JP2017017614A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】指向性を制御すること。【解決手段】導体板１５は、２枚の長方形状の導体板１５ａ、ｂを長辺で直角を成すように接合してＬ字型の形状としたものである。そして、導体板１５ａ、ｂの長手方向とカーボンナノチューブ１０の延伸方向を揃えて、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂ近傍に配置されている。導体板１５ａ、ｂはカーボンナノチューブ１０と空間を空けて配置されている。導体板１５は、可変電源１３の正極側に接続されている。可変電源１３により電圧が印加されると、導体板１５には正電荷が誘導される。そのため、カーボンナノチューブ１０はクーロン力を受ける。このクーロン力の方向には、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂは振動が抑制される。振動が抑制された方向は振幅が小さくなるため、トンネル電流の強度も低下する。すなわち、振動が抑制された方向のアンテナ感度は低下することになる。【選択図】図１

Description

本発明は、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アンテナに関する。

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。

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。

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。

国際公開第２００９／０４８６９５号パンフレット

K.Jensen, J.Weldon, H.Garcia, and A.Zettl, "Nanotube Radio," Nano Letters, vol.7, no.11, pp.3508-3511, Nov.2007

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。したがって、特許文献１および非特許文献１に記載のアンテナでは、カーボンナノチューブの延伸方向に垂直な平面内における指向性を制御できない。

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において、指向性の制御を可能とすることである。

本発明は、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第１電源と、トンネル電流の強度を検出する電流検出器と、を有したアンテナであって、線状導電体の延伸方向に沿って、かつ線状導電体から離間して設けられ、定電圧が印加されることで電荷を蓄えた導体板を有する、ことを特徴とするアンテナである。

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。

導体板は、任意の形状でよく、複数に分割されていてもよい。たとえば平板、Ｌ字型、コの字型、半円筒形、１／４円筒形などの形状である。平板状の第１導体板と、第１導体板とは角度を成して接続された平板状の第２導体板とで構成されたＬ字型の形状としてもよい。これにより指向性の制御が容易となる。また、導体板は第１電極と第２電極の一方と接続されていていたり、第１電極や第２電極の一方と一体に成形されていてもよい。

導体板に定電圧を印加して電荷を蓄える手段は任意でよい。たとえば、導体板に第１電源を接続して電荷を誘導してもよい。

また、導体板に定電圧を印加する第２電源を接続し、第２電源を可変電源とし、導体板に誘導される電荷量を制御することで、指向性の制御を可能としてもよい。

また、導体板を複数に分割し、それぞれを別の電源に接続して独立に電荷量を制御できるようにすることで、より指向性の制御を容易としたり、指向性の設計の自由度を向上させてもよい。たとえば、導体板は、平板状の第１導体板と、第１導体板とは分離し、かつ第１導体板とは角度を成して設けられた平板状の第２導体板とで構成し、第１導体板および第２導体板にそれぞれ接続し、定電圧を印加する第３電源および第４電源を設け、第３電源および第４電源は、印加する電圧値を可変とする可変電源とする構成としてもよい。

本発明では、電荷の蓄えられた導電体によって線状導電体がクーロン力を受け、そのクーロン力の方向に線状導電体の振動は抑制される。その振動が抑制される方向はアンテナ感度が低下するため、線状導電体の延伸方向に垂直な面内においてアンテナに指向性を持たせることができる。

実施例１のアンテナの構成を示した図。 実施例１のアンテナの指向性を示したグラフ。 実施例２のアンテナの構成を示した図。 変形例のアンテナの構成を示した図。 変形例のアンテナの構成を示した図。 変形例のアンテナの構成を示した図。 変形例のアンテナの構成を示した図。 変形例のアンテナの構成を示した図。 変形例のアンテナの構成を示した図。 従来のアンテナの構成を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでない。

図１は、実施例１の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のアンテナは、カーボンナノチューブ１０と、第１電極１１と、第２電極１２と、可変電源１３と、電流検出器１４と、導体板１５によって構成されている。以下、説明の簡便のため、図１のように、カーボンナノチューブ１０の延伸方向にｚ軸、これに垂直な方向に右手系を成すようにｘ、ｙ軸を取ることとする。

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。

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、受信したい電磁波の周波数に応じて設計される。つまり、実施例１のアンテナの共振周波数は、カーボンナノチューブ１０の共振周波数であり、カーボンナノチューブ１０の長さに依存している。その共振周波数は数ｋＨｚから数百ＭＨｚの範囲で設計することができる。

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（ｚ軸方向）に垂直な断面（ｘｙ平面に平行な面）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。実施例１のアンテナの共振周波数やＱ値は、線状導電体の長さや剛性などによって設計することができる。剛性は、線状導電体の構造、直径、材料などに依存する。

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は可変電源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。

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ｈ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（ｚ軸方向）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、可変電源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、間隔ｈ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。

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。

可変電源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。その印加電圧値は可変である。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。印加電圧値を変えることで、実施例１のアンテナの共振周波数を調整することが可能である。

電流検出器１４は、第１電極１１と可変電源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ｈに依存し、その間隔ｈ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。

導体板１５は、図１のように、２枚の長方形状の導体板１５ａ、ｂを長辺で直角を成すように接合してＬ字型の形状としたものである。そして、導体板１５ａ、ｂの長手方向とカーボンナノチューブ１０の延伸方向（ｚ軸方向）、導体板１５ａの短手方向とｙ軸方向、および導体板１５ｂの短手方向とｘ軸方向を揃えて、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂ近傍に配置されている。また、導体板１５ａの主面はｘ軸方向に垂直に、導体板１５ｂの主面はｙ軸方向に垂直に配置されている。導体板１５ａ、ｂはカーボンナノチューブ１０と空間を空けて配置されており、導体板１５ａとカーボンナノチューブ１０の間隔はｘｇ、導体板１５ｂとカーボンナノチューブ１０の間隔はｙｇである。また、導体板１５は、可変電源１３の正極側に接続されている。導体板１５は、任意の導電性材料を用いることができ、第１電極１１や第２電極１２と同一の材料であってもよい。

なお、実施例１では導体板１５と第２電極１２は分離しているが、導体板１５と第２電極１２を接続してもよいし、一体に成形されていてもよい。導体板１５と第２電極１２とを一体成形とすれば、アンテナの構成がより簡易となる。また、導体板１５ａ、ｂも分離していてよく、その一方のみが第２電極１２と接続していてもよいし、一方のみが第２電極１２と一体に成形されていてもよい。また、導体板１５ａ、ｂは直角を成すようにしているが、角度を成すようにしていればよい。ただし、直角とする方が指向性の制御が容易である。

導体板１５は可変電源１３の正極側に接続されているため、可変電源１３により定電圧が印加されると導体板１５には一定量の正電荷が誘導される。一方、カーボンナノチューブ１０は第１電極１１に接続され、第１電極１１は可変電源１３の負極側に接続されているため、可変電源１３により定電圧が印加されると、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂには一定量の負電荷が誘導される。したがって、カーボンナノチューブ１０は、導体板１５側に向かう方向にクーロン力を受ける。

導体板１５ａ、ｂの長手方向の長さは任意でよいが、カーボンナノチューブ１０の長さの１／２以上とすると、クーロン力がカーボンナノチューブ１０全体にかかり、指向性を安定して制御できるので望ましい。同様の理由により、導体板１５ａ、ｂの短手方向の長さはカーボンナノチューブ１０の直径の１０倍以上とするのが望ましい。また、同様の理由により、導体板１５ａ、ｂの短辺は、ｚ軸方向においてカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂと揃えるか、もしくはカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂよりも第２電極１２側となるように導体板１５を配置するのがよい。

導体板１５ａ、ｂの長手方向とカーボンナノチューブ１０の延伸方向は必ずしも揃える必要はないが、指向性を安定して制御するためには揃えることが望ましい。同様の理由により、導体板１５ａ、ｂの短手方向をカーボンナノチューブ１０の延伸方向に垂直な方向に揃えることが望ましい。

次に、実施例１のアンテナの動作について説明する。

基本的な動作原理は、特許文献１および非特許文献１に記載の通りである。すなわち、電磁波１６がカーボンナノチューブ１０に到来すると、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂは電磁波１６に由来する電界から力を受ける。電磁波１６の周波数がカーボンナノチューブ１０の共振周波数である場合、カーボンナノチューブ１０は曲がり、その先端１０ｂは物理的に振動する。この振動によって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ｈが変化する。可変電源１３により第１電極１１と第２電圧の間に定電圧を印加すると、電界放出により第２電極１２からカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂにトンネル電流が生じる。この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ｈに依存するため、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動によって間隔ｈが変化すると、トンネル電流の強度にも変化が生じる。その変化を電流検出器１４により検出することで、電磁波１６を検出することができる。

カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂのｘｙ平面内での振動方向は、到来する電磁波に由来する電界方向に依存する。しかし、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ｈには依存するが、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂのｘｙ平面内での振動方向には依存しない。ここで、導体板１５を設けない従来のアンテナ（図１０に示すアンテナ）では、電磁波１６の電界強度が同一であれば、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動の振幅は、ｘｙ平面内のどの方向であっても等しくなる。したがって、ｘｙ平面内のどの方向に電磁波１６に由来する電界がかかったとしてもトンネル電流の強度には差異がなく、アンテナ感度はどの方向にも等しくなる。つまり、ｘｙ平面内では無指向性を示す。

一方、実施例１のアンテナは、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂ近傍に、可変電源１３による定電圧（正電圧）の印加によって一定量の正電荷が誘導され蓄えられた導体板１５が設けられている。また、カーボンナノチューブ１０には可変電源１３による定電圧（負電圧）の印加によって一定量の負電荷が誘導されている。そのため、カーボンナノチューブ１０は導体板１５から導体板１５方向に向かうクーロン力を受ける。このクーロン力の方向には、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂは振動が抑制され、振幅が小さくなる。たとえば、カーボンナノチューブ１０がｘ軸方向にクーロン力を受けている場合、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂはｘ軸方向に振動が抑制され振幅が小さくなる。ただし、クーロン力に直交するｙ軸方向には影響せず振幅は変わらない。

振動が抑制された方向は、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動の振幅が小さくなるため、トンネル電流の強度も低下する。すなわち、振動が抑制された方向のアンテナ感度は低下することになる。

カーボンナノチューブ１０先端１０ｂの振動がどの程度抑制されるか（振幅がどれほど低下するか）は、導体板１５から受けるクーロン力の大きさによる。クーロン力が大きければ大きいほど振動は強く抑制され、振動の振幅がより小さくなり、アンテナ感度はより低下する。実施例１のアンテナでは、導体板１５ａとカーボンナノチューブ１０の間隔ｘｇと、導体板１５ｂとカーボンナノチューブ１０の間隔ｙｇによって、クーロン力の大きさを制御し、カーボンナノチューブ１０先端１０ｂの振動抑制の程度を制御している。

実施例１のアンテナでは、導電板１５ａによってｘ軸方向、導電板１５ｂによってｙ軸方向の振動抑制の程度をそれぞれ独立して制御することができる。すなわち、ｘ軸方向のアンテナ感度とｙ軸方向のアンテナ感度をそれぞれ独立して制御することができる。したがって、実施例１のアンテナは、ｘｙ平面内の指向性、すなわち、電磁波１６に由来する電界強度のｘｙ平面内での方向依存性を制御することができる。特に、ｘｙ平面内の所望の方向にアンテナ感度が最大となり、他の方向はアンテナ感度が低下した指向性を実現することができる。

なお、カーボンナノチューブ１０が導体板１５から受けるクーロン力によって、カーボンナノチューブ１０に曲がりが生じてもかまわない。

図２は、実施例１のアンテナのカーボンナノチューブ１０延伸方向に垂直な面内（ｘｙ平面）での指向性をシミュレーションにより求めた結果を示したグラフ（極座標グラフ）であり、０〜９０°の各角度におけるトンネル電流強度を示すグラフである。トンネル電流強度は、最大値で規格化している。また、角度はｘ軸方向を０°、ｙ軸方向を９０°とする。電磁波１６の周波数は１００ＭＨｚとし、その周波数がカーボンナノチューブ１０の共振周波数となるように設計した。

図２のように、ｘｇ（導体板１５ａとカーボンナノチューブ１０の間隔）、ｙｇ（導体板１５ｂとカーボンナノチューブ１０の間隔）の値を変えることで指向性が変化していることが分かる。

ｘｇを２００ｎｍ、ｙｇを２００ｎｍとした場合、ｘｇ、ｙｇの値が十分に大きいためカーボンナノチューブ１０が導体板１５から受けるクーロン力は弱く、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動はどの方向にも抑制されない。そのため、アンテナ感度は等方的、つまり無指向性となっている。

ｘｇを１００ｎｍ、ｙｇを２００ｎｍとした場合、ｘｇの値が小さいためカーボンナノチューブ１０は導体板１５ａの方向（ｘ軸方向）に強くクーロン力を受ける。そのため、ｘ軸方向にカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂは振動しづらくなり、振幅が小さくなってトンネル電流も小さくなる。したがって、θ＝０°（ｘ軸方向）のアンテナ感度は低下する。一方、ｙｇの値は大きいため、カーボンナノチューブ１０が導体板１５ｂ方向（ｙ軸方向）に受けるクーロン力は弱い。そのため、ｙ軸方向はカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動は抑制されず、トンネル電流も大きい。したがって、θ＝９０°（ｙ軸方向）に高いアンテナ感度を示す。

ｘｇを２００ｎｍ、ｙｇを１００ｎｍとした場合、ｙｇの値が小さいためカーボンナノチューブ１０は導体板１５ｂの方向（ｙ軸方向）に強くクーロン力を受ける。そのため、ｙ軸方向にカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂは振動しづらくなり、振幅が小さくなってトンネル電流は小さくなる。したがって、θ＝９０°（ｙ軸方向）のアンテナ感度は低下する。一方、ｘｇの値は十分に大きいため、カーボンナノチューブ１０が導体板１５ａ方向（ｘ軸方向）に受けるクーロン力は弱い。そのため、ｘ軸方向はカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動は抑制されず、トンネル電流も大きい。したがって、θ＝０°（ｘ軸方向）に高いアンテナ感度を示す。

ｘｇを１００ｎｍ、ｙｇを１００ｎｍとした場合、ｘｇ、ｙｇともに値が小さく等しいため、カーボンナノチューブ１０はθ＝０°、９０°方向に強くクーロン力を受ける。そのため、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂはｘ軸方向、ｙ軸方向ともに振動しづらくなる。その結果、θ＝４５°方向に感度が最大となる。

このように、実施例１のアンテナでは、導体板１５ａとカーボンナノチューブ１０の間隔ｘｇ、および導体板１５ｂとカーボンナノチューブ１０の間隔ｙｇを制御することで、カーボンナノチューブ１０の延伸方向（ｚ軸方向）に垂直な面内（ｘｙ平面内）の指向性を制御可能であることが分かる。特に、ｘｙ平面内の所望の方向（θ＝０〜９０°）に感度が最大となり、他の方向の感度は低い指向性を容易に実現することができる。

実施例２のアンテナは、図３に示すように、実施例１のアンテナにおいて、可変電源２３を追加した構成である。可変電源２３の正極側は、導体板１５に接続されている。可変電源２３によって導体板１５に印加する電圧値を制御することで、導体板１５に誘導される電荷量を制御することができる。カーボンナノチューブ１０が導体板１５から受けるクーロン力は、導体板１５に蓄積された電荷量に比例する。そのため、可変電源２３によって導体板１５に印加する電圧を制御することで、カーボンナノチューブ１０が導体板１５から受けるクーロン力の強度を制御することができる。実施例１において説明したように、カーボンナノチューブ１０が導体板１５から受けるクーロン力によってカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動は抑制され、クーロン力の大きさが大きいほど強く振動が抑制される。したがって、可変電源２３の印加電圧値を制御することで、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動抑制の程度を制御することができ、アンテナのｘｙ平面内での指向性を制御することができる。

［変形例］
以下、実施例１、２のアンテナの各種変形例を説明する。

実施例１では、導体板１５ａ、ｂとカーボンナノチューブ１０との間隔ｘｇ、ｙｇによって、実施例２では、導体板１５への電圧印加によって、カーボンナノチューブ１０が導体板１５から受けるクーロン力の大きさを制御し、それによってカーボンナノチューブ１０先端１０ｂの振動抑制の程度を制御しているが、他の手段によってクーロン力の大きさを制御してもよい。クーロン力の大きさは、導体板１５に蓄えられる電荷量、導体板１５とカーボンナノチューブ１０の間隔、導体板１５の形状、面積、導体板１５とカーボンナノチューブ１０との間の空間の誘電率などによって決まるため、それらを制御することで、クーロン力の大きさを制御することができる。また、導体板１５に蓄えられる電荷量は、導体板１５の材料、面積、印加される電圧値などによって決まるため、それらを制御することでクーロン力の大きさを制御することができる。たとえば、導体板１５とカーボンナノチューブ１０の間に誘電体を挿入し、誘電体の誘電率を制御することでクーロン力の大きさを制御してもよい。

また、実施例１、２では、導体板１５をＬ字型に接続された２枚の平板、導体板１５ａ、ｂとしているが、導体板の形状は所望の指向性に応じて設計してよく、Ｌ字型のみならず、平板、半円筒形、１／４円筒形、コの字型などの形状としてもよい。それら複数の導体板をそれぞれ分離独立して設けてもよい。導体板の形状によってカーボンナノチューブ１０に係るクーロン力の方向、大きさを制御することができるので、それらを制御することで所望の指向性を実現することができる。

たとえば、図４、７のように、実施例１、２のアンテナにおいて導体板１５ｂを無くして導体板１５ａのみとした構成としてもよい。ｘ軸方向のアンテナ感度が低下した指向性を実現することができる。また、図５、８のように、実施例１、２のアンテナにおいて導体板１５ａを無くして導体板１５ｂのみとした構成としてもよい。ｙ軸方向のアンテナ感度が低下した指向性を実現することができる。また、図６のように、実施例１のアンテナにおいて導体板１５ｂの導体板１５ａ接続側とは反対側の長辺で導体板１５ｃを垂直に接合し、全体としてコの字型の形状としてもよい。

また、複数の導体板を分離して設ける場合、各導体板ごとに可変電源を接続し、各導体板に誘導される電荷量を独立して制御できるようにしてもよい。指向性の設計の自由度をより高めることができるとともに、その制御も容易に行うことができる。また、各導体板のうち一部を、第１電極１１または第２電極１２と接続してもよいし、一体成形としてもよい。

たとえば、図９のように、導体板１５ａと導体板１５ｂを接続せずに分離して設け、それぞれに可変電源３３、３４を接続する構成としてもよい。このようにすれば、可変電源３３による印加電圧値の制御によって導体板１５ａの電荷量を制御することで、ｘ軸方向におけるカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動抑制の程度を制御することができ、可変電源３４による印加電圧値の制御によって導体板１５ｂの電荷量を制御することで、ｙ軸方向におけるカーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動抑制の程度を制御することができる。つまり、カーボンナノチューブ１０の先端１０ｂの振動抑制の程度をｘ軸方向、ｙ軸方向でそれぞれ独立して制御することができる。よって指向性の制御が容易となり、また指向性の設計の自由度も高い。

実施例では、カーボンナノチューブ１０に帯電される電荷とは反対の極性の電荷を導体板に帯電させることで、カーボンナノチューブ１０に導体板方向への引力を発生させているが、カーボンナノチューブ１０に帯電される電荷と同一極性の電荷を導体板に帯電させ、カーボンナノチューブ１０に導体板方向とは反対方向への斥力を発生させるようにしてもよい。

たとえば、実施例１においては、導体板１５を可変電源１３の正極側に接続し、正電荷を蓄えるようにしているが、導体板１５を可変電源１３の負極側に接続し、負電荷を蓄えるようにしてもよい。また、実施例２においては、可変電源２３により導体板１５に正電圧を印加しているが、負電圧を印加するようにしてもよい。

また、実施例１、２では、カーボンナノチューブ１０に負電圧を印加し、第２電極１２に正電圧を印加しているが、逆にカーボンナノチューブ１０に正電圧を印加し、第２電極１２に負電圧を印加してもよい。

また、実施例１、２では、カーボンナノチューブ１０を一本としているが、複数本設けて一次元あるいは２次元的に配列することで感度の向上を図ってもよい。

また、実施例では、アンテナの受信動作について説明したが、本発明のアンテナは受信だけでなく電磁波の送信にも利用することができる。

本発明のアンテナは、電磁波の到来方向の検知に利用することができ、また指向性アンテナとして用いることができる。

１０：カーボンナノチューブ
１１：第１電極
１２：第２電極
１３、２３、３３、３４：可変電源
１４：電流検出器
１５、１５ａ、１５ｂ：導体板
１６：電磁波

Claims (7)

1. 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第１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、
   を有したアンテナであって、
   前記線状導電体の延伸方向に沿って、かつ前記線状導電体から離間して設けられ、定電圧が印加されることで電荷を蓄えた導体板を有する、
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 前記導体板は、平板状の第１導体板と、前記第１導体板とは角度を成して接続された平板状の第２導体板とで構成されたＬ字型の形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記導体板は、前記第１電源に接続されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記第１電極と前記第２電極の一方と前記導体板は一体成形されている、ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記導体板に接続され、前記導体板に定電圧を印加する第２電源を有し、前記第２電源は、印加する電圧値を可変とする可変電源である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
6. 前記導体板は、平板状の第１導体板と、前記第１導体板とは分離し、かつ前記第１導体板とは角度を成して設けられた平板状の第２導体板とで構成され、前記第１導体板および前記第２導体板にそれぞれ接続され、定電圧を印加する第３電源および第４電源を有し、前記第３電源および前記第４電源は、印加する電圧値を可変とする可変電源である、ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
7. 前記線状導電体は、カーボンナノチューブ、シリコンナノチューブまたはＢＮナノチューブであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ。

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