(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置に形成されており、対向している一対の第１，第２の辺と、該一対の辺とは形状が異なる、対向している他の一対の第３，第４の辺とを有する矩形リング状金属膜と、
前記矩形リング状金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、
前記矩形リング状金属膜の対向し合う一対の第１，第２の辺に対して、他の対向する一対の第３，第４の辺の一方の辺側に寄せられた位置で結合されている入出力結合回路とを備えており、前記矩形リング状金属膜において、前記第１，第２の辺を結ぶ方向に伝播する第１の共振モードと、前記第３，第４の辺を結ぶ方向に伝播する第２の共振モードとが生じており、かつ、これらが結合していることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項２】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置に形成されており、２つの共振モードが結合されるように、一端から他端に対して線幅が細くなる形状の４辺を有する、菱形リング状金属膜と、
前記菱形リング状金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、
前記菱形リング状金属膜に結合されており、４辺のうちの２辺の途中の位置において結合されている入出力結合回路とを備えることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波〜ミリ波帯の通信機において帯域フィルタとして用いられるデュアルモード・バンドパスフィルタの帯域幅調整方法及び該デュアルモード・バンドパスフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波領域で用いられるバンドパスフィルタとして、デュアルモード・バンドパスフィルタが種々提案されている（ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ  ＤＵＡＬ  ＭＯＤＥ  ＭＩＣＲＯＳＴＲＩＰ  ＦＩＬＴＥＲＳ，  Ｊ．Ａ．  Ｃｕｒｔｉｓ  ａｎｄ  Ｓ．Ｊ．  Ｆｉｅｄｚｉｕｓｚｋｏ，  １９９１  ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｄｉｇｅｓｔなど）。
【０００３】
図１３及び図１４は、従来のデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための各模式的平面図である。
図１３に示すバンドパスフィルタ２００では、誘電体基板（図示せず）上に円形の導電膜２０１が形成されている。この導電膜２０１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２０２及び入出力結合回路２０３が結合されている。そして、上記入出力結合回路２０３が配置されている部分に対して中心角４５°の角度をなす位置に、先端開放スタブ２０４が形成されている。これによって共振周波数が異なる２つの共振モードが結合され、バンドパスフィルタ２００は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作するように構成されている。
【０００４】
また、図１４に示すデュアルモード・バンドパスフィルタ２１０では、誘電体基板上に略正方形の導電膜２１１が形成されている。この導電膜２１１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２１２，２１３が結合されている。また、入出力結合回路２１３に対して１３５°の位置のコーナー部が欠落されている。欠落部分２１１ａを設けることにより、２つの共振モードの共振周波数が異ならされており、該２つのモードの共振が結合されて、バンドパスフィルタ２１０は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作する。
【０００５】
他方、円形の導電膜に代えて、円環状の導電膜を用いたデュアルモードフィルタも提案されている（特開平９−１３９６１２号公報、特開平９−１６２６１０号公報など）。すなわち、円環状のリング伝送路を用い、図１３に示したデュアルモード・バンドパスフィルタと同様に、中心角９０°の角度をなすように入出力結合回路を配置し、かつリング状伝送路の一部に先端開放スタブを設けてなるデュアルモードフィルタが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１３及び図１４に示した従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、１つの導電膜パターンを形成することにより２段のバンドパスフィルタを構成することができ、従ってバンドパスフィルタの小型化を図り得る。
【０００７】
しかしながら、円形や正方形の導電膜パターンにおいて、上記特定の角度を隔てて入出力結合回路を結合する構成を有するため、結合度を大きくすることができず、広い通過帯域を得ることができないという欠点があった。
【０００８】
また、図１３に示されているバンドパスフィルタでは、導電膜２０１が円形であり、図１４に示すバンドパスフィルタでは、導電膜２１１がほぼ正方形と形状が限定されている。従って、設計の自由度が低いという問題もあった。
【０００９】
また、上記バンドパスフィルタでは、円形や正方形の導電膜の寸法などにより周波数帯域が決定され、帯域を調整することが困難であった。
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、小型化を図ることができ、小型化・広帯域化を図ることができ、設計の自由度に優れたデュアルモード・バンドパスフィルタの帯域幅調整方法及び該デュアルモード・バンドパスフィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置に形成されており、対向している一対の第１，第２の辺と、該一対の辺とは形状が異なる、対向している他の一対の第３，第４の辺とを有する矩形リング状金属膜と、前記矩形リング状金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、前記矩形リング状金属膜の対向し合う一対の第１，第２の辺に対して、他の対向する一対の第３，第４の辺の一方の辺側に寄せられた位置で結合されている入出力結合回路とを備えており、前記矩形リング状金属膜において、前記第１，第２の辺を結ぶ方向に伝播する第１の共振モードと、前記第３，第４の辺を結ぶ方向に伝播する第２の共振モードとが生じており、かつ、これらが結合していることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタである。
【００１１】
第２の発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置に形成されており、２つの共振モードが結合されるように、一端から他端に対して線幅が細くなる形状の４辺を有する、菱形リング状金属膜と、前記菱形リング状金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、前記菱形リング状金属膜に結合されており、４辺のうちの２辺の途中の位置において結合されている入出力結合回路とを備えることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための斜視図であり、図２はその要部を模式的に示す平面図である。
デュアルモード・バンドパスフィルタ１は、矩形板状の誘電体基板２を有する。誘電体基板２は、本実施例では、非誘電率Εｒ＝６．２７のＢａ，Ａｌ，Ｓｉの酸化物を主成分とするセラミック材により構成されている。もっとも、本実施例及び以下の実施例において、誘電体基板２を構成する誘電体材料については、フッ素樹脂のような合成樹脂やＢＡＳ材等の適宜の誘電体材料を用いることができる。
【００１４】
誘電体基板２の厚みは特に限定されないが、本実施例では、３００μｍとされている。
誘電体基板２の上面２ａには、共振器を構成するために、矩形リング状金属膜３が形成されている。矩形リング状金属膜３は、誘電体基板２の上面２ａにおいて部分的に形成されており、かつ本実施例では、外形が２．０×２．０ｍｍの正方形の形状を有し、金属膜の線幅が、一対の対向する２辺３ａ，３ｂと互いに対向し合っている他の対の２辺３ｃ，３ｄとで異なっている。すなわち、辺３ａ、３ｂにおける線幅は、２００μｍとされており、辺３ｃ，３ｄに沿う部分の線幅は、１００μｍとされている。なお、線幅とは、矩形リング状の金属膜３における各辺に沿う金属膜部分の幅方向寸法をいうものとする。
【００１５】
本実施例では、辺３ａ、３ｂにおける線幅が２００μｍ、辺３ｃ，３ｄに沿う部分における線幅が１００μｍとされているが、これは、これらの辺３ａ，３ｂと、３ｃ，３ｄの線幅を変えることにより、金属膜３に生じる２つの共振モードを結合させるためである。言い換えれば、共振器を構成するための矩形リング状金属膜３に生じる２つの共振モードが結合して、バンドパスフィルタを構成するように、上記辺３ａ，３ｂに沿う部分における線幅と、辺３ｃ，３ｄに沿う部分における線幅とが選択されている。この点については、具体的な実験データに基づき後述する。
【００１６】
他方、誘電体基板２の下面には、全面にグラウンド電極４が形成されている。上記金属膜３には、所定のギャップを隔てて、入出力結合回路５，６が配置されている。本実施例では、入出力結合回路５，６は、特に詳細は図示しないが、誘電体基板２の上面において、金属膜３の一対の辺３ｃ，３ｄと所定のギャップを隔てて配置された金属膜により構成されている。すなわち、入出力結合回路５，６は、金属膜３に容量結合されている。なお入出力結合回路５，６の結合点は、辺３ｃ，３ｄの辺３ａ他端部から５０μｍの位置にある。
【００１７】
本実施例では、入出力結合回路５，６の一方とグラウンド電極４との間に入力電圧を印可することにより、入出力結合回路５，６の他方とグラウンド電極４との間で出力が取り出される。この場合、矩形リング状金属膜３が上記の形状を有するため、共振器を構成している矩形リング状金属膜３において発生する２つのモードの共振が結合されてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作する。
【００１８】
図３は、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１の周波数特性を示す図である。図３において、実線Ａは反射特性を、破線Ｂは通過特性を示す。図３から明らかなように、本実施例によれば、矢印Ｃで示す帯域が通過帯域であるバンドパスフィルタの構成されていることがわかる。
【００１９】
すなわち、矩形リング状金属膜３が上記のように構成されているので、２つのモードの共振が結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性を得ることができる。これは、入力電圧が印可された場合、矩形リング状金属膜３において、辺３ａ，３ｂを結ぶ方向に伝搬するモードと、辺３ｃ、３ｄを結ぶ方向に伝搬するモードの共振が生じるが、本実施例では、上記辺３ａ，３ｂに沿う部分の線幅と、辺３ｃ，３ｄに沿う部分の線幅とが、これら２つのモードの共振を結合するように選択されている。言い換えれば、矩形リング状金属膜３の辺３ａ，３ｂに沿う方向において、インダクタンスＬが装荷され、上記２つのモードの共振のうち、一方のモードの共振電流の流れる部分が狭くなり、該モードの共振周波数が２つのモードの共振が結合するように移動されていることによる。従って、帯域幅Ｃは、上記インダクタンスＬの装荷量により調整することができる。
【００２０】
上記のように、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、矩形リング状金属膜３の線幅を、辺３ａ，３ｂに沿う部分と辺３ｃ，３ｄに沿う部分とで２つのモードの共振が結合するように調整することにより、容易にバンドパスフィルタとしての特性を得ることができる。しかも、上記線幅の寸法の調整により、帯域幅Ｃを容易に調整することがきる。
【００２１】
また、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、図３に示した周波数特性における減衰極Ｄを移動させるには、入出力結合回路５，６の結合位置を変化させればよい。図４は、入出力結合回路５，６の結合位置を変化させた場合の周波数特性を示す。図４において、一点鎖線Ｅ及び実線Ｆが、入出力結合回路の結合点を上記実施例から辺３ｃ，３ｄ上において、辺３ｃ，３ｄに沿う方向に４００μｍ上の方に移動させた場合の反射特性及び通過特性を示す。比較のために、二点鎖線Ｇ及び破線Ｈで図３に示した反射特性及び通過特性を表す。
【００２２】
図４から明らかなように、入出力結合回路５，６の結合点の位置を変化させることにより、帯域幅及び中心周波数を容易に調整し得ることがわかる。
また、図５は、辺３ａ，３ｂに沿う部分の線幅は、上記実施例と同様とし、辺３ｃ，３ｄに沿う部分の線幅を８０μｍ、１００μｍ（図３実施例に同じ）及び１２０μｍとした場合の反射特性及び通過特性をそれぞれ示す。
【００２３】
図５から明らかなように、線幅を変更することにより、帯域幅を容易に調整し得ることがわかる。
図６は、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの矩形リング状金属膜３の縦横比を変化させた場合の周波数特性の変化を示す。図６には、金属膜３において、辺３ａ，３ｂの長さを２ｍｍに固定し、辺３ｃ，３ｄの長さを１．４ｍｍ、１．７ｍｍ及び２．０ｍｍとした場合の反射特性及び通過特性が示されている。なお、辺３ａ，３ｂに沿う部分の線幅は２００μｍ、辺３ｃ，３ｄに沿う部分の線幅は２００μｍとされている。
【００２４】
図６から明らかなように、矩形リング状金属膜の縦横比を近づけた場合、すなわち第１の実施例のように正方形のリング状金属膜を用いた場合、２つのモードの共振周波数が徐々に近づくことがわかる。言い換えれば、第１の実施例のように、線幅及び形状を変化させることにより、インダクタンス装荷作用を利用して、デュアルモード・バンドパスフィルタの構成されていることが、図６に示す特性の変化により裏付けられることがわかる。
【００２５】
上記のように、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１では、矩形リング状金属膜３において、線幅の寸法を調整することにより、帯域幅を容易に調整でき、かつ入出力結合点の位置を変更することにより、減衰極の周波数を容易に調整することができる。
【００２６】
従って、設計の自由度に優れたバンドパスフィルタを構成することができる。加えて、入出力結合回路５，６の金属膜３に対する結合点の位置は、必ずしも金属膜３の中心に対して９０°の角度をなすように配置される必要はない。
【００２７】
図７は、本発明の第２の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図である。第２の実施例では、矩形リング状金属膜の形状が異なることを除いては、第１のデュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様に構成されている。すなわち、第２の実施例では、矩形リング状金属膜１３の一対の辺１３ａ，１３ｂと直交している他の組の辺１３ｃ，１３ｄにおいて、相対的に線幅の太い部分１３ｃ１  ，１３ｄ１  と、相対的に線幅の細い部分１３ｃ２  ，１３ｄ２  とが設けられている。より具体的には、辺１３ａ〜１３ｄの長さは２．０ｍｍとされており、辺１３ａ，１３ｂに沿う部分の線幅は２００μｍとされており、辺１３ｃ，１３ｄに沿う部分においては、相対的に線幅の太い部分１３ｃ１  ，１３ｄ１  の線幅が２００μｍ、線幅の細い部分１３ｃ２  ，１３ｄ２  における線幅が５０μｍとされている。また、相対的に幅の狭い部分１３ｃ１  ，１３ｄ１  の長さは６００μｍ、線幅の細い部分１３ｃ２  ，１３ｄ２  の長さは１０００μｍとされている。
【００２８】
本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１１の周波数特性を図８に示す。図８において、破線は反射特性を、実線は通過特性を示す。
第２の実施例から明らかなように、本発明において矩形リング状金属膜の線幅を変化させる場合、辺の１部を部分的に細くし、相対的に線幅の太い部分１３ｃ１  ，１３ｄ１  と、相対的に線幅の細い部分１３ｃ２  ，１３ｄ２  とを形成することによっても、バンドパスフィルタとしての特性を得ることができる。言い換えれば、本発明において矩形リング状金属膜に生じる２つのモードの共振を結合させ得る限り、矩形リング状金属膜における線幅及び形状は、様々な形態で変形することができる。
【００２９】
図９は、本発明の第３の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図である。第３の実施例では、矩形リング状金属膜２３の辺２３ｃ，２３ｄの一部に、凹部２３ｅ，２３ｆが形成されている。辺２３ａ，２３ｂに沿う部分の線幅と、辺２３ｃ，２３ｄに沿う部分の線幅は等しく、２００μｍとされている。
【００３０】
本実施例では、凹部２３ｅ，２３ｆを設けることにより、辺２３ｃ，２３ｄを結ぶ方向に伝搬する共振の共振電流が制限され、それによって２つのモードの共振が結合されて、バンドパスフィルタとしての特性が得られる。図１０は、第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。破線は反射特性を、実線は通過特性を示す。特性は、凹部２３ｅ，２３ｆの幅Ｘ（図１０参照）を４００μｍ、深さＹ７００μｍとした場合の特性である。
【００３１】
図１０から明らかなように、第３の実施例においても、２つのモードの共振が結合され、バンドパスフィルタとしての特性の得られていることがわかる。
図１１は、本発明の第４の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図である。
【００３２】
第４のデュアルモード・バンドパスフィルタ３１では、矩形リング状金属膜にかえて、外形が菱形の形状を有する金属膜３３が設けられている。その他の構成については、第１の実施例でのデュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様とされている。
【００３３】
本実施例では、菱形リング状金属膜３３の辺３３ａ，３３ｂの一部に、入出力結合回路５，６が所定のギャップを隔てて容量結合されている。また、辺３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの線幅は、図１１において横方向両端に位置する頂点３３ｅ，３３ｆに向かうにつれ細くなるように傾斜されている。このように、辺３３ａ〜３３ｄに沿う部分の線幅を傾斜させることにより、２つのモードの共振が結合されて、バンドパスフィルタとしての特性が得られる。
【００３４】
上記線幅の傾斜は、頂点３３ｅ，３３ｆを伝搬する方向のモードの共振と、他の２つの頂点３３ｇ，３３ｈを結ぶ方向に伝搬する共振とを結合するように選ばれている。
【００３５】
図１２は、第４の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図であり、破線は反射特性を、実線は通過特性を示す。
なお、図１２に示した特性は、菱形リング状金属膜３３として、頂点３３ｅ，３３ｆを結ぶ方向の寸法が２．４ｍｍ、頂点を３３ｇ，３３ｈを結ぶ方向の寸法が２．４ｍｍであって、頂点３３ｅ，３３ｆにおいて線幅が１００μｍ  、頂点３３ｇ，３３ｈにおいて、線幅が２００μｍとなるように構成されている場合の特性を示す。
【００３６】
図１２から明らかなように、本実施例おいても、２つのモードの共振が結合されて、バンドパスフィルタとしての特性の得られることがわかる。
また、第１の実施例と同様に、第４の実施例においても、上記菱形リング状金属膜３３の線幅及び形状を変化させて、２つのモードの共振を結合させるものであるため、入出力結合回路５，６の結合点の位置をずらせることにより減衰極の周波数を調整することができ、かつ線幅や形状を変化させることにより帯域幅を容易に調整することができる。また、入出力結合回路５，６は、必ずしも、金属膜３３の中心に対して中心角９０°をなすように配置される必要はない。したがって、第１の実施例と同様にデュアルモード・バンドパスフィルタの設計の自由度を大幅に高め得る。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタでは、矩形リング状金属膜の結合している一対の第１，第２の辺と、該一対の辺とは異なる他の一対の第３，第４の辺との形状が異ならされて、第１，第２の辺を結ぶ方向に伝播する第１の共振モードと、第３，第４の辺を結ぶ方向に伝播する第２の共振モードが結合されているため、入出力結合回路から入力電圧を印可した場合、矩形リング状金属膜に生じた第１，第２の２つの共振モードが結合されて、バンドパスフィルタとしての特性を得ることができる。この場合、入出力結合回路の結合点の位置を調整することにより減衰極を容易に調整することができ、かつ矩形リング状金属膜における線幅や形状を調整することにより、帯域幅を容易に調整することができる。また、入出力結合回路の金属膜に対する結合点の位置が、特定の位置に限定されない。
【００３８】
したがって、所望とする帯域幅及び周波数特性を容易に実現でき、かつデュアルモード・バンドパスフィルタの設計の自由度を大幅に高めることができる。
第２の発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタでは、菱形リング状金属膜の４辺が、それぞれ、一端から他端に向かって幅が細くなるような形状とされ、かつ入出力結合点が、菱形の辺の途中の位置とされているため、共振子を構成している菱形リング状金属膜において生じる２つの共振モードが結合され、入出力結合回路から入力電圧を印可した場合、菱形リング状金属膜に生じた２つの共振モードが結合されて、バンドパスフィルタとしての特性を得ることができる。この場合、入出力結合回路の結合点の位置を調整することにより減衰極を容易に調整することができ、かつ菱形リング状金属膜における線幅や形状を調整することにより、帯域幅を容易に調整することができる。また、入出力結合回路の金属膜に対する結合点の位置が、特定の位置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの外観を示す斜視図。
【図２】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図３】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図４】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて、入出力結合回路の結合点を変更した場合の周波数特性の変化を示す図。
【図５】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて、矩形リング状金属膜の線幅を変化させた場合の周波数特性の変化を示す図。
【図６】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて、一対の辺に沿う部分の線幅を変更した場合の周波数特性の変化を示す図。
【図７】第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図８】第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図９】第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１０】第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１１】第４の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１２】第４の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１３】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの一例を説明するための模式的平面図。
【図１４】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の例を説明するための模式的平面図。
【符号の説明】
１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２…誘電体基板
２ａ…上面
２ｂ…下面
３…矩形リング状金属膜
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…辺
４…グラウンド電極
５，６…入出力結合回路
１１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１３…矩形リング状金属膜
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…辺
１３ｃ１  ，１３ｄ１  …線幅が相対的に太い部分
１３ｃ２  ，１３ｄ２  …線幅が相対的に狭い部分
２１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２３…矩形リング状金属膜
２３ａ〜２３ｄ…辺
２３ｅ，２３ｆ…凹部
３１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
３３…菱形リング状金属膜
３３ａ〜３３ｄ…辺
３３ｅ〜３３ｈ…頂点
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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