JP6048268B2 - 電磁波伝搬制御装置及び電磁波伝搬制御方法 - Google Patents
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Description
一方、空間中における電磁波の伝搬の制御には、電磁波を反射する反射体または電磁波を吸収する吸収体、レンズなどが用いられていた。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。
電磁波伝搬制御部2は、プラズマ発生部10が複数束ねられた構造となっている。図1の例では、プラズマ発生部10は、膜状に複数束ねられている。プラズマ発生部10は、電極11,12を有し、電極11,12間に印加される駆動電圧に応じて、筺体13内にプラズマを発生する。なお、筺体13内には、放電しやすくするために所定の圧力でアルゴンなどのガスが封入されていてもよい。
このような電磁波伝搬制御装置1では、電磁波伝搬制御部2は、駆動電圧に基づいた密度のプラズマを発生して、筺体13内に入射される電磁波の伝搬を制御する。プラズマ発生部10で発生するプラズマの周波数は、プラズマ密度に依存する。
上記のような条件で、電磁波伝搬制御部2の各プラズマ発生部10が、たとえば、2.8GHzのプラズマ周波数fpのプラズマを発生した場合、入射される電磁波w1の周波数が2.8GHzより小さい場合には、電磁波伝搬制御部2は、電磁波w1を、たとえば、矢印A1方向に反射させる。入射される電磁波w1の周波数が2.8GHzより大きい場合には、電磁波伝搬制御部2は、電磁波w1を、たとえば、矢印A2方向に透過または屈折させる。入射される電磁波w1の周波数が2.8GHzまたはその近傍のときは、電磁波伝搬制御部2は、電磁波w1とプラズマとの共振により電磁波w1を、電磁波伝搬制御部2内に閉じ込める。言い換えると、電磁波伝搬制御部2が電磁波w1を吸収する。
図2は、電磁波伝搬制御方法の一例の流れを示すフローチャートである。
このように、本実施の形態の電磁波伝搬制御装置1によれば、入射される電磁波の諸元に対応した形状、構成または材質を有する反射体、吸収体、レンズなどを用いずとも、駆動電圧を制御することで電磁波の諸元に応じた伝搬制御が行える。そのため、電磁波伝搬の環境特性に影響を与えずに収集するデータの一貫性、再現性を従来よりも向上でき、入射する電磁波の諸元に応じた精度のよい伝搬制御が可能となる。
図3は、第2の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。
第2の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1aにおいて、電磁波伝搬制御部2aは、三角形3面によるコーナリフレクタ形状に形成されている。
(第3の実施の形態)
図4は、第3の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。図4において、第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1と同様の要素については、同一符号を付している。
図5は、第4の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。図4において、第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1と同様の要素については、同一符号を付している。
反射体20は、たとえば、アルミニウム、鉄、銅などの金属など、目的とする周波数の電磁波を反射する物質が用いられる。電磁波伝搬制御部2cが、航空機や船舶などの機体に取り付けられる場合には、その機体を反射体20としてもよい。
電磁波伝搬制御部2cのプラズマ発生部10cは、電極11c,12c、筺体13cを有する。ここで、筺体13cの厚さ、すなわち、電磁波伝搬制御部2cにおける電磁波の入射面と、反射体20間の距離d1は、制御対象の電磁波w4の波長λの1/2である。
(第5の実施の形態)
図7は、第5の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。図7において、第4の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1cと同様の要素については、同一符号を付している。
図8は、図7のA−A線における電磁波伝搬制御部の断面を示す図である。
図9は、第6の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。図9において、第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1と同様の要素については、同一符号を付している。
プラズマ発生部10に対して磁界が加えられていない場合、直線偏波の電磁波w6が電磁波伝搬制御部2に入射されると、筺体13内に発生されるプラズマは直線状に振動する。このとき、磁気発生部7による磁界がプラズマにかかると、プラズマは左右に回転することから電磁波w6が影響を受け、偏波面が左回りと、右回りの円偏波が生じる。
図10は、第7の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。図10において、第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1と同様の要素については、同一符号を付している。
変調された駆動電圧が各プラズマ発生部10の電極11,12に印加されると、筺体13内に変調波の影響を受けたプラズマが発生する。
以上のような電磁波伝搬制御装置1fによれば、駆動電圧に変調波を掛け合わせることによって、電磁波伝搬制御部2に入射された電磁波に対して変調を加えて、反射または透過(または屈折)させるような伝搬制御を行うことができる。
図11は、第8の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。図11において、第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1と同様の要素については、同一符号を付している。
八木アンテナパターンに含まれるパターン31〜35のうち、パターン31〜33は、導波器として機能する。パターン31〜33の長さL1は、制御対象の電磁波の半波長よりも若干短い。パターン34は、輻射器として機能する。パターン34の長さL2は、制御対象の電磁波の半波長である。パターン35は、反射器として機能する。パターン35の長さL3は、制御対象の電磁波の半波長よりも若干長い。パターン31〜35間の距離L4,L5,L6,L7は、制御対象の電磁波の1/4波長である。
図13は、第9の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。図13において、第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1と同様の要素については、同一符号を付している。
図14は、第10の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。
第10の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1iでは、プラズマ発生部10iが複数束ねられた膜状の構造である電磁波伝搬制御部2−1,2−2,…,2−nが多層化されている。なお、図14では、図示の都合上、電磁波伝搬制御部2−1〜2−nは隙間を空けて配置されているように図示されているが、以下に説明する例では、各電磁波伝搬制御部2−1〜2−nは接しているものとする。
電磁波伝搬制御部2−nのプラズマ発生部10iは、電極11i,12i,筺体13iを有する。ここで、筺体13iの厚さ、すなわち、電磁波伝搬制御部2−nにおける電磁波の入射面と、反射体50間の距離d3は、制御対象の電磁波w10の波長λの1/4である。他の電磁波伝搬制御部におけるプラズマ発生部10iの筺体13iについても、同様の厚さを有する。
シーケンス1:駆動電圧制御部3iは、電磁波伝搬制御部2−1〜2−nに供給する駆動電圧を制御して、ある周波数を有する電磁波w10が、電磁波伝搬制御部2−1でほぼ透過し、他の電磁波伝搬制御部でほぼ反射するように設定する。これにより、電磁波w10は、電磁波伝搬制御部2−1の表面で一部が反射されるが、大部分が透過し、電磁波w10の1/4波長分離れた電磁波伝搬制御部2−2の表面で大部分が反射される。電磁波伝搬制御部2−2での反射波と、電磁波伝搬制御部2−1での反射波とは逆相で重なり合い、弱め合う。また、電磁波伝搬制御部2−2を透過した一部の電磁波w10も、シート番号“3”の電磁波伝搬制御部により大部分が反射され、その反射波と電磁波伝搬制御部2−2での反射波とが逆相で重なり合い、弱め合う。
以上のような電磁波伝搬制御装置1iによれば、電磁波w10の反射を弱めるような伝搬制御が可能となる。
図17は、第11の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。
第1の実施の形態の電磁波伝搬制御装置1jでは、プラズマ発生部10が複数束ねられた膜状の構造である電磁波伝搬制御部2−1,2−2,…,2−nが多層化されている。なお、図17では、電磁波伝搬制御部2−1〜2−nは隙間を空けて配置されているように図示されているが、各電磁波伝搬制御部2−1〜2−nは接していてもよい。
1つ目の制御例は、複数の電磁波伝搬制御部2−1〜2−nにおいて、電磁波w11を反射させる層(反射点の位置(深さ))を変動させることで、反射波w11aと透過波w11bをドップラーシフトさせるものである。
電磁波伝搬制御装置1jは、駆動電圧制御部3jでの駆動電圧の制御により、たとえば、以下の各シーケンスの設定を所定の間隔で行う。
2つ目の制御例は、複数の電磁波伝搬制御部2−1〜2−nにおいて、駆動電圧制御部3jが、駆動電圧をランダムに変化させるものである。これにより、電磁波w11を反射する層がランダムに変動し、反射波w11aと透過波w11bがランダムにドップラーシフトする。駆動電圧制御部3jは、ランダムに駆動電圧を変化させるために、たとえば、乱数発生器などが用いられる。
電磁波伝搬制御装置1jは、駆動電圧制御部3jでの駆動電圧の制御により、たとえば、以下のシーケンス1〜mの設定を所定の間隔で行う。
図20は、第12の実施の形態の電磁波伝搬制御装置の一例を示す図である。また、図21は、図20のA−A線における電磁波伝搬制御部の断面を示す図である。
駆動電圧制御部3kは、最外殻のプラズマ発生部10k−nが、入射される電磁波w12のレベルの半分を透過し、残りの半分を反射するようなプラズマ周波数のプラズマを発生するように、駆動電圧を調整する。駆動電圧制御部3kは、さらに、電磁波w12が、プラズマ発生部10k−nの内周側の表面で焦点が合うように、他のプラズマ発生部に対して供給する駆動電圧を調整する。たとえば、駆動電圧制御部3kは、電磁波伝搬制御部2kの内側のプラズマ発生部になるほど駆動電圧が小さくなるよう調整し、図22に示すように電磁波w12を徐々に屈折させ、プラズマ発生部10k−nの裏側表面の点p1で焦点が合うようにする。これにより、電磁波伝搬制御部2kは、電磁波w12を入射方向と同一方向に均一に反射することができるようになる。
2 電磁波伝搬制御部
3 駆動電圧制御部
4 駆動電圧生成部
10 プラズマ発生部
11,12 電極
13 筺体
w1 電磁波
Claims (13)
- 筺体内にプラズマを発生するプラズマ発生部が、複数束ねられて形成されている電磁波伝搬制御部と、
前記プラズマ発生部の駆動電圧を制御する駆動電圧制御部と、
前記電磁波伝搬制御部を透過した第1の電磁波または前記電磁波伝搬制御部で屈折した第2の電磁波の周波数及び強度を検出する電磁波検出部と、を有し、
前記電磁波伝搬制御部は、前記駆動電圧に基づいた密度のプラズマを前記筺体内に発生して、前記筺体内に入射される第3の電磁波の伝搬を制御し、
前記駆動電圧制御部は、前記電磁波検出部で検出された前記周波数及び前記強度に基づき、前記電磁波伝搬制御部での反射波、透過波、または屈折波の何れかの強度が大きくなるように、前記駆動電圧を調整する、ことを特徴とする電磁波伝搬制御装置。 - 前記駆動電圧制御部は、前記第3の電磁波の周波数に応じ、前記電磁波伝搬制御部が、前記第3の電磁波を反射、吸収、屈折または透過するように、前記駆動電圧を制御することを特徴とする請求項1に記載の電磁波伝搬制御装置。
- 前記電磁波伝搬制御部は、前記第3の電磁波の入射面とは反対側の面に反射体が設けられており、前記入射面と、前記反対側の面との距離は、前記第3の電磁波の波長の1/2または1/4であり、
前記駆動電圧制御部は、前記入射面で前記第3の電磁波を、前記距離が前記第3の電磁波の波長の1/2のときは増加、1/4のときは減少させるように反射、透過する境界のプラズマを前記プラズマ発生部に発生させるように、前記駆動電圧を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。 - 前記プラズマ発生部で発生するプラズマに磁界をかける磁気発生部を有し、
前記電磁波伝搬制御部は、磁界がかけられたプラズマにより、前記第3の電磁波から、左回りと右回りの偏波面を有する円偏波を生じさせる、ことを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。 - 前記駆動電圧を変調する変調部を有し、
前記電磁波伝搬制御部は、変調された駆動電圧によって発生するプラズマにより、前記第3の電磁波に対する前記電磁波伝搬制御部での前記反射波、前記透過波または前記屈折波を変調する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。 - 前記駆動電圧制御部は、前記駆動電圧を制御して、プラズマによる八木アンテナパターンを前記電磁波伝搬制御部に形成させることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。
- 前記駆動電圧制御部は、前記駆動電圧を制御して、プラズマによるメタマテリアルパターンを前記電磁波伝搬制御部に形成させることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。
- 前記電磁波伝搬制御部は膜状に複数多層化されて配置されており、隣接する2つの前記電磁波伝搬制御部における前記第3の電磁波の入射面間の距離は、前記第3の電磁波の波長の1/4であり、
前記駆動電圧制御部は、各層の前記電磁波伝搬制御部に供給する駆動電圧を制御し、各層の前記電磁波伝搬制御部で、前記第3の電磁波を反射、吸収、屈折または透過させ、前記第3の電磁波の前記反射波を減衰させることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。 - 前記電磁波伝搬制御部は膜状に複数多層化されて配置されており、
前記駆動電圧制御部は、各層の前記電磁波伝搬制御部に供給する駆動電圧を制御し、前記第3の電磁波を反射する層を、複数の前記電磁波伝搬制御部の並び順方向または前記並び順方向とは逆方向に変化させて、前記第3の電磁波をドップラーシフトさせることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。 - 前記電磁波伝搬制御部は膜状に複数多層化されて配置されており、
前記駆動電圧制御部は、各層の前記電磁波伝搬制御部に供給する駆動電圧を制御し、複数の前記電磁波伝搬制御部のうち、前記第3の電磁波を反射する層をランダムに変化させて、前記第3の電磁波のドップラーシフトをランダムにさせることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。 - 前記電磁波伝搬制御部は、前記プラズマ発生部が複数束ねられて、コーナリフレクタ形状を形成していることを特徴とする請求項1に記載の電磁波伝搬制御装置。
- 前記電磁波伝搬制御部は、球状に成形された膜状の前記プラズマ発生部が複数、入れ子状に束ねられて形成されており、
前記駆動電圧制御部は、前記電磁波伝搬制御部を、ルネベルグレンズとして機能するように各前記プラズマ発生部に供給する前記駆動電圧を制御する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波伝搬制御装置。 - 駆動電圧制御部が、筺体内にプラズマを発生するプラズマ発生部が複数束ねられて形成されている電磁波伝搬制御部に対して印加する駆動電圧を制御し、
電磁波検出部が、前記電磁波伝搬制御部を透過した第1の電磁波または前記電磁波伝搬制御部で屈折した第2の電磁波の周波数及び強度を検出し、
前記電磁波伝搬制御部が、前記駆動電圧に基づいた密度のプラズマを前記筺体内に発生して、前記筺体内に入射される第3の電磁波の伝搬を制御し、
前記駆動電圧制御部が、前記電磁波検出部で検出された前記周波数及び前記強度に基づき、前記電磁波伝搬制御部での反射波、透過波、または屈折波の何れかの強度が大きくなるように、前記駆動電圧を調整する、
ことを特徴とする電磁波伝搬制御方法。
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