CN112350078A - 一种移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种移动终端。用以实现定向天线最大方向性的全向覆盖。本申请提供的移动终端包括处理器、信号源、开关系统和至少两个天线单元；所述开关系统，与所述至少两个天线单元以及信号源连接；所述处理器向所述开关系统发送控制信号，以使得所述至少两个天线单元与所述信号源选择性连接；以及，所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元在特定频段等效串联连接或断开连接。

Description

一种移动终端

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种移动终端。

背景技术

随着5G技术开始作为下一代通信技术在移动终端的普及，5G设备对传输速率的要求越来越高，对天线信号增益的要求随之提高。需要天线具有明显的方向性增益和方向性可调谐效果。

阵列天线是目前下一代智能天线技术在移动终端的发展方向。目前，移动终端的内置阵列天线需使用相位调谐装置以调谐每个天线单元的信号相位，从而控制阵列天线的主波瓣方向。但使用相位调谐装置成为移动终端小型化趋势的瓶颈。

对于一些对方向性有特殊要求的小型化移动终端，使用既可靠、低成本的阵列天线方向性调谐技术又不占用过多空间，是目前技术研发的方向。

发明内容

本申请实施例提供了一种移动终端，用以实现对天线的方向进行灵活控制。

本申请提供了一种移动终端，包括处理器、信号源、开关系统和至少两个天线单元；所述开关系统，与所述至少两个天线单元以及信号源连接；所述处理器向所述开关系统发送控制信号，以使得所述至少两个天线单元与所述信号源选择性连接；以及，所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元在特定频段等效串联连接或断开连接。

可选的，所述开关系统包括第一开关控制器和第二开关控制器；所述第一开关控制器，与所述至少两个天线单元以及信号源连接，用于将所述至少两个天线单元与所述信号源选择性连接；所述第二开关控制器，与所述至少两个天线单元连接，用于将所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元在特定频段等效串联连接或断开连接。

可选的，所述第二开关控制器包括可变电容或可切换不同匹配器件的有源开关。

可选的，所述第一开关控制器将所述至少两个天线单元分别与所述信号源导通，所述第二开关控制器将所述至少两个天线单元中的每两个天线单元间的连接在特定频段等效断开。

可选的，所述第一开关控制器将所述至少两个天线单元中的第一天线单元与所述信号源连接，所述第一天线单元为所述至少两个天线单元中的任意一个天线单元；所述第二开关控制器将所述第一天线单元和第二天线单元在特定频段等效串联连接，所述第二天线单元为所述至少两个天线单元中除所述第一天线单元以外的任意一个天线单元。

可选的，所述至少两个天线单元中每两个天线单元间的链路上还串联有调谐器件，用于将所述两个天线单元间的等效电长度调谐为所工作频段的波长整数倍。

可选的，所述至少两个天线单元包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和所述第二天线单元分别具有等效天线整波长的四分之一长度，所述第一天线单元和所述第二天线单元间的距离为等效天线的半波长，且所述第一天线单元和所述第二天线单元具有相同工作频段的自谐振。

可选的，所述至少两个天线单元包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元；所述第一天线单元至所述第四天线单元分别具有等效天线整波长的四分之一长度，每两个天线单元间的距离为等效天线的半波长，且所述第一天线单元和所述第二天线单元具有相同工作频段的自谐振；所述第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元呈方形排布。

可选的，所述处理器，具体用于：若确定信号方向为垂直于所述至少两个天线单元所在平面的方向，则向所述第一开关控制器发送第一信号，使所述至少两个天线单元与所述信号源导通，向所述第二开关控制器发送第二信号，使所述至少两个天线单元中的每两个天线单元间的连接在特定频段等效断开。

可选的，所述处理器，具体用于：若确定信号方向为沿第一天线单元与第二天线单元连线的延伸方向，则向所述第一开关控制器发送第一信号，使所述第一天线单元与所述信号源导通，向所述第二开关控制器发送第二信号，使所述第一天线单元和所述第二天线单元间在特定频段等效串联连接，其中，所述第一天线单元和所述第二天线单元为所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元。

在本申请的上述实施例中，由于天线的第一开关控制器，分别与至少两个天线单元以及信号源连接，因此这至少两个天线单元可以和信号源选择性连接；由于第二开关控制器，分别与至少两个天线单元连接，因此这至少两个天线单元中的任意两个天线单元可以在特定频段等效串联连接或断开连接，从而可以通过第一开关控制器和第二开关控制器，改变阵列结构，对阵列天线单元的天线形式重构，实现在小型设备上灵活地改变天线的最大增益方向。举例来说，当信号源通过第一开关控制器与至少两个天线单元导通，第二开关控制器在特定频段等效断路所有连接的天线单元，即每个天线单元独立并无电连接，并且两天线单元馈入信号的相位相同，则可形成与天线单元剖面垂直的最大天线增益方向；当信号源通过第一开关控制器从其中第一天线单元馈入，第二开关控制器控制第二天线单元与第一天线单元在特定频段等效串联连接，与所述第一天线单元和第二天线单元串联的匹配器件形成具有工作频段波长整数倍的具有方向性的长直天线，所述长直天线具有沿两单元延长线方向的天线方向性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中移动终端中包括两天线单元的天线结构示意图；

图2为本申请实施例中天线100的阵列天线模式的辐射场的方向性剖面示意图；

图3为本申请实施例中天线100中的RF1断路、RF2短路形成的长直天线模式的辐射场的方向性剖面示意图；

图4为本申请实施例中天线100中的RF1短路、RF2断路形成的长直天线模式的辐射场的方向性剖面示意图；

图5为本申请实施例中移动终端中包括四天线单元的天线结构示意图；

图6为本申请实施例中天线500在阵列天线模式的辐射场的方向性剖面示意图；

图7为本申请实施例中天线500在长直天线模式的辐射场的方向性剖面示意图；

图8为本申请实施例中的移动终端的一种具体框架示意图。

具体实施方式

为使本申请示例性实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了适应5G技术下移动终端传输速率的倍增，提高天线对信号的增益，智能天线的应用会随着5G技术在移动终端的普及愈加被广泛使用。而在移动终端中阵列天线技术作为下一代智能天线技术的实现性最大。

目前，应用于移动终端的阵列天线通过相位调谐装置控制主波瓣方向，但是相位调谐装置在移动终端的小型化已经到达了瓶颈。因此，既可靠、低成本又占用空间小的阵列天线方向性调谐技术是目前的研究方向。

本申请实施例针对目前通过相位调谐的阵列智能天线无法将天线增益最大方向覆盖到水平方向的技术缺陷，提出了一种通过阵列天线的天线形式重构实现对天线的方向进行灵活控制的技术方案。

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

本申请实施例提供了一种可应用于移动终端的天线以及应用该天线的移动终端。所述移动终端可以是用于向用户提供语音和/或数据连通性的设备或者是物联网终端，可以包括各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备，或连接到无线调制解调器的其它处理设备等，比如，所述终端可以是智能手机或者平板电脑等，本申请实施例对此不作限制。

本申请实施例提供的可应用于移动终端的天线，包括开关系统和至少两个天线单元。所述开关系统，与所述至少两个天线单元以及信号源连接，用于将所述至少两个天线单元与所述信号源选择性连接；以及，将所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元串联连接或断开连接。

可选的，所述开关系统可包括第一开关控制器和第二开关控制器；所述第一开关控制器，与所述至少两个天线单元以及信号源连接，用于将所述至少两个天线单元与所述信号源选择性连接；所述第二开关控制器，与所述至少两个天线单元连接，用于将所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元在特定频段等效串联连接或断开连接。

可选的，所述开关控制器包括：可变电感、可变电阻或有源开关串联匹配器件等；每天线单元为具有工作频段自谐振的可独立的工作天线单元。

其中，多个天线单元按一定方式排列可构成天线阵列，天线阵列中的天线单元为相似元或相同元，即所有天线单元结构形状相同、尺寸相同。其中，天线单元的类型、数量、排列方式、天线单元间的间距以及天线单元上电流的振幅和相位分布，可决定天线阵列的辐射特性。天线这里的辐射场是各个天线单元所产生电磁场的矢量叠加。

可选的，所述第一开关控制器可以是多端口开关或多路开关阵列；所述第二开关控制器也可以是多端口或多路等效开关阵列，比如多路可变电容阵列。可变电容通过改变电容可以对特定频率电流信号进行导通，从而实现等效开关的作用。

可选的，上述天线中的第一开关控制器和第二开关控制器可以受控于移动终端的处理器，该处理器可设置在移动终端的电路板上。所述处理器可以通过所述第一开关控制器控制每天线单元与信号源导通、断路或接地三个状态，通过第二开关控制器控制天线单元间的在特定频段等效短路或断路。

可选的，当所述处理器通过所述第一开关控制器控制所有所述天线单元与信号源导通，通过所述第二开关控制器控制所有所述天线单元中任意两个天线单元均在特定频段等效断开连接，可以构成阵列天线工作场景，使最大天线增益方向为信号馈入方向的垂直方向。

可选的，当所述处理器通过所述的第一开关控制器控制第一天线单元与信号源导通，所述第一天线单元为至少两个所述天线单元中的任意一个，通过所述第二开关控制器控制第二天线单元与所述第一天线单元在特定频段等效串联连接，所述第二天线单元为至少两个所述天线单元中除了所述第一天线单元的任意一个，可以构成方向性长直天线工作场景，使具有沿所述第一天线单元和所述第二天线单元延长线方向的天线方向性。

可选的，所述至少两个天线单元中每两个天线单元间的链路上还串联有调谐器件，用于将所述两个天线单元间的等效电长度为调谐为所工作频段的整波长。

进一步的，上述两天线工作场景可以在第一开关控制器和第二开关控制器的控制下通过多个天线单元的组合，使上述的两个工作场景同时发生实现天线的多方向性高增益同时设计。

下面结合附图，分别以包含2个天线单元以及4个天线单元的天线为例，对本申请实施例进行详细描述。其中，图1至图4示例性的对具有两天线单元的天线结构进行详细说明，图5至图7示例性的对具有四天线单元的天线结构进行详细说明。

图1示例性的示出了本申请实施例中移动终端中包括两天线单元的天线结构示意图。如图所示，天线100包括第一天线单元101、第二天线单元102、第一开关控制器12和第二开关控制器13。

其中，第一天线单元101通过第一开关控制器12与信号源11连接，第二天线单元102通过第一开关控制器12与信号源11连接，第一天线单元101和第二天线单元102之间通过第二开关控制器13选择性连接。

其中，第一天线单元101和第二天线单元102分别具有天线四分之一长度，第一天线单元101和第二天线单元间102的距离为半波长。

第二开关控制器上包括：与第一天线单元101连接的第一射频端口RF1，与第二天线单元102连接的第二射频端口RF2，与信号源11连接的第一参考端口REF1，与参考地连接的第二参考接口REF2。通过将这些端口间进行连通或断开，可实现向第一天线单元101和第二天线单元102中的任意一个进行信号馈入，或者向这两个天线单元进行信号馈入，或者不向任意一个天线单元进行信号馈入。

其中，移动终端中的印刷电路板(Prited Circuit Board，PCB)可作为参考地，比如通过第一开关控制器12将第一天线单元101与PCB板上的接地点导通，可实现将第一天线单元101接参考地。

图2示例性的示出了天线100在阵列天线工作场景下的辐射场的方向性剖面示意图。

在该场景下，第一天线单元101和第二天线单元102通过第一开关控制器12与信号源11导通。第一天线单元101和第二天线单元102通过第二开关控制器在特定频段等效断路。具体地，在第一开关控制器12中，第一射频端口RF1和第二射频端口RF2端口分别与第一参考端口REF1连通，第二开关控制器13在特定频段等效断开第一天线单元101和第二天线单元102之间的连接。

根据上述连接方式，第一天线单元101和第二天线单元102同时工作且具有方向性相互干涉，形成具有方向性的阵列天线形式，其方向性剖面垂直于两天线单元平面，在天线辐射场强主波瓣20方向具有较强的增益，在天线辐射场强副波瓣21和天线辐射场强副波瓣22方向增益较弱。

图3和图4示例性的示出了天线100在方向性长直天线工作场景下的辐射场方向性剖面示意图。

在图3中，第一天线单元101通过第一开关控制器12与信号源11断开，第二天线单元102通过第一开关控制器12与信号源11导通，第一天线单元101和第二天线单元102通过第二开关控制器13在特定频段等效导通。具体地，在第一开关控制器12中，第二射频端口RF2与第一参考端口REF1连通，第二开关控制器13在特定频段等效导通第一天线单元101和第二天线单元102之间的连接。

根据上述连接方式，第一天线单元101和第二天线单元102同时工作。第一天线单元101、第二开关控制器13和第二天线单元102构成具有等效天线整波长度的长直导线，沿第二天线单元102指向第一天线单元101方向具有较强增益。

在图4中，第一天线单元101通过第一开关控制器12与信号源11导通，第二天线单元102通过第一开关控制器12与信号源11断开，第一天线单元101和第二天线单元102通过第二开关控制器13在特定频段等效导通。具体地，在第一开关控制器12中，第一射频端口RF1与第一参考端口REF1连通，第二开关控制器13在特定频段等效导通第一天线单元101和第二天线单元102之间的连接。

根据上述连接方式，第一天线单元101和第二天线单元102同时工作。第一天线单元101、第二开关控制器13和第二天线单元102构成具有等效天线整波长度的长直导线，沿第一天线单元101指向第二天线单元102方向具有较强增益。

图5示例性的示出了本申请实施例中移动终端中包括四天线单元的天线结构示意图；其中天线500包括第一天线单元501、第二天线单元502、第三天线单元503第四天线单元504、第一开关控制器52和第二开关控制器53。

其中，第一天线单元501通过第一开关控制器52与信号源51连接，第二天线单元502通过第一开关控制器52与信号源51连接，第三天线单元503通过第一开关控制器52与信号源51连接，第四天线单元504通过第一开关控制器52与信号源51连接，第一天线单元501、第二天线单元502、第三天线单元503和第四天线单元504之间通过第二开关控制器53选择性连接。

其中，第一天线单元501至第四天线单元504分别具有天线四分之一长度每两个天线单元间的距离为半波长，第一天线单元501、第二天线单元502、第三天线单元503和第四天线单元504呈方形排布。

第二开关控制器上包括：与第一天线单元501连接的第一射频端口RF1，与第二天线单元502连接的第二射频端口RF2，与第三天线单元503连接的第三射频端口RF3，与第四天线单元504连接的第四射频端口RF4，与信号源51连接的第一参考端口REF1，与参考地连接的第二参考接口REF2。通过将这些端口间进行连通或断开，可实现向第一天线单元501至第四天线单元504中的任意一个进行信号馈入，或者向这两个天线单元进行信号馈入，或者不向任意一个天线单元进行信号馈入。

其中，移动终端中的印刷电路板(PCB)可作为参考地，比如通过第一开关控制器52将第一天线单元501与PCB板上的接地点导通，可实现将第一天线单元501接参考地。

图6示例性的示出了天线500在阵列天线工作场景下的辐射场的方向性剖面示意图。

在该场景下，第三天线单元503至第四天线单元504通过第一开关控制器52与信号源51导通。第三天线单元503至第四天线单元504通过第二开关控制器在特定频段等效断路。具体地，在第一开关控制器52中，第三射频端口RF3和第四射频端口RF4分别与第一参考端口REF1连通，第二开关控制器53在特定频段等效断开第一天线单元501至第四天线单元502之间任意两天线单元的连接。

根据上述连接方式，第三天线单元503至第四天线单元504同时工作且具有方向性相互干涉，形成具有方向性的阵列天线形式，其方向性剖面垂直于四天线单元平面，在天线辐射场强主波瓣60方向具有较强的增益，在天线辐射场强副波瓣61和天线辐射场强副波瓣62方向增益较弱。

图7示例性的示出了天线500在方向性长直天线工作场景下的辐射场方向性剖面示意图。

在该场景下，第四天线单元504通过第一开关控制器52与信号源51导通。第一天线单元501和第四天线单元504通过第二开关控制器在特定频段等效断路。具体地，在第一开关控制器52中，第四射频端口RF4与第一参考端口REF1连通，第二开关控制器53在特定频段等效导通第一天线单元501和第四天线单元502之间两天线单元的连接。

根据上述连接方式，第一天线单元501和第四天线单元504同时工作。第四天线单元504、第二开关控制器53和第一天线单元501构成具有等效天线整波长度的长直导线，沿第四天线单元504指向所述第一天线单元501方向具有较强增益。

通过所述第一开关控制器52和第二开关控制器53的切换，可实现其他方向性的调谐天线。例如，第一开关控制器52中的第一射频端口RF1、第二射频端口RF2、第三射频端口RF3、和第四射频端口RF4与第一参考端口REF1连通，第二开关控制器53在特定频段等效断开第一天线单元501至第四天线单元502之间任意两天线单元的连接，可形成四天线单元的阵列天线场景。

本申请实施例还提供了一种移动终端。该移动终端可包括：电路板以及至少一个天线，所述至少一个天线中，至少有一个天线的结构如上述一个实施例所描述的结构或多个实施例组合所描述的结构。所述电路板上设置有处理器，所述处理器可控制天线中的第一开关控制器和第二开关控制器。

可选的，处理器可具体用于：若确定信号方向为垂直于天线中的至少两个天线单元所在平面的方向，则向第一开关控制器发送第一信号，使至少两个天线单元与信号源导通，向第二开关控制器发送第二信号，使至少两个天线单元中的每两个天线单元间的连接在特定频段等效断开。

可选的，处理器可具体用于：若确定信号方向为沿第一天线单元与第二天线单元连线的延伸方向，则向第一开关控制器发送第一信号，使第一天线单元与所述信号源联通，向第二开关控制器发送第二信号，使第一天线单元和第二天线单元间在特定频段等效串联连接。其中，第一天线单元和第二天线单元为天线所包含的至少两个天线单元中的任意两个天线单元。

以智能手机为例，图8示例性示出了本申请实施例中的移动终端的一种具体框架示意图。

如图所示，智能手机金属边框的顶部边框和底部边框可作为天线辐射体使用。如图所示，移动终端800顶部边框与PCB板80形成两天线单元结构的第一天线81，底部边框与PCB板80形成四天线单元结构的第二天线82。其中，第一天线81的结构可同图1所示的天线100，第二天线82的结构可同图5所示的天线500。

处理器(未在图中示出)分别与第一天线81和第二天线82中的第一开关控制器连接，以控制向哪个天线单元馈入信号或将哪个天线单元接地。处理器还分别与第一天线81和第二天线82中的第二开关控制器连接，以控制哪两个天线单元之间在特定频率等效连通或断开。具体地，处理器可识别当前的通信场景，根据当前的通信场景对第一天线81和/或第二天线82中的第一开关控制器和第二开关控制器进行控制，具体控制方法与前述实施例相同，在此不再详述。

基于本申请中示出的示例性实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整技术方案。

应当理解，本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，例如能够根据本申请实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种移动终端，其特征在于，包括处理器、信号源、开关系统和至少两个天线单元；

所述开关系统，与所述至少两个天线单元以及信号源连接；

所述处理器向所述开关系统发送控制信号，以使得所述至少两个天线单元与所述信号源选择性连接；以及，所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元在特定频段等效串联连接或断开连接。

2.如权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述开关系统包括第一开关控制器和第二开关控制器；

所述第一开关控制器，与所述至少两个天线单元以及信号源连接，用于将所述至少两个天线单元与所述信号源选择性连接；

所述第二开关控制器，与所述至少两个天线单元连接，用于将所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元在特定频段等效串联连接或断开连接。

3.如权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述第二开关控制器包括可变电容或可切换不同匹配器件的有源开关。

4.如权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述第一开关控制器将所述至少两个天线单元分别与所述信号源导通，所述第二开关控制器将所述至少两个天线单元中的每两个天线单元间的连接在特定频段等效断开。

5.如权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述第一开关控制器将所述至少两个天线单元中的第一天线单元与所述信号源连接，所述第一天线单元为所述至少两个天线单元中的任意一个天线单元；

所述第二开关控制器将所述第一天线单元和第二天线单元在特定频段等效串联连接，所述第二天线单元为所述至少两个天线单元中除所述第一天线单元以外的任意一个天线单元。

6.如权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述至少两个天线单元中每两个天线单元间的链路上还串联有调谐器件，用于将所述两个天线单元间的等效电长度调谐为所工作频段的波长整数倍。

7.如权利要求1-6中任一项所述的移动终端，其特征在于，所述至少两个天线单元包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和所述第二天线单元分别具有等效天线整波长的四分之一长度，所述第一天线单元和所述第二天线单元间的距离为等效天线的半波长，且所述第一天线单元和所述第二天线单元具有相同工作频段的自谐振。

8.如权利要求1-6中任一项所述的移动终端，其特征在于，所述至少两个天线单元包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元；

所述第一天线单元至所述第四天线单元分别具有等效天线整波长的四分之一长度，每两个天线单元间的距离为等效天线的半波长，且所述第一天线单元和所述第二天线单元具有相同工作频段的自谐振；

所述第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元呈方形排布。

9.如权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述处理器，具体用于：

若确定信号方向为垂直于所述至少两个天线单元所在平面的方向，则向所述第一开关控制器发送第一信号，使所述至少两个天线单元与所述信号源导通，向所述第二开关控制器发送第二信号，使所述至少两个天线单元中的每两个天线单元间的连接在特定频段等效断开。

10.如权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述处理器，具体用于：

若确定信号方向为沿第一天线单元与第二天线单元连线的延伸方向，则向所述第一开关控制器发送第一信号，使所述第一天线单元与所述信号源导通，向所述第二开关控制器发送第二信号，使所述第一天线单元和所述第二天线单元间在特定频段等效串联连接，其中，所述第一天线单元和所述第二天线单元为所述至少两个天线单元中的任意两个天线单元。

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