。よって、高周波的には金属筒１１の上端には短絡壁がある構造とみなすことができ、金属箱１０内の電波が金属筒１１内を伝搬して放射領域外へ放射する量は小さくなる。放射領域外での放射量を小さくすることで、地導体１に設けた穴１０１から漏れる電波が増加する、又は、プラズマ導体を励振させる電磁波（波源）が増加する。したがって、放射領域での放射量も増える。
【００４７】
以上のように、この実施の形態３によれば、金属箱１０内で誘電体チューブ２を囲み、当該金属箱１０内の底面と接地し、上端が金属ピン６，７より当該誘電体チューブ２の両端側に位置する金属筒１１を設けたので、実施の形態２に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
【００４８】
なお図７では、金属箱１０の底面に金属筒１１の下端を接地させ、上側に金属筒１１の高さを持たせた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、金属箱１０の底面に金属筒１１の上端を接地させ、下側に金属筒１１の高さを持たせた構成としてもよく、同様の効果を得ることができる。
【００４９】
実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態２よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図８はこの発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図８に示す実施の形態４に係るアンテナ装置は、図５，６に示す実施の形態２に係るアンテナ装置にキャパシタ１２を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、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。
【００５０】
実施の形態４に係るアンテナ装置では、図８に示すように、金属箱１０の底面と誘電体チューブ２を高周波で短絡するキャパシタ１２が設けられている。このとき、キャパシタ１２を設けた位置から、金属ピン６，７が誘電体チューブ２に挿入されている位置までの距離は、高周波の波長の約１／４とする。
このキャパシタ１２の設置では、例えば、まず、誘電体チューブ２の、金属箱１０の底面に近接した位置に、新たな金属ピンを挿入する。そして、図４と同様のフィルタを介して、金属箱１０の底面と誘電体チューブ２とを高周波的に導通させることで構成する。なお、この場合のフィルタは、誘電体基板の両面の線路が重なる部分の長さを、使用する高周波の管内波長の約１／４とする。
【００５１】
次に、図８に示した実施の形態４に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、プラズマ励起電源５がＯＦＦの場合の動作は実施の形態１の構成と同様であり、以下ではプラズマ励起電源５がＯＮの場合についてのみ述べる。
【００５２】
実施の形態４に係るアンテナ装置では、高周波的に導通させるキャパシタ１２により、プラズマ導体となる誘電体チューブ２が地導体１と短絡する。そのため、短絡した位置から、高周波の波長の約１／４離れた位置では、理想的なインピーダンスが無限大となる。よって、金属ピン６，７が誘電体チューブ２に挿入される位置から誘電体チューブ２の両端側（下側）に分岐する電流は、誘電体チューブ２にほとんど伝搬しない。よって、放射領域外で放射する量が低下し、放射領域での放射量が増える。
【００５３】
以上のように、この実施の形態４によれば、金属箱１０の底面と誘電体チューブ２を高周波で短絡するキャパシタ１２を設けたので、実施の形態２に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
【００５４】
実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１〜４よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図９はこの発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図９に示す実施の形態５に係るアンテナ装置は、図１に示す実施の形態１に係るアンテナ装置に金属箱１０、金属筒１１及びキャパシタ１２を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
このように、実施の形態１の構成に対して、実施の形態２の構成のポイントである金属箱１０、実施の形態３の構成のポイントである金属筒１１、及び、実施の形態４の構成のポイントであるキャパシタ１２を併用することで、実施の形態１〜４に対し、放射領域外への放射量をより低下させ、放射領域の放射効率をより向上させることが可能となる。
【００５６】
実施の形態６．
実施の形態６では、実施の形態２よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図１０はこの発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図１０に示す実施の形態６に係るアンテナ装置は、図１に示す実施の形態１に係るアンテナ装置に金属箱１０ｂを追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、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。
【００５７】
実施の形態６に係るアンテナ装置では、図１０に示すように、誘電体チューブ２の地導体１より両端側（下側）、金属ピン６，７及び電極端子３，４を覆う金属箱１０ｂが設けられている。この金属箱１０ｂは、上面が開口した箱型部材であり、上端が地導体１の下面（下面）に接地されている。また、金属箱１０ｂの底面には、リード線３０２，４０２とプラズマ励起電源５とを結ぶ配線を通す穴１００３が設けられている。また、金属箱１０ｂの側面には、給電線路９を通す切欠き溝（穴でもよい）１００２が設けられている。なお、穴１００３及び切欠き溝１００２のサイズは可能な限り小さいものとする。
【００５８】
次に、図１０に示した実施の形態６に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、アンテナとしての動作原理は実施の形態２と同様のため、前述と異なる部分についてのみ説明する。以下では、プラズマ励起電源５がＯＮの場合についてのみ述べる。
【００５９】
実施の形態２で示したアンテナ装置では、金属箱１０よりも下側に伸びる誘電体チューブ２からの放射が、放射領域での放射効率を劣化させていた。それに対して、実施の形態６では、図１０に示すように、誘電体チューブ２が金属箱１０ｂ内に収まる構成としている。そのため、誘電体チューブ２が放射領域外に電波を放射する量はなくなる。そして、誘電体チューブ２からの電波は金属箱１０ｂ内に放射され、金属箱１０ｂ内に留められる。そして、金属箱１０ｂ内に溜められた電波は、地導体１に設けた穴１０１から放射領域に漏れ、また、プラズマ導体を励起させる。よって、放射領域での放射効率向上に寄与する。
【００６０】
以上のように、この実施の形態６によれば、誘電体チューブ２の地導体１より両端側及び金属ピン６，７を覆い、地導体１に接地した金属箱１０ｂを設けたので、実施の形態２に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
【００６１】
以上、全ての実施の形態で、プラズマ励起電源５がＯＮの場合はアンテナとして動作し、プラズマ励起電源５がＯＦＦの場合は整合が困難であるためアンテナとしての放射量は極めて小さくなり、且つ周囲に配置されたアンテナとの干渉を低減可能とするアンテナ装置になる。
【００６２】
また、従来技術では周波数が高くなるに応じてプラズマ励振用の電極端子が微細になり、プラズマを励起するために小さい電力しか供給できず、プラズマ導体の損失が大きかった。それに対し、本発明の全ての実施の形態では、プラズマ励振用の電極端子３，４のサイズは周波数に依存しないため、プラズマを励振するために高い電力を供給可能となる。よって、プラズマ導体の損失も小さく、放射領域での放射量の低下を招くことなく、アンテナとしての動作が可能となる。
【００６３】
加えて、高周波の給電線路にフィルタ９０５を設けることで、高周波電源８への高電圧の印加を防ぎ、かつ、安定的なプラズマ生成を可能にする。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
１  地導体、２  誘電体チューブ、３，４  電極端子、５  プラズマ励起電源、６，７  金属ピン、８  高周波電源、９  給電線路、１０，１０ｂ  金属箱、１１  金属筒、１２  キャパシタ、１０１  穴、２０１  折り返し部、３０１，４０１  放電電極、３０２，４０２  リード線、９０１  誘電体基板、９０２  グランドパターン、９０３  線路（第１の線路）、９０４  線路（第２の線路）、９０５  フィルタ、１００１，１００３  穴、１００２  切欠き溝。
【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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