(57)【要約】【課題】装置の大規模化や複雑化を招くことなく、少ない配線構造で周波数選択板の機能を備えることができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。【解決手段】両端に電極３が配置されている空間内にガス４を収容している誘電体容器２と、誘電体容器２の上に配置されている誘電体基板５と、誘電体基板５の上に配置され、給電用の線路である同軸内導体７が接続されている複数の放射導体６とを設け、電流調整装置１０が、電極３に供給する電流を調整することで、誘電体容器２により収容されているガス４の状態を、プラズマが発生するプラズマ状態又はプラズマが発生しない気体状態に設定する。【選択図】図１
2016048901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を吸収する電波吸収体と、
前記電波吸収体上に配置され、両端に電極が配置されている空間内に、電離することでプラズマを発生するガスを収容している誘電体容器と、
前記誘電体容器上に配置されている誘電体基板と、
前記誘電体基板上に配置され、給電用の線路が接続されている複数の放射導体と、
前記電極に供給する電流を調整することで、前記誘電体容器により収容されているガスの状態を、プラズマが発生するプラズマ状態又はプラズマが発生しない気体状態に設定する状態制御手段と
を備えたアレーアンテナ装置。
【請求項２】
前記誘電体容器は中空形状の空間を有しており、前記空間内にガスが収容されていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
【請求項３】
前記放射導体と別の放射導体が前記誘電体容器の内部に複数配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアレーアンテナ装置。
【請求項４】
前記誘電体容器により収容されているガスの密度を調整するガス密度調整手段を備え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項記載のアレーアンテナ装置。
【請求項５】
入射される電波の周波数を探知する周波数探知手段を備え、
前記ガス密度調整手段は、前記周波数探知手段により探知された周波数にしたがって前記誘電体容器により収容されているガスの密度を調整することを特徴とする請求項４記載のアレーアンテナ装置。
【請求項６】
入射される電波の周波数を探知する周波数探知手段を備え、
前記状態制御手段は、前記周波数探知手段により探知された周波数にしたがって前記電極に供給する電流を調整することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周波数選択板の機能を有するアレーアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁波の反射、透過又は吸収を自在にコントロールすることが可能な材料として、プラズマ媒質が注目を浴びており、電磁波に対するプラズマ媒質の周波数特性を制御することで、電磁波の反射、透過又は吸収を制御することが可能な周波数選択板などが多数発表されている。なお、周波数選択板は、アンテナ装置と組み合わされて使用されることが多い。
【０００３】
以下の特許文献１には、中空の構造をなしている誘電体から構成されている周波数選択板が開示されており、この周波数選択板は、誘電体の中空に均一なプラズマを発生させる電極などを備えている。
この周波数選択板では、誘電体の上面に空けられているスロットの大きさを調整することで、電磁波の透過周波数を動的に変更することができる。
【０００４】
以下の特許文献２には、プラズマを用いているレドーム（レーダドーム）が開示されており、このレドームは、電磁波の周波数選択性を有している。
この周波数選択性は、２層の周波数選択板によって実現されており、２層の周波数選択板の間に設けられているハニカム形状のプラズマ封入層にガスが密閉されている。
ハニカム形状のプラズマ封入層に沿って張り巡らされている電極が、各プラズマ封入層にエネルギーを与えることで、ガスからプラズマが発生する。
ガスからプラズマが発生している状態であっても、外部から入射される電波の周波数に対して、そのプラズマが導体的な性質を有していれば、仮に、外部から入射される電波の周波数がレドームの透過周波数であったとしても、当該電波はプラズマによって反射されるため、内部に進入することができなくなる。
【０００５】
以下の非特許文献１にはバンドストップ型の周波数選択板が開示されている。
この周波数選択板は、プラズマの導体的な性質を利用するものであり、プラズマを発生することが可能な複数本の蛍光管を周期的に配置することで、特定の周波数を通さないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２２５７９７号公報
【特許文献２】ＵＳ ２００９／０１０９１１５  Ａ１
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Anderson et. al.，“Plasma Frequency Selective Surfaces，”IEEE Trans. Plasma Sci.，vol.35，no. 2，Apr (2007) 4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、周波数選択板が組み合わされる場合、多数の配線構造が必要となり（特に、特許文献２及び非特許文献１の場合、多数の電極を配置する必要があるため、多数の配線構造が必要となる）、多数の配線構造が周波数選択板の電気特性に大きな影響を及ぼしてしまうという課題があった。
また、周波数選択板と組み合わすことで、装置の大規模化や複雑化を招いてしまうという課題もあった。
【０００９】
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、装置の大規模化や複雑化を招くことなく、少ない配線構造で周波数選択板の機能を備えることができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、電波を吸収する電波吸収体と、電波吸収体上に配置され、両端に電極が配置されている空間内に、電離することでプラズマを発生するガスを収容している誘電体容器と、誘電体容器上に配置されている誘電体基板と、誘電体基板上に配置され、給電用の線路が接続されている複数の放射導体とを設け、状態制御手段が、電極に供給する電流を調整することで、誘電体容器により収容されているガスの状態を、プラズマが発生するプラズマ状態又はプラズマが発生しない気体状態に設定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、電波を吸収する電波吸収体と、電波吸収体上に配置され、両端に電極が配置されている空間内に、電離することでプラズマを発生するガスを収容している誘電体容器と、誘電体容器上に配置されている誘電体基板と、誘電体基板上に配置され、給電用の線路が接続されている複数の放射導体とを設け、状態制御手段が、電極に供給する電流を調整することで、誘電体容器により収容されているガスの状態を、プラズマが発生するプラズマ状態又はプラズマが発生しない気体状態に設定するように構成したので、装置の大規模化や複雑化を招くことなく、少ない配線構造で周波数選択板の機能を備えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置の給電構造などを示す断面図である。
【図３】ガス４の状態がプラズマ状態である場合のアレーアンテナ装置の動作を示す説明図である。
【図４】ガス４の状態が気体状態である場合のアレーアンテナ装置の動作を示す説明図である。
【図５】放射特性の解析に利用している図１のアレーアンテナ装置の一部（素子アンテナ）を示す断面図である。
【図６】ガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合のＥ面（図５のＺＸ面を含むカット面）における指向性パターンを示す説明図である。
【図７】ガス封入領域の厚さが５ｍｍである場合のＥ面（図５のＺＸ面を含むカット面）における指向性パターンを示す説明図である。
【図８】プラズマを発生させないで周波数選択板として動作する場合のアレーアンテナ装置を示す説明図である。
【図９】ガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合の送受間の透過率の周波数特性を示す説明図である。
【図１０】ガス封入領域の厚さが５ｍｍである場合の送受間の透過率の周波数特性を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置の一部（素子アンテナ）を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置の一部（素子アンテナ）を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置の一部（素子アンテナ）を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す斜視図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置の給電構造などを示す断面図である。
図１及び図２において、電波吸収体１は例えばカーボンやフェライトなどで形成されており、外部からアレーアンテナ装置に入射された電波を吸収する部材である
図２では、電波吸収体１の上面が鋸状になっているように表記しているのに対して、図１では、図面の簡略化のために電波吸収体１の上面が平面のように表記しているが、同一の部材である。なお、電波吸収体１の上面の形状は、入射された電波を吸収することができれば、どのような形状でも構わない。
【００１４】
誘電体容器２は電波吸収体１の上に配置されており、両端に電極３が配置されている空間内に、電離することでプラズマを発生するガス４を収容している。
図１及び図２の例では、ガス４を収容している空間は、誘電体容器２の上面に施されている凹部であり、後述する誘電体基板５が誘電体容器２の上面に載せられることで、ガス４が誘電体容器２の空間内に密閉される。
また、図１及び図２の例では、誘電体容器２の上面が正方形であるため、誘電体容器２の上面に施されている凹部の開口部も正方形である。
なお、誘電体容器２は、例えば、石英などの誘電体で構成されているものを想定しているが、ガス４を空間内に密閉することができればよく、石英以外の誘電体で構成されているものであってもよい。
【００１５】
電極３はガス４を収容している空間を構成している誘電体容器２の凹部の側壁面に沿って配置されている長細の部材である。図１の例では、長細の電極３がＹ方向に延びており、１つの電極３が凹部の右側の側壁面に沿って配置され、もう１つの電極３が凹部の左側の側壁面に沿って配置されている。
誘電体容器２の空間内に収容されるガスとしては、第１８族元素（希ガス元素）を含むものが望ましいが、窒素や酸素等の媒質でもよいし、これらの混合媒質を用いてもよい。また、プラズマの生成度合を調整するために、Ｈｇやフラクトゲル（ＴＭＡＥ）等の他の媒質を添加するようにしてもよい。
【００１６】
誘電体基板５は誘電体容器２の上に配置されており、誘電体容器２の空間内に収容されるガス４を密閉している。
放射導体６は誘電体基板５の上に周期的に配置されており（図１の例では、８×９の放射導体６がアレー状に配置されている）、放射導体６には、給電用の線路である同軸内導体７が接続されている。
同軸内導体７は一端が放射導体６と接続され、他端が図示せぬ通信装置と接続されている。
また、通信装置と接続されている同軸外導体８は、誘電体容器２の空間内に収容されているガス４に触れる位置まで延びている。
なお、同軸内導体７と同軸外導体８の間は誘電体９である。
【００１７】
電流調整装置１０は誘電体容器２の側面に施されている穴に差込ピン等を挿入することで電極３と接続されており、内蔵の電源から電極３に供給される電流を調整することで、誘電体容器２の空間内に収容されているガス４の状態を、プラズマが発生するプラズマ状態又はプラズマが発生しない気体状態に設定する。なお、電流調整装置１０は状態制御手段を構成している。
【００１８】
次に動作について説明する。
電流調整装置１０の電源から電極３に大きな電流が供給され、その電流が誘電体容器２の空間内に収容されているガス４に伝わると、そのガス４が電離して、ガス４の状態が気体状態からプラズマ状態に遷移する。
以下、プラズマ状態に遷移する際のプラズマの導電率σについて説明する。
【００１９】
ガス４から発生するプラズマは、非磁化、低温、かつ、衝突性のプラズマになる。
非磁化・低温・衝突性のプラズマにおける複素比誘電率εｒチルダ（明細書の文章中では、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）は、下記の非特許文献２に開示されているように、以下の式（１）で表される。
2016048901.tif 000003
式（１）において、ωｐはプラズマ角周波数、ωはプラズマに入射された電磁波の角周波数、νは衝突周波数（自由電子が他の粒子と衝突して消滅する１秒当たりの平均回数）、ｊは虚数単位である。
［非特許文献２］
R.J. Vidmar、“On the use of Atmospheric Pressure Plasmas as Electromagnetic Reflections and Absorber、”IEEE Trans. Plasma Sci.、Vol.18、No.4、1990
【００２０】
プラズマ角周波数ωｐは、下記の式（２）に示すように、電子密度ｎｅ、電子の電荷ｅ、電子質量ｍｅ、真空の比誘電率ε０を用いて、表すことができる。
2016048901.tif 000004
また、複素比誘電率εｒチルダは、一般的に、下記の式（３）のように表される。
2016048901.tif 000005
式（３）において、εｒはプラズマの比誘電率、σはプラズマの導電率である。
【００２１】
式（１）と式（３）を比較すると、プラズマの比誘電率εｒは、下記の式（４）のように求まり、プラズマの導電率σは、下記の式（５）のように求まる。
2016048901.tif 000006
2016048901.tif 000007
【００２２】
式（４）より、プラズマの比誘電率εｒは、入射された電磁波の角周波数ωや電子密度ｎｅなどから求まる。したがって、電流調整装置１０が、電極３に供給する電流の値を調整することで、ガス４から発生するプラズマの電子密度ｎｅを調整すれば、プラズマの比誘電率εｒを制御することができる。
また、式（５）より、プラズマの導電率σは、入射された電磁波の角周波数ωや電子密度ｎｅなどから求まる。したがって、電流調整装置１０が、電極３に供給する電流の値を調整することで、ガス４から発生するプラズマの電子密度ｎｅを調整すれば、プラズマの導電率σを制御することができる。
この実施の形態１では、ガス４の状態をプラズマ状態に設定するときは、プラズマの導電率σが、入射された電磁波の角周波数ωに対して、導体とみなせる値となるように制御するものとする。例えば、プラズマの導電率σとして、４〜１０Ｓ／ｍの値、好ましくは１０Ｓ／ｍ以上の値とする。
このように、プラズマの導電率σを制御することで、ガス４の状態を気体状態からプラズマ状態に遷移させることができる。また、プラズマの比誘電率εｒを制御することで、プラズマの導体損失を調整して、入射された電磁波の電磁エネルギーの減少量を適正な量に制御することができる。
【００２３】
次に、ガス４の状態がプラズマ状態である場合のアレーアンテナ装置の動作と、ガス４の状態が気体状態である場合のアレーアンテナ装置の動作との相違について説明する。
図３はガス４の状態がプラズマ状態である場合のアレーアンテナ装置の動作を示す説明図であり、図４はガス４の状態が気体状態である場合のアレーアンテナ装置の動作を示す説明図である。
【００２４】
電流調整装置１０が、内蔵の電源から電極３に供給される電流を調整することで、誘電体容器２の空間内に収容されているガス４の状態を、プラズマが発生するプラズマ状態に設定する。
このとき、電流調整装置１０が、電極３に供給される電流を調整することで、ガス４から発生するプラズマの導電率σを、放射対象の電波（電磁波）の角周波数ωに対して、導体とみなせる値に設定する。
これにより、プラズマが導体として振る舞うため、図示せぬ通信装置が、放射導体６に対して給電すれば、図１の構造がアンテナとして動作するため、図３に示すような放射パターンで電波を放射することができる。
一方、外部から到来してきた電波がアンテナの動作周波数と同じ周波数帯である場合、構造によって決まる散乱波と、アンテナの給電構造を励振することで発生するアンテナの散乱波とが発生する。このため、２つの散乱波の重ね合わせによっては、レーダ断面積が増大する可能性がある。
【００２５】
電流調整装置１０が、内蔵の電源から電流を電極３に供給させないことで、誘電体容器２の空間内に収容されているガス４の状態を、プラズマが発生しない気体状態に設定する。
この場合、導体的な性質を有するプラズマが発生しないため、図１の構造がアンテナとして動作しなくなる。
ここでは、ガス４の状態を気体状態に設定する場合について示しているが、ガス４の状態をプラズマ状態に設定していても、ガス４から発生するプラズマの導電率σが、電波の角周波数ωに対して、導体とみなせる値に制御されていなければ、図１の構造がアンテナとして動作しなくなる。
【００２６】
ガス４の状態を気体状態に設定すると、図１の構造がアンテナとして動作しなくなるが、複数の放射導体６が配置されているため、外部から到来してきた電波に対して、周波数選択板として動作するようになる。
周波数選択板は、ある特定の周波数帯の電波のみを透過するバンドパス型と、逆に特定の周波数帯の電波のみを反射するバンドストップ型に大別されるが、図１の場合、複数の放射導体６が周期的に並んでいる構造であるため、バンドストップ型の周波数選択板として動作する。
したがって、外部から到来してきた電波の周波数が、周波数選択板としての動作周波数であれば、当該電波が図１のアレーアンテナ装置に反射される。
一方、外部から到来してきた電波の周波数が、周波数選択板としての動作周波数でなければ、図４に示すように、当該電波が図１のアレーアンテナ装置に入射される。ただし、図１のアレーアンテナ装置には電波吸収体１が備えられているため、入射された電波が電波吸収体１で吸収され、反射はほとんど起きなくなる。したがって、レーダ断面積を小さくすることができる。
【００２７】
次に、図１のアレーアンテナ装置におけるアンテナとしての放射特性と、周波数選択板としての透過特性との評価結果について説明する。
図５は放射特性の解析に利用している図１のアレーアンテナ装置の一部（素子アンテナ）を示す断面図である。
図５では、ガス４が収容される誘電体容器２の空間の厚さ（ガス封入領域の厚さ）は、２ｍｍと５ｍｍの２種類としている。
また、ガス４から発生するプラズマの導電率σは、１００Ｓ／ｍ，２５０Ｓ／ｍ，５００Ｓ／ｍの３種類としている。
本放射特性の解析では、無限周期アレーアンテナにおけるアレー素子指向性パターンを求めている。また、放電管の材質は石英（比誘電率＝３．７８）、解析周波数はアンテナの動作周波数となる０．８５ＧＨｚである。
【００２８】
図６はガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合のＥ面（図５のＺＸ面を含むカット面）における指向性パターンを示す説明図である。
図６では、比較対象として、プラズマの代わりに銅を用いている場合の指向性パターンも併せて示している。
ガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合、ガス４から発生するプラズマの導電率σが高いほど、指向性パターンが、銅を用いている場合の指向性パターンと近くなっており、プラズマの導電率σが５００Ｓ／ｍの場合の指向性パターンは、銅を用いている場合の指向性パターンとほぼ一致している。
よって、ガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合、プラズマの導電率σを５００Ｓ／ｍに設定すれば、銅を用いる場合と同等の放射特性を有するアンテナとして動作させることができる。
【００２９】
図７はガス封入領域の厚さが５ｍｍである場合のＥ面（図５のＺＸ面を含むカット面）における指向性パターンを示す説明図である。
図７では、比較対象として、プラズマの代わりに銅を用いている場合の指向性パターンも併せて示している。
ガス封入領域の厚さが５ｍｍである場合、２ｍｍである場合よりガス封入領域の厚さが厚いため、外部から入射された電波が地板背面（図５中、誘電体容器２の下側）に抜け出ることがなくなっている。このため、ガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合と比べて、ガス４から発生するプラズマの導電率σを低くしても、指向性パターンが、銅を用いている場合の指向性パターンと近くなっている。
よって、ガス封入領域の厚さが５ｍｍである場合、ガス４から発生するプラズマの導電率σを低くしても、銅を用いる場合と同等の放射特性を有するアンテナとして動作させることができる。
【００３０】
図８はプラズマを発生させないで周波数選択板として動作する場合のアレーアンテナ装置を示す説明図である。
図８では、ガス４が収容される誘電体容器２の空間の厚さ（ガス封入領域の厚さ）は、２ｍｍと５ｍｍの２種類としている。
本透過特性の解析では、簡単のために同軸構造を省き、電波の送信源と受信源は無指向性としている。
また、周波数選択板として使用する場合、ガス４の状態がプラズマ状態になっておらず、ガス４が充填されているだけでは電気特性にほとんど影響を与えないため、真空として解析している。
【００３１】
図９はガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合の送受間の透過率の周波数特性を示す説明図である。
また、図１０はガス封入領域の厚さが５ｍｍである場合の送受間の透過率の周波数特性を示す説明図である。
図９及び図１０に示す周波数特性では、周波数１．５ＧＨｚが周波数選択板の動作周波数となっており、周波数１．５ＧＨｚの電波（平面波）は周波数選択板を通過することができない。
一方、周波数１．５ＧＨｚ以外の周波数では、ほぼ−５ｄＢ以上のレベルで透過していることが分かる。ただし、透過した電波は、電波吸収体１で吸収される。
よって、ガス封入領域の厚さが２ｍｍである場合でも、ガス封入領域の厚さが５ｍｍである場合でも、特定の周波数帯の電波のみを反射する周波数選択板として動作させることができる。
【００３２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、電波を吸収する電波吸収体１と、電波吸収体１の上に配置され、両端に電極３が配置されている空間内に、電離することでプラズマを発生するガス４を収容している誘電体容器２と、誘電体容器２の上に配置されている誘電体基板５と、誘電体基板５の上に配置され、給電用の線路である同軸内導体７が接続されている複数の放射導体６とを設け、電流調整装置１０が、電極３に供給する電流を調整することで、誘電体容器２により収容されているガス４の状態を、プラズマが発生するプラズマ状態又はプラズマが発生しない気体状態に設定するように構成したので、装置の大規模化や複雑化を招くことなく、少ない配線構造で周波数選択板の機能を備えることができる効果を奏する。
即ち、図１の構造がアレーアンテナと周波数選択板を共用しているので、装置の大規模化や複雑化を抑えることができる。また、従来例のように多数の電極を配置する必要がなく、一対の電極３を配置するだけでよいため、多数の配線構造が周波数選択板の電気特性に大きな影響を及ぼしてしまうということもない。
【００３３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、図中、上側が開いている空間を有する誘電体容器２の上に誘電体基板５を載せることで、空間内のガス４を密閉しているものを示しているが、誘電体容器２が中空形状の空間を備え、その空間内にガス４が収容されるようにしてもよい。
図１１及び図１２はこの発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置の一部（素子アンテナ）を示す断面図である。
特に、図１１はアレーアンテナ装置の端部に配置されている素子アンテナを示し、図１２はアレーアンテナ装置の端部以外に配置されている素子アンテナを示している。
図１１及び図１２において、図１及び図２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。
【００３４】
上記実施の形態１では、誘電体容器２の上に誘電体基板５を載せることで、空間内のガス４を密閉しているが、ガス４の密閉状態を維持して、ガス４の漏れを防ぐには、誘電体基板５の種類が限定される。
これに対して、この実施の形態２では、図１１及び図１２に示すように、誘電体容器２が中空形状の空間を備え、その空間内にガス４が収容されるようにしているので、誘電体基板５の種類に関係なく、ガス４の密閉状態を維持することができる。
【００３５】
誘電体容器２が中空形状の空間を備える構造の場合、ガス４からプラズマが発生するプラズマ状態になるときには、誘電体容器２の上面及び誘電体基板５からなる多層基板が素子アンテナになる。
例えば、誘電体容器２の比誘電率をεｒ１、誘電体容器２の厚さをｔ１、誘電体基板５の比誘電率をεｒ２、誘電体基板５の厚さｔ２とすると、実効比誘電率εｅｆｆは、下記の式（６）のように表される。
2016048901.tif 000008
【００３６】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、誘電体容器２が中空形状の空間を備え、その空間内にガス４が収容されるように構成したので、誘電体基板５の材料を選定する際、ガス４の密閉構造と無関係に材料を選定することができる効果を奏する。
【００３７】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、放射導体６が誘電体基板５の上に配置されているものを示しているが、放射導体６と別の放射導体が誘電体容器２の内部に複数配置されているようにしてもよい。
図１３はこの発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置の一部（素子アンテナ）を示す断面図である。図１３では、アレーアンテナ装置の端部以外に配置されている素子アンテナを示している。図１３において、図１及び図２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。
放射導体１１は、誘電体容器２の内部において、放射導体６と別個に配置されている。
【００３８】
図１３の例では、誘電体容器２におけるガス４を収納する空間の上部に、放射導体６と異なる形状の放射導体１１が配置されているが、誘電体容器２におけるガス４を収納する空間の下部に、放射導体６と異なる形状の放射導体１１が配置されるようにしてもよいし、また、ガス４を収納する空間の上部と下部の双方に、放射導体１１が配置されるようにしてもよい。
また、誘電体容器２の空間の上部や下部ではなく、誘電体容器２を構成している誘電体の内部に、放射導体１１が挿入されるようにしてもよい。
【００３９】
ガス４の状態がプラズマ状態に設定されているときは、放射導体１１はほとんど影響を及ぼさないが、ガス４の状態が気体状態に設定されているときは、放射導体６と放射導体１１によって多層の周波数選択板を構成するため、放射導体１１の配置や形状によって、周波数選択板の透過特性を調整することができる。
【００４０】
実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図１４において、図１及び図２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。
ガス排気孔２１は誘電体容器２の空間内に収容されているガス４の密度を調整できるようにするために施されている孔であり、ホース２２が接続されている。
ガス密度調整装置２３はホース２４を介してガスボンベ２５と接続されており、ガスボンベ２５に貯蔵されているガス４を誘電体容器２の空間内に封入、または、誘電体容器２の空間に収容されているガス４を排気することで、誘電体容器２の空間に収容されているガス４の密度を調整する装置である。
なお、ホース２２，２４、ガス密度調整装置２３及びガスボンベ２５からガス密度調整手段が構成されている。
【００４１】
非磁化・低温・衝突性のプラズマにおける複素比誘電率εｒチルダは、上記の式（１）に示すように、衝突周波数νによって変化する。
衝突周波数νは、自由電子が他の粒子と衝突して消滅する1秒当たりの平均回数であり、電子の運動は、電流調整装置１０の電源による印加電圧によって決定される。
以下の非特許文献３の記載より、衝突周波数νは下記の式（７）で定義される。
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式（７）において、ｎｎは粒子の密度、ρは粒子が弾性衝突する場合の等価断面積、ｓは粒子の速度である。なお、ρｓバー（明細書の文章中では、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、ρｓバーのように表記している）は、等価断面積ρと速度ｓの積の平均値を表している。
［非特許文献３］
Francis F. Chen著、内田岱二郎訳『プラズマ物理入門』、丸善、1977年
【００４２】
式（７）より、ガスの粒子の大きさが大きくなるか、ガスの密度が高くなれば、衝突周波数νが高くなることが分かる。
したがって、ガス密度調整装置２３が、誘電体容器２の空間に収容されているガス４の密度を調整、あるいは、ガスボンベ２５から、誘電体容器２の空間に現在収容されているガス４と異なるガスを封入することで、衝突周波数νを調整することができる。
このように、衝突周波数νを調整することで、プラズマの比誘電率εｒと導電率σを更に広い範囲で制御することができるため、アンテナの放射特性や、周波数選択板の透過特性を調整することができる。
【００４３】
実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置を示す構成図であり、図１５において、図１４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。
周波数探知装置３１は入射される電波の周波数を探知する装置である。なお、周波数探知装置３１は周波数探知手段を構成している。
周波数探知装置３１による電波の周波数を探知する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
制御装置３２は周波数探知装置３１により探知された周波数にしたがって電流調整装置１０を制御することで、電極３に供給する電流を調整するとともに、周波数探知装置３１により探知された周波数にしたがってガス密度調整装置２３を制御することで、誘電体容器２の空間により収容されているガス４の密度を調整する装置である。なお、制御装置３２は状態制御手段及びガス密度調整手段を構成している。
【００４４】
次に動作について説明する。
ただし、周波数探知装置３１及び制御装置３２以外は、上記実施の形態１〜４と同様であるため、ここでは周波数探知装置３１及び制御装置３２の処理内容だけを説明する。
周波数探知装置３１は、外部から電波が入射されると、その電波の周波数を探知して、その周波数を制御装置３２に通知する。
【００４５】
制御装置３２は、例えば、入射された電波の周波数と電極３に供給する電流との関係や、入射された電波の周波数とガス４の密度との関係を示すテーブルを備えている。
例えば、入射された電波の周波数を反射させるために必要なガス４の密度が事前に解析されていれば、その電波の周波数に対応するガス４の密度を示すテーブルが制御装置３２に備えられる。
また、例えば、外部から入射される電波の周波数と同じ周波数の電波を放射する必要がある場合、入射される電波の周波数と同じ周波数の電波を放射するために必要な電極３に供給する電流を事前に解析されていれば、入射される電波の周波数に対応する電流を示すテーブルが制御装置３２に備えられる。
【００４６】
制御装置３２は、周波数探知装置３１から入射された電波の周波数の通知を受けると、そのテーブルを参照して、入射された電波の周波数に対応する電流を把握し、その電流が電極３に供給されるように電流調整装置１０を制御する。
また、そのテーブルを参照して、入射された電波の周波数に対応するガス４の密度を把握し、誘電体容器２の空間により収容されているガス４の密度が、その把握したガス４の密度と一致するようにガス密度調整装置２３を制御する。
ここでは、制御装置３２がテーブルを参照して電流調整装置１０及びガス密度調整装置２３を制御している例を示しているが、これに限るものではなく、入射された電波の周波数から電流調整装置１０及びガス密度調整装置２３に対する制御量を計算して、電流調整装置１０及びガス密度調整装置２３を制御するようにしてもよい。
【００４７】
例えば、入射された電波の周波数が高くなれば、ガス４の密度が高くなるように制御し、入射された電波の周波数が低くなれば、ガス４の密度が低くなるように制御すれば、入射された電波の周波数がリアルタイムに変化する場合でも、当該電波を反射することができる周波数選択板を得ることができる。
また、入射された電波の周波数が高くなれば、プラズマの導電率σが高くなるように、電極３に対する電流を制御し、入射された電波の周波数が低くなれば、プラズマの導電率σが低くなるように、電極３に対する電流を制御すれば、入射された電波の周波数がリアルタイムに変化する場合でも、入射された電波と同じ周波数の電波を放射することができるアンテナを得ることができる。
【００４８】
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】
【００４９】
１  電波吸収体、２  誘電体容器、３  電極、４  ガス、５  誘電体基板、６  放射導体、７  同軸内導体（給電用の線路）、８  同軸外導体、９  誘電体、１０  電流調整装置（状態制御手段）、１１  放射導体、２１  ガス排気孔、２２，２４  ホース（ガス密度調整手段）、２３  ガス密度調整装置（ガス密度調整手段）、２５  ガスボンベ（ガス密度調整手段）、３１  周波数探知装置（周波数探知手段）、３２  制御装置（状態制御手段、ガス密度調整手段）。
【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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