(57)【要約】【課題】デジタル方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信等において、小型軽量で高性能、且つ工事施工性に優れた位相差給電アンテナを提供する。【解決手段】第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂをアーム３３に垂直方向となるように装着する。第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂは、長さＬを約λ／４、素子間隔Ｄ１を約λ／８に設定する。そして、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂに給電線路３５により給電する。この場合、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂに対し、第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電位相を例えば６０°進めた位相関係に保持し、水平面指向性が単一指向性となるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に形成されたアームと、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子の前方に約１／８波長の間隔を保ち、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に対して約６０°の給電位相差を持たせて給電する給電手段とを具備することを特徴とする位相差給電アンテナ。
【請求項２】
直線状に形成されたアームと、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子の前方に約１／８波長の間隔を保ち、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に給電する給電手段と、前記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間の給電位相差を調整する位相調整器とを具備することを特徴とする位相差給電アンテナ。
【請求項３】
直線状に形成されたアームと、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１系統第１のアンテナ素子と、前記第１系統第１のアンテナ素子の前方に約１／８波長の間隔を保ち、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１系統第２のアンテナ素子と、前記第１系統の第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に対して約６０°の給電位相差を持たせて給電する第１の給電手段と、
前記第１系統第１のアンテナ素子に対して略直交するように前記アームに取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２系統第１のアンテナ素子と、前記第１系統第２のアンテナ素子に対して略直交するように前記アームに取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２系統第２のアンテナ素子と、前記第２系統の第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に対して約６０°の給電位相差を持たせて給電する第２の給電手段と、
を具備することを特徴とする位相差給電アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル方式による市町村同報防災行政無線戸別受信に好適する位相差給電アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば地震、台風、豪雨、津波などの災害時に、いち早く正確な災害情報を地域住民などに伝えることが必要であり、また、救助活動や復旧活動のためには、災害の規模、災害現場の位置や状況などに関する迅速で正確な情報が必要である。このため国及び地方公共団体では、非常災害時における災害情報の収集、伝達手段の確保を目的として、例えば６０ＭＨｚ帯の周波数を使用して垂直偏波による防災用無線システムを構築している。
【０００３】
また、市町村では、防災情報を収集し、住民に対して防災情報を周知するために市町村防災行政無線をネットワークとして整備している。上記市町村防災行政無線には、同報系、移動系、テレメーター系の３系統があり、従来、アナログ方式が一般に用いられていたが、近年、デジタル化が進められている。
【０００４】
アナログ方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信において、所要の受信レベルの電波が得られる地域では、図８に示すように１素子ダイポールアンテナ１１を壁面１２等に取付けて使用している。すなわち、壁面１２等に取付金具１３をスクリューネジ等にて固定し、この取付金具１３に１素子ダイポールアンテナ１１を取付けている。上記１素子ダイポールアンテナ１１は、垂直偏波水平面無指向性であり、壁面１２に対して約２２０ｍｍの間隔Ｄを保ち、垂直方向に位置するように設置される。
【０００５】
上記のように所要の受信レベルの電波が得られる地域では、１素子ダイポールアンテナ１１が簡易な構造と取付け方法から多数使用されている。
【０００６】
しかし、市町村同報防災行政無線の戸別受信において、アナログ方式からデジタル方式に移行した場合、上記１素子ダイポールアンテナ１１によって所要の受信レベル以上の電波が得られている場合においても、山岳や建物等の電波反射によるマルチパスフェージングの影響により、データエラーを生じて受信不可能になる場合がある。これは１素子ダイポールアンテナ１１が垂直偏波水平面無指向性であるために、あらゆる方向のマルチパスを受信することから生じる現象である。
【０００７】
このような場合、従来では垂直偏波水平面指向性を絞った多素子八木式アンテナを使用することにより、マルチパスフェージングによる影響を防止している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
図９は、３素子八木式アンテナ２１の構成例を示す側面図である。この３素子八木式アンテナ２１は、所定の間隔で設けた導波素子２２ａ、２２ｂ及び反射素子２３をアーム２４に取付けた構造となっている。この場合、反射素子２３と先端側の導波素子２２ｂとの間隔Ｄは約１９００ｍｍである。
【０００９】
上記３素子八木式アンテナ２１を使用する場合は、アンテナ支柱２５を設置し、その上端部に取付金具２６を介してアーム２４を取付けている。
【００１０】
図１０は上記３素子八木式アンテナ２１の垂直偏波水平面指向性を示したもので、前方後方比が約１５ｄＢの単一指向性となっている。
【００１１】
上記のように指向性を絞った３素子八木式アンテナ２１を使用することにより、マルチパスフェージングが発生する場所でも良好に受信することが可能となる。
【特許文献１】特開昭６２−２９３８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したようにデジタル方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信において、指向性を絞った３素子八木式アンテナ２１を使用することにより、マルチパスフェージングが発生する場所でも良好に受信することが可能となる
しかし、３素子八木式アンテナ２１は、１素子ダイポールアンテナ１１に比較してかなり大型化し、強度上取付金具２６をアンテナ素子間中央に配置する必要があると共に、アンテナ支柱２５を大地に基礎工事を伴って設置する必要があるなど、工事コストが大幅に上昇してしまうという問題がある。
【００１３】
すなわち、アナログ方式の場合には１素子ダイポールアンテナにて受信可能であった地点でも、デジタル化時には指向性を絞った３素子以上の八木式アンテナを使用しなければならず、アンテナの大型化により工事コストが大幅に上昇するという問題がある。
【００１４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、デジタル方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信用アンテナ等において、山岳や建物等の電波反射によるマルチパスフェージングの影響でデータエラーが生じて受信不可能となる場合でも、小型軽量で高い性能が得られ、工事施工性に優れた位相差給電アンテナ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】
【００１５】
第１の発明に係る位相差給電アンテナは、直線状に形成されたアームと、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子の前方に約１／８波長の間隔を保ち、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に対して約６０°の給電位相差を持たせて給電する給電手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
第２の発明に係る位相差給電アンテナは、直線状に形成されたアームと、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子の前方に約１／８波長の間隔を保ち、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に給電する給電手段と、前記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間の給電位相差を調整する位相調整器とを具備することを特徴とする。
【００１７】
第３の発明に係る位相差給電アンテナは、直線状に形成されたアームと、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１系統第１のアンテナ素子と、前記第１系統第１のアンテナ素子の前方に約１／８波長の間隔を保ち、前記アームに対して略垂直に取付けられる長さが約１／４波長の１対の第１系統第２のアンテナ素子と、前記第１系統の第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に対して約６０°の給電位相差を持たせて給電する第１の給電手段と、
前記第１系統第１のアンテナ素子に対して略直交するように前記アームに取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２系統第１のアンテナ素子と、前記第１系統第２のアンテナ素子に対して略直交するように前記アームに取付けられる長さが約１／４波長の１対の第２系統第２のアンテナ素子と、前記第２系統の第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に対して約６０°の給電位相差を持たせて給電する第２の給電手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、例えばデジタル方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信用アンテナにおいて、山岳や建物等の電波反射によるマルチパスフェージングの影響でデータエラーが生じて受信不可能となる場合でも、マルチパスフェージングの影響を軽減して良好な受信が可能になり、小型軽量で工事施工性に優れた位相差給電アンテナを提供することができる。
【００１９】
また、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間の給電位相差を位相調整器にて調整できる構成とすることにより、垂直偏波水平面指向性を任意に可変でき、アンテナの受信状態を目的に応じて最適な状態に設定することができる。
【００２０】
また、第１系統の第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子と第２系統の第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子を直交する関係に保持し、それぞれ別系統で出力することにより第１系統と第２系統との間の相関をほぼ無相関とすることができ、偏波ダイバシティーに対応するアンテナとして良好に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る２素子位相差給電アンテナを壁面に装着した状態を示す側面図である。
【００２２】
図１に示すように第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂが例えば合成樹脂製のアーム３３にそれぞれ支持具３４ａ、３４ｂにより垂直方向に装着される。この場合、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂは、アーム３３に対して前方方向に所定の角度θ、例えば約１５°傾斜させて取付けられる。上記第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの長さＬは約λ／４に設定され、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂと第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂとの間隔Ｄ１は約λ／８に設定される。上記λは使用周波数における波長である。
【００２３】
そして、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電点には、同軸ケーブル等の給電線路３５により給電される。この場合、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂの支持具３４ａ部分には、図示しないが給電回路として例えば混合器が設けられる。上記給電線路３５は、上記混合器を介して第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂの給電点に給電されると共に、上記混合器より更に給電線路を介して第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電点に接続される。この第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂに接続される給電線路は、アーム３３内に収納される。この場合、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂに対し、第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電位相を例えば６０°進めた位相関係に保持する。
【００２４】
上記２素子位相差給電アンテナは、例えば壁面５１等に固定して設けた固定金具５２に対し、アーム３３の始端部を取付金具５３により取付けて使用する。この場合、壁面５１と第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの先端位置との間隔Ｄ２は、約１０００ｍｍに設定される。
【００２５】
図２は上記２素子位相差給電アンテナにおいて、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂに対し、第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電位相を６０°進め、給電位相差を６０°とした場合の垂直偏波水平面指向性を示すもので、前方後方比が約２０ｄＢの単一指向性となっている。
【００２６】
上記２素子位相差給電アンテナの垂直偏波水平面指向性は、図１０に示した従来の３素子八木式アンテナの垂直偏波水平面指向性と比較すると、指向性は広がるが、前方後方比は５ｄＢ改善されてマルチパスを受けにくい単一指向性が得られている。
【００２７】
従って、上記２素子位相差給電アンテナによれば、マルチパスフェージングの影響を軽減して良好な受信が可能になる。
【００２８】
また、上記２素子位相差給電アンテナは、図９に示した３素子八木式アンテナに対し、全長１９００ｍｍが１０００ｍｍと短縮され、質量で約７０％と軽量化を図ることができるとともに、アンテナ端部で発生する風圧荷重を含めたモーメントを大幅に軽減することができる。このため図１に示したようにアンテナ端部、すなわちアーム３３の端部一箇所での取付けが可能となり、アンテナ支柱を大地に設置するなどの基礎工事を行なう必要がなく、且つ壁面５１等へ取付けが容易で大幅な低コスト化を図ることができる。
【００２９】
図３Ａの（ａ）〜（ｅ）及び図３Ｂの（ｆ）、（ｇ）は、山間部の住宅地における受信実験結果例であり、従来用いられているダイポールアンテナ及び３素子八木式アンテナと本願発明の実施形態に係る２素子位相差給電アンテナにおける受信レベル（ｄＢｍ）と受信可能率（％）との関係を示したものである。この場合、受信レベルとしては十分な値が得られる７地点（１）〜（７）について示し、また、受信可能率は受信ができた時間率を示している。
【００３０】
上記受信実験結果からも明らかなように、受信レベルが十分である地点においても、無指向性のダイポールアンテナでは受信可能率が比較的低く、指向性アンテナである３素子八木式アンテナ及び２素子位相差給電アンテナが有利であり、且つ本実施形態に係る２素子位相差給電アンテナは３素子八木式アンテナと同等以上の受信性能が得られることが分かる。
【００３１】
従って、例えばデジタル方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信において、山岳や建物等の電波反射によるマルチパスフェージングの影響でデータエラーが生じて受信不可能となる場合でも、上記２素子位相差給電アンテナを用いることにより、マルチパスフェージングの影響を軽減して良好な受信が可能になる。また、２素子位相差給電アンテナは、小型軽量でありながら高い性能が得られ、且つ工事施工性に優れたもので、きわめて容易に設置することができる。
【００３２】
なお、上記第１実施形態で示したように第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂをアーム３３に対して前方方向に傾斜させて取付けることにより帯域特性を改善することができるが、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂを傾斜させずにアーム３３に直角に設けても良い。
【００３３】
また、上記第１実施形態では、２素子位相差給電アンテナに実施した場合について説明したが、アンテナ素子を３素子以上設けて位相差給電を行なう場合においても同様にして実施し得るものである。
【００３４】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る位相差給電アンテナについて説明する。  
図４は本発明の第２実施形態に係る２素子の位相差給電アンテナを壁面５１に装着した状態を示す側面図である。この第２実施形態に係る２素子位相差給電アンテナは、図１に示した第１実施形態に係る２素子位相差給電アンテナにおいて、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電部に位相調整器５５を設け、両者間の給電位相差を任意に調整できるようにしたものである。その他の構成は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂに対し、第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電位相を６０°進めた場合には、第１実施形態の図２に示した垂直偏波水平面指向性と同じ単一指向性が得られる。このように単一指向性とした場合には、マルチパスフェージングの影響を軽減でき、特にアンテナ後方からのマルチパスフェージングの影響を軽減することができる。
【００３６】
図５（ａ）は第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂに対し、第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電位相を１８０°進め、給電位相差を１８０°とした場合の垂直偏波水平面指向性を示したもので、アンテナ横方向の指向性レベルを抑圧した８の字形の指向性となっており、アンテナ横方向からのマルチパスフェージングの影響を軽減することができる。
【００３７】
図５（ｂ）は第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電位相差を０°とした場合の垂直偏波水平面指向性を示したもので、無指向性となっている。この場合には、マルチパスフェージングの影響がなく、広範囲な方向の受信が必要な場合に有効なアンテナを構成することができる。
【００３８】
上記のように位相調整器５５を設けて第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂと第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂとの間の給電位相差を調整することにより、垂直偏波水平面指向性を任意に可変でき、アンテナの受信状態を目的に応じて最適な状態に設定することができる。
【００３９】
従って、上記第２実施形態に係る位相差給電アンテナによれば、デジタル方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信を行なう場合に、受信条件に応じて垂直偏波水平面指向性を調整することにより最適な受信を行なうことができる。
【００４０】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態に係る位相差給電アンテナについて説明する。  
図６は本発明の第３実施形態に係る２素子位相差給電アンテナの構成を示す斜視図である。この第３実施形態は、第１実施形態に係る２素子位相差給電アンテナにおいて、直交する２系統のアンテナ素子を設け、偏波ダイバシティーに対応できるようにしたものである。
【００４１】
すなわち、図６に示すようにアーム３３に対し、第１系統の第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂを支持具３４ａ、３４ｂにより垂直方向に装着すると共に、第２系統の第１のアンテナ素子４１ａ、４１ｂ及び第２のアンテナ素子４２ａ、４２ｂを支持具３４ａ、３４ｂにより水平方向に装着している。上記各アンテナ素子は、第１実施形態と同様にアーム３３に対して前方方向に所定の角度、例えば約１５°傾斜させて取付けている。また、各アンテナ素子の長さや間隔等は第１実施形態の場合と同様の値に設定される。
【００４２】
上記第１系統の第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂは給電線路３５ａにより給電される。この場合、第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂに対し、第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂの給電位相を例えば６０°進めた位相関係に保持し、垂直偏波水平面指向性が単一指向性となるようにする。
【００４３】
また、第２系統の第１のアンテナ素子４１ａ、４１ｂ及び第２のアンテナ素子４２ａ、４２ｂは給電線路３５ｂにより給電される。この場合、第１のアンテナ素子４１ａ、４１ｂに対し、第２のアンテナ素子４２ａ、４２ｂの給電位相を第１系統と同様に例えば６０°進めた位相関係に保持する。
【００４４】
上記のように第１系統の第１のアンテナ素子３１ａ、３１ｂ及び第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂに対し、第２系統の第１のアンテナ素子４１ａ、４１ｂ及び第２のアンテナ素子４２ａ、４２ｂを垂直と水平の直交する関係に保持すると共に、各系統におけるアンテナ素子の中心軸の交点が一致するように構成し、それぞれ別系統で出力することにより、系統間の結合量は−２５ｄＢ以下にすることができる。
【００４５】
上記のように構成された位相差給電アンテナは、例えば壁面５１等に固定して設けた固定金具５２に対し、アーム３３の始端部を取付金具５３により取付けて使用する。この場合、壁面５１と第１系統の第２のアンテナ素子３２ａ、３２ｂ及び第２系統の第２のアンテナ素子４２ａ、４２ｂの先端位置との間隔は、第１実施形態の場合と同様に約１０００ｍｍに設定される。
【００４６】
図７は、上記第３実施形態に係る位相差給電アンテナの第１系統のアンテナ素子と第２系統のアンテナ素子との間の系統間結合量特性を示すもので、横軸に周波数をとり、縦軸に結合量（ｄＢ）をとって示した。上記第３実施形態に係る位相差給電アンテナの系統間結合量特性は、図７から明らかなように中心周波数ｆ０±５％の範囲で−２８ｄＢ以下が得られている。これにより第１系統と第２系統との間の相関をほぼ無相関とすることができ、偏波ダイバシティーに対応するアンテナとして良好に動作させることができる。
【００４７】
上記第３実施形態に係る位相差給電アンテナによれば、デジタル方式による市町村同報防災行政無線の戸別受信に際し、マルチパスフェージングや電波反射による偏波面回転及び時間変動があるなど、受信条件が悪い場所においても良好な受信が可能となる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２素子位相差給電アンテナを壁面に装着した状態を示す側面図である。
【図２】同実施形態に係る２素子位相差給電アンテナの給電位相差を６０°に設定した場合の垂直偏波水平面指向性を示す図である。
【図３Ａ】同実施形態に係る２素子位相差給電アンテナと従来のダイポールアンテナ及び３素子八木式アンテナの受信実験結果例を示す図である。
【図３Ｂ】同実施形態に係る２素子位相差給電アンテナと従来のダイポールアンテナ及び３素子八木式アンテナの他の受信実験結果例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る２素子位相差給電アンテナを壁面に装着した状態を示す側面図である。
【図５】同実施形態に係る２素子位相差給電アンテナの垂直偏波水平面指向性を示すもので、（ａ）は給電位相差を１８０°に設定した場合の指向性を示す図、（ｂ）は給電位相差を０°に設定した場合の指向性を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る２素子位相差給電アンテナの構成を示す斜視図である。
【図７】同実施形態に係る２素子位相差給電アンテナの第１系統のアンテナ素子と第２系統のアンテナ素子との間の系統間結合量特性を示す図である。
【図８】従来の１素子ダイポールアンテナを壁面に装着した状態を示す側面図である。
【図９】従来の３素子八木式アンテナの構成例を示す側面図である。
【図１０】従来の３素子八木式アンテナの垂直偏波水平面指向性を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
３１ａ、３１ｂ…第１のアンテナ素子、３２ａ、３２ｂ…第２のアンテナ素子、３３…アーム、３４ａ、３４ｂ…支持具、３５、３５ａ、３５ｂ…給電線路、４１ａ、４１ｂ…第１のアンテナ素子、４２ａ、４２ｂ…第２のアンテナ素子、５１…壁面、５２…固定金具、５３…取付金具、５５…位相調整器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
2008131585.tif 000008
【図６】
2008131585.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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