WO2017126055A1

WO2017126055A1 - アンテナ装置

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Publication number: WO2017126055A1
Application number: PCT/JP2016/051552
Authority: WO
Inventors: 田中　泰; 西岡　泰弘; 良夫稲沢; 雄一郎福間
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2017-07-27
Also published as: JPWO2017126055A1

Abstract

アンテナ装置（１）は、電波を放射する放射器（１０）と、直列に配列された放電管（２１，２２，２３）からなる放電管列を含む放電管群（２０）と、その放電管列の中から選択された放電管にプラズマを発生させる放電制御部（２）とを備える。放電管列を構成する放電管（２１，２２，２３）のうち放射器（１０）に最も近い放電管（２２）と放射器（１０）との間の間隔は、放射器（１０）の動作波長λ以内であり、且つ、各放電管のプラズマ発生可能領域の長軸方向における長さ（Ｌ１，Ｌ２及びＬ３）は、動作波長λの半分以下である。

Description

アンテナ装置

　本発明は、プラズマを用いて電磁波の放射方向及び放射強度を制御するアンテナ技術に関するものである。

　近年、アンテナ装置の放射特性を制御する方法の１つとして、プラズマ状態の媒体（以下「プラズマ媒質」ともいう。）を用いる方法が提案されている。

　プラズマ媒質自体をアンテナ装置の放射器として利用する技術は、たとえば、特許文献１（米国特許第５５９４４５６号明細書）に開示されている。特許文献１に開示されているアンテナ装置は、希ガスが封入されたガス封入管と、このガス封入管の両端電極に電位差を与えて当該希ガスを電離させる電離化電源と、そのガス封入管にＲＦ信号を印加するＲＦ供給源とを備えている。ガス封入管は、当該ガス封入管内部の希ガスの電離によりプラズマ媒質を有する状態となる。この状態のガス封入管は、ＲＦ信号の供給に応じて電波を放射する放射器として機能する。一方、電離化電源をオフにすれば、ガス封入管の内部は非電離状態となり、ガス封入管は放射器として機能しなくなる。このため、電離化電源をオフにすれば、外部から到来した電磁波によってガス封入管が励振されず、不要放射の発生を防ぐことが可能となる。

　このようにプラズマ媒質がアンテナ装置の放射器として機能し得る大きな理由は、プラズマ媒質が数Ｓ／ｍの導電率を有する点にある。この程度の導電率があれば、銅などの金属に比べて効率は劣るものの、導体の代わりにプラズマ媒質を放射器として使用することができる。

　また、プラズマ媒質を、電波を反射させる反射器として利用することによってアンテナ装置の放射特性を制御する方法も知られている。下記の非特許文献１には、グラウンド板付きのモノポールアンテナと、このモノポールアンテナを取り囲むように配置された蛍光管群とを備えたプラズマアンテナが開示されている。各蛍光管は、点灯している時にプラズマ放電を起こし、モノポールアンテナの放射波に対して反射器として機能するように構成されている。蛍光管のすべてが点灯すると、モノポールアンテナの放射波は、プラズマによって囲まれた領域内に閉じ込められる。一方、一部の蛍光管が消灯し且つ他の蛍光管が点灯するように蛍光管群を制御することで、当該一部の蛍光管は、開口部（Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を形成してその放射波を透過させる。このように非特許文献１のプラズマアンテナは、プラズマの導体的な特性（たとえば、電磁波散乱特性）を利用して電磁波の放射方向を切り替えることができる。

米国特許第５５９４４５６号明細書（たとえば、図２）

H. Ja'afar et. al. "A reconfigurable Monopole Antenna With Flurescent Tubes Using Plasma Windowing Concepts for 4.9-GHz Application," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 43, no. 3, pp. 815-820, March 2015.

　特許文献１に開示されるようにプラズマ媒質自体が放射器として利用される場合には、プラズマ媒質に直接給電がなされるので、電波の放射方向を制御することが難しいという課題がある。また、導体と比較すれば、プラズマによるエネルギー損失が大きいため、高効率のアンテナ装置を作製することも難しい。

　一方、非特許文献１の従来技術では、上述の通り、一部の蛍光管が消灯し且つ他の蛍光管が点灯するように蛍光管群を制御することによって、当該一部の蛍光管は、モノポールアンテナの放射波を透過させる開口部となる。このため、特許文献１の従来技術と比べると、電波の放射方向の制御性が高く、高効率のアンテナ装置を製作しやすい。しかしながら、開口部が形成されても、プラズマによって囲まれた領域内でモノポールアンテナが電波を放射するため、当該領域内で不要な多重散乱が生じやすい。この不要な多重散乱が放射方向の制御性を低下させるという課題がある。

　上記に鑑みて本発明の目的は、電波の放射方向の制御性を向上させることができるアンテナ装置を提供する点にある。

　本発明の一態様によるアンテナ装置は、電波を放射する放射器と、前記放射器から当該放射器の特定の放射方向に離れた位置に配置された放電管群と、前記放電管群の中から放電管を選択し、当該選択された放電管に封入されている放電ガスに電磁エネルギーを供給して当該選択された放電管にプラズマを発生させる放電制御部とを備え、前記放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる放電管列を含み、前記放電管列のうち前記放射器に最も近い放電管と前記放射器との間の間隔は、前記放射器の動作波長以内であり、且つ、前記複数本の放電管各々のプラズマ発生可能領域の長軸方向における長さは、前記動作波長の半分以下であることを特徴とする。

　本発明の他の態様によるアンテナ装置は、第１の偏波方向を有する電波を放射する第１の放射器、及び、前記第１の放射器から当該第１の放射器の特定の放射方向に離れた位置に配置された第１の放電管群を有する第１アンテナ部と、前記第１の偏波方向とは異なる第２の偏波方向を有する電波を放射する第２の放射器、及び、前記第２の放射器から当該第２の放射器の特定の放射方向に離れた位置に配置された第２の放電管群を有する第２アンテナ部と、前記第１の放電管群の中から放電管を選択すると同時に前記第２の放電管群の中から放電管を選択し、前記第１及び第２の放電管群の中から選択された放電管に封入されている放電ガスに電磁エネルギーを供給して当該選択された放電管にプラズマを発生させる放電制御部とを備え、前記第１の放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる第１の放電管列を含み、前記第１の放電管列を構成する当該複数本の放電管のうち前記第１の放射器に最も近い放電管と前記第１の放射器との間の間隔は、前記第１の放射器の動作波長以内であり、且つ、前記第１の放電管列を構成する当該複数本の放電管各々のプラズマ発生可能領域の長軸方向における長さは、前記第１の放射器の動作波長の半分以下であり、前記第２の放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる第２の放電管列を含み、前記第２の放電管列を構成する当該複数本の放電管のうち前記第２の放射器に最も近い放電管と前記第２の放射器との間の間隔は、前記第２の放射器の動作波長以内であり、且つ、前記第２の放電管列を構成する当該複数本の放電管各々のプラズマ発生可能領域の長軸方向における長さは、前記第２の放射器の動作波長の半分以下であることを特徴とする。

　本発明によれば、放電制御部は、各々が放射器の動作波長の半分以下の長さを有する複数本の放電管の中から所望の放電管を選択し、当該選択された放電管の内部をプラズマ状態にすることができる。よって、電波を特定方向に放射させる反射器もしくは導波器またはこれらの組み合わせを容易に構成することが可能である。したがって、放射方向の制御性が優れたアンテナ装置を提供することができる。

本発明に係る実施の形態１であるアンテナ装置の概略構成を示す図である。図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃは、実施の形態１における放電管群に反射器が構成される場合を示す図である。図３Ａ，図３Ｂ及び図３Ｃは、実施の形態１における放電管群に導波器が構成される場合を示す図である。実施の形態１における放電管群の変形例を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂは、本発明に係る実施の形態２であるアンテナ装置の構成を概略的に示す図である。実施の形態２における反射器及び導波器の構成例を示す図である。実施の形態２における反射器及び導波器の他の構成例を示す図である。図８Ａ，図８Ｂ及び図８Ｃは、シミュレーションで使用された反射器及び導波器の構成例を示す図である。図９は、シミュレーション結果を示すグラフである。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明に係る実施の形態３であるアンテナ装置の構成を概略的に示す図である。実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３のアンテナ装置の本変形例におけるガス密度調整器の構成を概略的に示す図である。

　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。

実施の形態１．
　図１は、本発明に係る実施の形態１であるアンテナ装置１の概略構成を示す図である。図１に示されるように、このアンテナ装置１は、給電を受けて電波を放射する励振素子である放射器１０と、この放射器１０から当該放射器１０の特定の放射方向に離れた位置に配置されている放電管群２０と、この放電管群２０の全部または一部に電磁エネルギーを選択的に供給してプラズマを発生させることができる放電制御部２とを備えて構成されている。

　本実施の形態の放射器１０は、線状のアンテナ素子であり、一対のアンテナ導線部１０ａ，１０ｂ及び給電部１０ｓを有するダイポールアンテナである。一方のアンテナ導線部１０ａは、Ｘ軸正方向に沿って延在する柱状導体で構成され、他方のアンテナ導線部１０ｂは、Ｘ軸負方向に沿って延在する柱状導体で構成されている。給電部１０ｓは、アンテナ導線部１０ａ，１０ｂに給電して電波を放射させる。本実施の形態の放射器１０は、アンテナ導線部１０ａ，１０ｂの長軸方向と直交する方向を最大放射方向とする輻射素子であり、放電管群２０は、この放射器１０から最大放射方向に離れた位置に配置されている。なお、アンテナ導線部１０ａ，１０ｂの長軸方向は、図１のＸ軸方向と平行である。図１のＹ軸方向は、Ｘ軸方向と直交し、図１のＺ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方と直交する。

　なお、本実施の形態の放射器１０はダイポールアンテナで構成されているが、これに限定されるものではない。指向性を有するアンテナ素子であれば、ダイポールアンテナ以外のアンテナ素子（たとえば、パッチアンテナ）を採用することが可能である。

　放電管群２０は、放射器１０の放射電波が入射する位置に配置されている。図１に示されるように、放電管群２０は、複数本の放電管２１，２２，２３を含んで構成される。これら放電管２１，２２，２３は、全体として線状に且つ連続的に配列されている。本明細書では、「複数本の放電管が直列に配列されていること」とは、当該複数本の放電管が全体として線状に且つ連続的に配列されていることを意味するものとする。また、以下、直列に配列されている複数本の放電管の集合を「放電管列」とも呼ぶこととする。放電管列をなす放電管２１，２２，２３の各々は、放電制御部２から電磁エネルギーの供給を受けて内部にプラズマを発生させる構造を有する。すなわち、放電管２１は、誘電体材料からなる中空円筒状の本体部を有し、その本体部の内部空間内に、放電ガスが封入されたガス封入部２１ｇと、当該本体部の長軸方向両端に配置された一対の電極２１ａ，２１ｂとを有する。

　放電管２１の本体部に使用される誘電体材料としては、たとえば、２～４程度の比誘電率を有し且つ熱に対する耐性を有するエンジニアリングプラスチックを使用することができる。また、誘電損失が小さい誘電体材料の使用が望ましい。電極２１ａ，２１ｂは、放電管２１の本体部の内部空間で放電ガスと接し、且つ外部の配線Ｗ１，Ｗ２とそれぞれ電気的に接続されている。これら電極２１ａ，２１ｂが互いに対向する方向は、必ずしも放電管２１の長軸方向と一致している必要はない。また、放電管２１に封入される放電ガスとしては、たとえば、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン及びキセノンのうちの１種または２種以上の希ガス元素を含むガスを使用すればよい。また、放電ガスには、窒素もしくは酸素のいずれか一方、または窒素及び酸素からなる混合媒質が混入されてもよい。更には、プラズマの生成度調整を目的として、水銀（Ｈｇ）またはＴＭＡＥ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ　(Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ)　Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの媒質が放電ガスに添加されてもよい。

　他の放電管２２，２３も、放電管２１と同様の構造を有する。すなわち、放電管２２は、ガス封入部２２ｇと一対の電極２２ａ，２２ｂとを有し、これら電極２２ａ，２２ｂは外部の配線Ｗ２，Ｗ３とそれぞれ電気的に接続されている。また、放電管２３は、ガス封入部２３ｇと一対の電極２３ａ，２３ｂとを有し、これら電極２３ａ，２３ｂは外部の配線Ｗ３，Ｗ４とそれぞれ電気的に接続されている。図１に示されるように、放電管２１の電極２１ｂと放電管２２の電極２２ａとは、互いに導通し且つ配線Ｗ２を共有しており、放電管２２の電極２２ｂと放電管２３の電極２３ａとは、互いに導通し且つ配線Ｗ３を共有している。このため、放電管２１，２２，２３は電気的に直列に接続されている。

　放射器１０の動作波長をλで表すと、放電管群２０は、当該放射器１０の最大放射方向（本実施の形態では、Ｙ軸負方向）において放射器１０から動作波長λ以内の所定距離だけ離れた位置に配置されている。ここで、少なくとも、放電管群２０を構成する放電管２１，２２，２３のうち放射器１０に最も近い放電管２２と放射器１０との間の間隔が動作波長λ以内となるように、放電管２１，２２，２３が配置されていればよい。放電管群２０は、このように配置されることで、後述する反射器として機能することができる。また、本明細書において「放射器の動作波長」とは、当該放射器の共振周波数に対応する共振波長を意味する。共振周波数をｆ、光速をｃとすると、ｆ＝ｃ／λ、の関係式が成立する。

　なお、本実施の形態の放電管２１，２２，２３は、いずれも電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂを有しているが、これら放電管２１，２２，２３に代えて、無電極の放電管を使用してもよい。たとえば、電極の代わりにコイルを有する放電管の使用が可能である。コイルに高周波電流を流して無電極の放電管の内部に磁界及び電界を形成することによりプラズマを生成することができる。

　放電制御部２は、配線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を介して、放電管群２０の電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂと電気的に接続されている。放電管２１の状態をプラズマ状態に遷移させる場合、放電制御部２は、当該放電管２１の電極２１ａ，２１ｂ間に電位差を与えて放電管２１に封入されている放電ガスを電離させることにより、放電管２１の内部にプラズマを生起させる。また、放電制御部２は、配線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４にそれぞれ印加すべき電圧を個別に調整することにより、放電管２１，２２，２３の中から選択された任意の放電管の内部にプラズマ領域（以下「プラズマ柱」とも呼ぶ。）を発生させることが可能である。

　図１には、放電制御部２の構成例を示す機能ブロック図が示されている。図１に示されるように、放電制御部２は、電源３、電源供給制御部４、スイッチ開閉回路５及び主制御部６を有する。主制御部６は、放電管群２０の中からプラズマ状態にすべき放電管を選択し、当該選択された放電管をプラズマ状態にするように電源供給制御部４に命令する機能を有する。電源供給制御部４は、主制御部６からの命令に応じて、電源３から供給された電力を基に配線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４にそれぞれ印加すべき電圧を調整する機能を有する。

　スイッチ開閉回路５は、電源供給制御部４の第１の出力端と配線Ｗ１との間を導通または非導通とするスイッチ素子ＳＷ１と、電源供給制御部４の第２の出力端と配線Ｗ２との間を導通または非導通とするスイッチ素子ＳＷ２と、電源供給制御部４の第３の出力端と配線Ｗ３との間を導通または非導通とするスイッチ素子ＳＷ３と、電源供給制御部４の第４の出力端と配線Ｗ４との間を導通または非導通とするスイッチ素子ＳＷ４とで構成されている。電源供給制御部４は、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の状態を個別にオン状態またはオフ状態のいずれか一方に切り替えることができる。スイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４のうちオン状態のスイッチ素子のみが、対応する配線に電圧を印加することができる。

　なお、主制御部６は、たとえば、パーソナルコンピュータまたはワークステーションなどのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）内蔵のコンピュータで実現可能である。あるいは、主制御部６は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）などのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）で実現されてもよい。

　本実施の形態では、直列に配列された放電管２１，２２，２３各々のプラズマ発生可能領域の長軸方向（Ｘ軸方向）における長さは、放射器１０の動作波長λの半分以下となるように調整されている。図１に示されるように、放電管２１内部の長軸方向全体に長さＬ１のプラズマ発生可能領域が存在し、電管２２内部の長軸方向全体に長さＬ２のプラズマ発生可能領域が存在し、放電管２３内部の長軸方向全体に長さＬ３のプラズマ発生可能領域が存在する。このとき、次式（１Ａ）～（１Ｃ）が成立する。

　　　Ｌ１≦λ／２　　　　　　　　　　　　　　　（１Ａ）
　　　Ｌ２≦λ／２　　　　　　　　　　　　　　　（１Ｂ）
　　　Ｌ３≦λ／２　　　　　　　　　　　　　　　（１Ｃ）

　また、放電管２１，２２，２３の中の一連の２本以上の放電管の組み合わせを選択することにより、半波長λ／２を超える長さのプラズマ柱を構成することが可能である。放電管の組み合わせによるプラズマ発生可能領域の長さについては、次式（２Ａ）～（２Ｃ）が成立する。

　　　Ｌ１＋Ｌ２＞λ／２　　　　　　　　　　　　（２Ａ）
　　　Ｌ２＋Ｌ３＞λ／２　　　　　　　　　　　　（２Ｂ）
　　　Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＞λ／２　　　　　　　　　（２Ｃ）

　放電制御部２は、プラズマの導体的な性質を利用して、放電管群２０に反射器（Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）または導波器（Ｄｉｒｅｃｔｏｒ）のいずれか一方を構成することができる。放電管群２０の内部に半波長λ／２を超える長さのプラズマ柱が発生したとき、放電管群２０は、放射器１０の放射電波に対して誘導（インダクタンス）性の性質を有し、反射器として機能するように構成されている。一方、放電管群２０の内部に半波長λ／２以下の長さのプラズマ柱が発生したとき、放電管群２０は、放射器１０の放射電波に対して容量（キャパシタンス）性の性質を有し、導波器として機能するように構成されている。

　次にプラズマの導体的な性質について説明する。放電管に供給された電磁エネルギーが当該放電管内部の放電ガスに伝わると、当該放電管内部では、気体状態からプラズマ状態への状態遷移が生じる。磁界が存在しない場合には、放電ガスは、非磁化、低温及び衝突性を持つプラズマとなる。このとき、プラズマの複素比誘電率は、次式（３）で与えられる。

　ここで、ｊは虚数単位、ω_ｐはプラズマ角周波数、ωは供給された電磁エネルギーの角周波数、νは電子間の衝突周波数である。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を示す値である。プラズマ角周波数ω_ｐは、電子密度ｎ_ｅ、電子の電荷ｅ、電子質量ｍ_ｅ、及び真空の比誘電率ε_０を用いて、次式（４）で与えられる。

　上式（３），（４）は、上記した非特許文献１の記載、または、以下の非特許文献２の記載から導出することが可能である。
・非特許文献２：R. J. Vidmar,“On the use of Atmospheric Pressure Plasmas as Electromagnetic Reflections and Absorbers," IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 18, No. 4, 1990.

　ところで、一般的な複素比誘電率の式は、次式（５）で与えられる。

　ここで、εは、プラズマの誘電率であり、実数である。また、σは、プラズマの導電率である。式（４）のプラズマ角周波数ω_ｐを式（３）に代入して得られる式の実数部及び虚数部を、上式（５）の実数部及び虚数部とそれぞれ比較することで、次式（６）の誘電率εと次式（７）の導電率σとを導出することができる。

　電子密度ｎ_ｅは、電流値によって決定される。放電制御部２は、放電管に供給すべき電流量を制御することにより、当該放電管内の導電率σを制御することができる。

　以上に説明したプラズマの導体的な性質を利用して、放電管群２０の内部に反射器または導波器を構成することができる。図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃは、放電管群２０の内部に構成された反射器を示す図である。図２Ａでは、一連の放電管２１，２２にプラズマ柱が発生し、放電管２３にはプラズマ柱が発生しない。図２Ｂでは、一連の放電管２２，２３にプラズマ柱が発生し、放電管２１にはプラズマ柱が発生しない。そして、図２Ｃでは、３本の放電管２１～２３にプラズマ柱が発生している。よって、図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃのいずれの場合でも、上式（２Ａ），（２Ｂ），（２Ｃ）に示したように、放電管群２０に発生するプラズマ柱の長さの合計は、放射器１０の動作波長λの半分よりも大きい。したがって、放電管群２０の内部に反射器が構成されている。

　一方、図３Ａ，図３Ｂ及び図３Ｃは、放電管群２０の内部に構成された導波器を示す図である。図３Ａでは、放電管２２のみにプラズマ柱が発生し、図３Ｂでは、放電管２３のみにプラズマ柱が発生し、図３Ｃでは、放電管２１のみにプラズマ柱が発生している。よって、図３Ａ，図３Ｂ及び図３Ｃのいずれの場合でも、上式（１Ａ），（１Ｂ），（１Ｃ）に示したように、放電管群２０に発生するプラズマ柱の長さの合計は、放射器１０の動作波長λの半分以下である。したがって、放電管群２０の内部に導波器が構成されている。

　アンテナ装置１においては、図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃに示した３種類の反射器、並びに、図３Ａ，図３Ｂ及び図３Ｃに示した３種類の導波器のうちのいずれかを構成することができる。また、３本の放電管２１，２２，２３の全てをプラズマ未発生状態とすることもできる。よって、アンテナ装置１は７種類の放射特性を有している。放電制御部２は、放電管列をなす３本の放電管２１，２２，２３の中からプラズマ状態にすべき放電管の組み合わせを選択することにより、７種類の放射特性の中から所望の放射特性を形成することができる。

　以上に説明したように実施の形態１では、放電制御部２は、各々が放射器１０の動作波長λ以下の長さを有する複数本の放電管の中から所望の放電管を選択し、当該選択された放電管をプラズマ状態にすることができる。よって、通信状況または通信目的に応じて、反射器または導波器を柔軟に構成することが可能である。たとえば、放電制御部２は、図２Ａ，図２Ｂまたは図２Ｃのいずれかに示した反射器を形成するプラズマ状態と、放電管群２０全体のプラズマ未発生状態との間を相互に切り替えることにより、特定方向に伝播するパルス波を発生させることもできる。このように、電波放射方向の制御性が非常に優れたアンテナ装置１を提供することができる。

　ところで、本実施の形態では、説明の便宜上、放電管群２０は、３本の放電管２１，２２，２３で構成されているが、これに限定されるものではない。上記した放電管群２０に代えて、２本の放電管あるいは３本を超える多数の放電管からなる放電管群を使用してもよい。

　また、放電管群を構成する多数の放電管のすべてを直列に接続することが難しい場合には、その放電管群の一部をなす複数本の放電管を並列に接続してもよい。図４は、放電管群２０に代えて、１２本の放電管からなる放電管群２０Ａが使用される場合の放電管の接続形態の一例を示す図である。

　図４に示されるように、放電管群２０Ａは、直列接続された放電管２１，２２，２３からなる第１の放電管列と、直列接続された放電管３１，３２，３３からなる第２の放電管列と、直列接続された放電管４１，４２，４３からなる第３の放電管列と、直列接続された放電管５１，５２，５３からなる第４の放電管列とを含んで構成されている。第１～第４の放電管列の各々は、図１に示した３本の放電管２１，２２，２３からなる放電管列と同じ構成を有している。このため、たとえば、第２の放電管列については、放電管３１，３２，３３のうち一連の２本または３本の放電管がプラズマ状態となるときは、当該第２の放電管列に反射器が構成され、放電管３１，３２，３３のうち１本の放電管のみがプラズマ状態となるときは、当該第２の放電管列に導波器が構成される。

　また、放電管２１，３１，４１，５１は配線Ｗ１，Ｗ２を介して並列に接続され、放電管２２，３２，４２，５２は配線Ｗ２，Ｗ３を介して並列に接続され、そして、放電管２３，３３，４３，５３は配線Ｗ３，Ｗ４を介して並列に接続されている。放電制御部２は、２本の配線（たとえば、配線Ｗ１，Ｗ２）に電位差を与えるだけで、複数本の放電管（たとえば、並列接続された放電管２１，３１，４１，５１）の状態をまとめてプラズマ状態に遷移させることが可能である。このような接続形態により、放電管の本数が増えても、放電管群２０Ａと放電制御部２との間を接続する配線数を抑制することができる。

　また、図４は、第１～第４の放電管列の空間的な配置を限定するものではない。たとえば、面状の電波反射領域を持つ反射器を構成するために、放射器１０の最大放射方向と交差する同一面に第１～第４の放電管列が配列されてもよい。このような配列により、放電制御部２は、面状の電波反射領域の形成範囲を部分的に制御することが可能となる。たとえば、放電制御部２は、第１の放電管列にはプラズマ柱を発生させず、第２～第４の放電管列に反射器を構成するプラズマ柱を発生させることが可能である。

実施の形態２．
　次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、本発明に係る実施の形態２であるアンテナ装置の構成を概略的に示す図である。本実施の形態のアンテナ装置は、図５Ａに示されるように後方放電管群１００、前方放電管群２００及び放射器１０を備えるとともに、図５Ｂに示されるように、後方放電管群１００及び前方放電管群２００の全部または一部に電磁エネルギーを選択的に供給してプラズマを発生させることができる放電制御部２Ａを備えている。

　本実施の形態の放射器１０の構成は、上記実施の形態１の放射器１０の構成と同じである。放射器１０は、当該放射器１０の長軸方向が図５ＡのＸ軸方向と平行となるように配置されており、Ｘ軸方向と直交する方向に最大放射方向を有している。なお、図５ＡのＹ軸方向はＸ軸方向と直交し、図５ＡのＺ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向の双方と直交する。

　次に、後方放電管群１００について説明する。図５Ａに示されるように、後方放電管群１００は、放電管１０１～１０３からなる第１の放電管列、放電管１１１～１１３からなる第２の放電管列、放電管１２１～１２３からなる第３の放電管列、放電管１３１～１３３からなる第４の放電管列、及び、放電管１４１～１４３からなる第５の放電管列を含んで構成されている。これら第１～第５の放電管列の長軸方向は、いずれもＸ軸方向と平行であり、且つ、第１～第５の放電管列は、Ｘ－Ｙ平面と平行な同一面に配列されている。また、これら第１～第５の放電管列の各々は、図１に示した３本の放電管２１，２２，２３からなる放電管列と同じ構成を有する。このため、たとえば、第１の放電管列については、放電管１０１～１０３のうち一連の２本または３本の放電管がプラズマ状態となるときは、当該第１の放電管列に反射器が構成され、放電管１０１～１０３のうち１本の放電管のみがプラズマ状態となるときは、当該第１の放電管列に導波器が構成される。

　後方放電管群１００を構成する第１の放電管列（放電管１０１～１０３）は、放射器１０の最大放射方向（本実施の形態では、Ｙ軸負方向）において当該放射器１０から動作波長λ以内の所定距離だけ離れた位置に配置されている。ここで、少なくとも、第１の放電管列のうち放射器１０に最も近い放電管１０２と放射器１０との間の間隔が動作波長λ以内となるように、第１の放電管列が配置されていればよい。また、第１～第５の放電管列の配列間隔は、たとえば、動作波長λ以内となるように調整されていればよい。

　次に、前方放電管群２００について説明する。図５Ａに示されるように、前方放電管群２００は、放電管２０１～２０３からなる第１の放電管列、放電管２１１～２１３からなる第２の放電管列、放電管２２１～２２３からなる第３の放電管列、放電管２３１～２３３からなる第４の放電管列、及び、放電管２４１～２４３からなる第５の放電管列を含んで構成されている。これら第１～第５の放電管列の長軸方向は、いずれもＸ軸方向と平行であり、且つ、第１～第５の放電管列は、Ｘ－Ｙ平面と平行な同一面に配列されている。また、これら第１～第５の放電管列の各々は、図１に示した３本の放電管２１，２２，２３からなる放電管列と同じ構成を有する。このため、たとえば、第１の放電管列については、放電管１０１～１０３のうち一連の２本または３本の放電管がプラズマ状態となるときは、当該第１の放電管列に反射器が構成され、放電管１０１～１０３のうち１本の放電管のみがプラズマ状態となるときは、当該第１の放電管列に導波器が構成される。

　前方放電管群２００を構成する第１の放電管列（放電管２０１～２０３）は、放射器１０の最大放射方向（本実施の形態では、Ｙ軸正方向）において当該放射器１０から動作波長λ以内の所定距離だけ離れた位置に配置されている。ここで、少なくとも、第１の放電管列のうち放射器１０に最も近い放電管２０２と放射器１０との間の間隔が動作波長λ以内となるように、第１の放電管列が配置されていればよい。また、第１～第５の放電管列の配列間隔は、たとえば、動作波長λ以内となるように調整されていればよい。

　図５Ｂに示される放電制御部２Ａは、電源供給配線群Ｗａを介して後方放電管群１００と前方放電管群２００とに電気的に接続されている。放電制御部２Ａは、電源供給配線群Ｗａを介した電力供給により、後方放電管群１００及び前方放電管群２００を構成する放電管１０１～１０３，１１１～１１３，１２１～１２３，１３１～１３３，１４１～１４３，２０１～２０３，２１１～２１３，２２１～２２３，２３１～２３３，２４１～２４３の中から選択された任意の放電管の内部にプラズマ柱を発生させることができる。この放電制御部２Ａの構成は、被制御対象となる放電管の数を除いて、上記実施の形態１における放電制御部２の構成と略同じである。

　上記実施の形態１の場合と同様に、本実施の形態でも、放電制御部２Ａは、プラズマの導体的な性質を利用して、後方放電管群１００及び前方放電管群２００の内部に、反射器もしくは導波器、または反射器及び導波器の双方を構成することができる。図５Ａのアンテナ構成では、後方放電管群１００に１個の反射器が構成され、前方放電管群２００に３個の導波器が構成されている。すなわち、後方放電管群１００において、第１の放電管列をなす放電管１０１～１０３が反射器を構成するプラズマ状態となるように制御され、且つ、第２～第５の放電管列がプラズマ未発生状態となるように制御されている。また、前方放電管群２００においては、放電管２０２，２１２，２２２が３個の導波器を構成するプラズマ状態となるように制御され、且つ、他の放電管がプラズマ未発生状態となるように制御されている。図５Ａの例は、Ｙ軸正方向を主放射方向とする八木・宇田アンテナ（Ｙａｇｉ－Ｕｄａ　Ａｎｔｅｎｎａ）を構成するものである。

　八木・宇田アンテナの動作利得は導波器の個数に依存し、導波器の個数が多いほど、正面方向（Ｙ軸正方向）の利得が向上する。本実施の形態のアンテナ装置は、導波器の個数を変更することが可能である。図６は、図５Ａのアンテナ構成よりも導波器の個数が多い八木・宇田アンテナの構成例を示す図である。図６に示されるように、後方放電管群１００においては、第１の放電管列をなす放電管１０１～１０３が反射器を構成するプラズマ状態となるように制御され、且つ、第２～第５の放電管列がプラズマ未発生状態となるように制御されている。また、前方放電管群２００においては、放電管２０２，２１２，２２２，２３２，２４２が５個の導波器を構成するプラズマ状態となるように制御され、且つ、他の放電管がプラズマ未発生状態となるように制御されている。

　一方、図７は、Ｙ軸負方向を主放射方向とする八木・宇田アンテナの構成例を概略的に示す図である。図７に示されるように、後方放電管群１００においては、第１～第５の放電管列を構成する放電管１０２，１１２，１２２，１３２，１４２が５個の導波器を構成するプラズマ状態となるように制御され、且つ、他の放電管がプラズマ未発生状態となるように制御されている。また、前方放電管群２００においては、第１の放電管列をなす放電管２０１～２０３が反射器を構成するプラズマ状態となるように制御され、且つ、第２～第５の放電管列がプラズマ未発生状態となるように制御されている。

　なお、本実施の形態では、説明の便宜上、各放電管列は３本の放電管で構成されているが、これに限定されるものではない。２本の放電管または３本を超える多数の放電管からなる放電管列を使用してもよい。

　本発明者らは、半波長λ／２未満の長さを持つプラズマ柱からなる導波器の個数に応じてアンテナの利得が変化することをシミュレーションにより確認した。図８Ａ，図８Ｂ及び図８Ｃは、このシミュレーションに使用された八木・宇田アンテナの３つの構成例（モデル）を概略的に示す図であり、図９は、シミュレーション結果を示すグラフである。

　図８Ａのアンテナ構成は、Ｘ軸方向に沿って延在するダイポールアンテナである放射器１０と、この放射器１０からＹ軸負方向に離れた位置に配置された反射器１００Ｒとを備えている。反射器１００Ｒは、Ｘ軸方向に沿って延在し半波長λ／２を超える長さを有するプラズマ柱で構成されている。また、図８Ａのアンテナ構成は、放射器１０からＹ軸正方向に離れた位置に配列された８個の導波器２００Ｄ，２１０Ｄ，２２０Ｄ，２３０Ｄ，２４０Ｄ，２５０Ｄ，２６０Ｄ，２７０Ｄを有する。これら導波器２００Ｄ，２１０Ｄ，２２０Ｄ，２３０Ｄ，２４０Ｄ，２５０Ｄ，２６０Ｄ，２７０Ｄは、Ｙ軸方向に沿って配列されており、Ｘ軸方向に沿って延在し半波長λ／２未満の長さを有する８本のプラズマ柱で構成されている。図８Ｂは、図８Ａのアンテナ構成から導波器２６０Ｄ，２７０Ｄを除いて得られる構成例を示す図である。よって、図８Ｂのアンテナ構成では、６個の導波器２００Ｄ，２１０Ｄ，２２０Ｄ，２３０Ｄ，２４０Ｄ，２５０Ｄが構成されている。また、図８Ｃは、図８Ａのアンテナ構成から導波器２４０Ｄ，２５０Ｄ，２６０Ｄ，２７０Ｄを除いて得られる構成例を示す図である。図８Ｃのアンテナ構成では、４個の導波器２００Ｄ，２１０Ｄ，２２０Ｄ，２３０Ｄが構成されている。

　図９には、Ｘ－Ｙ平面におけるＸ軸となす角度Φ（単位：°）の方向に対応する動作利得（単位：ｄＢｉ）の計算結果が示されている。図９のグラフにおいて、「Ｇｕｉｄｅ（８／８）」は、図８Ａのアンテナ構成を基に計算された動作利得を示し、「Ｇｕｉｄｅ（６／８）」は、図８Ｂの構成例を基に計算された動作利得を示し、「Ｇｕｉｄｅ（４／８）」は、図８Ｃのアンテナ構成を基に計算された動作利得を示している。また、「Ｇｕｉｄｅ（７／８）」は、図８Ａのアンテナ構成から導波器２７０Ｄを除いて得られる構成例を基に計算された動作利得を示し、「Ｇｕｉｄｅ（５／８）」は、図８Ａのアンテナ構成から導波器２５０Ｄ，２６０Ｄ，２７０Ｄを除いて得られる構成例を基に計算された動作利得を示している。

　図９を参照すると、正面方向（Φ＝９０°の方向）の動作利得については、８個の導波器２００Ｄ，２１０Ｄ，２２０Ｄ，２３０Ｄ，２４０Ｄ，２５０Ｄ，２６０Ｄ，２７０Ｄを有するアンテナ構成の動作利得が最も強く、４個の導波器２００Ｄ，２１０Ｄ，２２０Ｄ，２３０Ｄを有するアンテナ構成の動作利得が最も弱い。導波器の個数が多いほど正面方向の動作利得が強くなり、所望の働きが実現されていることが分かる。

　以上に説明したように実施の形態２のアンテナ装置は、放射器１０からＹ軸負方向に離れた位置に配置された後方放電管群１００と、放射器１０からＹ軸正方向に離れた位置に配置された前方放電管群２００と、放電制御部２Ａとを備えている。放電制御部２Ａは、これら後方放電管群１００及び前方放電管群２００の中から所望の放電管を選択し、当該選択された放電管の状態をプラズマ状態に遷移させることによって、後方放電管群１００及び前方放電管群２００に反射器もしくは導波器、または反射器及び導波器の双方を構成させることができる。たとえば、放電制御部２Ａは、図５Ａのアンテナ構成、図６のアンテナ構成及び図７のアンテナ構成の中から所望のアンテナ構成を選択し形成することが可能である。よって、通信状況または通信目的に応じたアンテナ構成を柔軟に形成することができる。したがって、電波放射方向の制御性が非常に優れたアンテナ装置を提供することができる。

　なお、本実施の形態においても、上記実施の形態１の変形例（図４）の場合と同様に、後方放電管群１００及び前方放電管群２００の一部をなす複数本の放電管を電気的に並列接続してもよい。これにより、後方放電管群１００及び前方放電管群２００と放電制御部２との間を接続する配線数を抑制することができる。

実施の形態３．
　次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明に係る実施の形態３であるアンテナ装置の構成を概略的に示す図である。本実施の形態のアンテナ装置は、図１０Ａに示されるように第１アンテナ部ＡＴ１と第２アンテナ部ＡＴ２とを備えるとともに、図１０Ｂに示されるように放電制御部２Ｂを備えている。

　先ず、第１アンテナ部ＡＴ１について説明する。第１アンテナ部ＡＴ１は、放射器１０、後方放電管群１００Ａ及び前方放電管群２００Ａを含んで構成されている。

　本実施の形態の放射器１０の構成は、上記実施の形態１の放射器１０の構成と同じである。放射器１０は、当該放射器１０の長軸方向が図１０ＡのＸ軸方向と平行となるように配置されており、Ｘ軸方向と直交する方向に最大放射方向を有している。また、放射器１０は、Ｘ軸方向と平行な方向（第１の偏波方向）の直線偏波を放射することができる。なお、図１０ＡのＹ軸方向はＸ軸方向と直交する方向であり、図１０ＡのＺ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向の双方と直交する方向である。

　図１０Ａに示されるように、後方放電管群１００Ａは、放電管１０１～１０３からなる第１の放電管列、放電管１１１～１１３からなる第２の放電管列、及び、放電管１２１～１２３からなる第３の放電管列を含んで構成されている。これら第１～第３の放電管列の長軸方向は、いずれもＸ軸方向と平行であり、且つ、第１～第３の放電管列は、Ｘ－Ｙ平面と平行な同一面に配列されている。また、これら第１～第３の放電管列の各々は、図１に示した３本の放電管２１，２２，２３からなる放電管列と同じ構成を有する。

　後方放電管群１００Ａの第１の放電管列（放電管１０１～１０３）は、放射器１０の最大放射方向（本実施の形態では、Ｙ軸負方向）において当該放射器１０から動作波長λ以内の所定距離だけ離れた位置に配置されている。ここで、少なくとも、第１の放電管列のうち放射器１０に最も近い放電管１０２と放射器１０との間の間隔が動作波長λ以内となるように、第１の放電管列が配置されていればよい。また、第１～第３の放電管列の配列間隔は、たとえば、動作波長λ以内となるように調整されていればよい。

　また、図１０Ａに示されるように、前方放電管群２００Ａは、放電管２０１～２０３からなる第１の放電管列、放電管２１１～２１３からなる第２の放電管列、及び、放電管２２１～２２３からなる第３の放電管列を含んで構成されている。これら第１～第３の放電管列の長軸方向は、いずれもＸ軸方向と平行であり、且つ、第１～第３の放電管列は、Ｘ－Ｙ平面と平行な同一面に配列されている。また、これら第１～第３の放電管列の各々は、図１に示した３本の放電管２１，２２，２３からなる放電管列と同じ構成を有する。

　前方放電管群２００Ａの第１の放電管列（放電管２０１～２０３）は、放射器１０の最大放射方向（本実施の形態では、Ｙ軸正方向）において当該放射器１０から動作波長λ以内の所定距離だけ離れた位置に配置されている。ここで、少なくとも、第１の放電管列のうち放射器１０に最も近い放電管２０２と放射器１０との間の間隔が動作波長λ以内となるように、第１の放電管列が配置されていればよい。また、第１～第３の放電管列の配列間隔は、たとえば、動作波長λ以内となるように調整されていればよい。

　次に、第２アンテナ部ＡＴ２について説明する。第２アンテナ部ＡＴ２は、放射器１１、後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａを含んで構成されている。

　放射器１１は、線状のアンテナ素子であり、一対のアンテナ導線部１１ａ，１１ｂ及び給電部１１ｓを有するダイポールアンテナである。一方のアンテナ導線部１１ａは、Ｚ軸負方向に沿って延在する柱状導体で構成され、他方のアンテナ導線部１１ｂは、Ｚ軸正方向に沿って延在する柱状導体で構成されている。給電部１１ｓは、アンテナ導線部１１ａ，１１ｂに給電して電波を放射させる。この放射器１１は、当該放射器１１の長軸方向が図１０ＡのＺ軸方向と平行となるように配置されており、Ｚ軸方向と直交する方向に最大放射方向を有している。また、放射器１１は、Ｚ軸方向と平行な方向（第２の偏波方向）の直線偏波を放射することができる。

　ここで、放射器１１の給電部１１ｓは、放射器１０の給電部１０ｓと同じ電源（図示せず）を使用して動作し、給電部１０ｓがアンテナ導線部１０ａ，１０ｂに供給する電流の位相とは異なる位相の電流をアンテナ導線部１１ａ，１１ｂに供給する。給電部１０ｓ，１１ｓの供給電流の位相差は、任意の値に調整可能である。これにより、放射器１０，１１によって放射される２つの直線偏波が合成されて、円偏波または楕円偏波などの種々の合成偏波を生成することができる。

　後方放電管群３００Ａは、図１０Ａに示されるように、放電管３０１～３０３からなる第１の放電管列、放電管３１１～３１３からなる第２の放電管列、及び、放電管３２１～３２３からなる第３の放電管列を含んで構成されている。これら第１～第３の放電管列の長軸方向は、いずれもＺ軸方向と平行であり、且つ、第１～第３の放電管列は、Ｙ－Ｚ平面と平行な同一面に配列されている。また、これら第１～第３の放電管列の各々は、図１に示した３本の放電管２１，２２，２３からなる放電管列と同じ構成を有する。

　後方放電管群３００Ａの第１の放電管列（放電管３０１～３０３）は、放射器１１の最大放射方向（本実施の形態では、Ｙ軸負方向）において当該放射器１１から動作波長λ以内の所定距離だけ離れた位置に配置されている。ここで、少なくとも、第１の放電管列のうち放射器１１に最も近い放電管３０２と放射器１１との間の間隔が動作波長λ以内となるように、第１の放電管列が配置されていればよい。また、第１～第３の放電管列の配列間隔は、たとえば、動作波長λ以内となるように調整されていればよい。

　また、前方放電管群４００Ａは、図１０Ａに示されるように、放電管４０１～４０３からなる第１の放電管列、放電管４１１～４１３からなる第２の放電管列、及び、放電管４２１～４２３からなる第３の放電管列を含んで構成されている。これら第１～第３の放電管列の長軸方向は、いずれもＸ軸方向と平行であり、且つ、第１～第３の放電管列は、Ｙ－Ｚ平面と平行な同一面に配列されている。また、これら第１～第３の放電管列の各々は、図１に示した３本の放電管２１，２２，２３からなる放電管列と同じ構成を有する。

　前方放電管群４００Ａの第１の放電管列（放電管４０１～４０３）は、放射器１１の最大放射方向（本実施の形態では、Ｙ軸正方向）において当該放射器１０から動作波長λ以内の所定距離だけ離れた位置に配置されている。ここで、少なくとも、第１の放電管列のうち放射器１１に最も近い放電管４０２と放射器１１との間の間隔が動作波長λ以内となるように、第１の放電管列が配置されていればよい。また、第１～第３の放電管列の配列間隔は、たとえば、動作波長λ以内となるように調整されていればよい。

　図１０Ｂに示される放電制御部２Ｂは、電源供給配線群Ｗａ１を介して後方放電管群１００Ａ及び前方放電管群２００Ａと電気的に接続されるとともに、電源供給配線群Ｗａ２を介して後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａと電気的に接続されている。放電制御部２Ｂは、電源供給配線群Ｗａ１を介した電力供給により、後方放電管群１００Ａ及び前方放電管群２００Ａを構成する放電管１０１～１０３，１１１～１１３，１２１～１２３，２０１～２０３，２１１～２１３，２２１～２２３の中から選択された任意の放電管の内部にプラズマ柱を発生させることができる。また、放電制御部２Ｂは、電源供給配線群Ｗａ２を介した電力供給により、後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａを構成する放電管３０１～３０３，３１１～３１３，３２１～３２３，４０１～４０３，４１１～４１３，４２１～４２３の中から選択された任意の放電管の内部にプラズマ柱を発生させることもできる。この放電制御部２Ｂの構成は、被制御対象となる放電管の数を除いて、上記実施の形態１における放電制御部２の構成と略同じである。

　上記実施の形態１の場合と同様に、本実施の形態でも、放電制御部２Ｂは、プラズマの導体的な性質を利用して、後方放電管群１００Ａ、前方放電管群２００Ａ、後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａの内部に、反射器もしくは導波器、または反射器及び導波器の双方を柔軟に構成することができる。たとえば、図１０Ａに示されるように、第１アンテナ部ＡＴ１においては、放電管１０１～１０３を反射器を構成するプラズマ状態となるように制御し、且つ、放電管２０２，２１２，２２２を３個の導波器を構成するプラズマ状態となるように制御することによって、Ｙ軸正方向を主放射方向とする八木・宇田アンテナを構成することが可能である。また、第２アンテナ部ＡＴ２においては、放電管３０１～３０３を反射器を構成するプラズマ状態となるように制御し、且つ、放電管４０２，４１２，４２２を３個の導波器を構成するプラズマ状態となるように制御することによって、Ｙ軸正方向を主放射方向とする八木・宇田アンテナを構成することが可能である。

　以上に説明したように実施の形態３では、放電制御部２Ｂは、第１アンテナ部ＡＴ１における後方放電管群１００Ａ及び前方放電管群２００Ａの中から所望の放電管を選択すると同時に、第２アンテナ部ＡＴ２における後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａの中から所望の放電管を選択することができる。放電制御部２Ｂは、これら後方放電管群１００Ａ、前方放電管群２００Ａ、後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａの中から選択された放電管の状態をプラズマ状態に遷移させることによって、後方放電管群１００Ａ、前方放電管群２００Ａ、後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａに、反射器もしくは導波器、または反射器及び導波器の双方を構成させることができる。よって、通信状況または通信目的に応じたアンテナ構成を柔軟に形成することが可能である。

　また、本実施の形態では、第１アンテナ部ＡＴ１の偏波方向と第２アンテナ部ＡＴ２の偏波方向とが互いに異なるように設定されるので、第１アンテナ部ＡＴ１の偏波と第２アンテナ部ＡＴ２の偏波とが合成されて、種々の合成偏波を生成することが可能である。したがって、電波放射方向及び偏波状態の制御性が非常に優れたアンテナ装置を提供することができる。

　なお、本実施の形態においても、上記実施の形態１の変形例（図４）の場合と同様に、後方放電管群１００Ａ、前方放電管群２００Ａ、後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａの一部をなす複数本の放電管を電気的に並列接続してもよい。これにより、後方放電管群１００Ａ、前方放電管群２００Ａ、後方放電管群３００Ａ及び前方放電管群４００Ａと放電制御部２Ｂとの間を接続する配線数を抑制することができる。

実施の形態４．
　次に、本発明に係る実施の形態４について説明する。本実施の形態は、上記した実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３のアンテナ装置の変形例である。上記実施の形態１～３の場合、放電ガスが封入されている放電管が完全に閉じられているので、放電管への供給電流量を調整すること以外にプラズマ状態を制御する方法は無い。プラズマ状態へのなりやすさは、放電ガスの気体密度、ガスの種類、及び添加媒質の有無などの要因に大きく依存する。本実施の形態は、上記した実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３における放電管内部のガス密度を調整して当該放電管内のプラズマ状態を制御する手段を与えるものである。

　図１１は、本実施の形態におけるガス密度調整器６０の構成例を概略的に示す図である。ガス密度調整器６０は、図１１に示される放電管２５内部のガス密度を調整する機能を有する。放電管２５は、上記実施の形態１～３における任意の放電管の構造が変形されたものである。放電管２５は、誘電体材料からなる中空円筒状の本体部を有し、その本体部の内部空間内に、放電ガスが封入されたガス封入部２５ｇと、当該本体部の長軸方向両端に配置された一対の電極２５ａ，２５ｂとを有する。この放電管２５の一部には細孔２５ｐが設けられおり、この細孔２５ｐに接続ホース６４の一端が接続されている。接続ホース６４の他端は、ガス密度調整器６０に接続されている。

　ガス密度調整器６０は、ガスボンベ６１と、このガスボンベ６１と接続ホース６４の他端との間を接続する圧力調整弁６２と、この圧力調整弁６２の動作を制御する制御部６３とを有する。制御部６３は、圧力調整弁６２の動作を制御し、排気量の計測及び放電管２５内部の真空度の計測を行う機能を有する。圧力調整弁６２は、制御部６３による制御を受けて動作し、ガスボンベ６１の出口圧力を制御することができる。これにより、放電管２５内部のガス密度を調整することが可能となる。

　ところで、非磁化、低温及び衝突性を有するプラズマの複素比誘電率は、上式（３）にて示したように、プラズマ角周波数ω_ｐと衝突周波数νとに依存する。電子の運動は、電極への印加電圧によって決定される。また、衝突周波数νは以下の式（８）で定義されることが知られている。

　ここで、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。また、（ｘ）_ａｖｇは、ｘの平均値を表している。この式（８）は、たとえば、下記非特許文献３に開示されている。
　・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。

　上式（８）より、放電ガスの粒子の大きさ（等価断面積ρ）が大きくなれば、または、ガス密度ｎ_ｎ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、ガス密度調整器６０によって放電管２５内部のガス密度を調整して衝突周波数νを変えることで、プラズマの比誘電率εと導電率σの調整範囲を広げることができる。

　以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１～４の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

　本発明に係るアンテナ装置は、たとえば、マイクロ波などの電波の送信または受信のための無線通信技術またはレーダ技術に適用され得る。

　１　アンテナ装置、２，２Ａ，２Ｂ　放電制御部、３　電源、４　電源供給制御部、５　スイッチ開閉回路、６　主制御部、１０　放射器（第１の放射器）、１１　放射器（第２の放射器）、１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ　アンテナ導線部、１０ｓ，１１ｓ　給電部、２０，２０Ａ　放電管群、６０　ガス密度調整器、６１　ガスボンベ、６２　圧力調整弁、６３　制御部、６４　接続ホース、１００　後方放電管群、１００Ａ　後方放電管群（第１の放電管群）、１００Ｒ　反射器（プラズマ柱）、２００　前方放電管群、２００Ａ　前方放電管群（第３の放電管群）、２００Ｄ～２７０Ｄ　導波器（プラズマ柱）、３００Ａ　後方放電管群（第２の放電管群）、４００Ａ　前方放電管群（第４の放電管群）、Ｗ１～Ｗ４　配線、ＡＴ１　第１アンテナ部、ＡＴ２　第２アンテナ部、Ｗａ，Ｗａ１，Ｗａ２　電源供給配線群。

Claims

　電波を放射する放射器と、
　前記放射器から当該放射器の特定の放射方向に離れた位置に配置された放電管群と、
　前記放電管群の中から放電管を選択し、当該選択された放電管に封入されている放電ガスに電磁エネルギーを供給して当該選択された放電管にプラズマを発生させる放電制御部と
を備え、
　前記放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる放電管列を含み、
　前記放電管列のうち前記放射器に最も近い放電管と前記放射器との間の間隔は、前記放射器の動作波長以内であり、且つ、前記複数本の放電管各々のプラズマ発生可能領域の長軸方向における長さは、前記動作波長の半分以下である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１記載のアンテナ装置であって、前記放電制御部は、前記放電管列の中から、前記動作波長の半分を超える長さのプラズマ発生可能領域を構成する一連の放電管を反射器として選択することを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１記載のアンテナ装置であって、前記放電制御部は、前記放電管列の中から、前記動作波長の半分以下の長さのプラズマ発生可能領域を構成する少なくとも１本の放電管を導波器として選択することを特徴とするアンテナ装置。
　請求項２記載のアンテナ装置であって、前記放射器から前記特定の放射方向とは逆方向に離れた位置に配置された他の放電管群を更に備え、
　前記他の放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる他の放電管列を含み、
　前記他の放電管列を構成する当該複数本の放電管各々の長軸方向における長さは、前記動作波長の半分以下であり、
　前記放電制御部は、前記他の放電管列の中から、前記動作波長の半分以下の長さのプラズマ発生可能領域を構成する少なくとも１本の放電管を導波器として選択し、当該選択された少なくとも１本の放電管に電磁エネルギーを供給して当該選択された少なくとも１本の放電管にプラズマを発生させる、
ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１記載のアンテナ装置であって、
　前記放射器は、線状のアンテナ素子であり、
　前記放電管群に含まれる当該複数本の放電管の長軸方向と前記放射器の長軸方向とは、互いに平行であることを特徴とするアンテナ装置。
　請求項４記載のアンテナ装置であって、前記他の放電管列を構成する当該複数本の放電管の長軸方向と前記放射器の長軸方向とは、互いに平行であることを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１記載のアンテナ装置であって、前記放電管群を構成する各放電管に封入されている放電ガスの密度を調整するガス密度調整器を更に備えることを特徴とするアンテナ装置。
　請求項４記載のアンテナ装置であって、前記他の放電管群を構成する各放電管に封入されている放電ガスの密度を調整するガス密度調整器を更に備えることを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１記載のアンテナ装置であって、前記放電管群の一部をなす複数本の放電管は、電気的に互いに並列に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
　請求項４記載のアンテナ装置であって、前記他の放電管群の一部をなす複数本の放電管は、電気的に互いに並列に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
　第１の偏波方向を有する電波を放射する第１の放射器、及び、前記第１の放射器から当該第１の放射器の特定の放射方向に離れた位置に配置された第１の放電管群を有する第１アンテナ部と、
　前記第１の偏波方向とは異なる第２の偏波方向を有する電波を放射する第２の放射器、及び、前記第２の放射器から当該第２の放射器の特定の放射方向に離れた位置に配置された第２の放電管群を有する第２アンテナ部と、
　前記第１の放電管群の中から放電管を選択すると同時に前記第２の放電管群の中から放電管を選択し、前記第１及び第２の放電管群の中から選択された放電管に封入されている放電ガスに電磁エネルギーを供給して当該選択された放電管にプラズマを発生させる放電制御部と
を備え、
　前記第１の放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる第１の放電管列を含み、
　前記第１の放電管列を構成する当該複数本の放電管のうち前記第１の放射器に最も近い放電管と前記第１の放射器との間の間隔は、前記第１の放射器の動作波長以内であり、且つ、前記第１の放電管列を構成する当該複数本の放電管各々のプラズマ発生可能領域の長軸方向における長さは、前記第１の放射器の動作波長の半分以下であり、
　前記第２の放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる第２の放電管列を含み、
　前記第２の放電管列を構成する当該複数本の放電管のうち前記第２の放射器に最も近い放電管と前記第２の放射器との間の間隔は、前記第２の放射器の動作波長以内であり、且つ、前記第２の放電管列を構成する当該複数本の放電管各々のプラズマ発生可能領域の長軸方向における長さは、前記第２の放射器の動作波長の半分以下である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１１記載のアンテナ装置であって、前記第１の偏波方向と第２の偏波方向とは互いに直交することを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１１記載のアンテナ装置であって、前記放電制御部は、前記第１の放電管列を構成する当該複数本の放電管の中から、前記動作波長の半分を超える長さのプラズマ発生可能領域を構成する一連の放電管を第１の反射器として選択すると同時に、前記第２の放電管列を構成する当該複数本の放電管の中から、前記動作波長の半分を超える長さのプラズマ発生可能領域を構成する一連の放電管を第２の反射器として選択することを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１３記載のアンテナ装置であって、
　前記第１アンテナ部は、前記第１の放射器から当該第１の放射器の当該特定の放射方向とは逆方向に離れた位置に配置された第３の放電管群を更に有し、
　前記第２アンテナ部は、前記第２の放射器から当該第２の放射器の当該特定の放射方向とは逆方向に離れた位置に配置された第４の放電管群を更に有し、
　前記第３の放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる第３の放電管列を含み、
　前記第３の放電管列を構成する当該複数本の放電管各々の長軸方向における長さは、前記第２の放射器の動作波長の半分以下であり、
　前記第４の放電管群は、直列に配列された複数本の放電管からなる第４の放電管列を含み、
　前記第４の放電管列を構成する当該複数本の放電管各々の長軸方向における長さは、前記第２の放射器の動作波長の半分以下であり、
　前記放電制御部は、前記第３の放電管列の中から、前記動作波長以下の長さのプラズマ発生可能領域を構成する少なくとも１本の放電管を第１の導波器として選択すると同時に、前記第４の放電管列の中から、前記動作波長以下の長さのプラズマ発生可能領域を構成する少なくとも１本の放電管を第２の導波器として選択し、前記第１及び第２の導波器として選択された放電管に電磁エネルギーを供給して当該選択された放電管にプラズマを発生させる、
ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１１記載のアンテナ装置であって、
　前記第１の放射器は、線状のアンテナ素子であり、
　前記第２の放射器は、線状のアンテナ素子であり、
　前記第１の放電管列を構成する当該複数本の放電管の長軸方向と前記第１の放射器の長軸方向とは、互いに平行であり、
　前記第２の放電管列を構成する当該複数本の放電管の長軸方向と前記第２の放射器の長軸方向とは、互いに平行である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１４記載のアンテナ装置であって、
　前記第１の放射器は、線状のアンテナ素子であり、
　前記第２の放射器は、線状のアンテナ素子であり、
　前記第３の放電管列を構成する当該複数本の放電管の長軸方向と前記第１の放射器の長軸方向とは、互いに平行であり、
　前記第４の放電管列を構成する当該複数本の放電管の長軸方向と前記第２の放射器の長軸方向とは、互いに平行である、
ことを特徴とするアンテナ装置。