JP6249906B2 - Array antenna device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an array antenna device having a function of a frequency selection plate.
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。 In recent years, plasma media has attracted attention as a material that can freely control the reflection, transmission, or absorption of electromagnetic waves, and the reflection, transmission, or absorption of electromagnetic waves can be achieved by controlling the frequency characteristics of the plasma medium with respect to electromagnetic waves. Many frequency selection plates that can control the frequency have been announced. The frequency selection plate is often used in combination with an antenna device.
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。
The following
In this frequency selection plate, the transmission frequency of electromagnetic waves can be dynamically changed by adjusting the size of the slot opened on the upper surface of the dielectric.
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。
This frequency selectivity is realized by two frequency selection plates, and a gas is sealed in a honeycomb-shaped plasma sealing layer provided between the two frequency selection plates.
Plasma is generated from the gas by the electrodes extending along the honeycomb-shaped plasma encapsulating layer giving energy to each plasma encapsulating layer.
Even if plasma is generated from gas, if the plasma has a conductive nature with respect to the frequency of radio waves incident from the outside, the frequency of radio waves incident from the outside is temporarily assumed. Even if it is the transmission frequency of the radome, the radio wave is reflected by the plasma and cannot enter the interior.
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。
Non-Patent
This frequency selection plate uses the conductive nature of plasma, and periodically arranges a plurality of fluorescent tubes capable of generating plasma so as not to pass a specific frequency. Yes.
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。
Since the conventional antenna device is configured as described above, a large number of wiring structures are required when frequency selection plates are combined (particularly, in the case of
In addition, there is a problem that the combination with the frequency selection plate leads to an increase in scale and complexity of the apparatus.
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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an array antenna apparatus that can have the function of a frequency selection plate with a small number of wiring structures without increasing the scale and complexity of the apparatus. For the purpose.
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。 An array antenna device according to the present invention accommodates a gas absorber that absorbs radio waves and a gas that generates plasma by ionization in a space that is disposed on the radio wave absorber and electrodes are disposed at both ends. A dielectric container, a dielectric substrate disposed on the dielectric container, and a plurality of radiating conductors disposed on the dielectric substrate and connected to a power feeding line; By adjusting the current supplied to the electrode, the state of the gas accommodated in the dielectric container is set to a plasma state where plasma is generated or a gas state where plasma is not generated.
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。 According to the present invention, a radio wave absorber that absorbs radio waves, and a dielectric that accommodates a gas that generates plasma by ionization in a space that is disposed on the radio wave absorber and electrodes are disposed at both ends. A body container, a dielectric substrate disposed on the dielectric container, and a plurality of radiation conductors disposed on the dielectric substrate and connected to a power feeding line, and the state control means is provided on the electrode. By adjusting the current to be supplied, the state of the gas accommodated in the dielectric container is set to a plasma state where plasma is generated or a gas state where plasma is not generated. There is an effect that the function of the frequency selection plate can be provided with a small wiring structure without causing complication.
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。
FIG. 1 is a perspective view showing an array antenna apparatus according to
1 and 2, the
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。
The
In the example of FIGS. 1 and 2, the space containing the
In the example of FIGS. 1 and 2, since the upper surface of the
The
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。
The
The gas accommodated in the space of the
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。
The
The radiating
The coaxial inner conductor 7 has one end connected to the
Further, the coaxial
A dielectric 9 is provided between the coaxial inner conductor 7 and the coaxial
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。
The
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。
Next, the operation will be described.
When a large current is supplied to the
Hereinafter, the plasma conductivity σ at the time of transition to the plasma state will be described.
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。
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
The plasma generated from the
In the text of the complex relative permittivity epsilon r tilde (specification in unmagnetized, the low-temperature-collision of the plasma, on the relationship between the electronic application, it is not possible to subject the symbol "~" on the character, epsilon r Is expressed by the following formula (1), as disclosed in
In equation (1), ω p is the plasma angular frequency, ω is the angular frequency of the electromagnetic wave incident on the plasma, ν is the collision frequency (the average number of times per second that free electrons collide with other particles and disappear), j is an imaginary unit.
[Non-Patent Document 2]
RJ Vidmar, “On the use of Atmospheric Pressure Plasmas as Electromagnetic Reflections and Absorber,” IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 18, No. 4, 1990
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。
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。
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。
The plasma angular frequency ω p can be expressed using an electron density n e , an electron charge e, an electron mass m e , and a vacuum relative dielectric constant ε 0 as shown in the following formula (2).
Further, the complex relative dielectric constant ε r tilde is generally expressed as the following formula (3).
In the formula (3), is epsilon r dielectric constant of the plasma, sigma is the conductivity of the plasma.
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。
Comparing equation (1) and equation (3), the relative dielectric constant ε r of the plasma is obtained as in the following equation (4), and the electrical conductivity σ of the plasma is obtained as in the following equation (5). .
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。
From equation (4), the relative dielectric constant epsilon r of the plasma obtained from such angular frequency ω and the electron density n e of the incident electromagnetic wave. Thus, the
Further, from equation (5), the plasma conductivity sigma, obtained from such angular frequency ω and the electron density n e of the incident electromagnetic wave. Thus, the
In the first embodiment, when the state of the
Thus, the state of the
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。
Next, the difference between the operation of the array antenna apparatus when the
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operation of the array antenna apparatus when the
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。
The
At this time, the
As a result, the plasma behaves as a conductor. When a communication device (not shown) feeds the
On the other hand, when the radio wave coming from outside is in the same frequency band as the operating frequency of the antenna, a scattered wave determined by the structure and a scattered wave of the antenna generated by exciting the power feeding structure of the antenna are generated. For this reason, there is a possibility that the radar cross-sectional area increases depending on the superposition of two scattered waves.
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。
The
In this case, since plasma having a conductive property is not generated, the structure of FIG. 1 does not operate as an antenna.
Here, the case where the state of the
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。
When the state of the
Frequency selection plates are roughly classified into a bandpass type that transmits only radio waves in a specific frequency band and a band stop type that reflects only radio waves in a specific frequency band. In the case of FIG. Since the radiating
Therefore, if the frequency of the radio wave coming from the outside is the operating frequency as the frequency selection plate, the radio wave is reflected on the array antenna device of FIG.
On the other hand, if the frequency of the radio wave coming from the outside is not the operating frequency as the frequency selection plate, as shown in FIG. 4, the radio wave is incident on the array antenna apparatus of FIG. However, since the array antenna apparatus of FIG. 1 includes the
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。
Next, the evaluation results of the radiation characteristics as the antenna and the transmission characteristics as the frequency selection plate in the array antenna apparatus of FIG. 1 will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part (element antenna) of the array antenna apparatus of FIG. 1 used for analysis of radiation characteristics.
In FIG. 5, the thickness of the space of the
Further, the conductivity σ of plasma generated from the
In the analysis of this radiation characteristic, the array element directivity pattern in the infinite periodic array antenna is obtained. The material of the discharge tube is quartz (relative dielectric constant = 3.78), and the analysis frequency is 0.85 GHz which is the operating frequency of the antenna.
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。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a directivity pattern on the E surface (a cut surface including the ZX surface in FIG. 5) when the thickness of the gas sealing region is 2 mm.
FIG. 6 also shows a directivity pattern when copper is used instead of plasma as a comparison target.
When the thickness of the gas sealing region is 2 mm, the higher the conductivity σ of the plasma generated from the
Therefore, when the thickness of the gas-filled region is 2 mm, if the plasma conductivity σ is set to 500 S / m, the antenna can be operated as an antenna having the same radiation characteristics as when copper is used.
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。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a directivity pattern on the E plane (cut plane including the ZX plane in FIG. 5) when the thickness of the gas sealing region is 5 mm.
FIG. 7 also shows a directivity pattern when copper is used instead of plasma as a comparison target.
When the thickness of the gas-filled region is 5 mm, the thickness of the gas-filled region is thicker than when the gas-filled region is 2 mm. I can't get out. For this reason, even if the electrical conductivity σ of the plasma generated from the
Therefore, when the thickness of the gas-filled region is 5 mm, even if the conductivity σ of the plasma generated from the
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。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an array antenna apparatus when operating as a frequency selection plate without generating plasma.
In FIG. 8, the thickness of the space of the
In the analysis of the transmission characteristics, the coaxial structure is omitted for simplicity, and the radio wave transmission source and reception source are omnidirectional.
Further, when used as a frequency selection plate, the
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。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the frequency characteristics of the transmittance between transmission and reception when the thickness of the gas sealing region is 2 mm.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the frequency characteristics of the transmittance between transmission and reception when the thickness of the gas filled region is 5 mm.
In the frequency characteristics shown in FIGS. 9 and 10, the frequency 1.5 GHz is the operating frequency of the frequency selection plate, and a radio wave (plane wave) having a frequency of 1.5 GHz cannot pass through the frequency selection plate.
On the other hand, at frequencies other than 1.5 GHz, it can be seen that light is transmitted at a level of approximately −5 dB or more. However, the transmitted radio wave is absorbed by the
Therefore, even when the thickness of the gas sealing region is 2 mm or when the thickness of the gas sealing region is 5 mm, it can be operated as a frequency selection plate that reflects only radio waves in a specific frequency band.
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。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the
That is, since the structure of FIG. 1 shares the array antenna and the frequency selection plate, it is possible to suppress an increase in scale and complexity of the apparatus. In addition, it is not necessary to arrange a large number of electrodes as in the conventional example, and it is only necessary to arrange a pair of
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。
In the first embodiment, the figure shows that the
11 and 12 are sectional views showing a part (element antenna) of an array antenna apparatus according to
In particular, FIG. 11 shows an element antenna arranged at the end of the array antenna device, and FIG. 12 shows an element antenna arranged at the end other than the end of the array antenna device.
11 and 12, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted.
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。
In the first embodiment, the
On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the
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。
In the case where the
For example, when the relative dielectric constant of the
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。
As apparent from the above, according to the second embodiment, the
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。
In the first and second embodiments, the
13 is a sectional view showing a part (element antenna) of an array antenna apparatus according to
The
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。
In the example of FIG. 13, the radiating
Further, the radiating
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。
When the state of the
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。
FIG. 14 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to
The
The gas
The
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。
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
The complex relative permittivity ε r tilde in the non-magnetized / low temperature / impact plasma changes according to the collision frequency ν as shown in the above equation (1).
The collision frequency ν is the average number of times per second at which free electrons collide with other particles and disappear, and the movement of the electrons is determined by the voltage applied by the power supply of the
From the description of
In the formula (7), the n n the density of the particles, [rho equivalent cross-sectional area when the particles are elastic collision, s is the velocity of the particle. Note that the ρs bar (in the text of the specification, the symbol “−” cannot be added on the letter because of the electronic application, so it is represented as a ρs bar) is the equivalent cross-sectional area. It represents the average value of the product of ρ and speed s.
[Non-Patent Document 3]
Francis F. Chen, translated by Junjiro Uchida, “Introduction to Plasma Physics”, Maruzen, 1977
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。
From equation (7), it can be seen that the collision frequency ν increases as the particle size of the gas increases or the density of the gas increases.
Therefore, the gas
In this way, by adjusting the collision frequency ν, the plasma dielectric constant ε r and conductivity σ can be controlled in a wider range, so the antenna radiation characteristics and the frequency selection plate transmission characteristics can be adjusted. can do.
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。
FIG. 15 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to
The
Since the process of detecting the frequency of the radio wave by the
The
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。
Next, the operation will be described.
However, since the components other than the
When a radio wave is incident from the outside, the
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。
The
For example, if the density of the
For example, when it is necessary to radiate a radio wave having the same frequency as the frequency of the radio wave incident from the outside, a current supplied to the
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。
When receiving the notification of the frequency of the incident radio wave from the
Further, the density of the
Here, an example is shown in which the
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。
For example, if the frequency of the incident radio wave is increased, the density of the
Further, the current to the
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。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
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)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。 A radio wave absorber that absorbs radio waves;
A dielectric container containing a gas that generates plasma by ionization, in a space that is disposed on the radio wave absorber and electrodes are disposed at both ends;
A dielectric substrate disposed on the dielectric container;
A plurality of radiation conductors disposed on the dielectric substrate and connected to a power feed line; and
State control means for adjusting the current supplied to the electrode to set the state of the gas accommodated in the dielectric container to a plasma state in which plasma is generated or a gas state in which plasma is not generated. Antenna device.
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。 Provided with frequency detection means for detecting the frequency of incident radio waves,
5. The array antenna apparatus according to claim 4, wherein the gas density adjusting means adjusts the density of the gas stored in the dielectric container in accordance with the frequency detected by the frequency detecting means.
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。 Provided with frequency detection means for detecting the frequency of incident radio waves,
5. The array antenna apparatus according to claim 1, wherein the state control unit adjusts a current supplied to the electrode in accordance with a frequency detected by the frequency detection unit. .
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