(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点領域を有する反射器アンテナシステムのための装置であって、
前記反射器アンテナシステムによって受け取られる電磁場を、分離されたビームに対応する複数の部分に分割し、複数の検出器による検出のために複数の前記部分の方向を変える１つ以上のブレードを備え、
１以上の前記ブレードそれぞれが、縁部で交わる第一及び第二表面を備え、
少なくとも１つの前記ブレードの前記縁部が、前記電磁場の空間分布にしたがって、前記電磁場のうち前記第一表面に入射する第一部分を第一方向に変えると共に、前記電磁場のうち前記第二表面に入射する第二部分を前記第一方向とは異なる第二方向に変えることによって、前記電磁場を分割するために、前記反射器アンテナシステムの前記焦点領域に配置されている、装置。
【請求項２】
１以上の前記ブレードのそれぞれが、前記ブレードに入射する位置に基づいた方向に、前記電磁場の一部の方向を変える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電磁場を連続したより小さい部分へと分割するための複数のブレードを備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
１以上の前記ブレードのうちの少なくとも１つが、プリズム状ブレードを備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
１以上の前記ブレードのうちの少なくとも１つが、反射性ブレードを備える、請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記反射性ブレードが、ある角度で接合された２つの反射面を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
２以上のブレードを備え、
２以上の前記ブレードのうちの一方が２つの前記反射面を備え、
２つの前記反射面が、前記電磁場の前記複数の部分を歪ませて２以上の前記ブレードのうちの他方が前記電磁場の前記複数の部分をより効果的に切断するように形成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
２つの前記反射面は、前記電磁場の前記部分に対応する前記ビームの断面を引き延ばすように形成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
２つの前記反射面は、前記電磁場の前記複数の部分のうちの１つを検出器の方へ集光させるように形成されており、
又は、前記装置は、２つ以上のブレードを備え、前記ブレードのうちの一方が２つの前記反射面を備え、２つの前記反射面が、２以上の前記ブレードのうちの他方へ前記電磁場の前記複数の部分のうちの１つを集光させるように形成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
１以上の前記ブレード上へ前記電磁場の前記複数の部分を反射する予歪ミラーを更に備え、
前記予歪ミラーが、密に集められたビームが分離されるように、前記電磁場の前記複数の部分に対応する前記ビームの断面を引き延ばすように構成されている、請求項１〜９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記電磁場の複数の前記部分のうちの少なくとも１つを検出器の上に集光させる集光手段を更に備え、
又は、前記装置は、２つ以上のブレードを備え、前記装置が、前記電磁場の複数の前記部分の１つを２以上の前記ブレードのうちの一方から２以上の前記ブレードのうちの他方上へ集光させる集光手段を更に備える、請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記電磁場の前記複数の部分を集光させる前記集光手段が、前記電磁場の前記複数の部分を円形のビームに再形成させる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記電磁場の複数の前記部分を集光させる前記集光手段が、ミラー及びレンズのうちの少なくとも１つを備える、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
１以上の前記ブレードが複数の金属反射性ブレードを含み、
前記集光手段が、複数の反射性金属ミラーを含み、
複数の前記金属反射性ブレード及び複数の前記反射性金属ミラーが、金属の単一のブロックから切り出される、請求項１１〜１３の何れか一項に記載の装置。
【請求項１５】
それぞれが請求項１〜１４の何れか一項に記載の装置を備える複数のレイヤーと、放射を受光するための開口部と、を備えるデバイスであって、
前記デバイスが、
前記放射の少なくとも１つのパラメータに基づいて入って来る放射を分割する手段と、
前記開口部を通過して前記分割された放射を別々の前記レイヤーに向かせる手段と、
を更に備えるデバイス。
【請求項１６】
前記入って来る放射を分割する手段が、前記放射の周波数または偏光に基づいて前記放射を分割するスプリッタを備える、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の装置又は請求項１５もしくは１６に記載のデバイスと、前記電磁場の方向が変えられた部分及び前記電磁場の再集光された部分を受光する複数のフィードホーンと、を備える反射器アンテナシステム。
【請求項１８】
反射器アンテナシステムであって、
複数のビームを生成する複数のフィードホーンと、
前記ビームの方向を当該反射器アンテナシステムの焦点領域の方へ変えて当該反射器アンテナシステムによる伝送のための一群の密に集められたビームを形成する複数の素子と、
を備え、
複数の前記素子が、第一方向から受けた前記ビームの少なくとも１つの方向を変える第一表面と、第二方向から受けた前記ビームの少なくとも別のものの方向を変える第二表面と、を有し、
前記第一及び第二表面が、当該反射器アンテナシステムの前記焦点領域に配置された縁部で交わる反射器アンテナシステム。
【請求項１９】
複数の前記素子が、複数の入射ビームを反射又は屈折させて一組の隣接するビームを生成するように配置されている素子を備え、
当該反射器アンテナシステムが前記一組の隣接するビームを複数の前記素子の他の素子上へ集光させる集光素子を更に備える、請求項１８に記載の反射器アンテナシステム。
【請求項２０】
複数の前記素子が、複数の反射性ブレード又は複数のプリズム状ブレードを備える、請求項１８又は１９に記載の反射器アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナにおいて受信される電磁場、又はアンテナにより発生されるビームの方向を変えるための装置に関する。限定されることはないが、より詳細には、アンテナシステムで受信される電磁場を別々のビームに対応する複数の部分に分割し、該部分の方向を変えて、該部分がアンテナシステムの焦点領域から離れて検出されるようにする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射器アンテナシステムにおいて、反射器（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）のファーフィールドにおける狭いパターンは、焦点に導かれる。焦点は、単一のフィードホーン又は一群のフィードホーンが、システムからの反射エネルギーを捕えるか、又はサンプリングするために配置されている位置である。異なる位置の電磁場のサンプルをとるために、フィードホーン又は一群のフィードホーンは、アンテナシステムの焦点面において、移動することができ、アンテナ放射をスキャンする。ファーフィールドにおけるビーム位置は、（少ない角度に対する）フィード位置のシフト（ｆｅｅｄ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｈｉｆｔ）に対して名目上は線形関係で移動する。
【０００３】
データ収集時間及び計測器感度を改善するために、１つ以上の可動フィードホーンの代わりに、焦点面において、フィードホーンの静止配列を有することが好ましい。残念なことに、得られた情報の量は、走査されるビームの近さにより制限され、そのため、フィードホーンの寸法によって、次々に制限される。データ通信アプリケーションでは、フィードホーンの寸法は比較的に小さく（直径で１〜２波長）、密に集められたビームは、サンプリングされ得る。しかしながら、放射測定アプリケーションでは、ファーフィールドから長く裾を引くガウスビームのようなビームを生成するためのフィード上の要件は、非常により大きい直径を有するフィードホーンの使用を導く（６〜１０波長）。ホーンが次々に配置されているとき、サンプリングされたビームは、十分に密に集められない。例えば、幾つかのサブミリ波アプリケーションでは、３ｍｍ間隔で離れたビームをサンプリングすることが好ましい。しかしながら、３ｍｍ間隔でフィードホーンを配置することが不可能であるため、フィードホーンの幅は、１０ｍｍでなければならない。
【０００４】
加えて、各フィードホーンは、低雑音増幅器（ＬＮＡｓ）及びミキサーのような信号処理部を備えている。これらの構成要素は、フィードホーンが十分に密に集められたサンプル・ビームと一緒に十分に密に配置されるように、十分に小さくする必要はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、これらの問題に解消することを意図する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、アンテナによって受け取られる電磁場を、分離されたビームに対応する複数の部分に分割し、複数の検出器による検出のために前記複数の部分の方向を変える（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ）１つ以上のブレードを備えるアンテナシステムのための装置が提供される。
【０００７】
前記１つ以上のブレードのそれぞれが、前記ブレード上における電磁場の入射領域に基づいた方向に、前記電磁場の一部の方向を変えることが好ましい。前記ブレードが、第一表面及び第二表面を含み、前記ブレードは、前記第一表面に入射する前記電磁場の一部の方向を第一方向に変えると共に、前記第二表面に入射する前記電磁場の一部の方向を前記第一方向と異なる第二方向に変えることが好ましい。
【０００８】
前記装置が、前記電磁場を連続したより小さい部分へと分割するための複数のブレードを備えることが好ましい。
【０００９】
結果として、本願発明は、ガウスビームを自由空間で切断し又は切り取り、接近しているビームが用いられている典型的なガウスホーンより小さな間隔で分離されることを可能とする。本発明は、フィードホーンが焦点領域から離れて位置することを可能とする。結果として、求められるビームを生成するのに十分に大きなフィードホーンが密に集められたビームをサンプリングするために用いられ得る。
【００１０】
前記１つ以上のブレードが、プリズム状ブレードを備えることが好ましい。前記１つ以上のブレードが、代替的に又は追加的に反射性ブレードを備えることが好ましい。前記反射性ブレードが、ある角度で接合された２つの反射面を備えることが好ましい。
【００１１】
前記１つ以上のブレードが、２つ以上のブレードを備え、前記２つ以上のブレードのうちの一方が前記２つの反射面を備え、前記２つの反射面が、前記電磁場の前記複数の部分を歪ませて前記２つ以上のブレードのうちの他方が前記電磁場の前記複数の部分をより効果的に切断するように形成されていることが好ましい。前記２つの反射面は、前記電磁場の前記部分に対応する前記ビームの断面を引き延ばすように形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記２つの反射面は、前記電磁場の前記複数の部分のうちの１つを検出器の方へ集光させるように形成されていることが好ましい。代替的に又は追加的に、前記装置は、２つ以上のブレードを備え、前記ブレードのうちの一方が前記２つの反射面を備え、前記２つの反射面が、前記２つ以上のブレードのうちの他方へ前記電磁場の前記複数の部分のうちの１つを集光させるように形成されていることが好ましい。前記２つの反射面は、円筒状ミラーを備えることが好ましい。
【００１３】
前記装置は、前記１つ以上のブレード上へ前記電磁場の前記複数の部分を反射する予歪ミラーを更に備え、前記予歪ミラーが、密に集められたビームが分離されるように、前記電磁場の前記複数の部分に対応する前記ビームの断面を引き延ばすように構成されていることが好ましい。
【００１４】
前記１つ以上のブレードは、２つ以上のブレードを備え、前記装置が、前記電磁場の前記複数の部分の１つを前記２つ以上のブレードのうちの一方から前記２つ以上のブレードのうちの他方上へ集光させる集光手段を更に備えることが好ましい。代替的に又は追加的に、前記装置は、前記電磁場の前記複数の部分のうちの少なくとも１つを検出器の上に集光させる集光手段を更に備えることが好ましい。前記電磁場の前記複数の部分を集光させる前記集光手段が、前記電磁場の前記複数の部分を円形のビームに再形成させることが好ましい。前記電磁場の方向が変えられた前記複数の部分を集光させる前記集光手段が、ミラー及び／又はレンズを備えることが好ましい。
【００１５】
一実施形態において、前記１つ以上のブレードが複数の金属反射性ブレードを含み、前記集光手段が、複数の反射性金属ミラーを含み、前記複数の金属反射性ブレード及び前記複数の反射性金属ミラーが、金属の単一のブロックから切り出されることが好ましい。
単一のユニット又は幾つかの分離されたユニットとして前記装置を製造すると、前記電磁場の切断及び検出に要求される構成要素の数を低減させることができ、デザインを機械的により安定させることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、それぞれの層が上述の何れかの装置と放射を受光するための開口部とを有する複数の層を備えるデバイスであって、前記デバイスが、前記放射の少なくとも１つのパラメータに基づいて入って来る放射を複数の部分に分割する手段と、放射の複数の部分のそれぞれの部分を前記開口部を介してそれぞれの層に向かせる手段と、を更に備えるデバイスが提供される。
【００１７】
前記少なくとも１つのパラメータが前記放射の偏光を含むことが好ましい。前記少なくとも１つのパラメータが前記放射の周波数を含むことが好ましい。
【００１８】
また、本発明によれば、上述した装置と、前記電磁場の方向が変えられた部分を受光する複数のフィードホーンと、を備えるアンテナシステムが提供される。
【００１９】
追加的に、本発明によれば、複数のビームを生成する複数のフィードホーンと、前記ビームの方向をアンテナシステムの焦点領域の方へ変えて該アンテナシステムによる伝送のための一群の密に集められたビームを形成する複数の素子と、を備えるアンテナシステムが提供される。
【００２０】
前記複数の素子が、複数の入射ビームを反射又は屈折させて一組の隣接するビームを生成するように配置されている素子を備えることが好ましい。前記アンテナシステムが前記一組の隣接するビームを前記複数の素子の他の素子上へ集光させる集光素子を更に備えることが好ましい。
【００２１】
前記複数の素子が、複数の反射性ブレード又は複数のプリズム状ブレードを備えることが好ましい。以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るビームカッターを備えるアンテナシステムの概要図である。
【図２】図１におけるビームカッターを更に詳細に示す図である。
【図３】ビームカッターの構成要素の変形例を示す図である。
【図４】ビームカッターの他の構成要素の変形例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るビームカッターの一部を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係るビームカッターの一部を示す図である。
【図７】フィールドが図６のビームカッターの構成要素にどのように入射されるかを示す概要図である。
【図８】その（ａ）〜（ｄ）は、図６のビームカッターを通過するビームの形状を示す図である。
【図９】ビームカッターの構成要素の更なる変形例を示す図である。
【図１０】金属の単一ユニットとして設けられているビームカッターを示す図である。
【図１１】図９のビームカッター側面図を示す図である。
【図１２】ビームカッターがどのように積み重なるかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示されているように、反射器アンテナシステムは、入って来る放射を受けて集光させる主反射器（ｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）２及び副反射器３と、システムの焦点領域でニアフィールドを分割するビームカッター４と、付随する処理ユニット６を有する複数のフィードホーン５と、信号処理器７と、コントローラ８と、メモリ９とを備える。反射器アンテナシステムは、例えば、放射測定、電波天文学、又は地球リモートセンシングに用いられることが可能である。この種のアプリケーションにおいて、入って来る放射は、典型的にサブミリ波又はマイクロ波の放射である。放射の周波数は、制限されないが、５０ＧＨｚと３ＴＨｚとの範囲内でありえる。反射器アンテナシステムが、通信システムにおいて、用いられることもできる。
【００２４】
主反射器２は、凹型の放物線状の反射器でもよい。副反射器３は、２つの焦点を有する凸型の双曲線の反射器でもよい。反射器は、入射エネルギーを集束させるため、他の形状であってもよい。主反射器２は、焦点に対して軸対称に平行するすべての入射ビーム又はエネルギーを反射する。その焦点も、副反射器３の２つの焦点のうちの何れか１つであってもよい。副反射器３は、その後主反射器からビームカッター４が位置する第二の焦点に、ビーム又はエネルギーを反射する。
【００２５】
ビームカッター４は、入って来る放射を複数の部分に分割する準光学的装置であり、適切なフィードホーン５が配置された位置にエネルギーをリダイレクト（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）して、必要な走査ビームを形成する。従って、ビームカッターは、反射器のファーフィールドにおいて、走査された放射パターンを生成するために、焦点領域のホーンの線形配列を置き換える。通常、フィードホーンが副反射器の焦点領域に配置されるまで、アンテナのファーフィールドにビームが存在しないことに注意されたい。そのかわりに、ニアフィールドが、ビームを形成するためのポテンシャルをもって焦点に存在する。本発明は、そこに配置されるホーンを使用するよりは、むしろこのフィールドをサンプリングするためにビームカッターを使用する。
【００２６】
ホーン５は、低いサイドローブ（ｓｉｄｅｌｏｂｅｓ）を有する必要なガウスビームのようなビームを生成するために、かなり大きな直径を有する。直径は、６〜１０波長の程度でありえる。２５０ＧＨｚの周波数の信号は、１０ｍｍの直径を意味できる。ホーンは、コルゲート型、又はポット状の階段型ホーンでありえる。各フィードホーンは、付随する処理ユニット６、例えば、信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、高周波信号を低周波信号にする低周波変換するミキサーとを備える。変換信号は、更なる信号処理のために中心信号処理器７に供給される。中央の信号処理器７が単一の構成要素として図１に示されているが、複数の分離された構成要素から成ることができることを理解されたい。コントローラ８は、メモリ９におけるデータの受信及び格納を制御する。コントローラ８は、信号処理器７を制御することもできる。メモリ９は、信号処理器７から又は地上ステーションからデータを受信できる。反射器アンテナシステム１は、受信データを地上ステーションに送信する送信アンテナを更に備えることができる。更に、反射器アンテナシステム１は、指示を地上ステーションから受け入れる別の受信アンテナシステムを備えても良い。
【００２７】
本発明に係るビームカッター４の一実施形態は、図２において、更に詳細に示されている。図２のビームカッター４は、アンテナによって、受け取られる電磁場におけるエネルギーを６つの異なるフィードホーン５ａ―５ｆにより検出される、６つの異なるビームに分割する。ビームカッターは、ニアフィールドをより小さい部分に連続して切断するための複数のフィールド切断素子を備えている。ビームカッター４は、フィールドが切断された後に、フィールドのエネルギーを集束させる複数の別々の集光素子を有することもできる。図２において、フィールド切断素子及び集光素子は同じ平面に集められる。ビームカッターの全ての素子は、ハウジング内に位置できる。フィールド切断素子は、フィールドを同じ情報の２つの複写に分割せず、フィールドを２つの互いに異なる情報に分けることに注目したい。フィールド切断素子は、フィールド切断素子上の入射点の位置に基づいて、フィールドを分割する。同様に、同じ画像の２つの半分が考慮され得る。
【００２８】
図２において、フィールド切断素子は、反射性のブレード１０ａ〜１０ｆの形で設けられており、集光素子は、レンズ１１ａ〜１１ｊの形で設けられている。第一反射性ブレード１０ａは、システムの焦点領域に位置しており、そこは、潜在的ファーフィールドのビームが小さい領域に集光される位置である。第一反射性ブレード１０ａは、ニアフィールドを２つの部分Ａ及びＢに分割する。第一部分Ａは、第一フィールドレンズ１１ａによって、再度集光され、第二ブレード１０ｂによって、部分Ａ１及びＡ２に分割される。部分Ａ１は、第二フィールドレンズ１１ｂによって、再集光されて、ホーン５ａにより検出される。他の部分は、ブレード１０ｃによって、更に分割され、２つの部分Ａ２’及びＡ２”に分割される。２つの部分Ａ２’及びＡ２”はそれぞれ、フィールドレンズ１１ｄ及び１１ｅによって、再集光され、それぞれホーン５ｂ及び５ｃにより検出される。同様に、ニアフィールドＢの第二部分は、フィールドレンズ１１ｆによって、再集光され、第４のブレード１０ｄによって、２つの部分Ｂ１及びＢ２に分割される。１つの部分Ｂ１は、再集光され、ブレード１０ｅによって、２つの部分Ｂ１’及びＢ１”に分割される。２つの部分Ｂ１’及びＢ１”は、フィールドレンズ１１ｉ及び１１ｊによって、再集光されて、ホーン５ｄ及び５ｅにより検出される。他の部分Ｂ２は、レンズ１１ｈによって、再集光され、更に分割されずにホーン５ｆによって、更に検出される。
【００２９】
入射フィールドの角度依存性が、反射器アンテナシステムの焦点において、分布されたフィールドをもたらすことに注目されたい。分布されたフィールドは、第一ブレード１０ａにより切断される。第一ブレードの後に、これらがグループで扱われるか又は単独で扱われるかにかかわらず、反射及びビーム修正は、すべてのビームの角依存を変え、更にビームを分割する。
【００３０】
各ブレード１０ａ〜１０ｅは、２つのミラーのような２つの反射面からなり、放射に対面している端に接している。ブレードの２つの反射面の中で第一反射面（例えば図２において、ブレード１０ａの上側表面）に入射する光は、２つの反射面のうちの第一反射面により反射され、それにより、第一の方向（図２のビームカッター４における上側領域の方へ）に方向変換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）される。ブレードの２つの反射面の中で第二反射面（例えば図２において、ブレード１０ａの下側表面）に入射する光は、２つの反射面のうちの第二反射面により反射され、それにより、第一方向とは異なる第二の方向（図２のビームカッター４における下側領域の方へ）に方向変換される。２つの反射面の間の角度及び入射する放射に対する２つの反射面の方向は、ビームが反射される方向を決定する。結果として生じる分割されたビームは、元フィールドの異なる部分に対応し、従って、元のフィールドにおける異なる情報に対応する。放射は、その端のわずかに前方に又はその端の向こうに集光される。反射面は、無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）伝導材料により形成されている。例えば、ブレードは、アルミニウムを含む金属から形成されていることができるが、これに限定されることはない。更に詳細には、ブレードが、１つの曲がった金属のシート又は金属の固体ブロックで製造されることができる。その表面は、例えば、研磨されることができ、銀で被覆されていることができ、又は金で被覆されていることができる。ブレードは、プラスチック又は他のいかなる適切な材料でできていることができ、反射コーティング層を有することができる。
【００３１】
ブレードの先端（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｄｇｅ）は、過剰な回折を生じないように、及びビームを損なわないように鋭い。例えば、先端は、波長の１／１００、又はおよそ０．０１ｍｍでありえる。ブレードの２つの反射面間の角度θは、１０〜４５度でありえる。しかしながら、正確な角度は用途に依存する。角度は、適切である場合、４５度より大きくてもよい。サブミリ波の用途では、ブレードの各反射面の長さが、２０ｍｍの程度であってもよい。ブレードは、反射エネルギー又は屈折エネルギーが都合よく次のブレード又は集光素子に向けられるように角度づけられる。ブレードは、フィールドを必ずしも２つの等しい部分に切る必要があるというわけではない。例えば、ブレード１０ｂ及び１０ｄが、部分Ａ１及びＢ２が部分Ａ２’、Ａ２”、Ｂ１’及びＢ１”として元のフィールドを同じ比率を含むように切ることができる。
【００３２】
レンズは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなプラスチックでできていてもよい。代替的に、レンズは、ガラスからなることができる。一実施形態において、レンズは、効率を改善するために同心状の溝を有する双曲線の形状を有することができ、それによって、フィールドがレンズを通過する。レンズは、次のブレードの先端周囲の領域又はフィードホーンの焦点領域に、エネルギーを再集光させる。フィードホーンの焦点領域が、ホーン内部に僅かにフィードホーンの開口を越えて位置する。再びフィールドを切る前に、又はフィードホーンにより検出される前に、フィールドを必ずしも再集光させる必要はないことを理解されたい。レンズは、２つのブレードの間に又はブレードの間に配置され、フィードホーンはビームカッターの特定の設計に依存する。
【００３３】
ビーム効率上の問題により、フィードホーン５ａ〜５ｆは、円形のビームを生成するため、円筒状ホーンに概して選択される。しかしながら、楕円ビームを生成する楕円開口を有するコルゲート型ホーン、又は矩形のホーンを有するのも可能であることに注目されたい。フィールドのカットは、ビームの形状をより楕円形状に変える。電磁場は、角度において、延長される成分を有する。フィールドが切られるときに、ブレードの存在によって、防がれるより高い角度成分が若干損失する。従って、結果として生じる形状は、楕円となる。従って、非常に最も近いビームのために形成されるファーフィールドにおけるパターンの品質は、ブレードの近くにおいて劣化する。従って、これらのビームのいくつかは、より良く円筒状ホーンにマッチするために再形成（ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）を必要とする。アナモルフィック（ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ）レンズのような適切な形のレンズを用いることで、ビームは再形成されることができ、品質が改善できる。
【００３４】
図３に関して、フィールド切断素子に対する図２の反射性のブレードの変形例が示されている。この場合、フィールド切断素子は、プリズム状ブレード１２を用いて生成される。プリズムを使用するときに、ビームの分離は、反射によって、よりもむしろ屈折により行われる。エネルギーは、プリズム状ブレード１２上のレンズ１１ａにより集光され、２つのビームに屈折する。プリズムの第一表面に入射するビームは、第一の方向に屈折し、プリズムの第二表面に入射するビームは第二の方向に屈折する。図３に示すように、ビームはプリズムにおいて、交差する。２つのビームの各々はそれぞれ、レンズ１１ｂ、１１ｃによって、ホーン５ａ、５ｂに再度集光される。内面反射は、プリズムおいて発生する場合があり、金属箔（図示せず）は、プリズムの中心線の下側に含まれることができ、ビーム間の隔離を提供する。また、入射光に向かうプリズムの表面の角度は、１０〜４５度でもよい。しかしながら、正確な角度は、用途に依存する。適切である場合、角度は、４５度より大きい場合もある。
【００３５】
図４に関して、集光素子のための図２のレンズの変形例が示されている。本実施例において、集光素子は、フィールドレンズの代わりにミラー１３によって、設けられている。エネルギーは、ブレード１０の上のレンズ１１ａにより集光され、２つのビームに屈折する。各ビームはそれぞれ、ミラー１３ａ、１３ｃによって、ホーン５ａ、５ｂの方へ反射される。示されているように、ミラーを使用するときに、ホーンに供給されるときに、ビームは交差する。ミラーは、制限されないが、磨かれたアルミニウムのような金属で製造されることができる。
【００３６】
ビームカッターの幾つかの実施形態において、フィールド切断素子及び集光素子は、単一の要素として結合されることができる。端に沿って接続される２つの平坦なミラーから形成されるフィールド切断素子の代わりに、２つのミラーは、形づくられたミラーでもよい。接続している端に沿ったミラーの湾曲は小さくて端に沿ってざっと同一の厚みを保つことが好ましく、その結果、接続している端で回折を減らす。フィールド切断素子は、分離されたフィールドを再び集光させ、結果として生じるビームのビームウェストを制御する。従って、フィールド切断素子が、フィールドを分割し、エネルギーを再び集光させる。形づくられたミラーは、例えばミラーの各々のシリンダ軸に平行な線に沿った、鋭い端ブレードに沿って接合された円筒形ミラーでもよい。このようなブレードは、１つの平面において、ビームを再集光させる。また、形づくられたミラーは、楕円又は双曲線の形状或いは最適化ために選択される任意の形状のような他のいかなる円錐曲線に対応する形状をも有することができる。
【００３７】
反射性ブレード１０、プリズム１２、レンズ１１及びミラー１３の組合せは、ビームカッター４を形成するために用いてもよいことを理解されたい。図５において、ニアフィールドの８つの部分を生成するビームカッター４の半分が示されている。ビームカッターは、プリズム状ブレード１２及びフィールドを切るための反射性ブレード１０の両方を備える。ビームカッター４を通過する単一ビームの経路が示されている。入射エネルギーは、ミラー１４によって、第一反射性ブレード１０ａ上へ反射される。第一反射性ブレード１０ａは、フィールドの第一回のレベル分割を行う。第二回のレベル分割は、他の反射性ブレード１０ｂで実行される。他の反射性ブレード１０ｂは、２つのビームの２つのグループを形成する。残りのビームがプリズム状ブレード１２で分割される間に、第一対のビームは、更なる反射性ブレード１０ｃで再分割される。結果として生じるビームは、再集光されてフィードホーン５ａ〜５ｄにより受信される。各々の部分の間で、フィールドは、単純なフィールドレンズ１１ａ〜１１ｇによって、次のブレード又はホーンに再び集光する。ミラーがレンズの代わりに使うことができることを理解されたい。
【００３８】
本発明の幾つかの実施形態において、ビームの分離を改善するためにフィールドを分割する前に、予歪が、フィールドの部分に対応するビームの形状に導入される。ビーム歪みは、図６で示すフィールド経路において、フィールド切断素子１２の前に配置されているオフセットミラー１５により提供されることができる。オフセット予歪（ｏｆｆｓｅｔ  ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）ミラー１５は、ブレードの断面に平行する平面のフィールドを延長するように設計されており、ブレードが過度の散乱なしでより密接にビームに接近させることを可能にすると共に、互いに近いビームを分離する。予歪ミラーでの幾つかの入射角のために、ビームに対応するフィールドの部分の断面は、放射に直面しているブレードの端に平行する長軸を有する、平坦化された楕円に類似する形状に引き延ばされている。予歪ミラー１５が、オフセット円錐断面ミラーであってもよい。ミラーは、例えば、楕円体又は球体の一部の形状を有することができる。
【００３９】
図６において、更に示すように、予歪ミラー１５に対して対応するオフセットパラメータを有する修正ミラー１６は、切られたフィールドを反射するように形成されることができる。第二ミラー１６は、第一ミラー１５により誘導された歪みを修正する。それは、反射ビームを集光させることもできる。例えば、修正ミラー１６は、ホーンにマッチさせるために、ビームの断面を所望の円形形状にすることができる。予歪ミラーによって、導かれたビーム歪みの程度は、フィールドの入射角に依存し、従って、１つのビーム角度から他のビーム角度まで変化する。
【００４０】
図６を更に参照すると、歪曲ミラー１５は、フィールドが高い入射角（表面の法線から間隔をおいて配置される）でミラーに接近するように配置されている。その結果、ミラーの第二焦点領域におけるビーム挙動は、反射器の表面に向けてフィールドの鋭い図形を有するコースティック（ｃａｕｓｔｉｃ）性を有する。ビームの歪みの程度は、ミラー面での反射角に依存する。入射角が大きい程、すなわち、表面に対する法線から離れる程、ビームの歪みは、より大きくなる。予歪ミラー（ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  ｍｉｒｒｏｒ）上の入射ビームがミラー面に対して傾いていると、ビームは、ミラー面の法線で入射するフィールドよりも歪む。換言すれば、入射ビームが、ミラーの第一焦点から離れているミラーに接近する場合、歪みはより大きくなる。
【００４１】
ビームがミラーから離れて進むにつれて、ビーム断面は入射フィールドに対して直交する平面において、細長くなり、フィールド切断素子のブレード１０の端に平行するようになる。ブレード１０は、フィールドが、フィールド及びブレード（両方の線）の共通の幾何形状（ｃｏｍｍｏｎ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を利用するように、線状（コースティック）に延長され位置に配置されることができ、効率的にフィールドを分割する。ビーム形状の歪みによって、フィールドがブレードの後方に通過するより少ないエネルギーで切断されることができ、切断効率が改善される。更に、予歪ミラー１５とそれに続くブレード１０および反射器との間のコースティック（ｃａｕｓｔｉｃ）な領域が、ブレード１０の後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｅｄｇｅｓ）上のビームに関するフィールドを減らし、その結果、ブレード１０のこれらの２つの端の間における還元的な回折効果を減少させる。
【００４２】
図６は、反射性ブレード１０を示しているが、フィールド切断端部はプリズム状ブレード１２でありえる。図６に示すように、ビームのうちの１つは、フィールド切断素子１０によって、他のビームから切り離される一方、他のビームが途中で各々を交差してブレードから修正ミラー１６の方へ反射される。修正ミラーが、歪んだ断面を円形断面に修正する。その後、ビームは、更に反射されることができ、又はホーンへ向けられることができ、又は更なるフィールド切断素子１０、１２（図示せず）によって、更に切断される。図６に示されているブレード１０で切断されるビームは、他の修正ミラー（図示せず）により修正されて、フィードホーンに対する良好な一致を提供する。
【００４３】
図６に示されている画像１〜４のビームの形状は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に関して下で更に詳細に記載されている。
【００４４】
幾つかの実施形態において、図４に関して記載されているように、修正ミラー１６は、フィールド部を集光させるためにミラー１３と結合されることができる。ビームが高い角度で入射するように配置されたオフセット楕円ミラーは、いかなる歪んだビームを修正できると共に、ホーンをフィードするために適切な形状にビームを再集光させることができる。さらに、実施形態によっては、レンズ（図示せず）が、第一オフセットミラーの第一焦点に入射ビームを置くために使うことができる。
【００４５】
図７は、歪んだビームが、どのようにブレード上に入射するか図式的に示している。ビームの断面は、ビームの一方の側面上において、平坦化された楕円の形状を有する。ビームの断面は、ブレード１０の先端に平行する方向において、細長い。ビームの歪みの程度は、ミラー面から離れた反射角に依存し、ミラー面に対して入射ビームが近いほど歪みが大きいので、ブレード縁部の正面から遠いビームであるほど、ブレード縁部の正面に近いビームよりも平坦化されない。図７の若干の範囲において、ビームの歪みは、誇張されている。小さな入射角を有するビームは、図７に示されるビームより歪みが少ない。
【００４６】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、図６のビームカッターにおける予歪ミラー及び修正ミラーの効果のシミュレーション結果を示す。図は、光路における四つの異なるステージで大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの領域におけるビーム強度（整合的な発光）を平方メートル当たりのワット（Ｗ／ｍ２）で示している。ビーム強度範囲は、０〜−５０ｄＢの範囲に対応する。図８（ａ）に示されるように、フィールドは、四つの密に集められたビームとして始まる（図６の画像１）。図８（ｂ）は、四つのビームがフィールド切断素子１０（図６の画像２）から反射されて離れる直前のビームの形状を示す。図８（ｃ）は、三つの残りのビームが切断素子により反射されて修正ミラー（図６の画像３）に向かった直後のビームの形状を示す。切断素子１０の直前及び直後において、ビームは切断されたように見られることができ、ビームのいくつかが垂直形状に歪められている。形状は、予歪ミラー１５上の入射角とフィールド経路における画像の位置とに依存する。図８（ｄ）は、フィールドが修正された後のビームの形状を示す（図６の画像４）。図示されているように、修正の後、軸に最も近いビームは、今はほぼ円形である。他のビームは、軸に沿ったわずかに異なる位置で円形となる。
【００４７】
フィールドをより効果的に切断するために歪みが導入されたビームカッターでは、各フィールド切断素子１０の後に修正ミラーが必要ではないことを理解されたい。ブレードに対するフィールドの方向が満たされている（十分に平行である）場合、フィールドは、修正なしで再び切断されることができる。特定のビームが切断されるとき、フィードホーンの前に修正ミラーが用いられて、フィードホーンにマッチするためにビームを円形状断面に修正する。
【００４８】
図９に示されているように、実施形態によっては、予歪効果、修正効果及び集光効果が、全てブレード自体により提供される。図９は、三つのブレード１０ａ’、１０ｂ’及び１０間において、ホーン５の方に反射された単一ビームを示す。第一ブレード１０ａ’と最後のフレード１０ｂ’の表面は湾曲している。一実施形態において、湾曲は球体の曲率に一致するが、他の形状も可能である。２つ目のブレードは、平面ブレードである。第一ブレード１０’の湾曲した面は、ビームを歪めるように設計されており、最後のブレード１０ｂ’の湾曲した表面は、そのビームに対して対応する修正を提供すると共に、ビームを丸いビームに集光させるように設計されている。平面状の第二のブレード１０は、２つの湾曲ミラーの間において、フィールドを遮断すると共に、再度フィールドを切断するために設けられている。
【００４９】
図９に示されているように、ビームは入射して、第一ブレード１０ａ’により反射される。第一ブレードは、更にフォーカスすると共にビームを歪め、ビームが次のブレードでより容易に切断されることを可能にする。換言すれば、切断及び次のブレードのための予歪は、第一ブレードによって、１つの試行にて実行される。その後に、ビームは、平坦な第二ブレード１０の側から反射され、湾曲された最後のブレード１０ｂ’により修正されると共に再度フォーカスされて、ホーン５に入射される。平面ブレード１０は、図９に示されるビームのための反射器として作用するだけである。結果的に、特定の用途及び入射するフィールドのためには、平面ブレード１０はミラーで代替されることができる。
【００５０】
しかしながら、平面ブレード１０の角度方位とフィールドとが第一湾曲ブレードに入射する位置とによっては、平面ブレードがビーム切断素子として用いられることもできる。同様に、最後湾曲ブレード１０ｂ’は、その角度方位を変えることによって、図９に示されているビームのための反射器として機能できる。湾曲ブレード１０ｂ’が、更にビームを切断するために使うことができる。湾曲ブレードの使用によって、異なるビーム間の回折が最小化されると共に、フィールドがより効率的に切断される。湾曲ブレードの軸から更に離れたビームは、軸により近いビームほど歪められず、それらは、再び同じ技術、すなわち他の湾曲ブレードによって、切断できる。結果的に、実施形態によっては、平面ブレードは、第三湾曲ブレードと置き換えられることが可能である。または、上記したように、最後の湾曲ブレードの角度方位は、更にフィールドを切断するために変更されることができる。湾曲ブレードが両側に異なる曲率を有することができると理解されなければならない。湾曲ブレードが、ブレードの異なる位置に入射するビームの形状における差を補正するために、両側に異なる曲率を有することができる。
【００５１】
例えばアンプ及びミキサーを備える処理ユニット６は、明確化のために、図３、図４、図５、図６及び図９に示されていない。しかしながら、各々のフィードホーンは、様々な信号処理部に接続され得ることを理解されたい。図３〜図６中のブレードの近くに示されている線と面は、反射ブレードに対する入射放射に垂直、及び屈折ブレードに対する入射放射に平行なフィールドの線であり、ブレードの一部ではないことを理解されたい。
【００５２】
図１０及び図１１は、金属ブレードから成るフィールド切断素子１０、１２と、オフセット金属ミラーを含む集光素子とを備える、ビームカッター４の実施形態を例示する。金属ブレード及び金属ミラーを選択することによって、ビームカッター、又はビームカッターの少なくともほとんどの構成要素は、完全に金属から作られることが可能である。図１０及び図１１の実施形態において、ビームカッター４は、金属１８の単一の機械加工されたブロックから作り上げられており、蓋１９が付けられている、単一ユニット１７として設けられている。代替的に、ビームカッター４は、金属の単一のブロックから切り出されるかのように、アセンブリを形成する複数の構成要素から製造され得る。ユニットは、例えば、任意の必要なプラスチックレンズ又は別に製造される歪像ミラーのような任意の別々の構成要素を受けるためのスロットを有することができる。ブレードは、平坦ブレード又は湾曲ブレードでありえる。デザインは、コンパクトであり、単一の平面にその構成要素を有し、フィードホーンのための複数の空間と、例えばミキサー・ブロック及び低雑音増幅器６のような、それらに付随する検出器コンポーネントとを提供する。
【００５３】
図１０に示すように、放射は、ブロック内の３〜５ｍｍ領の域にフォーカスするために、ブロックにおける開口２０を介して受信される。第一レベルのブレード１０ａは、放射を２つの断面に分割する焦点領域に設けられている。一対の第二レベルのブレード１０ｂ、１０ｃは、２つの断面の各々を２つの部分に切断して２つの部分の２組を形成するために設けられている。本実施形態において、第一レベルのブレードと第二レベルのブレードとの間に、如何なる分離ミラーも用いられていない。第一レベルのブレードの反射面は、平坦ミラーであってもよく、第二ブレードの方へ、エネルギーを再集中させる円筒状又は球形状ミラーでもよい。ブロックの内壁は、フィールドを他のブレード又はフィードホーンの方へ、反射して再集光させるためのミラーとして機能するように機械形成され、研磨されている。壁は、銀メッキ又は金メッキでもよい。２つの部分の２つのセットは、第三レベルのブレード１０ｄ〜１０ｇ上へ反射される。第三レベルのブレード１０ｄ〜１０ｇは、放射を８つの部分に分割し、ホーンによって、順番に検出される。
【００５４】
上記したように、図１０のブレード１０ｅ〜１０ｇの１つ以上は、図９に関して記載されていると共に、分離されたビームがより密に集められるように、歪みを導くため又は対応する修正を提供するために、湾曲面を更に有することができる。代替的に、又は付加的に、図１０に示されていないが、より切断効率を改善するために図６に記載されている、単一ユニット１７は、予歪ミラー１５及び／又は修正ミラー１６を含むように設計されることができる。
【００５５】
図１１は、フィードホーンのない側からの、ビームカッター・ブロック１７を示す。
図１０のフィードホーン５ａ〜５ｄを受けるための穴２１ａ〜２１ｄは、ビームカッターの側に沿って位置する。
一例として、３００ＧＨｚの放射を有する用途のために、蓋を含むブロックの高さは、およそ２０ｍｍでありえる。
【００５６】
図１０及び図１１に関連して記載されているブロック１７の２つ以上は、積み重ねられていることができ、二重線形分極化及び操作の更なる幅を提供する。四つのブロックビームカッター・ユニットのブロック線図が図１２に示されている。アンテナシステムの焦点領域において、偏光板２２が、ニアフィールドを２つの異なる偏光に分離するために設けられている。その後、ニアフィールドエネルギーの各部分は、例えば周波数選択性表面（ＦＳＳ）又は二色性フィルタ２３ａ、２３ｂによって、２つのフィールド部分の２つのグループを提供する２つの異なる周波数に分離される。結果として生じるフィールド部は、必要に応じてミラー２４ａ、２４ｂを使用することで各ブロックの第一ブレード１７ａ〜１７ｄの上に集光され、分割され、フィードホーンに向けられる（図１２に示されていない）。各ブロックが８つのビームを生成すると、ユニットは、周波数及び偏光において、共に公認された（ｃｏ−ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ） ビームを有する８つのビームのステアリング（ｓｔａｒｉｎｇ）アレイを生成する。もちろん、付加的な周波数選択性表面が、フィールドをより小さな周波数ビン（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂｉｎｓ）に分割するように設けられ得る。偏光及び周波数に基づく分割は単なる例であり、放射の他の特性に基づく分割も考慮できることを理解されたい。
【００５７】
図１０、図１１及び図１２は、単一の平面における各ビームカッター・ブロックの構成要素を示すが、用途によって、必要とされる場合には、ビームカッター・ブロックごとの構成要素が小さな３Ｄ空間内の異なる平面に取り付けられることが可能であると考えられる。
【００５８】
ブレード及び集光素子は、送信アンテナにおいて、使われることも可能であり、アンテナによる伝送のために密に集められたビームを修正することを理解されたい。その際、ビームカッター４は、その換わりにビーム・コンバイナ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）を提供する。送信アンテナにおいて、フィードホーンは、切断素子の方向へ送信される異なるビームを生成する。切断素子１０、１２の各々は、複数の入射ビームを反射し、又は屈折させ、一組の密に集められた隣接するビームを生成する。集光素子１１、１３は、密に集められたビームのセットを再び集光させ又は再形成させる。フィードホーンに最も近い切断素子は、２つのビームを一組の２つの隣接するビームに反射、又は屈折させる。一方、フィードホーンから更に離れている切断素子は、２組の隣接するビーム、又は１組の隣接するビーム及び単一のビームを、隣接するビームの新たなセットに反射する。切断素子は、少なくとも２つのビームが異なる方向から切断素子上に入射するが、反射又は屈折する以外の方向であるが、実質的に同一の方向に配置される。切断要素は、図６〜図９に関して記載されているように、ビームを歪ませる又は修正する湾曲面を有しており、より密に集められたビームを発生させるように設計されることができる。代替的に、又は、付加的に、予歪ミラー１５及び修正ミラー１６が含まれることができ、その効率を更に改善する。その効率によって、ビームが結合される。ビーム・コンバイナは、例えば、密に集められたビームが必要とされるレーダー通信システムまたは電気通信システムに用いられ得る。送信システムにおいて、フィードホーンは焦点領域の外側に位置し、しかしアンテナシステムによって、ブレード、ミラー及びレンズは、伝送のためにフィードホーンから焦点領域までビームの方向を変え、その結果、フィードホーンが焦点領域にあった場合よりも更に密に集められたビームを生成できる。送信アンテナにおける反射器の配置に応じて、焦点領域は、単一の反射器の焦点又は副反射器の焦点に一致する。
【００５９】
送信アンテナは、受信アンテナに対して図１〜図１２を考慮して述べたような構成要素と同じ配置を有することができる。しかし、放射の方向は、上述した図において、記載された方向と反対方向であることもできる。例えば、図２において、ビームが、フィードホーン６ａ〜６ｆにより生成され、レンズ１１ｂ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｈ、１１ｉ及び１１ｊにより集光され、連続的にブレード１０ａ〜１０ｊにより結合されて、一組の密に集められたビームを形成する。その際、図１において、一組のビームは、副反射器３によって、主反射器２の方向へ反射されて、アンテナシステム１から離れる。
【００６０】
以上、本発明の具体例が記載されているが、本発明の範囲は、実施形態に限定されず、添付の請求の範囲によって、定められる。従って、本発明は、当業者によって、認められるように、他の方法で行うことができる。
【００６１】
例えば、ビームカッターの幾つかの構成要素がミラーとして分類され、他の構成要素がブレードと分類された場合であっても、ブレードはフィールドを反射及び切断することの両方に利用できることを理解されたい。従って、ミラーは、ブレードと置き換えられることができ、反射機能を提供するだけであるブレードは、ミラーと置き換えられることが可能である。更に、ビームカッターにおいて、使用されるブレードの数は、用途に依存する。幾つかの実施形態では、単一のブレードが用いられる一方、他の実施形態においては、複数のブレードが用いられる。
【００６２】
更に、ビームカッターは、アンテナシステムのニアフィールドを切断するように記載されていたが、ビームカッターによって、切られる電磁場がアンテナのニアフィールドに制限されないことを理解すべきである。ビームカッターは、如何なる電磁場を切断するために用いられることが可能である。電磁場はシステムの幾つかの構成要素のファーフィールドであることができ、ビームカッターは、その際、その構成要素のファーフィールドを分割するために用いられ得る。更に、図１のアンテナシステムが、入射する放射又は透過する出射する放射に対する主反射器及び副反射器の特定の構成を有するように記載されているが、アンテナシステムはいかなる適切な反射器の配列も備えることができる。
【符号の説明】
【００６３】
２・・・主反射器
３・・・副反射器
４・・・ビームカッター
５・・・複数のフィードホーン
６・・・処理ユニット
７・・・信号処理器
８・・・コントローラ
９・・・メモリ
【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７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
0005954988.tif 000008
【図８（ｃ）】
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【図８（ｄ）】
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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１】
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【図６】
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