(57)【要約】【課題】アレーアンテナの指向性を制御すること。【解決手段】実施例１のアレーアンテナは、Ｎ個のアンテナ素子１が直線的に間隔ｄで配列されている。アンテナ素子１は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）１０と、第１電極１１と、第２電極１２と、直流電源１３と、電流検出器１４と、よって構成されている。各アンテナ素子１のアレーファクタの振幅ａn 、アレーファクタの位相Ψn を設定することにより、アレーファクタＬ（θ）を所望の値に設定することができる。アレーファクタの位相Ψn は、共振角周波数ω0 によって設定することができる。また、アレーファクタの振幅ａn は、カーボンナノチューブ１０と第２電極１２との距離ｇによって設定することができる。【選択図】図１
2017220825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子が配列されたアレーアンテナであって、
前記アンテナ素子は、
第１電極と、
一端が前記第１電極と接続し、所定周波数の電磁波に対して力を受けて、前記一端とは反対側の端部である先端が曲がり、共振する線状導電体と、
前記線状導電体の先端に空間を空けて対向して設けられた第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に定電圧を印加し、前記線状導電体の先端と前記第２電極との間でトンネル電流を生じさせる電源と、
前記トンネル電流の強度を検出する電流検出器と、
を有する、
ことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
前記各アンテナ素子の位相と振幅が制御されていることにより、指向性が制御されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ素子の振幅は、前記第２電極と前記線状導電体の先端との距離、前記電源が前記第１電極と前記第２電極間に印加する電圧値の少なくともいずれか１つによって制御されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のアレーアンテナ。
【請求項４】
前記アンテナ素子の位相は、前記線状導電体の共振角周波数によって制御されている、ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のアレーアンテナ。
【請求項５】
所望の角度において、各前記アンテナ素子からの電流が同位相、同一振幅となるように制御することで所望の角度で最大利得となる指向性が実現されている、
ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ。
【請求項６】
チェビシェフ指向性、またはテイラー指向性となるように各アンテナ素子１の振幅分布が制御されている、ことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のアレーアンテナ。
【請求項７】
前記電源は、可変電圧源であり、各前記アンテナ素子の前記第１電極と前記第２電極間に印加する電圧値を変化することにより、指向性を可変とした、ことを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載のアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ素子を配列したアレーアンテナに関する。特に、アンテナ素子が、電磁波の到来によって生じる線状導電体の振動と、その線状導電体と電極との間のトンネル電流を利用したものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁波の到来によるカーボンナノチューブの振動と、電界放出によるカーボンナノチューブと電極間のトンネル電流を利用した非常に小型のアンテナが特許文献１および非特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１および非特許文献１に記載のアンテナは、図１０のように、カーボンナノチューブ１００と、カーボンナノチューブ１００の一端に接続する第１電極１０１と、カーボンナノチューブ１００の他端に対向し、かつ空間を空けて設けられた第２電極１０２と、第１電極１０１と第２電極１０２間に電圧を印加する電源１０３と、カーボンナノチューブ１００と第２電極１０２との間のトンネル電流を検出する電流検出器１０４と、によって構成されている。
【０００４】
このアンテナは、次のように動作する。電源１０３によって第１電極１０１と第２電極１０２の間に定電圧を印加すると、電界放出により第２電極１０２とカーボンナノチューブ１００の先端との間にトンネル電流が発生する。カーボンナノチューブ１００の先端には負電荷が誘導されているため、カーボンナノチューブ１００に電磁波１０６が到来すると、その電界の変動によってカーボンナノチューブ１００の先端に力が生じる。ここで、電磁波１０６の周波数がカーボンナノチューブ１００の共振周波数である場合、カーボンナノチューブ１００の先端は固有周波数で振動する。このとき、カーボンナノチューブ１００の先端の振動によって、その先端と第２電極１０２との間隔が変動する。トンネル電流の大きさはその間隔に依存するため、カーボンナノチューブ１００の先端の振動に応じてトンネル電流の大きさも変化する。このトンネル電流の大きさを電流検出器１０４によって検出することで、到来した電磁波１０６を検出することができる。すなわち、電磁場の変動をカーボンナノチューブ１００の物理的な振動に変換し、その物理的な振動をさらにトンネル電流の変化に変換して検出するアンテナである。
【０００５】
また、非特許文献２には、上記アンテナの水平面（カーボンナノチューブ１００の延伸方向に平行な面）での指向性が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００９／０４８６９５号パンフレット
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】K.Jensen, J.Weldon, H.Garcia, and A.Zettl, "Nanotube Radio," Nano Letters, vol.7, no.11, pp.3508-3511, Nov.2007
【非特許文献２】H.Tanaka, Y.Ohno, and Y.tadokoro, "Angular Sensitivity of VHF-Band CNT Antenna," IEEE Trans. Nanotechnol., vol.14, no.6, pp.1112-1116, Nov.2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および非特許文献１に記載のアンテナは、ダイポールアンテナと似た指向性を示す。すなわち、カーボンナノチューブの延伸方向を含む面内においては、八の字指向性、カーボンナノチューブの延伸方向に垂直な面内においては、無指向性を示す。これは、カーボンナノチューブの振動方向は電磁波の到来による電界方向に依存しているが、カーボンナノチューブの先端と第２電極との間のトンネル電流の強度は、カーボンナノチューブの振動方向に依存しないためである。このように、特許文献１および非特許文献１に記載のアンテナでは、指向性制御に難がある。
【０００９】
そこで本発明の目的は、線状導電体の振動と、線状導電体と電極との間のトンネル電流を利用したアンテナ素子を用いて指向性を制御することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数のアンテナ素子が配列されたアレーアンテナであって、アンテナ素子は、第１電極と、一端が第１電極と接続し、所定周波数の電磁波に対して力を受けて、一端とは反対側の端部である先端が曲がり、共振する線状導電体と、線状導電体の先端に空間を空けて対向して設けられた第２電極と、第１電極と第２電極との間に定電圧を印加し、線状導電体の先端と第２電極との間でトンネル電流を生じさせる電源と、トンネル電流の強度を検出する電流検出器と、を有する、ことを特徴とするアレーアンテナである。
【００１１】
線状導電体について線状とは、たとえばチューブ状、棒状、針状、ワイヤー状などのあらゆる細長い形状を含むものである。導電体とは導体のみならず半導体も含む。線状導電体の延伸方向に垂直な断面での形状は、対称性の高い形状が望ましく、正方形、正六角形などの正多角形や円形などの形状がより望ましく、円形が最も望ましい。対称性が低いと線状導電体の物理的な振動方向に偏りが生じ、指向性の制御が難しくなる。チューブ状の導電体としては、単層または多層のカーボンナノチューブやＳｉ、ＢＮからなるナノチューブを用いることができ、金属型でも半導体型でもよい。また、ワイヤー状の導電体としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、などの金属ワイヤーを用いることができる。また、線状導電体は１本である必要はなく、２本以上の線状導電体をより合わせたり束にしたものであってもよい。
【００１２】
本発明のアレーアンテナでは、各アンテナ素子の位相と振幅を制御することで、アレーアンテナの指向性を制御することができる。アンテナ素子の振幅は、第２電極と線状導電体の先端との距離、電源が第１電極と第２電極間に印加する電圧値などによって設定することができる。また、アンテナ素子の位相は、線状導電体の共振角周波数によって設定することができる。これらの設定により、所望の角度において各アンテナ素子からの電流が同位相、同一振幅となるように制御すれば、所望の角度で最大利得となる指向性を実現することができる。また、チェビシェフ指向性、またはテイラー指向性となるように制御することも可能である。
【００１３】
また、電源を可変電圧源として、各アンテナ素子の第１電極と第２電極間に印加する電圧値を変化することにより、指向性を可変とすることも可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアレーアンテナによると、振幅調整器や移相器を別途設けて振幅や位相を制御することなく、アンテナ素子の物理的、化学的な構成の制御によって振幅や位相を制御することができ、アレーアンテナの指向性を所望のパターンに制御することができる。また、本発明のアレーアンテナの各アンテナ素子は非常に小型であるため、アレーアンテナ全体も小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１のアレーアンテナの構成を示した図。
【図２】アンテナ素子の構造を示した図。
【図３】解析したモデルを示した図。
【図４】共振角周波数ω0 に対するアレーファクタの位相Ψn の変化を示したグラフ。
【図５】距離ｇと振動の振幅Ａの関係を示したグラフ。
【図６】距離ｇとトンネル電流Ｉrfの関係を示したグラフ。
【図７】アレーファクタの位相Ψn と距離ｇの関係を示したグラフ。
【図８】アレーファクタＬ（θ）を示したグラフ。
【図９】各アンテナ素子１の共振角周波数ω0 および距離ｇの設定値を示したグラフ。
【図１０】従来のアンテナの構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例１のアレーアンテナの構成を示した図である。図１のように、実施例１のアレーアンテナは、Ｎ個のアンテナ素子１が直線的に間隔ｄで配列されている。また、各アンテナ素子１はＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２に接続されている。ＢＰＦ２は、アンテナ素子１からの電流のうち、直流成分を遮断して交流成分のみを透過させるものである。各ＢＰＦ２からの出力は、合成器３によって合成されて出力される。
【００１８】
図２は、アンテナ素子１の構成を示した図である。図２のように、アンテナ素子１は、  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）１０と、第１電極（カソード電極）１１と、第２電極（アノード電極）１２と、直流電源１３と、電流検出器１４と、よって構成されている。
【００１９】
カーボンナノチューブ１０は、一方の端部１０ａで第１電極１１と接続している。カーボンナノチューブ１０は、細長いチューブ状であり、第１電極１１の主面に垂直な方向に延伸している。カーボンナノチューブの成長方法としてＣＶＤ法などを用いれば、第１電極１１上に垂直配向でカーボンナノチューブ１０を直接成長させることができる。また、図２のように、カーボンナノチューブ１０は複数本設けられている。これによりアンテナ感度の向上を図っている。
【００２０】
カーボンナノチューブ１０は、一方の端部１０ａは第１電極１１に固定され、端部１０ａとは反対側の他方の端部（以下、先端１０ｂと呼ぶ）は開放されており、その先端１０ｂは固有の共振周波数で振動する。その共振周波数は、カーボンナノチューブ１０の長さや剛性などによって決まる。カーボンナノチューブ１０の長さは、たとえば１ｎｍ〜１００μｍであり、この長さによってカーボンナノチューブ１０の共振周波数を設定することができる。その共振周波数は、たとえば数ｋＨｚから数百ＭＨｚの範囲で設計することができる。
【００２１】
なお、カーボンナノチューブ１０は単層でも多層でもよく、半導体型でも金属型でもよい。さらには、カーボンナノチューブ１０に限らず、チューブ状、棒状、ワイヤー状、針状などの任意の細長い形状の線状導電体を用いてもよい。また、そのような細長い線状導電体を束ねたものや、より合わせたものであってもよい。また、延伸方向に垂直な断面は対称性の高い形状がよく、正方形、六角形などの多角形や円などである。特に円が望ましい。平板状などの対称性の低い形状は、剛性が方向によって異なるため線状導電体の物理的な振動方向に偏りが生じ、指向性の制御が難しくなる。また、線状導電体の材料は、導体、半導体であれば任意の材料でよく、カーボンナノチューブ意外に、ＢＮナノチューブ、シリコンナノチューブなどのチューブ状の構造を取る物質や、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属ワイヤーを用いることができる。
【００２２】
第１電極１１は平板状であり、その一方の表面において、カーボンナノチューブ１０の一端１０ａが接続されていて、第１電極１１の主面に垂直な方向にカーボンナノチューブ１０は延伸している。また、第１電極１１は直流電源１３の負極側に接続している。第１電極１１の材料は任意の導電性材料でよい。
【００２３】
第２電極１２は、カーボンナノチューブ１０の延伸方向に空間を空けて対向して設けられている。カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂと、第２電極１２との間隔はｇである。第２電極１２の主面に垂直な方向がカーボンナノチューブ１０の延伸方向となるように、第２電極１２は配置されている。また、第２電極１２は、直流電源１３の正極側に接続されている。第２電極１２の材料は任意の導電性材料でよく、第１電極１１と同一材料でもよい。第２電極１２の主面の面積は、カーボンナノチューブ１０の最大振幅時においてもトンネル電流を検出できる程度に広ければよい。たとえば、カーボンナノチューブ１０の長さの１／５を半径とする円よりも広く取ればよい。なお、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動に対して、その先端１０ｂと第２電極１２との間隔が変動するのであれば、第２電極１２主面に垂直な方向とカーボンナノチューブ１０の延伸方向とを一致させなくともよく、第２電極１２主面が平坦ではなく湾曲していてもよい。
【００２４】
カーボンナノチューブ１０、第１電極１１、および第２電極１２は、真空管（図示しない）の中に封入されていることが望ましい。カーボンナノチューブ１０に大気中の分子や原子が付着し、あるいは湿度の変化など大気の組成が変化することで、アンテナの共振周波数やＱ値、指向性などに影響を与えてしまうのを抑制するためである。真空管内部の圧力はなるべく低い方が望ましく、たとえば１Ｐａ以下とすることが望ましい。より望ましくは１０-3Ｐａである。
【００２５】
直流電源１３は、負極側が第１電極１１、正極側が第２電極１２に接続され、第１電極１１と第２電極１２間に定電圧を印加する。この電圧印加により、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂから電子を放出させ、第２電極１２とカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂとの間にトンネル電流を生じさせる。
【００２６】
電流検出器１４は、第１電極１１と直流電源１３の負極側との間に挿入されている。この電流検出器１４によって、トンネル電流の強度を検出する。トンネル電流の強度は、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂと第２電極１２との間隔に依存し、その間隔は電磁波の到来に由来する電界強度に依存するため、トンネル電流の強度が分かれば電磁波を検出することができる。
【００２７】
次に、実施例１のアレーアンテナの動作について、数式を用いて詳細に説明する。解析の簡単のため、１本のカーボンナノチューブ１０を、図３に示すように、先端に半径ρの金属球が接続された長さｈの片持ち梁としてモデル化して説明する。図３のように片持ち梁の延伸方向にｚ軸を取り、これに垂直にｘ軸を取る。平衡位置Ｐe （片持ち梁が曲げられずにｚ軸に垂直な状態）において、金属球の中心から第２電極１２までの距離はｇとする。
【００２８】
電磁波が到来すると、電荷ｑを帯びた金属球は、電磁波との相互作用により生じる力Ｆを受けて振動する。Ｆ＝ｑ・Ｅ0 ・ｃｏｓθ・ｅｘｐ（ｊω）である。θは到来する電磁波の方向（ｚ軸方向に対する角度）、ωは到来する電磁波の角周波数、Ｅ0 は到来する電磁波の振幅である。このとき、金属球のｘ軸方向の運動は、次の式（１）で表される。ここで、ｍは金属球の質量、Ｑ0 はクオリティファクタ、ω0 は共振角周波数である。
【数１】
2017220825.tif 000003
【００２９】
式（１）をｘについて解くと、ｘ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ）となり、振動の平衡位置Ｐe からの変位Ａと移相量φは、次の式（２）、（３）の通りとなる。ここでＦ0 ＝ｑ・Ｅ0 ・ｃｏｓθである。
【数２】
2017220825.tif 000004
【数３】
2017220825.tif 000005
【００３０】
金属球が振動すると、金属球の先端と電極との距離ｇが変化するため、その間に流れるトンネル電流が変化する。トンネル電流は、金属球の表面電界Ｅｓを用いて次の式（４）で表される。ｃ1 、ｃ2 は定数であり、ｃ1 ＝３．４×１０-5Ａ／Ｖ2 、ｃ2 ＝７．０×１０10Ｖ／ｍ、Ｓは金属球の面積πρ2 である。
【数４】
2017220825.tif 000006
【００３１】
距離ｇが、金属球の振動によるｚ軸方向の変位Δｚよりも十分に大きく、かつトンネル電流は金属球の先端と電極間にのみ流れると仮定すると、金属球の振動によるトンネル電流は以下の式（５）、（６）で表される。なお、導出にあたって、Δｚ＝Ａ2 ／（２ｈ）を用いた。
【数５】
2017220825.tif 000007
【数６】
2017220825.tif 000008
【００３２】
ここで、トンネル電流の直流成分はＢＰＦ２を介して除去され、交流成分のみが取り出される。そのため、各アンテナ素子１からの信号ｓn は、下記式（７）となる。ここで、ｎは左から数えてｎ番目（ｎは０からＮ−１までの整数）のアンテナ素子１であることを示す。また、各アンテナ素子１間の経路差に起因する移相量としてξn を導入した。実施例１のアレーアンテナでは、アンテナ素子１は間隔ｄで等間隔に直線状に配列されているため、ξn ＝（ω／ｃ）・ｎ・ｄ・ｓｉｎθ、ｃは光速、である。
【数７】
2017220825.tif 000009
【００３３】
各アンテナ素子１からの信号ｓn が合成器３によって合成されるため、結局、実施例１のアレーアンテナからの出力ｓは下記式（８）のようになる。
【数８】
2017220825.tif 000010
【００３４】
アレーアンテナの指向性のパターンＰ（θ）は、各アンテナ素子１の指向性のパターンをＫ（θ）、アレーファクタをＬ（θ）として、Ｐ（θ）＝Ｋ（θ）・Ｌ（θ）と表される。ここで式（７）、（８）からＫ（θ）＝ｃｏｓ2 θであり、Ｌ（θ）は、アレーファクタの振幅ａn 、アレーファクタの位相Ψn を用いて、上記式（９）〜（１１）によって与えられる。なお、式（１０）において、任意のθ、ｎにおいて最大となるＩrfをＩ0 として、アレーファクタの振幅の最大値が１になるように正規化した。
【数９】
2017220825.tif 000011
【数１０】
2017220825.tif 000012
【数１１】
2017220825.tif 000013
【００３５】
式（９）〜（１１）から、各アンテナ素子１のアレーファクタの振幅ａn 、アレーファクタの位相Ψn を設定することにより、アレーファクタＬ（θ）を所望の値に設定することで、実施例１のアレーアンテナの指向性Ｐ（θ）を所望の指向性に設定可能であることがわかる。たとえば、θ0 方向に最大の識別度を持つ特性としたり、特定の方向にヌル点を有する特性としたりすることができる。
【００３６】
まず、アレーファクタの位相Ψn の設定について述べる。式（１１）から明らかなように、アレーファクタの位相Ψn は、カーボンナノチューブの共振角周波数ω0 を変化させることにより設定することができる。
【００３７】
図４は、カーボンナノチューブの共振角周波数ω0 に対するアレーファクタの位相Ψｎの変化を示したグラフである。図４のように、共振角周波数ω0 を変化させることで−０．９２πから＋０．９２πまでの移相が可能であることがわかる。共振角周波数ω0 は（ｋ／ｍ）1/2 であるから、カーボンナノチューブ１０の質量ｍやばね定数ｋを調節することにより、移相量の調整が可能である。
【００３８】
また、式（１１）から、アレーファクタの位相Ψn は、クオリティファクタＱ0 を変化させることによっても設定可能である。クオリティファクタＱ0 は、機械的抵抗Ｒとして、Ｑ0 ＝（ｋ・ｍ）1/2 ／Ｒであるから、カーボンナノチューブ１０の質量ｍやばね定数ｋ、機械的抵抗Ｒを調整することによって移相量の調整が可能である。
【００３９】
次に、アレーファクタの振幅ａn の設定について述べる。アレーファクタの振幅ａn 、すなわち、トンネル電流の交流成分Ｉrfは、カーボンナノチューブ１０と第２電極１２間の距離ｇによって設定することができる。距離ｇによってアレーファクタの振幅ａn を変化させることができる理由は、トンネル電流Ｉrf、および振幅Ａは表面電界Ｅs の関数となっており、表面電界Ｅs は、カーボンナノチューブ１０と第２電極１２間の距離ｇに依存しているためである。式（６）において、Ｉ（ｇ）のｚによる偏微分の成分が、距離ｇに依存する成分である。
【００４０】
なお、式（１０）のように、アレーファクタの振幅ａn は共振角周波数ω0 に依存している。そのため、アレーファクタの位相Ψn を所望の値に設定するために共振角周波数ω0 を変化させると、アレーファクタの振幅ａn も変化する点に留意する。
【００４１】
図５は、距離ｇと振動の振幅Ａの関係を示したグラフである。また、図６は、距離ｇとトンネル電流の交流成分の値Ｉrfを示したグラフである。図５のように、距離ｇがある一定の値以上では振幅Ａはおよそ一定となっている。また、共振角周波数ω0 を変えると、振幅Ａの値も変化することがわかり、共振角周波数ω0 が大きくなるにつれて振幅Ａが小さくなることがわかる。また、図６のように、距離ｇが大きくなるにつれてＩrfは小さくなることがわかり、共振角周波数ω0 が大きくなるにつれて振幅Ａが小さくなることがわかる。
【００４２】
また、式（１０）から、アレーファクタの振幅ａn は、カーボンナノチューブ１０の長さｈ、質量ｍ、共振角周波数ω0 、クオリティファクタＱ0 によっても調整可能であることがわかる。また、電源１０による印加電圧値によっても、アレーファクタの振幅ａn を設定することができる。表面電界Ｅs は、印加電圧値にも依存しているためである。
【００４３】
次に、より具体的なアレーファクタＬ（θ）の設定について説明する。アレーファクタＬ（θ）がθ0 方向に最大の識別度を持つ特性とするためには、全てのｎについてａn （θ0 ）＝１、Ψn （θ0 ）＝−２ξn を満たすように設定すればよい。つまり、各アンテナ素子からの信号ｓn が、合成器３によって等位相、等振幅で合成されるようにすればよい。このようにΨn 、ａn を設定すれば、到来角θ0 からの電磁波は等振幅、等位相で合成され、アレーファクタＬ（θ）はθ0 方向に最大の識別度を持つ。
【００４４】
全てのｎについてａn （θ0 ）＝１、Ψn （θ0 ）＝−２ξn を満たすように設定するためには、たとえば以下のようにすればよい。まず、Ψn （θ0 ）＝−２ξn を満たすように各アンテナ素子１の共振角周波数ω0 を設定する。次に、その共振角周波数ω0 においてａn （θ0 ）＝１を満たすように、距離ｇを設定する。図７は、ａn （θ0 ）＝１を満たすときの、アレーファクタの位相Ψと距離ｇとの関係を示したグラフである。図７では、図６においてＩrf＝０．２ｍＡとなる距離ｇを示している。この図７のグラフから、アレーファクタの位相Ψがある値を取るときに、ａn （θ0 ）＝１を満たすような距離ｇを求めることができる。
【００４５】
図８は、実施例１のアレーアンテナのアンテナ素子１の数Ｎ＝９とし、θ＝π／４方向に最大の識別度を有するように、各アンテナ素子１の共振角周波数ω0 および距離ｇを設定したときの、アレーファクタＬ（θ）を示したグラフである。図９は、各アンテナ素子１の共振角周波数ω0 および距離ｇの設定値を示している。図９において、横軸はアンテナ素子１のナンバー、○は距離ｇを示し、×はω0 ／ωを示している。これらアンテナ素子１の共振角周波数ω0 および距離ｇの値は、ａn （θ0 ＝π／４）＝１、Ψn （θ0 ＝π／４）＝−２ξn を満たすように設定したものである。
【００４６】
図８のように、各アンテナ素子１の共振角周波数ω0 および距離ｇが、図９に示す所定の値を満たすようにすることで、θ＝π／４方向に最大の識別度を有するようなアレーファクタＬ（θ）を設定できることがわかった。
【００４７】
アレーアンテナの指向性は、アンテナ素子１のアレーファクタの振幅ａn の分布を制御することにより、チェビシェフ指向性、またはテイラー指向性などの指向性に制御することが好ましい。これらの指向性では、メインローブのレベルをそれほど落とさずに、サイドローブのレベルを落とすことができる。
【００４８】
以上のように、実施例１のアレーアンテナは、各アンテナ素子１に振幅調整器や移相器を別途設けて振幅や位相を制御することなく、アンテナ素子１の物理的、化学的な特性の制御によって振幅や位相を制御することができ、アレーアンテナの指向性を所望のパターンに制御することができる。また、各アンテナ素子１は非常に小型であるため、アレーアンテナ全体も非常に小型にすることができる。
【００４９】
なお、実施例１のアレーアンテナでは、アンテナ素子１が直線状に１次元的に配列されているが、本発明のアレーアンテナは、１次元的な配列だけでなく、２次元的、３次元的にアンテナ素子１が配列されたアレーアンテナにも適用することができる。
【００５０】
また、各アンテナ素子１の間隔は、アンテナ素子１間に結合が生じない程度に空けられていればよく、必ずしも等間隔の配列である必要もない。ただし、グレーティングローブが生じないように、各アンテナ素子１の間隔は半波長以下とすることが望ましい。
【００５１】
また、実施例１のアレーアンテナは、所望の指向性に固定されたものであるが、指向性可変のアンテナとすることもできる。たとえば、電源１０を可変電圧源とすることで、各アンテナ素子１の第１電極１１と第２電極１２間に印加する定電圧値を変化させ、これにより指向性を可変としてもよい。
【００５２】
また、実施例１のアレーアンテナでは、各アンテナ素子１の共振周波数を少しずつずらして広帯域のアンテナとすることもできる。
【００５３】
また、本発明のアレーアンテナは、通常は受信に用いるものであるが、カーボンナノチューブを多数設けて出力向上を図れば送信に用いることも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のアンテナは、レーダ装置などの受信アンテナとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１：アンテナ素子
２：ＢＰＦ
３：合成器
１０：カーボンナノチューブ
１１：第１電極
１２：第２電極
１３：直流電源
１４：電流検出器
【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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