(57)【要約】【課題】受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する受信アンテナ装置及び鏡面修整反射鏡の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の受信アンテナ装置１０は、鏡面修整反射鏡１１と、鏡面修整反射鏡１１にて反射した当該放射電力の受信電波を受信する給電部１２とを備える。本発明の鏡面修整反射鏡１１の製造方法は、一定の曲率を有するパラボラ面にて受信対象の静止衛星に対して複数の受信地域から見た静止軌道で定まる座標領域を算出して利得拘束点を配置し、この利得拘束点に対して干渉波を低減するための所定の利得制限値を与えて当該パラボラ面の鏡面形状を修整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する受信アンテナ装置であって、
一定の曲率を有するパラボラ面にて前記受信対象の静止衛星に対して複数の受信地域から見た静止軌道で定まる座標領域を算出して利得拘束点を配置し、前記利得拘束点に対して干渉波を低減するための所定の利得制限値を与えて当該パラボラ面の鏡面形状が修整された鏡面修整反射鏡と、
前記鏡面修整反射鏡にて反射した当該放射電力の受信電波を受信する給電部と、
を備えることを特徴とする受信アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数の受信地域は日本列島の各地域からなり、前記給電部による受信時のアンテナ利得としてメインローブに対する第１サイドローブの利得差が、前記日本列島の各地域のいずれにおいても３０ｄＢ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の受信アンテナ装置。
【請求項３】
前記給電部による受信時のアンテナ利得として全てのサイドローブの利得マージンが、ＩＴＵ−Ｒの勧告で規定される参照パターンに対して５ｄＢ以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の受信アンテナ装置。
【請求項４】
前記給電部による受信時のアンテナ利得として第１サイドローブの利得マージンが、ＩＴＵ−Ｒの勧告で規定される参照パターンに対して６ｄＢ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の受信アンテナ装置。
【請求項５】
受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する受信アンテナ装置における鏡面修整反射鏡の製造方法であって、
給電部及び一定の曲率を有するパラボラ面の反射鏡を予め定めた配置位置に設定するステップと、
複数の受信地域を設定するステップと、
受信対象の静止衛星を決定するステップと、
当該複数の地域から見た静止軌道を算出するステップと、
当該複数の地域から見た静止軌道で定まる座標領域を算出して利得拘束点を配置するステップと、
前記利得拘束点に対して干渉波を低減するための所定の利得制限値と、メインローブに関するピーク利得値を設定するステップと、
当該設定した利得拘束点における利得制限値及びメインローブに関するピーク利得値を満たすよう前記反射鏡の鏡面形状を修整して鏡面修整反射鏡の鏡面形状パターンを決定するステップと、
前記鏡面形状パターンを基に、前記鏡面修整反射鏡を成形するステップと、
を含むことを特徴とする鏡面修整反射鏡の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信又は衛星放送の受信アンテナの技術に関するものであり、特に、受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する受信アンテナ装置及び鏡面修整反射鏡の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の衛星通信又は衛星放送の受信アンテナとして、オフセット反射鏡を用いたもの（例えば、非特許文献１参照）、誘電体レンズを用いたもの（例えば、特許文献１参照）、及び、導波管スロットアレーを用いたもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００３】
一般的な衛星放送の受信アンテナには、非特許文献１に示されるようなオフセット反射鏡アンテナが用いられる。オフセット反射鏡は、一次放射器のブロッキングによって生じるサイドローブ特性の劣化を低減する点で優れている。尚、受信アンテナのアンテナ性能に関する参照パターンは、ＩＴＵ−Ｒの勧告で規定されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
一方で、衛星放送や衛星通信などに利用される衛星搭載型のアンテナ装置として、鏡面修整反射鏡によりビーム形状を成形する技術が開示されている（例えば、特許文献３，４，５参照）。これらの特許文献３，４，５に示される技術は、複雑な形状の放射電力パターンを簡易に形成できるようにすることを目的としている。これらの特許文献で示される公知例以外にも、鏡面修整反射鏡の使用に関しては衛星放送や衛星通信において多数の実用例がある。しかしながら、放射電力の受信側の観点から鏡面修整反射鏡を使用する衛星通信又は衛星放送の受信アンテナの実用例や公知例は知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−７４００５号公報
【特許文献２】特開平７−１０６８４７号公報
【特許文献３】特許第３０４３７６８号明細書
【特許文献４】特許第２８２５９０７号明細書
【特許文献５】特許第３３２２８９７号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】長坂ほか, “21GHz帯衛星放送用受信アンテナの試作”, 映情学技報, Vol.35 No.31, pp.53-56, 2011年7月
【非特許文献２】勧告 ITU-R BO.1900, “Reference receive earth station antenna pattern for the broadcasting-satellite service in the band 21.4-22 GHz in Regions 1 and 3”, 2012年1月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
衛星通信又は衛星放送の受信アンテナとしては、開口効率として６０％〜７０％を維持し、且つサイドローブ特性の劣化をより低減（例えば、ＢＯ.１９００の参照パターンからのマージンが５ｄＢ以上）することが望まれる。特に、アンテナ性能の向上の観点から言及すれば、メインローブに対する第１サイドロープの利得差を得ることが有効であり、ＢＯ.１９００の参照パターンに対して第１サイドロープの利得マージンをより大きくする（例えば、６ｄＢ以上）ことが好ましい。
【０００８】
前述したように、一般的な従来の衛星放送の受信アンテナにはオフセット反射鏡が用いられる。オフセット反射鏡は、一定の曲率を有するパラボラ面を有する反射鏡に対して放射電力の受信点をオフセットさせた位置に給電部を配置したものであり、一次放射器のブロッキングによって生じるサイドローブ特性の劣化を低減することができるが、ＩＴＵ−Ｒの勧告で規定されるＢＯ.１９００（以下、ＢＯ.１９００と称する）の参照パターンからのマージンは４ｄＢ程度しかない。また、オフセット反射鏡を用いた受信アンテナのアンテナ性能は、ＢＯ.１９００の参照パターンに対して第１サイドロープの利得マージンが、２．５ｄＢ〜３ｄＢ程度しかない。
【０００９】
また、誘電体レンズを用いた受信アンテナは、オフセット反射鏡アンテナの反射鏡部分を誘電体レンズに置き換えたものであり、その特性はオフセット反射鏡アンテナと変わらない。
【００１０】
また、導波管スロットアレーを用いた受信アンテナは車載用であり、２５ｄＢｉ程度と受信利得が低く、固定用の衛星放送の受信アンテナには不向きである。
【００１１】
さらに、放射電力の受信側の観点から鏡面修整反射鏡を使用する衛星通信又は衛星放送の受信アンテナの実用例や公知例は知られていない。仮に、鏡面修整反射鏡を採用した衛星搭載型のアンテナ装置の従来技術から想定して、受信アンテナに鏡面修整反射鏡を採用することを鑑みて、開口効率として６０％〜７０％を維持し、且つサイドローブ特性の劣化をより低減するように単にメインローブ以外の全ての領域に利得拘束点を配置して一定の曲率を有するパラボラ面から鏡面修整を試みたとしても、オフセット反射鏡とほぼ同程度の特性しか得られない。
【００１２】
本発明は、上述の問題を鑑みて為されたものであり、受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する受信アンテナ装置及び鏡面修整反射鏡の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明においては、鏡面修整反射鏡の鏡面形状の形成にあたり、一定の曲率を有するパラボラ面にて受信対象の静止衛星に対して日本各地から見た静止軌道で定まる座標領域（つまり、静止軌道を覆う領域）を算出して利得拘束点を配置し、この利得拘束点に対して干渉波を低減するような所望の利得制限値（例えば、参照パターンで規定されたサイドローブ特性に関する利得値から５ｄＢ以上の低い値とし、後述する実施形態では１０ｄＢ低い値としている）を与えて当該パラボラ面の鏡面形状を修整することにより鏡面修整反射鏡を形成する。この鏡面修整反射鏡を用いて衛星通信又は衛星放送の受信アンテナ装置を構成する。これにより、目的の静止衛星の電波は受信し、その他の静止衛星からの干渉波を低減することができる。
【００１４】
即ち、本発明の受信アンテナ装置は、受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する受信アンテナ装置であって、一定の曲率を有するパラボラ面にて前記受信対象の静止衛星に対して複数の受信地域から見た静止軌道で定まる座標領域を算出して利得拘束点を配置し、前記利得拘束点に対して干渉波を低減するための所定の利得制限値を与えて当該パラボラ面の鏡面形状が修整された鏡面修整反射鏡と、前記鏡面修整反射鏡にて反射した当該放射電力の受信電波を受信する給電部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の受信アンテナ装置において、前記複数の受信地域は日本列島の各地域からなり、前記給電部による受信時のアンテナ利得としてメインローブに対する第１サイドローブの利得差が、前記日本列島の各地域のいずれにおいても３０ｄＢ以上であることを特徴とする。例えば、当該日本各地で用いたときに、同一設計で等しい性能が得られるように設計される。
【００１６】
また、本発明の受信アンテナ装置において、前記給電部による受信時のアンテナ利得として全てのサイドローブの利得マージンが、ＩＴＵ−Ｒの勧告で規定される参照パターンに対して５ｄＢ以上であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の受信アンテナ装置において、前記給電部による受信時のアンテナ利得として第１サイドローブの利得マージンが、ＩＴＵ−Ｒの勧告で規定される参照パターンに対して６ｄＢ以上であることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の鏡面修整反射鏡の製造方法は、受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する受信アンテナ装置における鏡面修整反射鏡の製造方法であって、給電部及び一定の曲率を有するパラボラ面の反射鏡を予め定めた配置位置に設定するステップと、複数の受信地域を設定するステップと、受信対象の静止衛星を決定するステップと、当該複数の地域から見た静止軌道を算出するステップと、当該複数の地域から見た静止軌道で定まる座標領域を算出して利得拘束点を配置するステップと、前記利得拘束点に対して干渉波を低減するための所定の利得制限値と、メインローブに関するピーク利得値を設定するステップと、当該設定した利得拘束点における利得制限値及びメインローブに関するピーク利得値を満たすよう前記反射鏡の鏡面形状を修整して鏡面修整反射鏡の鏡面形状パターンを決定するステップと、前記鏡面形状パターンを基に、前記鏡面修整反射鏡を成形するステップと、を含むことを特徴とする。例えば、本発明に係る鏡面修整反射鏡は、当該日本各地で用いたときに、同一設計で等しい性能が得られるように設計することも可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、静止衛星からの干渉波を低減し、目的の衛星通信又は衛星放送の電波の受信品質を向上させることができる。また、本発明によれば、日本各地において、同一設計の受信アンテナ装置で上記効果を得ることができ、さらには降雨による遮断時間を低減することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、反射鏡面の形状のみで特性が決まるため、調整箇所がなく、量産が可能である。さらに、開口径を大きくせずに干渉波を低減できるので、省スペース化、低コスト化に役立つことになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による一実施形態の衛星通信又は衛星放送の受信アンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明による一実施例の鏡面修整反射鏡の製造方法を示す図である。
【図３】地上の受信点から見た静止軌道を示すとともに、座標の定義を示す図である。
【図４】東経１１０度赤道上空に位置する静止衛星に関して、日本各地の受信アンテナ装置から見た静止軌道を例示する図である。
【図５】本発明による一実施例の鏡面修整反射鏡の製造方法に関して、静止軌道を覆うように配置した利得拘束点を示す図である。
【図６】本発明による一実施例の鏡面修整反射鏡の製造方法に関して、東経１１０度赤道上空に位置する静止衛星に対する鏡面修整反射鏡を形成したときの鏡面形状（パラボラ面からの修整量）を示す図である。
【図７】本発明に係る受信アンテナ装置のアンテナ利得特性（放射パターン）をＢＯ.１９００に対する差（本発明に係る受信アンテナ装置１０の利得[ｄＢｉ]−ＢＯ.１９００の規定値[ｄＢｉ]）として示した図である。
【図８】図７におけるＸ軸から３０度回転した面ＡＡ’にて、本発明に係る受信アンテナ装置のアンテナ利得について、従来からのオフセット反射鏡の受信アンテナ並びにＢＯ.１９００の規定値と比較した図である。
【図９】従来技術から想定される、メインローブ以外の全ての領域に利得拘束点を配置して鏡面修整を試みた際のアンテナ利得について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の受信アンテナ装置及び鏡面修整反射鏡の製造方法について説明する。
【００２３】
〔受信アンテナ装置〕
図１に、本発明による一実施形態の受信アンテナ装置１０の構成を示す。本実施形態の受信アンテナ装置１０は、受信対象の静止衛星から放射される衛星通信又は衛星放送の放射電力を受信する装置であり、鏡面修整反射鏡１１と、給電部１２とを備える。本発明に係る鏡面修整反射鏡１１は、詳細に後述する製造方法により修整基準のパラボラ面から形状が予め修整された滑らかな面を有する。尚、給電部１２は、既存の受信アンテナと同様の構成を有する。図１において、代表的に、受信する放射電力に対する鏡面修整反射鏡１１のアンテナ径Ｄを４５ｃｍとし、給電部１２へと受信電波を集める際の焦点距離Ｆに対するＦ／Ｄ比を０．４７とした例を示しているが、これらの数値に限定する必要はない。
【００２４】
本発明に係る鏡面修整反射鏡１１は、一定の曲率を有するパラボラ面にて受信対象の静止衛星に対して日本各地から見た静止軌道で定まる座標領域（つまり、静止軌道を覆う領域）を算出して利得拘束点を配置し、この利得拘束点に対して干渉波を低減するような所望の利得値（例えば、ＢＯ.１９００の参照パターンで規定された利得値から１０ｄＢ低い値）を与えて当該パラボラ面の鏡面形状を修整することにより形成されたものである。
【００２５】
（鏡面修整反射鏡の製造方法）
続いて、図２を参照して、本発明に係る鏡面修整反射鏡による主鏡１１の製造方法について説明する。図２は、本発明による一実施例の鏡面修整反射鏡の製造方法を示す図である。以下に説明する鏡面修整反射鏡の設計手順は、コンピュータを用いて形状演算を実行することができ、設計した鏡面修整反射鏡の鏡面形状パターンを基に、成形型を利用して鏡面修整反射鏡を成形することや修整基準のパラボラ面を有する実際の反射鏡から削り出し等の形状修整を行って鏡面修整反射鏡を成形することもできる。
【００２６】
まず、給電部１２及び反射鏡１１を予め定めた配置位置（例えば、図１に示した値）に設定する（ステップＳ１）。反射鏡の開口径に制約はないが、例えば、図１に示すアンテナ構成について、反射鏡１１について鏡面修整反射鏡を設計する。この時点では、反射鏡１１の鏡面形状を一定の曲率を有するパラボラ面とし、以下の手順で鏡面形状を修整して滑らかな面とした鏡面修整反射鏡を形成する。
【００２７】
次に、複数の受信地域からなる受信地領域（例えば、日本列島の各地域）を設定する（ステップＳ２）。
【００２８】
次に、受信対象の静止衛星を決定する（ステップＳ３）。受信対象の静止衛星を決定することにより、その静止軌道も定まることになる。図３に、地上の受信点から見た静止軌道を示すとともに、座標の定義を示している。例えば、現在の静止衛星は、衛星種別に応じて、東経１１０度、東経１２４度、東経１２８度、東経１４４度などを軌道位置として定められている。
【００２９】
次に、当該受信地領域における各地域から見た静止軌道を算出する（ステップＳ４）。受信する静止衛星の軌道に制約はないが、例えば、東経１１０度赤道上空に位置する静止衛星に日本各地の受信アンテナ装置１０を向けると、日本各地の受信アンテナ装置１０から見た静止軌道は図４のようになる。図４に示すように、受信点の位置により、見かけの静止軌道も異なることが分かる。尚、静止軌道は衛星種別に応じて異なるものの、静止衛星によってそれぞれ定まる静止軌道を有することに留意する。
【００３０】
次に、当該各地域から見た静止軌道で定まる範囲内、即ち一定の曲率を有するパラボラ面にて受信対象の静止衛星に対して日本各地から見た静止軌道で定まる座標領域（つまり、静止軌道を覆う領域）を算出して利得拘束点を配置する（ステップＳ５）。即ち、鏡面修整反射鏡の設計には、利得の目標値を設定する拘束点（利得拘束点）が必要である。そこで、図５に示すように、図４に示す静止軌道を覆う領域に利得拘束点を配置する。ここで、原点（Ｘ＝０,Ｙ＝０）付近（例えば、原点から±０．０５の座標範囲）はメインビームの領域なので、ピーク利得を決定するための拘束点のみ原点に配置するのが好適である。
【００３１】
次に、利得拘束点における利得制限値（例えば、ＢＯ.１９００の参照パターンで規定されたサイドローブ特性に関する利得値から１０ｄＢ低い値）を設定し、メインローブに関するピーク利得値（開口効率として６０％〜７０％を維持し、例えば開口効率６５％に相当する３８．３ｄＢｉ）を設定する（ステップＳ６）。例えば、受信周波数を２１ＧＨｚ帯（２１．４ＧＨｚ〜２２．０ＧＨｚ）とすると、衛星放送受信アンテナの参照パターンはＩＴＵ−Ｒの勧告としてＢＯ.１９００の参照パターンで規定されている。
【００３２】
次に、設定した利得拘束点における利得制限値と、メインローブに関するピーク利得値を満たすよう反射鏡１１の鏡面形状を修整して鏡面修整反射鏡の鏡面形状パターンを決定する（ステップＳ７）。例えば、設定した目標利得の値を達成するように、パラボラ面からＭｉｎＭａｘ法、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）、又は最急降下法などの最適化技法を用いて鏡面形状を修整し、滑らかな面を形成する。したがって、コンピュータを用いて鏡面形状パターンを自動演算するように構成することができる。
【００３３】
上記の手順で設計した鏡面形状パターンを基に、鏡面修整反射鏡１１を成形する。例えば、東経１１０度赤道上空に位置する静止衛星に対する鏡面修整反射鏡１１を形成すると、この鏡面形状（パラボラ面からの修整量）は図６に示すようになる。また、図７は、本発明に係る受信アンテナ装置１０のアンテナ利得特性（放射パターン）をＢＯ.１９００に対する差（本発明に係る受信アンテナ装置１０の利得[ｄＢｉ]−ＢＯ.１９００の規定値[ｄＢｉ]）として示した図である。図７において、本発明に係る受信アンテナ装置１０のアンテナ利得特性（放射パターン）とＢＯ.１９００とを比較すると、静止軌道に対応した領域で、本発明に係る受信アンテナ装置１０のアンテナ利得特性（放射パターン）は、ＢＯ.１９００の規定値に対して全てのサイドロープ特性として１０ｄＢ低いものとなっていることが分かる。
【００３４】
さらに、図７におけるＸ軸から３０度回転した面ＡＡ’（以下、３０度面と称する）にて、本発明に係る受信アンテナ装置１０のアンテナ利得について、従来からのオフセット反射鏡の受信アンテナ並びにＢＯ.１９００の規定値と比較したものを図８に示す。ピーク利得は３８．３ｄＢｉ（開口効率は６５％）である。参照パターンからのマージンは、オフセット反射鏡の受信アンテナと比較しても６ｄＢ程度大きいことが分かる。さらに、第１サイドロープの利得マージンが、オフセット反射鏡の受信アンテナでは２．５ｄＢ〜３ｄＢ程度しかないが、本発明に係る受信アンテナ装置１０では１０ｄＢ以上となっていること分かる。すなわち、本実施形態の受信アンテナ装置１０によれば、日本列島の各地域のいずれにおいても給電部１２による受信時のアンテナ利得としてメインローブに対する第１サイドローブの利得差が３０ｄＢ以上となり、日本列島の各地域のいずれにおいても全てのサイドローブの利得マージンがＢＯ.１９００の参照パターンの規定値に対して５ｄＢ以上となり、日本列島の各地域のいずれにおいても第１サイドローブの利得マージンがＢＯ.１９００の参照パターンの規定値に対して６ｄＢ以上となる。
【００３５】
本発明とは異なり、受信アンテナに鏡面修整反射鏡を採用することを鑑みて、開口効率として６０％〜７０％を維持し、且つサイドローブ特性の劣化をより低減するように単にメインローブ以外の全ての領域に利得拘束点を配置して一定の曲率を有するパラボラ面から鏡面修整を試みることが従来技術から想定される。この例として、メインローブ以外の全ての領域に利得拘束点を配置して鏡面修整を試みた際のアンテナ利得について図９に示す。図９に示すように、メインローブ以外の全ての領域に利得拘束点を配置して鏡面修整を試みた場合、オフセット反射鏡と比較して、±３°と±５°のサイドローブ特性に多少のマージンが確保されるものの、ほぼ同程度の特性しか得られずＢＯ.１９００からのマージンは５ｄＢ未満の値で限界値となることが分かる。
【００３６】
このように設計又は製造された鏡面修整反射鏡１１により受信アンテナ装置１０を構成することにより、静止衛星からの干渉波を低減し、目的の衛星放送波の受信品質を向上させることができるようになる。また、日本各地のいずれの受信点においても等しく干渉波を低減する鏡面修整反射鏡１１を有する受信アンテナ装置１０を構成することができる。
【００３７】
上述では、特定の実施形態についてのみを説明したが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、受信周波数や静止衛星は、上述のものに限定する必要はない。また、受信アンテナ装置１０の開口径について制約を設ける必要はない。さらに、受信対象の偏波は直線偏波、円偏波のいずれでもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば静止衛星からの干渉波を低減し、目的の衛星通信又は衛星放送の電波の受信品質を向上させることができるので、衛星通信又は衛星放送の受信アンテナ装置に有用である。例えば、将来スーパーハイビジョン放送に有望な２１ＧＨｚ帯（２１．４ＧＨｚ〜２２．０ＧＨｚ）衛星放送システムに本発明に係る受信アンテナ装置を採用すれば、他衛星からの干渉波を低減して受信品質を向上させることができ、さらには降雨による遮断時間を低減することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  受信アンテナ装置
１１  鏡面修整反射鏡
１２  給電部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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