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1. (WO2017029898) アレイアンテナ
Document

明 細 書

発明の名称 アレイアンテナ

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

課題を解決するための手段及び効果

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024  

図面の簡単な説明

0025  

発明を実施するための形態

0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063  

符号の説明

0064  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : アレイアンテナ

技術分野

[0001]
 本発明は、主として、並べて配置された複数のアンテナエレメントから電波を放射するアレイアンテナに関する。

背景技術

[0002]
  従来から、基板と、アンテナエレメントと、給電ラインと、を備えるアレイアンテナが知られている。基板は、所定の大きさの誘電体製の板材であり、アンテナ エレメント及び給電ラインが配置される。アンテナエレメントは、一方向(以下、配列方向)に並べて配置されている。給電ラインは、外部から入力された電波 をアンテナエレメントに供給する。特許文献1及び2は、この種のアレイアンテナを開示する。
[0003]
 特許文献1のアレイアンテナにおいて、給電ラインは、配列方向から(図1の右側から)アンテナエレメントに接続される。特許文献1では、給電ラインが接続される方向は、全てのアンテナエレメントで同一である。
[0004]
 特許文献2のアレイアンテナにおいて、基板の長手方向の中央より右側では、給電ラインは、左側(中央側)からアンテナエレメントに接続される。一方、基板の長手方向の中央より左側では、給電ラインは、右側(中央側)からアンテナエレメントに接続される。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開平11-195924号公報
特許文献2 : 特許第4307324号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
  特許文献1では、右端に配置されるアンテナエレメントの更に右から給電ラインが接続されるため、基板の面積を有効に活用し切れておらず、アンテナエレメン トの設置数が少なくなることがあった。この点、特許文献2では、基板の両端までアンテナエレメントを配置することができるので、同じ大きさの基板を用いた 場合であっても、アンテナエレメントの設置数を増やすことができる
[0007]
 しかし、特許文献2では、中央に配置される2つのアン テナエレメントに接続される2つの給電ラインは、ともに中央側から接続されているので、2つの給電ラインの間隔が近くなる。これらの2つの給電ラインはア ンテナエレメントに接続される方向が異なる(一方は左側から、他方は右側から)ため、一方の給電ラインに対して他方の給電ラインを長くする等して位相を反 転させる位相反転部を配置することが必要となる。
[0008]
 距離が近い2つの給電ラインの間に位相反転部を配置する場合、例えば、 一方の給電ラインを大きく湾曲させる必要がある。しかし、給電ラインを大きく湾曲させた場合、サイドローブが発生し易くなる。特に、基板の中央は電波の電 力が大きいため、強いサイドローブが発生し易くなる。
[0009]
 本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、アンテナエレメントを効率的に配置しつつ、サイドローブを抑制可能なアレイアンテナを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

[0010]
 本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
[0011]
  本発明の観点によれば、以下の構成のセンターフィード型のアレイアンテナが提供される。即ち、このアレイアンテナは、基板と、複数のアンテナエレメント と、親給電ラインと、複数の子給電ラインと、位相反転部と、を備える。前記アンテナエレメントは、前記基板の長手方向に並べて配置される。前記子給電ライ ンは、前記親給電ラインから前記アンテナエレメント毎に分岐するように前記基板に配置されており、それぞれの前記アンテナエレメントに前記基板の長手方向 の向きから接続され、少なくとも両端部に配置される前記アンテナエレメントには前記基板の中央側から接続される。前記位相反転部は、前記基板の長手方向の 端部を第1端部及び第2端部としたときに、前記アンテナエレメントに対する子給電ラインの接続向きが変わる箇所であって、前記基板の長手方向の中央よりも 前記第1端部側で隣り合う前記アンテナエレメントの間に少なくとも配置され、伝達される電波の位相を反転させる。
[0012]
 これにより、基板の端に給電ラインが配置されないので、基板の大きさを有効に活用してアンテナエレメントの配置数を多くすることができる。また、位相反転部を中央より第1端部側に配置することで、当該位相反転部から発生するサイドローブを抑えることができる。
[0013]
 前記のアレイアンテナにおいては、前記位相反転部は、前記基板を長手方向に4つの領域に等分割したときにおいて、前記第1端部を含む領域に少なくとも配置されることが好ましい。
[0014]
 これにより、位相反転部が端部の近傍に配置されるため、サイドローブの発生を一層抑えることができる。
[0015]
  前記のアレイアンテナにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このアレイアンテナは、前記位相反転部としての第1位相反転部に加え、第2位相 反転部及び第3位相反転部を備える。前記第2位相反転部は、前記基板の長手方向の中央よりも前記第2端部側で隣り合う前記アンテナエレメントの間に配置さ れる。前記第3位相反転部は、第1位相反転部と第2位相反転部の間に配置される。
[0016]
 これにより、第3位相反転部が配置され る箇所において、隣り合う2つのアンテナエレメントの外側から子給電ラインが接続されるので、2つの子給電ラインの間隔を広くすることができる。従って、 給電ラインをあまり曲げることなく位相反転部を構成できるので、サイドローブの発生を抑えることができる。
[0017]
 前記のアレイアンテナにおいては、前記第3位相反転部は、前記基板の長手方向の中央を挟んで隣り合うように配置された前記アンテナエレメントの間に配置されることが好ましい。
[0018]
 これにより、給電ラインが接続される方向が切り替わる位置が中央となるため、不要な垂直偏波同士をある程度打ち消すことができるので、放射する電波の質を向上させることができる。
[0019]
 前記のアレイアンテナにおいては、前記子給電ラインは、前記基板の長手方向の中央に引いた線を対称線として線対称であることが好ましい。
[0020]
 これにより、不要な垂直偏波同士を一層打ち消すことができるので、放射する電波の質を更に向上させることができる。
[0021]
 前記のアレイアンテナにおいては、前記位相反転部は、前記基板の長手方向の中央よりも前記第1端部側及び前記第2端部側のうち、前記第1端部側にのみ配置されることが好ましい。
[0022]
 これにより、位相反転部の数を抑えつつ、本発明の効果を発揮させることができる。
[0023]
 前記のアレイアンテナにおいては、前記位相反転部は、前記基板の最も前記第1端部側に配置される前記アンテナエレメントと、その隣に配置される前記アンテナエレメントと、の間に配置されることが好ましい。
[0024]
 これにより、比較的電力の弱い端部で位相を反転させるため、サイドローブの発生を一層抑えることができる。

図面の簡単な説明

[0025]
[図1] 本発明の一実施形態に係るアレイアンテナの正面図。
[図2] 比較例のアレイアンテナの正面図。
[図3] 本実施形態と比較例のアレイアンテナの放射パターンを比較するグラフ。
[図4] 変形例に係るアレイアンテナの正面図。

発明を実施するための形態

[0026]
 次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図1を参照して、本発明の一実施形態に係るアレイアンテナ1の概要について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るアレイアンテナ1の正面図である。
[0027]
  アレイアンテナ1は、船舶等の移動体又は建物等に設置されるレーダ装置のレーダアンテナとして用いられる。アレイアンテナ1は、図略の信号発生部から入力 された電波(信号)を外部へ放射する。また、アレイアンテナ1は、外部へ放射した電波の反射波を受信する。なお、アレイアンテナ1は、電波の送信のみに用 いられる構成であっても良い。
[0028]
 図1に示すように、アレイアンテナ1は、基板2と、接続用ライン3と、親給電ライン4と、 子給電ライン5a~5tと、位相反転部6a~6cと、アンテナエレメント7a~7tと、を備える。なお、図1では、接続用ライン3、親給電ライン4、及 び、子給電ライン5a~5tを同じ太さの線で描いているが、実際には特性等に応じた太さの伝送路が形成される。
[0029]
 基板2は、誘電体から構成され、正面視で長方形状の板材である。アレイアンテナ1は、基板2に垂直な方向(図1の紙面表側)へ電波を放射する。
[0030]
 接続用ライン3は、導体から構成される細長状の部材である。接続用ライン3は、同軸ケーブル等を介して前記信号発生部から電波が入力される。本実施形態のアレイアンテナ1は、基板2の長手方向の中央近傍から給電される、いわゆるセンターフィード型のアンテナである。
[0031]
  なお、本実施形態では、接続用ライン3は、厳密には基板2の長手方向の中央よりも図1のやや右側にズレているが、この程度のズレがあってもセンターフィー ド型に該当する。接続用ライン3は、例えば、中央に配置される子給電ライン5jと子給電ライン5kの間に配置されていれば良い。また、本実施形態では、図 1の紙面裏側から接続用ライン3に電波が供給されているが、別の方向(例えば下側)から接続用ライン3に電波が供給されていても良い。
[0032]
  親給電ライン4は、導体から構成される細長状の部材である。親給電ライン4は、接続用ライン3と接続されており、当該接続用ライン3を介して入力された電 波をアンテナエレメント7a~7tに向けて伝達する。親給電ライン4は、略直線状であり、基板2の長手方向(換言すればアンテナエレメント7aの配列方 向)に沿うように配置されている。なお、以下の説明では、アンテナエレメント7aの配列方向を単に「配列方向」と称する。
[0033]
  子給電ライン5a~5tは、導体から構成される細長状の部材である。子給電ライン5a~5tは、それぞれ親給電ライン4と接続されている。子給電ライン 5a~5tは、親給電ライン4を介して入力された電波を、アンテナエレメント7a~7t毎に分岐させて、アンテナエレメント7a~7tへ伝達する。
[0034]
  具体的には、子給電ライン5a~5tは、親給電ライン4との接続箇所から基板2の短手方向に延びるとともに、略直角に曲がり、基板2の長手方向(配列方 向)からアンテナエレメント7a~7tに接続される。なお、子給電ライン5a~5tがアンテナエレメント7a~7tのどちら側(図1の右側又は左側)の端 部に接続されるかは後述する。
[0035]
 位相反転部6a~6cは、供給する電波の位相を反転させる部分である。本実施形態では、親 給電ライン4及び/又は子給電ライン5a~5tの長さを調整することで位相反転部6a~6cが構成される。なお、位相反転部6a~6cは、親給電ライン4 及び子給電ライン5a~5tと別部材であっても良い。なお、第1位相反転部6a~第3位相反転部6cの詳細について後述する。
[0036]
  アンテナエレメント7a~7tは、導体から構成される略長方形状の部材である。アンテナエレメント7a~7tは、基板2の長手方向と同じ方向に並べて配置 されている。本実施形態ではアンテナエレメント7a~7tは、それぞれ子給電ライン5a~5tに接続されている。この構成により、アンテナエレメント 7a~7tは、信号発生部が生成した電波を外部に放射することができる。
[0037]
 また、アンテナエレメント7a~7tの配置間隔 は原則として一定(放射する電波の一波長と同じ)である。ただし、基板2の大きさに合わせてアンテナエレメントを配置するため、アンテナエレメント 7a,7b間、アンテナエレメント7s,7t間の間隔は他よりも小さい。従って、隣り合うアンテナエレメントに供給される電波の位相が揃うように、子給電 ライン5a,5tを湾曲させている。なお、アンテナエレメント7a~7tの配置間隔は任意であり、特許文献2等に示すように一定でなくても良い。
[0038]
 次に、子給電ライン5a~5tがアンテナエレメント7a~7tに接続される向き、及び、位相反転部6a~6cの配置等について説明する。なお、基板2の長手方向の一方の端部を第1端部、他方の端部を第2端部と称する。
[0039]
  図1に示すように、子給電ライン5a,5bは、基板2の中央側(図1の右側、第2端部側)からアンテナエレメント7a,7bに給電(接続)している。子給 電ライン5c~5jは、基板2の端側(図1の左側、第1端部側)からアンテナエレメント7c~7jに給電している。子給電ライン5k~5rは、基板2の端 側(図1の右側、第2端部側)からアンテナエレメント7k~7rに給電している。子給電ライン5s,5tは、基板2の中央側(図1の左側、第1端部側)か らアンテナエレメント7s,7tに給電している。
[0040]
 このように、少なくとも配列方向の端に配置されるアンテナエレメント7a,7tについては、中央側から給電されている。これにより、基板2の端部に子給電ラインが配置されないので、アンテナエレメントの配置数を多くすることができる。
[0041]
 また、子給電ライン5a~5t及びアンテナエレメント7a~7tは、基板2の長手方向の中央を通る線を対称線として線対称である。これにより、不要な垂直偏波同士を打ち消すことができるので、放射する電波の質を向上させることができる。
[0042]
  次に、位相反転部6a~6cについて説明する。なお、位相反転部6a~6cが所定のアンテナエレメントの間に配置されるとは、当該アンテナエレメント同士 を電気的に接続するライン(子給電ライン、親給電ライン)上に位相反転部6a~6cが配置されることを示すものとする。
[0043]
  第1位相反転部6aは、アンテナエレメント7bとアンテナエレメント7cの間(基板2の長手方向の中央よりも第1端部側で隣り合うアンテナエレメントの 間)に配置されている。子給電ライン5bと子給電ライン5cは、給電を行う方向が逆であるため、アンテナエレメント7b,7cから放射される電波を揃える ために、伝達する電波の位相を反転させる必要がある。第1位相反転部6aは、アンテナエレメント7bまでの経路長と、アンテナエレメント7cまでの経路長 と、がλ/2異なるように、子給電ライン5bを湾曲させている。なお、子給電ライン5bを湾曲させることでサイドローブが発生する可能性がある。
[0044]
  ここで、基板2の端部近傍では中央部と比較して放射される電波の電力が小さいため、サイドローブの発生を抑えることができる。従って、第1位相反転部6a は、図1に示すように、基板2を長手方向に4つの領域に等分割したときにおいて第1端部を含む領域に配置されることが好ましい。本実施形態の第1位相反転 部6aは、第1端部を含む領域に配置されている。また、本実施形態では、第1端部から2番目のアンテナエレメント7bと、3番目のアンテナエレメント7c との間に第1位相反転部6aが配置されているが、最も第1端部に近いアンテナエレメント7aと、2番目のアンテナエレメント7bとの間に第1位相反転部 6aが配置されていても良い。
[0045]
 第2位相反転部6bは、基板2を長手方向に4つの領域に等分割したときにおいて、第1位相 反転部6aと反対側の端の領域(第2端部を含む領域)に配置されている。即ち、本実施形態では、基板2の長手方向の中央よりも第2端部側で隣り合うアンテ ナエレメントの間にも位相反転部が配置されている。第2位相反転部6bは、第1位相反転部6aと線対称な位置に配置されているため、第1位相反転部6aと 同等の構成及び機能を有するので、説明を省略する。
[0046]
 第3位相反転部6cは、第1位相反転部6aと第2位相反転部6bの間 に配置されている。詳細には、基板2の長手方向の中央を挟んで隣り合うように配置されたアンテナエレメント7j,7kの間に配置されている。子給電ライン 5jと子給電ライン5kは、給電を行う方向が逆であるため、アンテナエレメント7j,7kから放射される電波を揃えるために、伝達する電波の位相を反転さ せる必要がある。第3位相反転部6cは、アンテナエレメント7jまでの経路長と、アンテナエレメント7kまでの経路長と、がλ/2異なるように、接続用ラ イン3と親給電ライン4の接続位置を中央から少しズラしている。
[0047]
 本実施形態では、第3位相反転部6cの両側に配置される アンテナエレメント7j,7kの両方が、端側から給電されるため、子給電ライン5jと子給電ライン5kの間隔が広くなる。従って、特許文献2のように給電 ラインを湾曲させることなく、位相を反転させることができる。従って、サイドローブの発生を抑えることができる。
[0048]
 次に、本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションの結果について、図2及び図3を参照して説明する。
[0049]
  図2に示す比較例のアレイアンテナ11は、特許文献2と同様のレイアウトである。アレイアンテナ11は、基板12と、接続用ライン13と、親給電ライン 14と、子給電ライン15と、位相反転部16と、アンテナエレメント17と、を備える。位相反転部16は、基板2の長手方向の中央に配置されている。課題 において説明したように、特許文献2のレイアウトでは、中央で隣り合う子給電ライン15の間隔が狭くなるため、給電ラインを大きく湾曲させないと位相反転 部16が構成できない。しかし、給電ラインを大きく湾曲させることで、サイドローブが発生する。比較例では、位相反転部16を覆うように、金属製の板材で ある遮蔽板18を取り付けることで、サイドローブの発生を抑制する。
[0050]
 なお、遮蔽板18を取り付けることでも本願の課題を解決できるが、部品点数が増えてしまう。
[0051]
  図3は、本実施形態と比較例のアレイアンテナの放射パターンを比較するグラフである。本実施形態のアレイアンテナ1は遮蔽板18を備えていないにもかかわ らず、遮蔽板18を備えたアレイアンテナ11と同様又はそれ以上にサイドローブの発生を抑制できていることが図3のグラフから分かる。
[0052]
 次に、上記実施形態の変形例を説明する。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。図4は、変形例に係るアレイアンテナ1の正面図である。
[0053]
  上記実施形態では位相反転部が3つ配置されているが、変形例では位相反転部が1つ配置されている。以下、具体的に説明する。変形例のアレイアンテナ1は、 最も第1端部側に配置されるアンテナエレメント7aには、第2端部側から子給電ライン5aが接続されており、それ以外のアンテナエレメント7b~7tには 第1端部側から子給電ライン5b~5tが接続されている。
[0054]
 子給電ライン5aと子給電ライン5bは、給電を行う方向が逆で あるため、アンテナエレメント7a,7bから放射される電波を揃えるために、伝達する電波の位相を反転させる必要がある。従って、アンテナエレメント 7a,7bの間に第4位相反転部6dが配置されている。第4位相反転部6dは、第1位相反転部6a等と同様に、子給電ライン5aを湾曲させて位相を反転さ せる部分である。
[0055]
 なお、第4位相反転部6dが形成される位置は、上記に限られないが、基板2を長手方向に4つの領域に等分割したときにおいて第1端部又は第2端部を含む領域に配置されていることが好ましい。
[0056]
 本変形例のレイアウトにおいても、基板2の長手方向の端部近傍に第4位相反転部6dを配置できるので、サイドローブの発生を抑えることができる。また、基板2の端部に給電ラインが配置されないので、アンテナエレメントの配置数を多くすることができる。
[0057]
  以上に説明したように、本実施形態又は変形例のアレイアンテナ1は、基板2と、複数のアンテナエレメント7a~7tと、親給電ライン4と、複数の子給電ラ イン5a~5tと、位相反転部6a(6d)と、を備える。アンテナエレメント7a~7tは、基板2の長手方向に並べて配置される。子給電ライン5a~5t は、親給電ライン4からアンテナエレメント7a~7t毎に分岐するように基板2に配置されており、それぞれのアンテナエレメント7a~7tに基板2の長手 方向の向きから接続され、少なくとも両端部に配置されるアンテナエレメント7a,7tには基板2の中央側から接続される。位相反転部6a(6d)は、アン テナエレメント7r,7s(7a,7b)に対する子給電ライン5r,5s(5a,5b)の接続向きが変わる箇所であって、基板2の長手方向の中央よりも第 1端部側において隣り合うアンテナエレメント7r,7s(7a,7b)の間に配置され、伝達される電波の位相を反転させる。
[0058]
 これにより、基板2の端部に給電ラインが配置されないので、基板2の大きさを有効に活用してアンテナエレメントの配置数を多くすることができる。また、位相反転部6a(6d)を中央以外に配置するため、サイドローブの発生を抑えることができる。
[0059]
 以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
[0060]
 上記実施形態及び変形例では、基板2に20のアンテナエレメント7a~7tが配置されているが、アンテナエレメントの数は任意であり、19以下であっても21以上であっても良い。
[0061]
  上記実施形態及び変形例では、第1位相反転部6a、第2位相反転部6b、第4位相反転部6dは、基板2を長手方向に4つの領域に等分割したときにおいて第 1端部又は第2端部を含む領域に配置されることが好ましいと記した。しかし、中央の2つの領域に跨って配置されないのであれば、中央の2つの領域の何れか に配置されていても良い。このレイアウトであっても、特許文献2と比較してサイドローブの発生を抑えることができる。
[0062]
 上 記実施形態及び変形例で示した基板2、接続用ライン3、親給電ライン4、子給電ライン5a~5t、位相反転部6a~6d、アンテナエレメント7a~7tの 形状は任意であり上記で示した形状に限られない。例えば、アンテナエレメント7a~7tは略円形であっても良い。また、接続用ライン3及び親給電ライン4 が基板2に2つ以上配置されていても良い。
[0063]
 上記実施形態では、子給電ライン5a~5t、位相反転部6a,6b、アンテナエレメント7a~7tは、基板2の中央を基準として線対称に配置されているが、非対称であっても良い。

符号の説明

[0064]
 1 アレイアンテナ
 2 基板
 3 接続用ライン
 4 親給電ライン
 5a~5t 子給電ライン
 6a 第1位相反転部(位相反転部)
 6b 第2位相反転部
 6c 第3位相反転部
 6d 第4位相反転部(位相反転部)
 7a~7t アンテナエレメント

請求の範囲

[請求項1]
 センターフィード型のアレイアンテナにおいて、
 基板と、
 前記基板の長手方向に並べて配置された複数のアンテナエレメントと、
 親給電ラインと、
  前記親給電ラインから前記アンテナエレメント毎に分岐するように前記基板に配置されており、それぞれの前記アンテナエレメントに前記基板の長手方向の向き から接続され、少なくとも両端部に配置される前記アンテナエレメントには前記基板の中央側から接続される複数の子給電ラインと、
 前記基板の長手 方向の端部を第1端部及び第2端部としたときに、前記アンテナエレメントに対する子給電ラインの接続向きが変わる箇所であって、前記基板の長手方向の中央 よりも前記第1端部側で隣り合う前記アンテナエレメントの間に少なくとも配置され、伝達される電波の位相を反転させる位相反転部と、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ。
[請求項2]
 請求項1に記載のアレイアンテナであって、
 前記位相反転部は、前記基板を長手方向に4つの領域に等分割したときにおいて、前記第1端部を含む領域に少なくとも配置されることを特徴とするアレイアンテナ。
[請求項3]
 請求項1又は2に記載のアレイアンテナであって、
 前記位相反転部としての第1位相反転部に加え、第2位相反転部及び第3位相反転部を備え、
 前記第2位相反転部は、前記基板の長手方向の中央よりも前記第2端部側で隣り合う前記アンテナエレメントの間に配置され、
 前記第3位相反転部は、第1位相反転部と第2位相反転部の間に配置されることを特徴とするアレイアンテナ。
[請求項4]
 請求項3に記載のアレイアンテナであって、
 前記第3位相反転部は、前記基板の長手方向の中央を挟んで隣り合うように配置された前記アンテナエレメントの間に配置されることを特徴とするアレイアンテナ。
[請求項5]
 請求項4に記載のアレイアンテナであって、
 前記子給電ラインは、前記基板の長手方向の中央に引いた線を対称線として線対称であることを特徴とするアレイアンテナ。
[請求項6]
 請求項1又は2に記載のアレイアンテナであって、
 前記位相反転部は、前記基板の長手方向の中央よりも前記第1端部側及び前記第2端部側のうち、前記第1端部側にのみ配置されることを特徴とするアレイアンテナ。
[請求項7]
 請求項6に記載のアレイアンテナであって、
 前記位相反転部は、前記基板の最も前記第1端部側に配置される前記アンテナエレメントと、その隣に配置される前記アンテナエレメントと、の間に配置されることを特徴とするアレイアンテナ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]