JP6270654B2 - 電磁波制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、電磁波の伝搬を制御する電磁波制御装置に関するものである。

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いる。例えば、以下の特許文献１〜３には、プラズマを用いて、電磁波の伝搬を制御している電磁波制御装置が開示されている。

特許文献１に開示されている電磁波制御装置は、電磁波を反射するというプラズマの性質を利用するものである。
この電磁波制御装置では、チャンバ内の天井面に陽極を配置して、チャンバ内の床面に複数の陰極をマトリックス上に配置しており、これらの陰極の組み合わせによって、電磁波を反射させる仮想的な平面又は曲面を有するプラズマ反射板を任意に形成することができる。
これにより、入射された電磁波の反射方向をコントロールすることができるが、チャンバのサイズが大きくなると、陽極と陰極間の距離が長くなるため、反射面である仮想的な平面等をコントロールすることが難しくなる。また、電磁コイル等が必要になるため、装置が大規模化する可能性が高い。

特許文献２に開示されている電磁波制御装置は、プラズマを用いて、特定の周波数帯の電磁波を反射又は透過させる周波数選択板である。
この周波数選択板を構成している誘電体は、中空の構造をなしており、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。

特許文献３に開示されている電磁波制御装置は、プラズマを用いるレドーム（レーダドーム）に関するものである。
このレドームは、電磁波の周波数選択性を有しており、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いる。２層の周波数選択板の間には、ハニカム形状のプラズマ封入層を設けられて、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電力が与えられることでプラズマを発生する。これにより、プラズマが発生していなければ、レドームを透過していた周波数帯の電波が、レドームの表面で反射されるようになる。

特開２００１−１２７５３３号公報（段落番号［０００８］） 特開２０１３−２２５７９７号公報 ＵＳ ２００９／０１０９１１５ Ａ１

従来の電磁波制御装置は以上のように構成されているので、特許文献１の場合、電磁波を反射させるプラズマ反射板を任意の位置に形成することで、電磁波の反射方向をコントロールすることができるが、プラズマ反射板を形成することができる位置は、チャンバ内の密閉された空間に限られる。このため、巨大なプラズマ反射板を得る必要がある場合には（例えば、飛行機や船等の全体を覆う数メートルクラスのプラズマ反射板）、巨大なプラズマ反射板より更に大きなチャンバを用意する必要があり、装置の大型化や複雑化を招くとともに、現実的に製作することが困難であるという課題があった。
一方、特許文献２，３の場合、電磁波の透過周波数を動的に変更することができるが、電磁波の反射方向や透過方向を制御することができないという課題があった。

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、装置の大型化や複雑化を招くことなく、電磁波の進行方向を制御することができる電磁波制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁波制御装置は、電離することでプラズマを発生するガスが内部の密閉された空間に充填され、その空間内の両端に電極が配置されている中空誘電体棒と、中空誘電体棒の電極に供給する電流を調整することで、中空誘電体棒に充填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、状態制御手段が、同一平面上に複数配置されている中空誘電体棒のうち、少なくとも１以上の中空誘電体棒に充填されているガスの状態をプラズマ状態に設定することで、入射された電磁波の進行方向を制御し、入射された電磁波の到来方向を探知し、到来方向と予め設定された電磁波の進行方向との関係から、複数の中空誘電体棒の中で、ガスの状態をプラズマ状態に設定する中空誘電体棒を選択する中空誘電体棒選択手段をさらに備え、状態制御手段は、中空誘電体棒選択手段により選択された中空誘電体棒に充填されているガスの状態をプラズマ状態に設定する。

この発明によれば、状態制御手段が、同一平面上に複数配置されている中空誘電体棒のうち、少なくとも１以上の中空誘電体棒に充填されているガスの状態をプラズマ状態に設定することで、入射された電磁波の進行方向を制御するように構成したので、装置の大型化や複雑化を招くことなく、電磁波の進行方向を制御することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による電磁波制御装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による電磁波制御装置の中空誘電体棒１を示す構造図である。 この発明の実施の形態１による電磁波制御装置の中空誘電体棒１を示す構造図である。 この発明の実施の形態１による電磁波制御装置の中空誘電体棒１及び散乱体６を示す上面図である。 全ての中空誘電体棒１のガスが気体状態であるときの図４のＡ−Ａ’断面を示す説明図ある。 一部の中空誘電体棒１のガスがブラズマ状態であるときの図４のＡ−Ａ’断面を示す説明図ある。 管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１と、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１とが交互に配置されている例を示す説明図である。 複数の中空誘電体棒１が散乱体７を取り囲んでいる状態を示す説明図である。 複数の中空誘電体棒１が散乱体７を取り囲んでいる状態を示す説明図である。 複数の中空誘電体棒１が散乱体７を取り囲んでいる状態を示す説明図である。 ガスが気体状態である中空誘電体棒１とガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１が交互に配置されている例を示す説明図である。 ガスが気体状態である中空誘電体棒１とガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１が交互に配置されている例を示す説明図である。 ガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１が斜めに一定間隔で配置されている例を示す説明図である。 複数の中空誘電体棒１が多層化されている例を示す説明図である。 この発明の実施の形態６による電磁波制御装置の中空誘電体棒１を示す構造図である。 この発明の実施の形態６による電磁波制御装置の一部を示す構成図である。 この発明の実施の形態７による電磁波制御装置を示す構成図である。 複数の仮想的平面を形成している状態を示す説明図ある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電磁波制御装置を示す斜視図であり、また、図２及び図３はこの発明の実施の形態１による電磁波制御装置の中空誘電体棒１を示す構造図である。
図１〜３において、中空誘電体棒１は電離することでプラズマを発生するガスが内部の密閉された空間に充填され、その空間内の両端に電極２が配置されている。
図１の例では、９個の中空誘電体棒１が３×３のマトリックス状に配置されているが、これは一例に過ぎず、Ｎ×Ｍのマトリックス状に配置されているものであってもよい。Ｎ，Ｍは１以上の整数である。
なお、これらの中空誘電体棒１の管軸方向は、全て同一方向である。図１における中空誘電体棒１の管軸方向は、全てｚ軸方向である。

中空誘電体棒１としては、低誘電損失で、かつ、低誘電率であるものが望ましい。また、中空誘電体棒１の空間に充填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。
また、中空誘電体棒１は、図３に示すように、内部に誘電体３などを含んでいてもよい。

電流調整装置５は電源４から中空誘電体棒１の電極２に供給される電流を調整することで、中空誘電体棒１に充填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。なお、電源４及び電流調整装置５から状態制御手段が構成されている。
即ち、電流調整装置５は、複数の中空誘電体棒１のうち、少なくとも１以上の中空誘電体棒１に充填されているガスの状態をプラズマ状態に設定して、入射された電磁波を散乱又は透過させる仮想的な平面又は曲面を形成することで、入射された電磁波の進行方向を制御する。
散乱体６は中空誘電体棒１の奥側に配置されており、図１の例では、入射された電磁波が仮想的な平面又は曲面によって散乱されているため、その電磁波の散乱波が散乱体６に当っていない。

図４はこの発明の実施の形態１による電磁波制御装置の中空誘電体棒１及び散乱体６を示す上面図である。即ち、図４は図１の電磁波制御装置を上方から見た図である。
ただし、図１ではｘ軸方向に３個の中空誘電体棒１が配列されているが、説明の便宜上、図４ではｘ軸方向に５個の中空誘電体棒１が配列されている例を示している。
図５は全ての中空誘電体棒１のガスが気体状態であるときの図４のＡ−Ａ’断面を示す説明図ある。
また、図６は一部の中空誘電体棒１のガスがブラズマ状態であるときの図４のＡ−Ａ’断面を示す説明図ある。
図５及び図６において、斜線が施されている中空誘電体棒１のガスがブラズマ状態であり、斜線が施されていない中空誘電体棒１のガスが気体状態である。
なお、図５及び図６の例では、１５個の中空誘電体棒１が５×５のマトリックス状に配置されている。

次に動作について説明する。
例えば、同一平面上であるｘ−ｙ面にマトリックス状に１５個の中空誘電体棒１が配置されているとき、電流調整装置５が、１５個の中空誘電体棒１の電極２に供給される電流の値を零にすると、１５個の中空誘電体棒１に充填されているガスの電離が生じないため、当該ガスからプラズマが発生しない気体状態になる。
したがって、この場合、入射された電磁波を散乱又は透過させる仮想的な平面又は曲面が形成されない。
図５は全ての中空誘電体棒１のガスが気体状態である例を示しており、仮想的な平面又は曲面が形成されていない。

中空誘電体棒１は、上述したように、誘電損失が十分に小さく、かつ、低誘電率であり、また、仮想的な平面又は曲面が形成されていないため、入射された電磁波は中空誘電体棒１を通過して散乱体６に当っている。これにより、散乱体６の表面に電流が励振されるため、再放射波（散乱波）が発生する。
したがって、散乱体６が平板であって、その散乱体６の法線方向と、入射された電磁波の方向が一致する場合、電磁波の入射方向と散乱波の散乱方向とが同一になるため、入射された電磁波の放射元であるレーダ等に大きな電力が戻ることになる。

一方、電流調整装置５が、１５個の中空誘電体棒１のうち、一部の中空誘電体棒１の電極２に供給される電流の値を大きな値にすると、一部の中空誘電体棒１に充填されているガスの電離が生じるため、当該ガスからプラズマが発生するプラズマ状態になる。
図６は一部の中空誘電体棒１のガスがブラズマ状態である例を示しており、図６の例では、右上と左下の対角線上に位置している５個の中空誘電体棒１のガスがブラズマ状態になっており、その他の中空誘電体棒１のガスが気体状態になっている。

したがって、この場合、入射された電磁波を散乱させる仮想的な平面が上記の対角線上に形成される。即ち、入射される電磁波に対して４５度傾いている方向に仮想的な平面が形成される。
これにより、入射された電磁波は、４５度傾いている仮想的な平面によって散乱されるため、電磁波の入射方向と９０度異なる方向（図６では、紙面、上方向）に散乱される。また、プラズマの導体損失によって、入射された電磁波の電磁エネルギーが大きく減少する。
この結果、入射された電磁波の放射元であるレーダ等に戻る電力が、仮想的な平面が形成されていない場合と比べて大きく減少する。したがって、レーダ等から見た入射波と散乱波の比（レーダ断面積）が、仮想的な平面が形成されていない場合と比較して小さくなる。

上記のように、中空誘電体棒１の電極２に大きな電流が供給され、その電流がガスに伝わると、ガスの状態が気体状態からプラズマ状態に遷移するが、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。
ガス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ε_ｒ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、ε_ｒチルダのように表記している）は、下記の非特許文献１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、ω_ｐ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１］
R. J. Vidmar、“On the use of Atmospheric Pressure Plasmas as Electromagnetic Reflectors and Absorbers、” IEEE Trans. Plasma Sci.、Vol. 18、No. 4、1990

プラズマ角周波数ω_ｐは、下記の式（２）に示すように、電子密度ｎ_ｅ、電子の電荷ｅ、電子質量ｍ_ｅ、真空の比誘電率ε_０を用いて、表すことができる。

また、複素比誘電率ε_ｒ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、ε_ｒはプラズマの比誘電率、σはプラズマの導電率である。

式（１）と式（３）を比較すると、プラズマの比誘電率ε_ｒ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。

式（４）より、プラズマの比誘電率ε_ｒは、入射された電磁波の角周波数ωや電子密度ｎ_ｅなどから求まる。したがって、電流調整装置５が、中空誘電体棒１の電極２に供給する電流の値を調整することで、ガスから発生するプラズマの電子密度ｎ_ｅを調整すれば、プラズマの比誘電率ε_ｒ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ｎ_ｅなどから求まる。したがって、電流調整装置５が、中空誘電体棒１の電極２に供給する電流の値を調整することで、ガスから発生するプラズマの電子密度ｎ_ｅ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。プラズマの導電率σは、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り、例えば、４〜１０の値、好ましくは１０以上の値になる。
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ε_ｒ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。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、電流調整装置５が、同一平面上に複数配置されている中空誘電体棒１のうち、少なくとも１以上の中空誘電体棒１に充填されているガスの状態をプラズマ状態に設定することで、入射された電磁波の進行方向を制御するように構成したので、入射された電磁波を散乱させる仮想的な平面より大きなチャンバを実装することなく、入射された電磁波の散乱方向及び減少量を制御することができるようになる。したがって、装置の大型化や複雑化を招くことなく、電磁波の散乱方向及び減少量を制御することができる効果を奏する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、プラズマ状態である中空誘電体棒１が１つの仮想的な平面あるいは曲面を形成するものを示したが、プラズマ状態である中空誘電体棒１が複数の仮想的な平面あるいは曲面を形成するようにしてもよい。この実施の形態２では、一例として、２つの仮想的な平面を形成するものについて説明する。

また、上記実施の形態１では、全ての中空誘電体棒１の管軸方向が同一方向である例を示したが、管軸方向が直交している中空誘電体棒１が混在してもよい。
この実施の形態２では、一例として、管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１と、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１とが交互に配置されている例を説明する。

図７は管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１と、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１とが交互に配置されている例を示す説明図である。
図７の例では、管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１が１２×１２のマトリックス状に配置され、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１が１２×１２のマトリックス状に配置されている。
また、管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１と、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１とが交互に配置されており、最も電磁波の入射側に配置されている１２個の中空誘電体棒１からなるプラズマ層を第１プラズマ層、電磁波の入射側から２番目に配置されている１２個の中空誘電体棒１からなるプラズマ層を第２プラズマ層のように表現すると、奇数番目のプラズマ層（第１プラズマ層、第３プラズマ層、第５プラズマ層・・・、第２３プラズマ層）を構成する中空誘電体棒１は、図７（ａ）に示すように、管軸方向がｚ軸方向である。
一方、偶数番目のプラズマ層（第２プラズマ層、第４プラズマ層、第６プラズマ層・・・、第２４プラズマ層）を構成する中空誘電体棒１は、図７（ｂ）に示すように、管軸方向がｙ軸方向である。

電流調整装置５は、上記実施の形態１と同様の方法で、管軸方向がｚ軸方向である１２×１２個の中空誘電体棒１のうち、一部の中空誘電体棒１のガスをブラズマ状態に設定することで、入射された電磁波を散乱させる第１の仮想的な平面を形成する。
この実施の形態２では、図７（ａ）に示すように、対角線上に配置されている１２個の中空誘電体棒１のガスをブラズマ状態に設定することで、ｘ−ｙ面に第１の仮想的な平面を形成している。

また、電流調整装置５は、上記実施の形態１と同様の方法で、管軸方向がｙ軸方向である１２×１２個の中空誘電体棒１のうち、一部の中空誘電体棒１のガスをブラズマ状態に設定することで、入射された電磁波を散乱させる第２の仮想的な平面を形成する。
この実施の形態２では、図７（ｂ）に示すように、対角線上に配置されている１２個の中空誘電体棒１のガスをブラズマ状態に設定することで、ｚ−ｘ面に第２の仮想的な平面を形成している。

これにより、入射された電磁波は、入射方向に対して傾いている第１の仮想的な平面によって散乱されるとともに、入射方向に対して傾いている第２の仮想的な平面によって散乱されるため、電磁波の入射方向と異なる２方向に散乱される。また、第１の仮想的な平面及び第２の仮想的な平面を形成しているプラズマの導体損失によって、入射された電磁波の電磁エネルギーが大きく減少する。
この結果、上記実施の形態１と同様に、入射された電磁波の放射元であるレーダ等に戻る電力が、仮想的な平面が形成されていない場合と比べて大きく減少する。したがって、レーダ等から見た入射波と散乱波の比（レーダ断面積）が、仮想的な平面が形成されていない場合と比較して小さくなる。

この実施の形態２では、第１の仮想的な平面をｘ−ｙ面に形成し、第２の仮想的な平面をｚ−ｘ面に形成している例を示しているが、ｘ−ｙ面に複数の仮想的な平面を形成するようにしてもよいし、ｚ−ｘ面に複数の仮想的な平面を形成するようにしてもよい。

この実施の形態２では、管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１と、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１とが交互に配置されている例を示しているが、管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１と、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１との配置は、必ずしも交互であるものに限るものでなくてもよい。
例えば、第１プラズマ層から第１２プラズマ層を構成する中空誘電体棒１の管軸方向をｚ軸方向にして、第１３プラズマ層から第２４プラズマ層を構成する中空誘電体棒１の管軸方向をｙ軸方向にしてもよい。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、式（５）から決定されるプラズマの導電率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ものを示したが、プラズマの電子密度ｎ_ｅが小さい場合、プラズマの比誘電率ε_ｒを決定する式（４）の第１項が第２項より大きくなり、プラズマの比誘電率ε_ｒが正の媒質（誘電体）のようにも振る舞う。
そこで、この実施の形態３では、プラズマの比誘電率ε_ｒを、入射された電磁波の角周波数ωに対して、誘電体とみなせる値（例えば、０より大きな値）にして、プラズマの誘電体としての性質を利用するものについて説明する。

図８から図１０は複数の中空誘電体棒１が散乱体７を取り囲んでいる状態を示す説明図である。
特に、図８は全ての中空誘電体棒１のガスが気体状態である例を示しており、図９及び図１０は一部又は全ての中空誘電体棒１のガスがプラズマ状態である例を示している。
図９及び図１０において、Ｐ１〜Ｐ５はプラズマの比誘電率ε_ｒを示しており、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５の関係があるものとする。

散乱体７を取り囲んでいる全ての中空誘電体棒１のガスが気体状態である場合、図８に示すように、入射された電磁波は、中空誘電体棒１を透過して、散乱体７まで到達する。
これにより、散乱体７の表面に電流が励振されるため、再放射波（散乱波）が発生する。
したがって、入射された電磁波が当たっている散乱体７の面の法線方向と、入射された電磁波の方向が一致する場合、電磁波の入射方向と散乱波の散乱方向が同一になるため、入射された電磁波の放射元であるレーダ等に大きな電力が戻ることになり、レーダ断面積が大きくなる。

次に、散乱体７を取り囲んでいる一部又は全ての中空誘電体棒１のガスがプラズマ状態である場合を考える。
ガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１におけるプラズマの比誘電率ε_ｒと屈折率ｎの間には、下記の式（６）に示す関係がある。

このため、入射された電磁波の進行方向は、ガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１によって形成される仮想的な曲面におけるプラズマの比誘電率ε_ｒによって変化する。
即ち、プラズマの比誘電率ε_ｒが大きい程、屈折率ｎが大きくなるので、プラズマの比誘電率ε_ｒが大きい部分の仮想的な曲面では、入射された電磁波の曲りが大きくなる。

図９の例では、入射された電磁波の入射方向に対して、電磁波の進行方向が直交する方向になっている。
また、図１０の例では、入射された電磁波が仮想的な曲面に沿って迂回するように進行している。この場合、電磁波制御装置が、誘電体レンズのように働いていることがわかる。
電流調整装置５が、ガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１におけるプラズマの比誘電率ε_ｒを適宜調整することで、仮想的な曲面の曲面形状を調整することができるので、入射された電磁波の進行方向を自在に制御することができる。

実施の形態４．
上記実施の形態２では、管軸方向がｚ軸方向である中空誘電体棒１と、管軸方向がｙ軸方向である中空誘電体棒１とが交互に配置されている例を示したが、説明の簡単化のために、この実施の形態４では、全ての中空誘電体棒１の管軸方向がｚ軸方向で同一あるものについて説明する。

この実施の形態４では、複数の中空誘電体棒１のうち、ガスが気体状態である１以上の中空誘電体棒１を間に挟むように、ガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１が等間隔に配置されているものとする。
図１１及び図１２はガスが気体状態である中空誘電体棒１とガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１が交互に配置されている例を示す説明図である。
図１１及び図１２の例では、管軸方向がｚ軸方向の中空誘電体棒１が、ｘ−ｙ平面でマトリックス状に配置されており、ｙ軸方向において、ガスが気体状態である中空誘電体棒１と、ガスがプラズマ状態である中空誘電体棒１が交互に配置されている。即ち、隣り合っているプラズマ状態の中空誘電体棒１の間に、気体状態の中空誘電体棒１が１個挿入されている。図１１及び図１２では、電極２の記載を省略している。

プラズマ状態の中空誘電体棒１が１個おきに配置されており、プラズマ状態の中空誘電体棒１の間隔が、入射される電磁波の波長と比べて十分に小さいものである場合、その電磁波の周波数帯域において、ガスから発生するプラズマが導体的な性質を有すれば、これらのプラズマ状態の中空誘電体棒１は、入射された電磁波を透過させる仮想的な平面を形成するため、ｘ−ｙ面方向の偏波のみを通過させる偏波グリッドとして動作する。
これにより、例えば、入射された電磁波がｙ−ｚ面で４５度の偏波Ａであるとき、その電磁波の透過波の成分が、ｙ軸方向に沿う偏波Ｂのみになるように、入射された電磁波の透過量を減少させることができる。

図１２の例では、一定間隔のプラズマ状態の中空誘電体棒１が紙面縦方向に並んでいるものを示しているが、図１３に示すように、紙面斜め方向に並んでいる中空誘電体棒１のガスをプラズマ状態に設定することで、偏波グリッドが斜めになっていてもよい。偏波グリッドを斜めにすることで、入射された電磁波の透過量を減少させることができるとともに、入射された電磁波の進行方向を変えることができる。

実施の形態５．
上記実施の形態４では、複数の中空誘電体棒１が同一平面上に配置されているものを示したが、複数の中空誘電体棒１が多層化されている場合（図１１及び図１２における中空誘電体棒１の配置構造が多層化されている場合）、各層における複数の中空誘電体棒１の管軸方向が互いに異なっているようにしてもよい。

図１４は複数の中空誘電体棒１が多層化されている例を示す説明図である。
図１４では、４層構造の例を示しており、図１１及び図１２における中空誘電体棒１の配置構造が４つ重ねられている。図１４中のアンテナは、図１の散乱体６に相当する。
このとき、ｘ軸を中心にして、第１層に対して第２層が１５度回転しており、第２層に対して第３層が１５度回転している。また、第３層に対して第４層が１５度回転している。
このように、第１層に対して第２層から第４層が回転していることで、各層における複数の中空誘電体棒１の管軸方向が互いに異なっている。即ち、各層における複数の中空誘電体棒１の管軸方向が１５度ずつずれている。

このように、第１層から第４層における中空誘電体棒１の管軸方向が異なることで、各層の偏波グリッドを通過できる偏波方向が異なる。
例えば、第１層の偏波グリッドを通過できる偏波方向が偏波Ａ、第２層の偏波グリッドを通過できる偏波方向が偏波Ｂ、第３層の偏波グリッドを通過できる偏波方向が偏波Ｃ、第４層の偏波グリッドを通過できる偏波方向が偏波Ｄであるとする。
この場合、第１層の偏波グリッドが通す偏波Ａは、ｙ軸方向を向いているが、第４層の偏波グリッドは、ｙ−ｚ平面において、ｘ軸を中心に４５度傾いている偏波Ｄを通すことになる。
このような多層構造にすることで、通過可能な偏波が制限されるため、各偏波グリッド面での反射波の影響を低減することができる。

この実施の形態５では、各層における複数の中空誘電体棒１の管軸方向のずれの角度が１５度である例を示しているが、これに限るものではなく、管軸方向のずれの角度が１５度以外であってもよい。
また、各層における複数の中空誘電体棒１の管軸方向のずれの角度が、それぞれ１５度で均等である例を示しているが、管軸方向のずれの角度が不均等であってもよい。

実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、電流調整装置５が、複数の中空誘電体棒１のうち、少なくとも１以上の中空誘電体棒１に充填されているガスの状態をプラズマ状態に設定することで、入射された電磁波の進行方向を制御するものを示したが、中空誘電体棒１の内部の空間に充填されているガスの密度を調整するようにしてもよい。

図１５はこの発明の実施の形態６による電磁波制御装置の中空誘電体棒１を示す構造図であり、図１６はこの発明の実施の形態６による電磁波制御装置の一部を示す構成図である。
図１６では、電源４及び電流調整装置５の記載を省略しており、図１５及び図１６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している。
ガス排気孔８は中空誘電体棒１の両端に施されている孔であり、ホース９が接続されている。
ガス密度調整装置１０はホース１１を介してガスボンベ１２と接続されており、ガスボンベ１２に貯蔵されているガスを中空誘電体棒１の内部の空間内に封入、または、中空誘電体棒１の内部の空間に充填されているガスを排気することで、中空誘電体棒１の内部の空間に充填されているガスの密度を調整する装置である。
なお、ホース９，１１、ガス密度調整装置１０及びガスボンベ１２からガス密度調整手段が構成されている。

非磁化・低温・衝突性のプラズマにおける複素比誘電率ε_ｒ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、電源４の印加電圧によって決定される。
以下の非特許文献２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、ｎ_ｎ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２］
Francis F. Chen著、内田岱二郎訳『プラズマ物理入門』、丸善、1977年

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１０が、中空誘電体棒１の内部の空間に充填されているガスの密度を調整、あるいは、ガスボンベ１２から、中空誘電体棒１の内部の空間に現在充填されているガス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ε_ｒ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、電磁波の散乱方向及び減少量の制御範囲を広げることができる。

実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、入射される電磁波の到来方向及び属性（例えば、電磁波の角周波数ω、偏波など）が事前に分かっているものとして説明しているが、事前に分からない場合もある。
この実施の形態７では、事前に分からない場合、入射される電磁波の到来方向及び属性を分析する機能を備えている電磁波制御装置について説明する。

図１７はこの発明の実施の形態７による電磁波制御装置を示す構成図であり、図１７において、図１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。
入射波探知機２１は中空誘電体棒１に入射される電磁波の入射方向（到来方向）及び属性（例えば、電磁波の角周波数ω、偏波など）を探知する探知機である。
計算装置２２は入射波探知機２１により探知された電磁波の入射方向と予め設定された電磁波の散乱方向（進行方向）の関係から、複数の中空誘電体棒１の中で、プラズマ状態に設定する必要がある中空誘電体棒１を選択する処理を実施する。
また、計算装置２２は入射される電磁波の属性である角周波数ωなどを用いて、その選択した中空誘電体棒１におけるプラズマの比誘電率ε_ｒと導電率σを算出する処理を実施する。
なお、入射波探知機２１及び計算装置２２から中空誘電体棒選択手段が構成されている。

次に動作について説明する。
入射波探知機２１は、中空誘電体棒１に入射される電磁波の入射方向のほか、その電磁波の角周波数ωなどを探知する。入射波探知機２１のような探知機自体は公知のものであるため詳細な説明を省略する。

計算装置２２は、入射波探知機２１から探知結果を受けると、その電磁波の入射方向と予め設定された電磁波の散乱方向の関係から、複数の中空誘電体棒１の中で、プラズマ状態に設定する必要がある中空誘電体棒１を選択する。
即ち、計算装置２２は、電磁波の入射方向と散乱方向のなす角を求め、当該なす角に対応する角度の仮想的平面を形成する中空誘電体棒１を選択する。
例えば、図１７に示すように、電磁波の入射方向がｘ軸と水平な方向であり、電磁波の散乱方向がｙ軸と平行な方向であれば、右上と左下の対角線上に位置している５個の中空誘電体棒１を、プラズマ状態に設定する中空誘電体棒１として選択すればよい。

ただし、複数の中空誘電体棒１がマトリックス状に配置されているものであるため、電磁波の入射方向と散乱方向のなす角と完全に対応する角度の仮想的平面を形成する中空誘電体棒１が存在していない場合もある。
この場合、当該なす角と概ね対応する角度の仮想的平面を形成する中空誘電体棒１を選択し、その中空誘電体棒１におけるプラズマの比誘電率ε_ｒを調整して、プラズマの屈折率ｎを制御すれば、電磁波の入射方向と散乱方向のなす角と完全に対応する角度の仮想的平面を形成することができる。

計算装置２２は、仮想的平面を形成する中空誘電体棒１を選択すると、入射される電磁波の属性である角周波数ωを式（４）及び式（５）に代入することで、ガスの状態を気体状態からプラズマ状態に遷移させる際のプラズマの比誘電率ε_ｒ及びプラズマの導電率σを算出する。
プラズマの比誘電率ε_ｒを制御することで、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が、上記のように、電磁波の入射方向と散乱方向のなす角と完全に対応する角度の仮想的平面を形成するために、プラズマの比誘電率ε_ｒを調整している場合には、その比誘電率ε_ｒを採用する必要があるので、プラズマの比誘電率ε_ｒの算出処理を行わない。

電流調整装置５は、計算装置２２から中空誘電体棒１の選択結果と、プラズマの比誘電率ε_ｒ及び導電率σの算出結果を受けると、その選択結果が示す中空誘電体棒１のガスがプラズマ状態になり、かつ、そのプラズマの比誘電率ε_ｒ及び導電率σが当該算出結果と一致するように、その中空誘電体棒１の電極２に供給する電流の値を調整する。
これにより、入射される電磁波の到来方向や角周波数ω等が分からない場合でも、その電磁波の進行方向を適正に制御することができる。

実施の形態８．
上記実施の形態１では、同一平面内に１つの仮想的平面を形成するものを示したが、同一平面内に複数の仮想的平面を形成するようにしてもよい。
図１８は複数の仮想的平面を形成している状態を示す説明図ある。
図１８の例では、４つの仮想的平面（第１の仮想的平面、第２の仮想的平面、第３の仮想的平面、第４の仮想的平面）を形成しており、第１の仮想的平面〜第４の仮想的平面におけるプラズマの比誘電率ε_ｒが異なっている。例えば、電磁波の入射側の仮想的平面におけるプラズマほど、比誘電率ε_ｒが大きくなっている。

具体的には、外部空間（図１８において、第１の仮想的平面より左側）と第１の仮想的平面との電気的な整合条件（波動インピーダンス）が一致するように、電流調整装置５が、第１の仮想的平面を形成する中空誘電体棒１の電極２に供給する電流の値を調整することで、第１の仮想的平面におけるプラズマの比誘電率ε_ｒ及び導電率σを調整する。
また、第１の仮想的平面と第２の仮想的平面との電気的な整合条件（波動インピーダンス）が一致するように、電流調整装置５が、第２の仮想的平面を形成する中空誘電体棒１の電極２に供給する電流の値を調整することで、第２の仮想的平面におけるプラズマの比誘電率ε_ｒ及び導電率σを調整する。
同様に、第２の仮想的平面と第３の仮想的平面との電気的な整合条件（波動インピーダンス）が一致するように、電流調整装置５が、第３の仮想的平面を形成する中空誘電体棒１の電極２に供給する電流の値を調整することで、第３の仮想的平面におけるプラズマの比誘電率ε_ｒ及び導電率σを調整し、第３の仮想的平面と第４の仮想的平面との電気的な整合条件（波動インピーダンス）が一致するように、電流調整装置５が、第４の仮想的平面を形成する中空誘電体棒１の電極２に供給する電流の値を調整することで、第４の仮想的平面におけるプラズマの比誘電率ε_ｒ及び導電率σを調整する。

これにより、外部空間と第１の仮想的平面での反射、各仮想的平面間での反射を伴うことなく、第１の仮想的平面〜第４の仮想的平面において、入射された電磁波の電磁エネルギーを減少させることができるようになり、その結果、図１８（ｂ）に示すように、入射された電磁波の振幅を徐々に小さくして、入射された電磁波を効率的に吸収することができる。

この実施の形態８では、入射された電磁波を吸収する例を示しているが、複数の仮想的平面の角度を斜めに変えれば、上記実施の形態と同様に、入射された電磁波を散乱させることもできる。

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。

１ 中空誘電体棒、２ 電極、３ 誘電体、４ 電源、５ 電流調整装置、６，７ 散乱体、８ ガス排気孔、９，１１ ホース（ガス密度調整手段）、１０ ガス密度調整装置（ガス密度調整手段）、１２ ガスボンベ（ガス密度調整手段）、２１ 入射波探知機（中空誘電体棒選択手段）、２２ 計算装置（中空誘電体棒選択手段）。

Claims (9)

1. 電離することでプラズマを発生するガスが内部の密閉された空間に充填され、前記空間内の両端に電極が配置されている中空誘電体棒と、
   前記中空誘電体棒の電極に供給する電流を調整することで、前記中空誘電体棒に充填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、
   前記中空誘電体棒が同一平面上に複数配置されており、
   前記状態制御手段が、前記複数の中空誘電体棒のうち、少なくとも１以上の中空誘電体棒に充填されているガスの状態を前記プラズマ状態に設定することで、入射された電磁波の進行方向を制御し、
   前記入射された電磁波の到来方向を探知し、前記到来方向と予め設定された電磁波の進行方向との関係から、前記複数の中空誘電体棒の中で、前記ガスの状態を前記プラズマ状態に設定する中空誘電体棒を選択する中空誘電体棒選択手段をさらに備え、
   前記状態制御手段は、前記中空誘電体棒選択手段により選択された中空誘電体棒に充填されているガスの状態を前記プラズマ状態に設定することを特徴とする電磁波制御装置。
2. 前記ガスの状態が前記プラズマ状態である前記１以上の中空誘電体棒によって、前記入射された電磁波を散乱又は透過させる仮想的な面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁波制御装置。
3. 前記ガスの状態が前記プラズマ状態である前記１以上の中空誘電体棒の管軸方向が同一方向であることを特徴とする請求項２記載の電磁波制御装置。
4. 前記ガスの状態が前記プラズマ状態である前記１以上の中空誘電体棒によって、前記入射された電磁波を散乱又は透過させる仮想的な面が複数形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁波制御装置。
5. 前記ガスの状態が前記プラズマ状態である前記１以上の中空誘電体棒によって、第１の仮想的な面と第２の仮想的な面が形成されており、
   前記第１の仮想的な面を形成している中空誘電体棒の管軸方向と、前記第２の仮想的な面を形成している中空誘電体棒の管軸方向とが直交していることを特徴とする請求項４記載の電磁波制御装置。
6. 前記複数の中空誘電体棒のうち、前記ガスの状態が前記気体状態である１以上の中空誘電体棒を間に挟むように、前記ガスの状態が前記プラズマ状態である中空誘電体棒が等間隔にそれぞれ配置されており、
   前記等間隔に配置されている前記プラズマ状態である複数の中空誘電体棒によって、入射された電磁波を散乱又は透過させる仮想的な面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁波制御装置。
7. 前記入射された電磁波を散乱又は透過させる仮想的な面を形成している前記複数の中空誘電体棒が多層化されており、各層における前記複数の中空誘電体棒の管軸方向が互いに異なっていることを特徴とする請求項６記載の電磁波制御装置。
8. 前記中空誘電体棒の内部の空間に充填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７のうちのいずれか１項記載の電磁波制御装置。
9. 前記複数の仮想的な面におけるプラズマの比誘電率が互いに異なっていることを特徴とする請求項４記載の電磁波制御装置。

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