(57)【要約】【課題】使用時においても近接するアンテナ装置からの所望しない電波との干渉を抑制するアンテナ装置を提供する。【解決手段】放射素子２と、信号源３と、プラズマ生成部４とを備えている。放射素子２は電波から取り出される高周波信号を送受信可能である。信号源３は高周波信号を放射素子２に供給可能である。プラズマ生成部４は放射素子２の周囲にプラズマを発生させる。プラズマ生成部４は、放射素子２の周囲のプラズマの電子密度分布を制御することにより、プラズマ内における電波の伝搬方向を制御可能である。【選択図】図１
2016111423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波から取り出される高周波信号を送受信可能な放射素子と、
前記高周波信号を前記放射素子に供給可能な信号源と、
前記放射素子の周囲にプラズマを発生させるプラズマ生成部とを備え、
前記プラズマ生成部は、前記放射素子の周囲の前記プラズマの電子密度分布を制御することにより、前記プラズマ内における前記電波の伝搬方向を制御可能である、アンテナ装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成部は、
前記プラズマを生成するために電離対象となるガスを内部に保持可能な筐体と、
前記筐体の壁面に設けられた電極と、
前記プラズマを生成するための電力を前記電極に供給する電源とを含み、
前記電源は、前記筐体内に位置する前記放射素子と前記電極との間に電力を供給することにより前記プラズマを生成する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記プラズマ生成部は、
前記プラズマを生成するために電離対象となるガスを内部に保持可能な筐体と、
前記筐体の壁面に、互いに間隔をあけて複数設けられた電極と、
前記プラズマを生成するための電力を前記電極に供給する電源と、
複数の前記電極のうち前記電源からの電力を供給する前記電極を選択可能な電力制御器とを含み、
前記電源は、前記筐体内に位置する前記放射素子と、複数の前記電極のうち前記電力制御器により選択された前記電極との間に電力を供給することにより前記プラズマを生成する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記筐体内に保護容器をさらに備え、
前記放射素子は前記保護容器内に収納される、請求項２または３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記放射素子は前記筐体の外側に配置され、
前記筐体の壁面は前記放射素子の周囲において、前記放射素子の表面に沿うように凹部を形成している、請求項２〜４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記プラズマ生成部は、
前記プラズマを生成するために電離対象となるガスを内部に保持可能な筐体と、
前記筐体の壁面に、互いに間隔をあけて複数設けられた電極と、
前記プラズマを生成するための電力を前記電極に供給する電源とを含み、
前記電源は、複数の前記電極の間に電力を供給することにより前記プラズマを生成し、
前記放射素子は、前記筐体の外に配置される、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記放射素子は、複数の前記電極のそれぞれからの距離が等しい位置に配置される、請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記電極は、前記電波の伝搬方向に垂直な方向に延びる直線部を有する、請求項２〜７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記ガスの圧力を制御するガス制御部をさらに備える、請求項２〜８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に関し、特にプラズマを用いたたアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アンテナは周囲を伝搬する電波と無差別に干渉し、電波を反射、散乱、吸収する。このため複数のアンテナを近接して配置する場合、近接するアンテナの間で電波が干渉し、各アンテナを孤立して使用した場合と比較してアンテナ特性が劣化する。閉鎖空間内や移動体、携帯端末上などの限られた領域に複数のアンテナを近接して設置するためには、アンテナは所望の方向のアンテナとの間でのみ電波の送受信を行い、それ以外の方向のアンテナとは電波が干渉しないことが望まれる。
【０００３】
従来、非使用時に電波との干渉が少ないアンテナとしてプラズマアンテナ装置が提案されている。プラズマアンテナ装置では、たとえば、内部にガスが封入されて、両端に一対の電極が設置された誘電体チューブが用いられる。各電極は一対の配線を介してプラズマ生成用の電源と接続される。
【０００４】
アンテナ使用時には、電源から各電極にプラズマ生成用の電力を給電することによりガスがプラズマ化される。プラズマは導電性を有するため電波と干渉する。その結果、プラズマアンテナ装置はアンテナとして動作する。
【０００５】
一方、アンテナ非使用時には、電源から各電極への電力の供給を遮断し、ガスをプラズマ状態から中性状態に戻す。ガスは電波に対して透明であるため、電波はガスと干渉することなくガスを通過する。その結果、非使用時にプラズマアンテナ装置はアンテナとして動作しなくなるため、プラズマアンテナ装置と電波との干渉を減らすことができる。
【０００６】
このようなプラズマアンテナ装置を開示した特許文献の一例として、特許文献１がある。このプラズマアンテナ装置では、両端に一対の電極を有し、両端が近接するように折り曲げられた放電管を備えている。その放電管の両端が接地導体に近接して配置され、放電管の一対の電極のそれぞれに接続された一対の配線の少なくとも一方に高周波信号源からの高周波信号が給電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
特開２０１０−１４８０２５号公報においては、一対の配線を含むアンテナ構成部材は地導体の裏側に隠れるように配置されるために、非使用時には周囲のアンテナの放射特性が乱されない構成となっている。しかし特開２０１０−１４８０２５号公報の構成を含めて従来のプラズマアンテナ装置は、使用時には所望する電波であるかどうかに関係なく電波と干渉する。そのため従来は、複数のプラズマアンテナ装置を近接して設置した場合においても、同時に複数のプラズマアンテナ装置を使用すると、複数のプラズマアンテナ装置からの複数の電波間で干渉が生じるという課題があった。
【０００９】
また特開２０１０−１４８０２５号公報においては、複数の電波間の干渉を抑制するために、各プラズマアンテナ装置の使用状態または非使用状態を時間ごとに切り替えて使用するが、この場合、電波の時間利用効率が低下するという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用時においても近接するアンテナ装置からの所望しない電波との干渉を抑制するアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のアンテナ装置は、放射素子と、信号源と、プラズマ生成部とを備えている。放射素子は電波から取り出される高周波信号を送受信可能である。信号源は高周波信号を放射素子に供給可能である。プラズマ生成部は放射素子の周囲にプラズマを発生させる。プラズマ生成部は、放射素子の周囲のプラズマの電子密度分布を制御することにより、プラズマ内における電波の伝搬方向を制御可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ生成部がプラズマ内の電波の伝搬方向を制御可能であるため、所望しない方向からの電波が本発明のアンテナ装置と干渉するように伝搬する可能性を低減することができる。このため、使用時においても近接するアンテナ装置からの所望しない電波との干渉を抑制するアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１のアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図３】実施の形態１のアンテナ装置の動作時における、放射素子周囲の電波の伝搬の様子を示す概略図である。
【図４】実施の形態１の実施例１において、プラズマを生成しなかった場合に放射素子から電波が放射する態様をシミュレーションした結果である。
【図５】実施の形態１の実施例１において、プラズマを生成した場合に放射素子から電波が放射する態様をシミュレーションした結果である。
【図６】実施の形態１の実施例１において、プラズマを生成した場合に遠方から放射素子に向けてｘ方向に電波が伝搬する態様をシミュレーションした結果である。
【図７】実施の形態１の実施例１において、プラズマを生成した場合に遠方から放射素子に向けてｙ方向に電波が伝搬する態様をシミュレーションした結果である。
【図８】実施の形態１の第１変形例におけるアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図９】実施の形態１の第２変形例におけるアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図１０】実施の形態１の第３変形例におけるアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図１１】実施の形態２のアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図１３】実施の形態２の変形例におけるアンテナ装置の、図１２に示す部分の構成を示す概略断面図である。
【図１４】実施の形態３のアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。
【図１６】実施の形態３のアンテナ装置の動作時における、放射素子周囲の電波の伝搬の様子を示す概略図である。
【図１７】実施の形態３の実施例２において、プラズマを生成しなかった場合に放射素子から電波が放射する態様をシミュレーションした結果である。
【図１８】実施の形態３の実施例２において、プラズマを生成した場合に放射素子から電波が放射する態様をシミュレーションした結果である。
【図１９】実施の形態３の実施例２において、プラズマを生成しなかった場合に遠方から放射素子に向けて斜め方向に電波が伝搬する態様をシミュレーションした結果である。
【図２０】実施の形態３の実施例２において、プラズマを生成した場合に遠方から放射素子に向けて斜め方向に電波が伝搬する態様をシミュレーションした結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、一実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態のアンテナ装置の構成について、図１および図２を用いて説明する。
【００１５】
図１を参照して、本実施の形態のアンテナ装置１１は、放射素子２と、信号源３と、プラズマ生成部４と、接地導体５と、信号回路６と、ガス制御部７とを、主に有している。
【００１６】
放射素子２は、電波を空間に対して送信、および電波を空間から受信する。より具体的には、放射素子２は、電波として空間に対して放射／伝搬するための高周波信号を送信／供給すると同時に、放射素子２は、空間から受信した電波を高周波信号として取り出す。
【００１７】
信号源３は、高周波信号を生成して放射素子２に供給するための部材である。つまり信号源３から放射素子２に供給された高周波信号が、電波として放射素子２から空間に対して放射、伝搬される。信号源３の接地電極は接地導体５と接続され、接地導体５と同電位に保たれている。
【００１８】
プラズマ生成部４は、放射素子２の周囲に設けられ、放射素子２の周囲にプラズマを発生させる部材であり、筐体４１と、電源４２と、電極４３と、電源線４４と、濾波器４５とを有している。
【００１９】
筐体４１は、その壁面と壁面との交わる部分が丸くなっているものの、基本的には直方体に近い箱型形状を有している。ただし筐体４１は、たとえば円筒形状であってもよい。筐体４１は、電波を透過する絶縁性の材質によって構成され、その内部に、プラズマＰを生成するために電離対象となるガスを保持可能である。したがって筐体４１は、その外部から内部へガスが供給されるガス供給口、およびその内部から外部へガスが排出されるガス排出口を除いて、その内部が密封された構造となっている。
【００２０】
電源４２は、直流電力、および正弦波または矩形波の波形を有する交流電力を発生する。電源４２によって発生された電力は、電源線４４を通って放射素子２および電極４３の間に、電圧として印加される。この放射素子２および電極４３の間に供給された電力は、プラズマＰを生成するために用いられる。
【００２１】
電極４３は筐体４１内の壁面上、ここでは特に筐体４１の底壁面上に設けられている。特に図２を参照して、本実施の形態の電極４３は、平面視において放射素子２を取り囲むように配置されている。
【００２２】
放射素子２は棒状の部材であり、筐体４１内の底壁面の平面視におけるたとえば中央部に、筐体４１の底壁面に対してほぼ垂直な方向（すなわちほぼ鉛直方向）に延びるように載置されている。電極４３は筐体４１内に配置され、平面視においてこの放射素子２を中心としてその周りを周回するように延在している。電極４３は、図２の左右方向に直線状に延びる電極直線部４３ｘ（直線部）を有している。電極直線部４３ｘは、放射素子２を挟むように互いに対向するように、１つの電極４３に対して１対形成されていてもよい。また電極直線部４３ｘは図２の左右方向に延びるが、電極４３は、電極直線部４３ｘに交差する図２の上下方向に直線状に延びる電極直線部４３ｙを有していてもよい。電極直線部４３ｙも電極直線部４３ｘと同様に、放射素子２を挟むように互いに対向するように、１つの電極４３に対して１対形成されていてもよい。
【００２３】
電源線４４は、その一方の端部４４ａが電極４３に、他方の端部４４ｂが放射素子２に、それぞれ接続されており、電極４３と放射素子２とは電源４２および電源線４４を介在するように互いに接続されている。これにより、電源４２が電源線４４を通じて放射素子２および電極４３の間に電力（電圧）を印加することが可能となっている。
【００２４】
濾波器４５は、電源４２から電極４３などに供給されるプラズマ生成用の電力を通過させ、信号源３から放射素子２に供給される高周波信号を遮断させる部材である。これにより、信号源３からの高周波信号は電極４３には伝わらず、確実に放射素子２に供給される。
【００２５】
接地導体５は筐体４１の底面に接するように配置された平板状の部材である。しかしこれに限らず、グラウンドプレーンアンテナやスリーブアンテナのように、線状ないし筒状の接地導体を用いてもよい。
【００２６】
信号回路６は、放射素子２と信号源３とを電気的に接続するための回路である。信号回路６は、信号線６１と、整合器６２と、濾波器６３と、を備えている。信号線６１は高周波信号を伝搬する役割を有している。整合器６２は、信号源３と放射素子２との間の電気的な整合を取る。濾波器６３は、信号源３からの高周波信号を通過させ、プラズマ生成部４から供給されるプラズマ生成用の電力を遮断する。これにより、電源４２からのプラズマ生成用の電力は、信号源３の方へは伝わらず、確実に放射素子２と電極４３との間に供給される。
【００２７】
ガス制御部７は、ガスボンベ７１と、真空ポンプ７２と、弁７３と、吸排気制御機器７４と、配管７５とを有している。ガスボンベ７１は、筐体４１の内部に、プラズマを生成するために電離対象となるガスを供給するためのボンベである。真空ポンプ７２は、筐体４１の内部を排気するためのポンプである。弁７３は、吸気弁７３ａと排気弁７３ｂとを有しており、筐体４１内の吸排気に用いられる。弁７３の開閉は吸排気制御機器７４により制御され、これにより筐体４１の内部に供給されるガスの圧力が制御される。配管７５は、ガスボンベ７１、真空ポンプ７２などと、筐体４１の図示されないガス供給口およびガス排出口とを接続する。
【００２８】
次に、筐体４１の内部へのプラズマＰの生成方法、および本実施の形態における電波の伝搬方向の制御方法について説明する。
【００２９】
まず筐体４１の内部へのプラズマＰの生成方法について説明する。初期状態においては筐体４１の内部には空気が充填されているため、この空気が真空ポンプ７２により排気される。これにより真空状態となった筐体４１の内部に、ガスボンベ７１より所定のガス（たとえばアルゴン）を送り込むことによって筐体４１の内部にこのガスが充填される。筐体４１の内部における供給されたアルゴンなどのガスの圧力は、吸排気制御機器７４によって吸気弁７３ａおよび排気弁７３ｂの開閉を制御することによって調整される。
【００３０】
次に、電源４２から電力の供給を開始し、放射素子２と電極４３との間に所定の電圧を印加する。これにより、筐体４１内のガスを電離してプラズマＰを生成する。
【００３１】
この時、プラズマＰを構成する（プラズマＰとしての）電子の密度は放射素子２のすぐ近くの領域で最も高くなり、電極４３のすぐ近くの領域においてもある程度高い状態が保たれる。そして放射素子２および電極４３の双方から離れるにつれて、プラズマＰを構成する電子の密度は単調に減少する。本実施の形態においてはこのことを利用して、所望の電波のみが外部から当該アンテナ装置１１に伝搬されかつ当該アンテナ装置１１が当該電波のみを受信可能としている。次にこのことについて詳細に述べつつ、本実施の形態における電波の伝搬方向の制御方法について説明する。
【００３２】
本実施の形態のアンテナ装置１１では、電波の伝搬方向を制御するために、筐体４１の内部のプラズマＰが用いられる。一般に、プラズマが発生した部分の、通過する電波に対する屈折率ｎp（以下、「プラズマの屈折率」という）は次の式（１）によって表わされることが知られている。
【００３３】
【数１】
2016111423.tif 000003
【００３４】
ここで、ｅは電気素量、ｍeは電子の質量、ε0は真空中の誘電率である。また、ｎeはプラズマ内の電子密度、νmはプラズマ内に存在する中性粒子と電子との間の衝突周波数（以下、単に「衝突周波数」という）、ω／２πは電波の周波数である。
【００３５】
式（１）より、プラズマの屈折率はプラズマを構成する電子の密度に依存する。電子密度ｎeが０の場合、つまりプラズマがない場合、当該プラズマがない領域における屈折率は真空と同じ（ｎp＝１）になる。電子密度ｎeが０よりも大きい場合、つまりプラズマが形成された場合、プラズマの屈折率は１よりも小さくなり、その電子密度ｎeが増加するにつれてプラズマの屈折率は減少する。したがって、プラズマが電子密度分布を有する場合、プラズマの屈折率は電子密度分布に伴って空間的に変化する。
【００３６】
ここで、互いに接し屈折率が異なる２つの領域の境界面に電波が入射する場合、電波はスネルの法則に従って屈折する。スネルの法則は次の式（２）によって表わされる。
【００３７】
【数２】
2016111423.tif 000004
【００３８】
ここで、ｎiは屈折率、θiは屈折角であり、添え字ｉ＝１，２は、１であれば入射側、２であれば透過側の屈折率または屈折角であることを意味する。
【００３９】
式（２）より、互いに接し屈折率が異なる２つの領域の境界面に対して電波が垂直に入射する場合、つまり屈折角が０度の場合、屈折率の変化に依らず電波は屈折されずに直進する。一方、電波が境界に対して斜めに入射する場合、つまり屈折角が０度よりも大きい場合、電波は境界で屈折を受け、伝搬方向が変化する。
【００４０】
プラズマＰが領域間で電子の密度が異なるという電子密度分布を有する場合、電子密度が等しい領域を結んでできる等電子密度線の延びる方向に垂直な方向（電子密度分布の勾配の方向）に沿って伝搬する電波は、上記のように屈折率が異なる（つまり電子密度分布が異なる）２つの領域の境界面を垂直に入射する電波に相当する。したがってこのような電波は、屈折を受けずにプラズマＰ内を直進する。一方、屈折率が異なる（つまり電子密度分布が異なる）２つの領域の境界面を境界面に対して垂直ではなく斜めの方向（電子密度分布の勾配に対して斜めの方向）に伝搬する電波は屈折を受け、プラズマＰ内を曲がりながら伝搬する。
【００４１】
たとえば図３を参照して、本実施の形態のアンテナ装置１１の放射素子２と、図示されない電極４３との間に加えられる電圧により、図３に示すようなプラズマＰが生成されるとする。このプラズマＰは、放射素子２を中心に、プラズマＰ内における等電子密度線ＥＤＤ（図３中の点線）が複数引かれるように生成される。上記のように、基本的に放射素子２および電極４３の双方から離れるにつれて、プラズマＰを構成する電子の密度は単調に減少する。これにより、等電子密度線ＥＤＤは、放射素子２から放射状に、おおむね図の左右方向に直線状に延びる等電子密度線直線部ＥＤＤｘを有するように、ほぼ一定の間隔ごとに形成される。
【００４２】
上記のように、放射素子２から等電子密度線ＥＤＤの延びる方向に垂直な方向（電子密度分布の勾配）に沿って等電子密度線直線部ＥＤＤｘを伝搬する電波ＥＭ１は、屈折を受けずにプラズマＰ内を直進する。このため放射素子２から等電子密度線直線部ＥＤＤｘに垂直な図３の上側に向けて進む電波ＥＭ１は、屈折を受けずにプラズマＰ内を直進している。このため、放射素子２を含むアンテナ装置１１は、放射素子２から等電子密度線直線部ＥＤＤｘに垂直な図３の上方向に延びる延長線上（のプラズマＰの外側）に配置されるアンテナ装置ＡＮ１とは、相互に電波を授受し、通信を行なうことができる。
【００４３】
一方、放射素子２から等電子密度線ＥＤＤの延びる方向に垂直ではなく斜めの方向に伝搬する電波ＥＭ２は、屈折を受けることにより電波の伝搬方向が変化する。具体的には、上記のように放射素子２から離れるにつれて電子密度が低くなるため放射素子２から離れるにつれて屈折率が高くなる。
【００４４】
このため図３の電波ＥＭ２は、その伝搬方向が、電子密度分布の勾配に対する斜め方向から、徐々に電子密度分布の勾配に沿った図３の上下方向に近づくように曲がりながら伝搬している。これは電波ＥＭ２は電子密度の高い領域から低い領域へ伝搬する場合、屈折率は徐々に増加し、屈折角が徐々に減少するため、電波は次第に電子密度分布の勾配に沿った方向に伝搬するためである。逆に、仮に電波が電子密度の低い領域から高い領域へと伝搬する場合、屈折率は徐々に低下し、屈折角が徐々に増加するため、電波は次第に電子密度分布の勾配と垂直な方向に伝搬する。したがって電波ＥＭ２のように等電子密度線ＥＤＤに対して斜め方向に放射された電波ＥＭ２は、アンテナ装置ＡＮ１に達することができない。
【００４５】
また上記の電波ＥＭ１、ＥＭ２とは逆に、遠方から放射素子２に向かって電波が伝搬する場合についても、基本的には上記と同様である。すなわち、たとえば放射素子２から等電子密度線直線部ＥＤＤｘに垂直な図３の上方向に延びる延長線上（のプラズマＰの外側）に配置されるアンテナ装置ＡＮ２から放射素子２に向けて伝搬する電波ＥＭ３は、プラズマＰ内において、等電子密度線ＥＤＤの延びる方向に垂直な方向（電子密度分布の勾配）に沿って等電子密度線直線部ＥＤＤｘを伝搬する。このため電波ＥＭ３は、屈折を受けずにプラズマＰ内を直進して放射素子２に到達する。このため、放射素子２を含むアンテナ装置１１は、上記アンテナ装置ＡＮ２とは、相互に電波を授受し、通信を行なうことができる。
【００４６】
これに対して、たとえば放射素子２から等電子密度線直線部ＥＤＤｘに垂直な図３の上方向に延びる延長線上以外の領域（のプラズマＰの外側）に配置されるアンテナ装置ＡＮ３から、等電子密度線直線部ＥＤＤｘに対して斜め方向に伝搬する電波ＥＭ４を考える。この電波ＥＭ４は、電子密度が低い領域から電子密度が高い領域に向けて伝搬するため、屈折率が高い領域から屈折率が低い領域に向けて伝搬し、その後の屈折により逆に屈折率が低い領域から屈折率が低い領域に向けて伝搬する。その結果、図３に示すように電波ＥＭ４は迷走するように伝搬し、放射素子２には到達しない。したがって、放射素子２を含むアンテナ装置１１は、電子密度分布の勾配に対して斜め方向に位置しそこから当該斜め方向に電波を放射するアンテナ装置ＡＮ３とは、相互に電波を授受せずアンテナ装置間で干渉が生じない。
【００４７】
以上のように本実施の形態のアンテナ装置１１は、プラズマ生成部４の電源４２および電極４３などにより、放射素子２の周囲に生じるプラズマＰの等電子密度線（電子密度分布：特に電子密度分布の勾配の方向）を制御する。これにより、プラズマＰ内における電波の伝搬方向を制御可能である。
【００４８】
プラズマＰの電子密度分布は、電圧が印加される放射素子２および電極４３の（筐体４１内での）位置、および電極４３の平面視における形状に応じて決定されるといえる。つまり図２の電極４３の形状と、図３の等電子密度線の形状とは互いに類似している。特に電極４３が電極直線部４３ｘ（図２参照）を有することにより、図３のように等電子密度線直線部ＥＤＤｘを有する等電子密度線ＥＤＤを有するプラズマＰが形成可能である。
【００４９】
その他、プラズマＰ内の電子密度分布は、プラズマＰの生成時に電源４２により供給されるプラズマ生成用の電力（放射素子２と電極４３との間に加えられる電圧）を制御することによって調整することが可能である。したがって、プラズマ生成用の電力を制御することによって、プラズマ中の電子密度分布を制御し、その結果としてプラズマＰ内の電波の伝搬方向を制御することができる。
【００５０】
式（１）より、衝突周波数が変化するとプラズマの屈折率も変化する。衝突周波数はプラズマＰ内の（プラズマＰを構成する）中性粒子の密度に依存するため、ガス圧力を変化させプラズマＰ内の中性粒子の密度を変化させることによって、衝突周波数を変化させることができる。したがって、ガス圧力を制御することによりプラズマの屈折率を制御することができ、その結果としてプラズマ中の電波の伝搬方向を制御することができる。
【００５１】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
上記のように、式（２）で表される電波の屈折の性質と、プラズマＰの電子密度の変化により電波の屈折率が変化するという性質を利用して、本実施の形態においては、放射素子２の周囲のプラズマＰの電子密度分布を制御し、プラズマＰ内の電波の伝搬方向を制御している。このようにプラズマＰ内の電波の伝搬方向を制御することにより、所望の方向（たとえば当該放射素子２の電波の伝搬方向と一致する方向）に伝搬する電波を送受信するように配置されたアンテナ装置とのみ相互干渉し、それ以外のアンテナ装置とは相互干渉しないという制御をすることができる。つまり本実施の形態のアンテナ装置１１は、その使用時においても所望の方向のアンテナ装置１１との間でのみ電波の通信を行ない、それ以外の方向のアンテナ装置１１との電波の干渉を抑制することができる。
【００５２】
この所望の方向とは、具体的には、電子密度分布を示す等電子密度線ＥＤＤが等電子密度線直線部ＥＤＤｘを有することにより、放射素子２から等電子密度線直線部ＥＤＤｘに垂直に延びる直線上の方向となる。したがって本実施の形態のようにアンテナ装置１１が所望の方向の電波のみを送受信するためには、等電子密度線ＥＤＤが等電子密度線直線部ＥＤＤｘを有することが好ましい。等電子密度線直線部ＥＤＤｘの存在により、これに垂直な方向に進み通信を可能とする電波と、これに対して斜め方向に進むため干渉不可となる電波との双方を峻別させることができるためである。プラズマ生成部４を構成する（放射素子２との間に電力を供給される）電極４３が、所望の方向の電波ＥＭ１、ＥＭ３の伝搬方向に垂直な方向に延びる直線部を有する（図２参照）ことにより、等電子密度線直線部ＥＤＤｘを有する等電子密度線ＥＤＤを生成可能となり、上記の電波の制御が可能となる。
【００５３】
よって、図示されないが、図３のプラズマＰの等電子密度線は、図の左右方向に延びる等電子密度線直線部ＥＤＤｘのみならず、たとえば図の上下方向に延びる等電子密度線直線部を有することがより好ましい。このようにすれば、放射素子２から図の上下方向に延びる等電子密度線直線部に垂直に延びる直線上の方向に配置される他のアンテナ装置との間においても電波の通信ができ、逆に当該直線上から外れた位置に配置されるアンテナ装置との電波の干渉を抑制することができる。
【００５４】
その他、プラズマＰ内の電子密度分布は、放射素子２と電極４３との間に供給される電力によっても制御されるため、電源４２の制御により上記の電波の制御が可能となる。
【００５５】
またプラズマＰ内の電子密度分布は、プラズマＰを生成するために筐体４１内に供給されるガスの圧力によっても制御されるため、ガスの圧力を制御するガス制御部７を備えることにより、さらにプラズマＰの制御が容易となる。
【実施例１】
【００５６】
本実施の形態のアンテナ装置１１を用いた電波の伝搬方向制御の具体例を以下に示す。アンテナ装置１１における各制御パラメータの具体的な値は以下の通りである。
【００５７】
アンテナ装置１１で使用する電波は、ＩＳＭバンドに相当し一般的に無線通信に供される５．８ＧＨｚとする。筐体４１は半径１５０ｍｍの円筒型容器であり、電波を透過するガラスで構成される。図１を再度参照して、筐体４１内の中央に電波の波長の４分の１の長さを有するモノポール型の放射素子２が、ほぼ鉛直方向に延在するように配置される。電極４３は平面視において放射素子２の軸を中心としてその周りを囲むように配置され、電極直線部４３ｘおよび電極直線部４３ｙを有する、角が丸くなった長方形に近い形状（角丸長方形）を有している。電極直線部４３ｘは電極直線部４３ｙよりも長い。筐体４１内には、放射素子２を中心とし、図２の電極４３と同様の平面形状すなわち角丸長方形の電子密度分布を有するプラズマＰが生成される。プラズマＰの電子密度は放射素子２の位置において３×１０11ｃｍ-3であり、筐体４１内のガス圧力は２６６Ｐａ、筐体４１内のガス種はアルゴンである。また角丸長方形のプラズマＰの広がる範囲は、図２の左右方向（長軸方向）において電波の波長の約２倍、図２の上下方向（短軸方向）において電波の波長の約１倍としている。
【００５８】
次に、制御パラメータを上記のとおり設定したアンテナ装置１１の電波の特性を、数値計算によりシミュレートした結果を用いて説明する。
【００５９】
まず、放射素子２から遠方に向かって電波が伝搬する場合の動作について説明する。なお、数値計算では発明の効果を分かりやすくするため筐体４１を省略したが、この仮定が本発明の効果の説明に大きな影響を与えることはない。
【００６０】
図４を参照して、この横軸は放射素子２を中心にその周囲を平面視したときの左右方向（ｘ方向）の位置座標を示し、この縦軸は放射素子２を中心にその周囲を平面視したときの上下方向（ｙ方向）の位置座標を示している。プラズマＰを生成しなかった場合には、放射素子２から放射される電波は、図中矢印で示すように、放射素子２から各方向に、等しく直線状に放射するように伝搬する。すなわち電波はアンテナ装置１１の周囲を、放射素子２の指向性に従ってあらゆる方向に向けて伝搬する。このため、電界が等しい領域を結んでできる等電界線が、放射素子２を中心にほぼ同心円状に、ほぼ一定の間隔で広がっている。
【００６１】
図５を参照して、この横軸および縦軸は図４と基本的に同様の位置座標を示している。プラズマＰを生成した場合には、特に放射素子２と、長い電極直線部４３ｘを有する電極４３とにより、プラズマＰは特に、放射素子２からＹ方向に進む電波が屈折を受けずにＹ方向に直進可能な等電子密度線ＥＤＤ（電子密度分布）を有するようになる。このため放射素子２からＹ方向に直進する電波の量が増え、図５中に矢印で示すように放射素子２からＹ方向に向けて高い電界が分布する。逆に放射素子２から他の方向に進もうとする電波は、電極４３の作るプラズマＰの電子密度分布のために屈折して迷走するように伝搬する。つまりこの場合は、電波はアンテナ装置１１の周囲を、放射素子２の指向性には従わず、プラズマＰによる電子密度分布の勾配に沿って直進可能な方向に優先的に伝搬する。
【００６２】
次に、遠方から放射素子２に向かって電波が伝搬する場合の動作について説明する。なおプラズマＰを生成しなかった場合については、伝搬方向が図４とは逆になる点においてのみ図４と異なり、あらゆる方向から放射素子２に向けて電波が伝搬する点については基本的に図４と同様であるため、その説明を省略する。
【００６３】
図６を参照して、この横軸および縦軸は図４と基本的に同様の位置座標を示している。等電子密度線ＥＤＤがｘ方向に長い直線部を有するようにプラズマＰが生成されれば、図６のｘ方向（プラズマＰの長軸方向）遠方からｘ方向に伝搬して放射素子２に向かう電波は、（プラズマＰのｙ方向に関する中央部（ｙ方向の座標が約３００ｍｍの位置）を通る電波を除き）基本的にプラズマＰの電子密度分布の勾配に対して斜め方向からプラズマＰ内に入射する。この電波の伝搬については図６中に矢印で示される。このためプラズマＰ内にて屈折を受け、放射素子２を避けるように伝搬する。
【００６４】
図７を参照して、この横軸および縦軸は図４と基本的に同様の位置座標を示している。等電子密度線ＥＤＤがｘ方向に長い直線部を有するようにプラズマＰが生成されれば、図７のｙ方向（プラズマＰの短軸方向）遠方からｙ方向に伝搬して放射素子２に向かう、特にプラズマＰのｘ方向に関する中央部（ｘ方向の座標が約３００ｍｍの位置）をｙ方向に進む電波は、基本的にプラズマＰの電子密度分布の勾配に沿う（等電子密度線ＥＤＤに垂直な方向に）伝搬する。この場合、図中矢印で示すように電波はプラズマＰによる屈折を受けずに直進するため、特にプラズマＰのｘ方向に関する中央部（ｘ方向の座標が約３００ｍｍの位置）付近を通る電波は、放射素子２まで高い割合で到達する。
【００６５】
以上の図４〜図７の結果より、本実施の形態のアンテナ装置１１は、プラズマＰが生成されない場合は等方性アンテナとして機能し、プラズマＰが生成された場合は指向性アンテナとして機能している。したがってアンテナ装置１１は、プラズマＰを生成することにより、特にプラズマＰの等電子密度線直線部ＥＤＤｘ（図３参照）に交差する方向（図４〜図７のｙ軸方向）に位置するアンテナ装置とのみ通信し、ｙ軸に対して傾斜した方向またはｘ軸方向に位置するアンテナ装置の電波の干渉を低減することができる。
【００６６】
なお、本実施例では電波の周波数を５．８ＧＨｚとしたが、プラズマＰの電子密度を適宜制御することにより、制御可能な電波の周波数を変更することができる。一般に無線通信に使用される超短波からマイクロ波（３０ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）の電波であれば、上記構成で電波の制御に必要な１×１０10ｃｍ-3以上１×１０13ｃｍ-3以下の電子密度を有するプラズマＰを生成することにより、電波の伝搬方向を制御することができる。
【００６７】
また本実施例では、角丸長方形のプラズマＰの寸法（平面視にて広がる範囲）は、図２の左右方向（長軸方向）において電波の波長の約２倍、図２の上下方向（短軸方向）において電波の波長の約１倍としている。しかし所望する電波の伝搬方向の制御範囲に合わせて適宜プラズマＰの寸法を変更することができる。プラズマＰの寸法は電波の波長の４分の１以上であれば電波の屈折効果を利用できる。しかし特にプラズマＰの寸法は電波の波長以上であることがより好ましい。このようにすれば、プラズマＰによる電波の同位相面の散乱を抑制したまま電波の伝搬方向を制御できる。
【００６８】
また本実施例では、放射素子２の形状を電波の波長の４分の１の長さを有するモノポールとしたが、空間に電波を放射できる構造を有していればよい。具体的には、放射素子２として、電波の波長の４分の１の長さを有するモノポール形状の他、電波の波長の４分の１の奇数倍の長さを有するモノポールや円筒、平板、円錐、ループ、スパイラルなどの形状を適用することもできる。
【００６９】
（変形例）
本実施の形態のアンテナ装置は、以下に説明するように種々の変形が可能である。
【００７０】
図８を参照して、本実施の形態の第１変形例のアンテナ装置１２は、本実施の形態のアンテナ装置１１と基本的に同様の構成を有しているため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしアンテナ装置１２は、筐体４１内に保護容器８をさらに備え、放射素子２が当該保護容器８内に収納されるように配置されている。この点においてアンテナ装置１２は、放射素子２が筐体４１内においてその表面が露出するように載置されるアンテナ装置１１とは構成上異なっている。
【００７１】
図９を参照して、本実施の形態の第２変形例のアンテナ装置１３は、本実施の形態のアンテナ装置１１と基本的に同一の構成を有しているため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしアンテナ装置１３は、放射素子２が筐体４１の外側に配置され、筐体４１の壁面が放射素子２の周囲において放射素子２の表面に沿うように凹部４６を形成している。この点においてアンテナ装置１３はアンテナ装置１１とは構成上異なっている。
【００７２】
放射素子２は、アンテナ装置１３においてもアンテナ装置１１とほぼ同じ位置、すなわち平面視において筐体４１の中央部と重なる位置に配置されている。ただしその位置において筐体４１が、図９の上方（鉛直上方）に凹むように凹部４６を形成しており、放射素子２はその凹部４６に収納されるように筐体４１の外側に配置されている。
【００７３】
上記のアンテナ装置１２，１３においては、放射素子２が筐体４１内のプラズマＰに直接さらされない。このため、プラズマＰによって放射素子２の表面がスパッタされたり、アークが生じたりすることを防ぎ、放射素子２の寿命を長くすることができる。
【００７４】
図１０を参照して、本実施の形態の第３変形例のアンテナ装置１４は、本実施の形態のアンテナ装置１１と基本的に同一の構成を有しているため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしアンテナ装置１４は、電源４２から延びる電源線４４の一方の端部４４ａおよび他方の端部４４ｂの双方が電極４３に接続されている。この場合、電極４３の表面に生じる静電界（電界結合）および／または磁界（誘導結合）によってプラズマＰが生成される。この点においてアンテナ装置１４は、電源４２から延びる電源線４４の一方の端部４４ａが放射素子２に、他方の端部４４ｂが電極４３に接続されたアンテナ装置１１とは構成上異なっている。
【００７５】
図１０のアンテナ装置１４は、放射素子２へのプラズマ生成用電力の印加が不要のため、放電開始時およびプラズマ生成中の放射素子２へのダメージを抑制することができ、放射素子２の寿命を長くすることができる。またアンテナ装置１４においては信号回路６と電源４２とが切り離されている。このため、信号回路６の絶縁耐圧を下げたり、濾波器４５，６３を省いたりすることができる。
【００７６】
さらに本実施の形態の第４変形例として、たとえば上記の各アンテナ装置１１，１２，１３はいずれも筐体４１の内部の壁面上に電極４３が設けられているが、これに限らず、図示されないがたとえば筐体４１の壁面内に埋め込まれるように、あるいは筐体４１の外側の壁面上に電極４３が設けられてもよい。その他の各点はアンテナ装置１１，１２，１３と同様とする。
【００７７】
この場合、電極４３が筐体４１内のプラズマＰに直接さらされない。このため、プラズマＰによって電極４３の表面がスパッタされたり、アークが生じたりすることを防ぎ、電極４３の寿命を長くすることができる。
【００７８】
さらに本実施の形態の第５変形例として、たとえばアンテナ装置１１においては、ガス制御部７によって筐体４１内部のガス圧力を調整できる構成をとっているが、ガス圧力の調整を行わない場合には、予め筐体４１内部に所定のガスを所定の圧力で封入しておくことにより、ガス制御部７を省くことができる。
【００７９】
（実施の形態２）
まず本実施の形態のアンテナ装置の構成について、図１１および図１２を用いて説明する。
【００８０】
図１１を参照して、本実施の形態のアンテナ装置２１は、実施の形態１のアンテナ装置１１と基本的に同様の構成を有しているため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしアンテナ装置２１は、プラズマ生成部４として、筐体４１と、電源４２と、電極４３と、電源線４４と、濾波器４５とに加え、電力制御器４７を有している。また図１１および図１２を参照して、筐体４１の内部の壁面上（底壁面上）に設けられる電極４３として、複数（たとえば４つ）の電極４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを有している。
【００８１】
ここでは４つの電極４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは、図１２に示すようにたとえば平面視において筐体４１内の中央部に配置される放射素子２を囲むように、放射素子２の上下側および左右側のそれぞれに１つずつ、互いに間隔をあけて配置されている。言い換えれば４つの電極４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは、放射素子２の軸を中心としてそれぞれ回転対称となる位置に（それぞれが互いに点対称の配置となるように：放射素子２を中心として９０度回転させればほぼ同じ配置となるように）配置される。互いに間隔をあけて配置されることにより、複数の電極４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは、互いに電気的に絶縁されている。なおここでは電極４３ａ〜４３ｄは、放射素子２の周りを周回するように延在してはおらず、電極４３ａ〜４３ｄのそれぞれに周回される領域内には放射素子２は配置されていない。
【００８２】
電力制御器４７は電源線４４により電源４２と電気的に接続されており、電源４２から電極４３ａ〜４３ｄへの電力の供給を制御する部材である。つまりここでは実施の形態１のアンテナ装置１１と同様に、電源線４４の一方の端部が放射素子２に、他方の端部が電極４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄのそれぞれに接続されている。またここでは電極４３と放射素子２とは、電源４２、電源線４４および電力制御器４７を介在するように互いに接続されている。
【００８３】
電力制御器４７は、電源４２から供給された電力を供給する（供給すべき）電極４３ａ〜４３ｄを選択可能な構成を有している。すなわち、電力制御器４７は、４つの電極４３ａ〜４３ｄの中から選択されたもののみに対して、プラズマＰの平面形状を制御するために調整された電力を供給する。筐体４１内において、放射素子２と、複数のなかから選択された電極４３ａ〜４３ｄのいずれかの間に電力を供給することにより、プラズマＰが生成される。電極４３ａ〜４３ｄのうちいずれの電極に電力を供給すべきであるかの情報およびその電力の値は予め設定されており、その設定は変更可能である。
【００８４】
以上の点において本実施の形態のアンテナ装置２１は、筐体４１内に単一の電極４３のみが配置される実施の形態１のアンテナ装置１１とは構成上異なっている。
【００８５】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図１２は、たとえば電力制御器４７により電源４２からの電力が放射素子２とその右側の電極４３ｃとに印加された場合のプラズマＰの生成態様を示している。このように、放射素子２と電極４３ｃとに電圧が印加されれば、放射素子２および電極４３ｃの周囲にプラズマＰが生成され、他の電極に電圧が印加されれば、放射素子２とその他の電極との周囲にプラズマＰが生成される。
【００８６】
このように、本実施の形態においては複数の電極４３ａ〜４３ｄが放射素子２の周囲に配置されており、それらのうち電圧を印加すべき電極が電力制御器４７により選択される。このため、電力制御器４７がいずれの電極４３ａ〜４３ｄを選択するかに応じて筐体４１内のプラズマＰの電子密度分布（等電子密度線）を変更（制御）することができる。本実施の形態においてはこの性質を利用して、アンテナ装置２１がいずれの方向のアンテナ装置との間で電波の授受を行なうかに関する、当該方向を変更（制御）することができる。
【００８７】
なお、本実施の形態にたとえば実施の形態１の変形例に記載した特徴（たとえば図８〜図１０の構成）を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
【００８８】
（変形例）
本実施の形態のアンテナ装置は、以下に説明するように変形することが可能である。
【００８９】
図１３を参照して、本実施の形態の変形例のアンテナ装置は、本実施の形態のアンテナ装置２１と基本的に同様の構成を有しているため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし当該変形例のアンテナ装置においては、筐体４１内に２つの電極４３ａ，４３ｂが、平面視において互いに部分的に重なるように配置されている。ただしこれらの２つの電極４３ａ，４３ｂは、図１３の紙面奥行き方向（つまり鉛直方向）に関して互いに（図示されないが）絶縁層を介在するように配置されるため、これらは互いに電気的に絶縁されている。
【００９０】
より具体的には、たとえば電極４３ａが図２の実施の形態１の電極４３と同様に、筐体４１内の放射素子２を中心として（放射素子２の周りを周回し）、図の左右方向に長い電極直線部４３ａｘを有するように配置されている。この電極４３ａと平面形状が等しい電極４３ｂが、たとえば電極４３ａの鉛直下方に、平面視において電極４３ａに対して放射素子２を中心に９０度回転させた態様となるように配置されている。すなわち電極４３ｂは、筐体４１内の放射素子２を中心として（放射素子２の周りを周回し）、図の上下方向に長い電極直線部４３ｂｙを有するように配置されている。
【００９１】
以上の態様を有する図１３において、電力制御器４７を用いて、電源４２から電力を供給する電極４３ａ，４３ｂを切り替えることによって、筐体４１内に発生するプラズマの電子密度分布（等電子密度線）を９０度回転させることができる。
【００９２】
つまりこの変形例においては、電力制御器４７を用いて、電極４３ａ，４３ｂのうち電力を供給すべく選択される電極４３ａ，４３ｂを切り替えることにより、アンテナ装置の電波の指向性を９０度回転させることができる。
【００９３】
また、電力制御器４７の制御によって、電極４３ａ，４３ｂの双方に同時に電力を供給すれば、アンテナ装置の指向性を９０度以外の所望の方向に回転させることもできる。
【００９４】
（実施の形態３）
まず本実施の形態のアンテナ装置の構成について、図１４および図１５を用いて説明する。
【００９５】
図１４を参照して、本実施の形態のアンテナ装置３１は、実施の形態１のアンテナ装置１１と基本的に同様の構成を有しているため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしアンテナ装置３１においては、放射素子２が筐体４１の外に、筐体４１と一定の間隔をあけて配置されている。
【００９６】
またアンテナ装置３１においては、信号源３と接続される接地導体５は、放射素子２の周囲において屈曲することにより、たとえば図１４の上方、下方および左方の３方向から放射素子２を囲むように配置されている。また接地導体５は、図示されないが紙面奥行き方向に関しても一方向およびその反対側の方向の双方から放射素子２を挟むように配置されている。これにより接地導体５が、図１４の右方のみに開口面９が形成されたいわゆる方形ホーンのような態様を有している。
【００９７】
放射素子２は、開口面９から、電波として空間に対して放射／伝搬するための高周波信号を送信／供給すると同時に、放射素子２は、開口面９から、空間から受信した電波を高周波信号として取り出す。
【００９８】
信号源３は、高周波信号を生成して放射素子２に供給する。放射素子２に供給された高周波信号は、電波として開口面９から空間に対して放射、伝搬される。
【００９９】
プラズマ生成部４の筐体４１は、放射素子２および開口面９と対向するように、図１４においては放射素子２の右側に配置されている。より具体的には、筐体４１は、開口面９の中央（中心）を通る法線（以下、「開口面９の軸」という：図１４中に直線Ｌで示す）を軸とした箱状（または円筒形状）を有しており、実施の形態１などと同様に内部にプラズマＰを生成するために電離対象となるガスを保持可能である。なお放射素子２は、開口面９の軸上の位置に配置されることが好ましい。
【０１００】
図１４および図１５を参照して、本実施の形態においては電極４３として複数（ここでは２つ）の電極４３ａ，４３ｂを有している。これらの電極４３ａ，４３ｂは筐体４１内の壁面上、ここでは特に図１４の左方の、開口面９に対向する側壁面上に設けられている。図１４の右方から見て図１４の紙面奥行き方向（図１５の左右方向）に電極直線部４３ａｙ，４３ｂｙ（直線部）を有するように延びる長尺形状を有している。２つの電極４３ａ，４３ｂは図１４および図１５の上下方向に関して互いに間隔をあけて配置されている。
【０１０１】
なお図１４に示すように、電極４３ａ，４３ｂは、図１４の右方から見たときに（図１５において）開口面９と平面的に重ならないように配置される。つまり電極４３ａは開口面９よりも鉛直上方に、電極４３ｂは開口面９よりも鉛直下方に、それぞれ配置される。基本的に、２つの電極４３ａと電極４３ｂとの中間に開口面９の軸が通るように、つまり電極４３ａから開口面９の軸までの距離と、電極４３ｂから開口面９の軸までの距離とが等しくなるように、電極４３ａおよび電極４３ｂが配置される。
【０１０２】
開口面９の軸から電極４３ａおよび電極４３ｂのそれぞれまでの距離が等しいことと、放射素子２が開口面９の軸上に配置されることとにより、本実施の形態の放射素子２は、複数の電極４３ａ，４３ｂのそれぞれからの距離が等しい位置に配置されることが好ましい。
【０１０３】
アンテナ装置３１においては、電源４２によって発生された電力は、電源線４４を通って電極４３ａと電極４３ｂとの間に、電圧として印加される。この電極４３ａと電極４３ｂとの間に供給された電力は、プラズマＰを生成するために用いられる。したがって電源線４４は、その一方の端部４４ａが電極４３ａに、他方の端部４４ｂが電極４３ｂに、それぞれ接続されており、電極４３ａと電極４３ｂとは電源４２および電源線４４を介在するように互いに接続されている。これにより、電源４２が電源線４４を通じて電極４３ａおよび電極４３ｂの間に電力（電圧）を印加することが可能となっている。
【０１０４】
図１４においては電源４２および電源線４４による回路の構成上、濾波器４５（図１参照）が配置されていないが、本実施の形態においても濾波器４５が配置されてもよい。また図１４においては回路の構成上、信号回路６を構成する濾波器６３（図１参照）が配置されていないが、本実施の形態においても濾波器４５が配置されてもよい。なお信号線６１を介在して信号源３と放射素子２との間で電気的な整合が取れている場合は、整合器６２を省くことができる。
【０１０５】
以上の各点において本実施の形態のアンテナ装置３１は、実施の形態１のアンテナ装置１１とは構成上異なっている。
【０１０６】
本実施の形態においても、筐体４１の内部にプラズマＰの生成用のガス（アルゴンなど）が供給され、かつ電源４２から２つの電極４３ａ，４３ｂの間に所定の電圧が印加されることにより、筐体４１内にはプラズマＰが生成される。
【０１０７】
この時、プラズマＰを構成する（プラズマＰとしての）電子の密度は、特に図１５に示される平面上において、開口面９の軸のすぐ近くの領域で最も高くなり、電極４３ａ，４３ｂのすぐ近くの領域においてもある程度高い状態が保たれる。そして開口面９の軸および電極４３ａ，４３ｂの双方から離れるにつれて、プラズマＰを構成する電子の密度は単調に減少する。言い換えれば、プラズマＰの電子密度は開口面９の軸を中心として、電極４３ａの方向（鉛直上方）および電極４３ｂの方向（鉛直下方）の双方に互いに対称な分布となる。
【０１０８】
次に、本実施の形態における電波の伝搬方向の制御方法について説明する。たとえば図１４の装置を上方から平面視した時の概略を示す図１６を参照して、本実施の形態においては、電極４３ａ，４３ｂの間に加えられる電圧により、開口面９の軸上に配置される放射素子２を中心に、プラズマＰ内における等電子密度線ＥＤＤ（図１６中の点線）が複数引かれるように生成される。上記のように、基本的に筐体４１内において開口面９の軸（つまり図１６の右方から見て放射素子２と同じ）および電極４３の双方から離れるにつれて、プラズマＰを構成する電子の密度は単調に減少する。このため等電子密度線ＥＤＤは、図１６の上下方向に関する座標が放射素子２に近い領域（上下方向に関する中央部）において概ね図の上下方向に直線状に延びる等電子密度線直線部ＥＤＤｙを有するように、放射素子２から放射状に、ほぼ一定の間隔ごとに形成される。
【０１０９】
図１６においても図３と同様に、放射素子２から等電子密度線ＥＤＤの延びる方向に垂直な方向（電子密度分布の勾配）に沿って伝搬する電波ＥＭ１は、屈折を受けずにプラズマＰ内を直進する。このため、アンテナ装置３１は、放射素子２から等電子密度線直線部ＥＤＤｙに垂直な図３の右方向に延びる延長線上（のプラズマＰの外側）に配置されるアンテナ装置ＡＮ４とは、相互に電波を授受し、通信を行なうことができる。
【０１１０】
しかし図１６においても図３と同様に、放射素子２から電子密度分布の勾配に対して斜めの方向に伝搬する電波ＥＭ２は、屈折により電波の伝搬方向が変化するため、アンテナ装置ＡＮ４に達することができない。
【０１１１】
また上記の電波ＥＭ１，ＥＭ２と逆に、遠方から放射素子２に向かって伝搬する電波についても上記と同様である。図示されないが開口面９の軸上におけるたとえば図１６のプラズマＰの右方から放射素子２に向けて伝搬する電波は、電子密度分布の勾配に沿って等電子密度線直線部ＥＤＤｙを図１６の左側に向けて伝搬することから、屈折を受けずにプラズマＰ内を直進して放射素子２に到達する。
【０１１２】
これに対して、たとえば開口面９の軸上以外の領域に配置されたアンテナ装置ＡＮ５から、等電子密度線直線部ＥＤＤｙに対して斜め方向に伝搬する電波ＥＭ３は、図３と同様に屈折によりプラズマＰ内を迷走するように伝搬し、放射素子２に到達しない。
【０１１３】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においても、図１６に示すような等電子密度線直線部ＥＤＤｙを有するプラズマＰの電子密度分布を生成することにより、所望の方向に伝搬する電波を送受信するアンテナ装置とのみ相互干渉可能であり、それ以外のアンテナ装置とは相互干渉しないという制御をすることができる。これは電極４３ａ，４３ｂが図１４，１６の紙面奥行き方向（図１５の左右方向）に電極直線部４３ａｙ，４３ｂｙ（直線部）を有することから、図１６に示すような等電子密度線直線部ＥＤＤｙが形成され、等電子密度線直線部ＥＤＤｙに垂直に入射する電波との通信を可能にし、等電子密度線直線部ＥＤＤｙに対して斜めに入射する電波との干渉を低減するためである。
【０１１４】
また放射素子２が、筐体４１の放射素子２の外の、特に複数の電極４３ａ，４３ｂのそれぞれからの距離が等しい位置（開口面９の軸上の位置）に配置される。このため放射素子２は、等電子密度線直線部ＥＤＤｙに垂直に入射する電波を容易に受信することができる。したがって、開口面９の軸上の位置に配置され、等電子密度線直線部ＥＤＤｙに垂直に入射する電波を供給するアンテナ装置ＡＮ４との通信を容易にすることができる。
【０１１５】
その他、特に本実施の形態においては、放射素子２が筐体４１の外に配置されることから、放射素子２が筐体４１内のプラズマＰに直接さらされない。このため、プラズマＰによって放射素子２の表面がスパッタされたり、アークが生じたりすることを防ぎ、放射素子２の寿命を長くすることができる。
【０１１６】
なお、本実施の形態にたとえば実施の形態１，２の変形例に記載した特徴（たとえば図８〜図１２の構成）を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
【実施例２】
【０１１７】
本実施の形態のアンテナ装置３１を用いた電波の伝搬方向制御の具体例を以下に示す。アンテナ装置３１における各制御パラメータの具体的な値は以下の通りである。
【０１１８】
アンテナ装置１１で使用する電波は、ＩＳＭバンドに相当し一般的に無線通信に供される２．４５ＧＨｚとする。筐体４１は壁面と壁面との交わる部分が丸くなっているが縦横の寸法が４５０ｍｍ、高さが３００ｍｍの直方体状の容器であり、電波を透過するガラスで構成される。図１４を再度参照して、図１４の筐体４１を右側から見たときの中央に重なる、筐体４１の外側の位置に放射素子２が配置される。放射素子２は図１４の右側に開口面９を有する接地導体５に囲まれることにより方形ホーンのような態様を有している。電極４３ａ，４３ｂは図１４の右側から見たときに（図１５において）縦５ｍｍ、横４５０ｍｍの、横方向に長い直線部４３ａｙ，４３ｂｙを有する長方形であり、開口面９を上下側から挟むように２つ配置されている。
【０１１９】
２つの電極４３ａ，４３ｂの間に電源４２から電圧を印加することにより、図１６に示すように開口面９の軸方向（図１６の左右方向）に関して電極４３ａ，４３ｂの双方から離れるにつれて電子密度が単調に減少するような電子密度分布（図１６の上下方向に延びる等電子密度線直線部ＥＤＤｙ）を有するプラズマＰが生成される。プラズマＰの電子密度は筐体４１の開口面９と対向する（開口面９に近い図１４の左側の）内壁面上の位置において５×１０10ｃｍ-3であり、筐体４１内のガス圧力は１３５Ｐａ、筐体６１内のガス種はネオンである。
【０１２０】
次に、制御パラメータを上記のとおり設定したアンテナ装置３１の電波の特性を、数値計算によりシミュレートした結果を用いて説明する。
【０１２１】
まず、放射素子２から遠方に向かって電波が伝搬する場合の動作について説明する。なお、数値計算では発明の効果を分かりやすくするため筐体４１を省略したが、この仮定が本発明の効果の説明に大きな影響を与えることはない。
【０１２２】
図１７を参照して、この横軸は図１４の装置を上方から平面視したときの開口面９の軸方向（ｘ方向）の位置座標を示し、この縦軸は図１４の装置を上方から平面視したときの上下方向（ｙ方向）の位置座標を示している。プラズマＰを生成しなかった場合には、筐体４１内において、電波は開口面９の右側に進むにつれて、扇状にビーム幅を広げながら伝搬する。この場合、電波は開口面９の周囲を、放射素子２の指向性に従って伝搬する。このため、矢印で示すように、電界が等しい領域を結んでできる等電界線が、放射素子２を中心に一定の幅を有するビーム状に広がっている。
【０１２３】
図１８を参照して、この横軸および縦軸は図１７と基本的に同様の位置座標を示している。図１６に示すような電子密度分布を有するプラズマＰを生成した場合には、ｙ方向に延びる電極直線部４３ａｙ，４３ｂｙを有する電極４３ａ，４３ｂにより、プラズマＰは特に、開口面９の軸上をＸ方向に進む電波が屈折を受けずにＸ方向に直進可能な等電子密度線ＥＤＤ（電子密度分布）を有するようになる。このため開口面９の軸上における、開口面９よりもｘ方向左側（図示されない領域）に配置される放射素子２からＸ方向に直進する電波の量が増え、放射素子２からＹ方向に向けて高い電界が分布する。逆に開口面９の軸の延びる方向以外の方向に進もうとする電波は、電極４３の作るプラズマＰの電子密度分布のために屈折して迷走するように伝搬する。したがって図１８においては図１７に比べて、電波は開口面９の軸を中心としてその周囲に集中し、主に開口面９の軸に沿う方向（図中の左右方向）に伝搬する。
【０１２４】
次に、遠方から放射素子２に向かって電波が伝搬する場合の動作について説明する。図１９を参照して、この横軸および縦軸は図１７と基本的に同様の位置座標を示している。プラズマＰを生成しなかった場合には、開口面９の軸に対して斜め方向から放射素子２に向かうように伝搬する電波は、矢印で示すように直進して開口面９に到達してそこから放射素子２に到達するように進む。
【０１２５】
図２０を参照して、この横軸および縦軸は図１７と基本的に同様の位置座標を示している。図１６に示すような電子密度分布を有するプラズマＰが生成されれば、開口面９の軸に対して斜め方向から放射素子２に向かうように伝搬する電波は、プラズマＰによって屈折を受けるため、図中矢印で示すように開口面９を避けるように伝搬する。
【０１２６】
以上の図１７〜図２０の結果より、本実施の形態のアンテナ装置３１は、プラズマＰが生成されない場合は通常の方形ホーンアンテナとして機能し、プラズマＰが生成された場合はレンズアンテナとして機能している。したがってアンテナ装置１１は、プラズマＰを生成することにより、特にプラズマＰの等電子密度線直線部ＥＤＤｙ（図３参照）に交差する方向（図１６の開口面９の軸方向すなわちｘ軸方向）に位置するアンテナ装置とのみ通信し、ｘ軸に対して傾斜した方向またはｙ軸方向に位置するアンテナ装置の電波の干渉を低減することができる。
【０１２７】
なお、本実施例では電波の周波数を２．４５ＧＨｚとしたが、プラズマＰの電子密度を適宜制御することにより制御可能な電波の周波数を変更することができる。一般に無線通信に使用される超短波からマイクロ波（３０ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）の電波であれば、上記構成で電波の制御に必要な電子密度１×１０10〜１０13ｃｍ-3を有するプラズマＰを生成して、電波の伝搬方向を制御することができる。
【０１２８】
また、本実施例のアンテナ装置１では、放射素子２および接地導体５の形状として開口面９を有する方形ホーンとしたが、平面から電波が放射されるアンテナ構造であればよく、円形ホーンやリッジホーンなどの各種ホーンアンテナ、プリント基板上に形成された平面アンテナなどの形状を適用することもできる。
【０１２９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３０】
２  放射素子、３  信号源、４  プラズマ生成部、５  接地導体、６  信号回路、７  ガス制御部、８  保護容器、９  開口面、１１，１２，１３，１４，２１，３１  アンテナ装置、４１  筐体、４２  電源、４３，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ  電極、４３ｘ，４３ｙ，４３ａｘ，４３ａｙ，４３ｂｙ  電極直線部、４４  電源線、４５，６３  濾波器、４６  凹部、４７  電力制御器、６１  信号線、６２  整合器、７１  ガスボンベ、７２  真空ポンプ、７３  弁、７３ａ  吸気弁、７３ｂ  排気弁、７４  吸排気制御機器、７５  配管、ＥＤＤ  等電子密度線、ＥＤＤｘ，ＥＤＤｙ  等電子密度線直線部、ＥＭ１，ＥＭ２，ＥＭ３，ＥＭ４  電波、Ｐ  プラズマ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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