JP2005229212A - アンテナシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】グランド面の実効的なサイズを大きくすることができ、アンテナの特性を向上することができると共に、小型化を図ることができるアンテナシステム等を提供する。
【解決手段】 アンテナシステム100は、チップアンテナ11と、グランド面12と、RFコネクタ13と、チップコイル14とから構成されている。RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間にチップコイル14が設けられ、このチップコイル14によりRFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12とが電気的に接続される。これにより、送受信する際に、グランド面12への電流は比較的に長い経路を経過することになるため、グランド面12の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面12のサイズが変化してもその変化の割合は、チップコイル14のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 アンテナシステム100は、チップアンテナ11と、グランド面12と、RFコネクタ13と、チップコイル14とから構成されている。RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間にチップコイル14が設けられ、このチップコイル14によりRFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12とが電気的に接続される。これにより、送受信する際に、グランド面12への電流は比較的に長い経路を経過することになるため、グランド面12の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面12のサイズが変化してもその変化の割合は、チップコイル14のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。
【選択図】 図1
Description
この発明は、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムに関する。詳しくは、給電部のグランド端子とグランド面との間にチップコイルが設けられ、該チップコイルにより上記給電部のグランド端子とグランド面とが接続される構成とし、または、給電部のグランド端子が接続されるグランド面の一部がミアンダ構造となっている構成とし、または、給電部のグランド端子が接続される第1のグランド面と、該第1のグランド面と分離される第2のグランド面とがヘリカル構造の導体で接続される構成とすることによって、グランド面の実効的なサイズを大きくすることができ、アンテナの特性を向上することができると共に、小型化を図ることができるようにしたアンテナシステムに係るものである。
移動体通信機等に用いられる小型のアンテナシステムとしては、従来から種々の構成のものが提案され用いられている。そのような小型のアンテナシステムとして良く知られるのは、チップアンテナを用いたものと逆Fアンテナを用いたものがある。
図9は、チップアンテナを用いたアンテナシステムの例を示す図である。このアンテナシステム1は、実質的に4分の1波長の電気長の放射導体とセラミックなどの誘電体材料で構成したチップアンテナに不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムの例である。
図9に示すように、アンテナシステム1は、チップアンテナ2と、RFコネクタ3と、グランド面4と備えている。チップアンテナ2はRFコネクタ3に接続され、RFコネクタ3の信号端子3aはRF回路に接続される。RFコネクタ3のグランド端子3bは実装基板のグランド面4に接続される。
また、図10は、逆Fアンテナを用いたアンテナシステムの例を示す図である。このアンテナシステム1Aは、平面型逆Fアンテナを用いた不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムの例である。
図10に示すように、逆Fアンテナ1Aは、放射導体部5aと短絡導体部5bと給電部5cとから成る放射素子(励振素子)5と、グランド面6と、放射素子5の給電部5cへ給電するための給電点となるRFコネクタ7とから構成されている。放射素子5はRFコネクタ7を介して給電される。この場合、RFコネクタ7の信号端子7aはRF回路に接続される。RFコネクタ7のグランド端子7bは実装基板のグランド面6に接続される。
このような構成の逆Fアンテナは、給電点の位置を変えることで、この給電点に接続される同軸線路等の給電線と放射素子5とのインピーダンス整合が取れるように工夫されたものである。
また、小型化するために、複共振の表面実装型アンテナが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この場合、表面実装アンテナは給電放射電極と無給電放射電極が互いに併設されている。また、給電端子とグランド短路端子が互いに間隔を介して近隣併設されており、給電端子から分岐してグランドに接続する導電パターンが形成されており、この導電パターンにはインダクタンス成分付加用パターンであるミアンダ状パターンが介設されている。このミアンダ状パターンは整合回路の電極パターンとして機能を有するものである。このミアンダ状パターンを形成すことによって、給電放射電極の電流大領域からミアンダ状パターンとグランドと無給電放射電極のグランド短路端子を介して電流大領域に至る電流経路が構成されるとなる。
このミアンダ状パターンのミアンダライン間隔やミアンダ本数やミアンダライン細さ等を変化させて該ミアンダ状パターンのインダクタンス成分の大きさを可変調整し、これにより、給電放射電極の電流大領域からミアンダ状パターンとグランドと無給電放射電極のグランド短路端子を介して電流大領域に至る電流経路の流通電流量を可変調整することによって、等価的に上述の2つの電流大領域間の磁界結合量を可変調整することができる。
しかしながら、近年、移動通信端末の普及により無線通信装置本体の小型化、およびアンテナ素子の小型化が進められた。このような小型のチップアンテナ等の実質的に4分の1波長の電気長の放射導体を持つアンテナは、実装基板のグランド面にも電流を流し、基板自体もアンテナの一部として動作させるため、基板形状によってアンテナの特性が大きく変化する。
また、上述したグランドがアンテナに一体化された逆Fアンテナ等においても、そのグランド部分の形状や大きさが変わることでアンテナの特性が変化する。そのため、基板のレイアウトが変わることにアンテナの再調整が必要になるという問題があった。
また、一般に基板のグランドが小さくなるにつれてアンテナの利得は低下する。しかしレイアウトの都合でグランドを大きくとることができない場合も多く、この場合、アンテナの利得を十分に高めることができないという問題があった。
また、特許文献1の場合、ミアンダ状パターンを設けることで、良好な共振状態を得ることができるが、アンテナの特性を低下させることなく、小型化を図ることは解決されなかった。
そこで、この発明は、グランド面の実効的なサイズを大きくすることができ、アンテナの特性を向上することができると共に、小型化を図ることができるようにしたアンテナシステムを提供することを目的とする。
この発明に係るアンテナシステムは、放射導体と、該放射導体に給電するための給電部とを有し、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにおいて、給電部のグランド端子とグランド面との間にチップコイルが設けられ、該チップコイルにより給電部のグランド端子とグランド面とが電気的に接続されるものである。
例えば、給電部のグランド端子とグランド面との間にチップコイルと直列に接続されるミアンダ構造の導体を更に備え、給電部のグランド端子とグランド面とは、チップコイルとミアンダ構造の導体により電気的に接続されるようになされる。
また例えば、チップコイルによって誘起される磁界の方向がその近傍にある金属面に対して平行であるように、チップコイルが配置される。
また、この発明に係るアンテナシステムは、放射導体と、該放射導体に給電するための給電部とを有し、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにおいて、給電部のグランド端子が接続されるグランド面の一部がミアンダ構造となっているものである。
また、この発明に係るアンテナシステムは、放射導体と、該放射導体に給電するための給電部とを有し、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにおいて、給電部のグランド端子が接続される第1のグランド面と、該第1のグランド面と離れている第2のグランド面とがヘリカル構造の導体で接続されるものである。例えば、ヘリカル構造の導体は、チップコイルである。
この発明においては、給電部のグランド端子とグランド面との間にチップコイルが設けられ、該チップコイルにより給電部のグランド端子とグランド面とが電気的に接続されることで、送受信する際に、グランド面への電流は比較的に長い経路を経過することになる。または、給電部のグランド端子が接続されるグランド面の一部がミアンダ構造となっている。または、給電部のグランド端子が接続される第1のグランド面と、該第1のグランド面と分離される第2のグランド面とがヘリカル構造の導体で接続されるようになされる。
これにより、グランド面の実効的なサイズを大きくすることができ、アンテナの特性を向上することが可能となる。また、グランド部を小さくしても、アンテナの特性を低下させることなく、アンテナシステムおよびそれを用いる装置の小型化を図ることが可能となる。
また、チップコイルを交換することで、アンテナシステムの特性を簡単に調整することが可能となる。
この発明によれば、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにおいて、給電部のグランド端子とグランド面との間にチップコイルが設けられ、該チップコイルにより上記給電部のグランド端子とグランド面とが接続される構成とし、または、給電部のグランド端子が接続されるグランド面の一部がミアンダ構造となっている構成とし、または、給電部のグランド端子が接続される第1のグランド面と、該第1のグランド面と分離される第2のグランド面とがヘリカル構造の導体で接続されるものであり、これにより、グランド面の実効的なサイズを大きくすることができ、アンテナの特性を向上することができると共に、小型化を図ることができる。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態のアンテナシステムについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態のアンテナシステム100の構成を示す図である。図1に示すように、アンテナシステム100は、チップアンテナ11と、グランド面12と、給電部としてのRFコネクタ13と、チップコイル14とから構成されている。
チップアンテナ11は、セラミックなどの誘電体材料からなる基体とその表面あるいは内部に設けられる実質的に4分の1波長の電気長の放射導体で構成されている。このチップアンテナ11は、不平衡回路を介して給電されるアンテナである。
グランド面12は、受信回路などが配置される基板上に形成されている。アンテナシステム100を用いて送受信する際に、このグランド面12にも電流を流し、アンテナの一部として動作する。グランド面12の大きさおよび形状は、アンテナシステム100の特性に影響する。
RFコネクタ13は、信号端子13aと、グランド端子13bとを有し、同軸ケーブルによりアンテナとRF回路(送受信回路)とを接続するためのコネクタである。RF回路はこのRFコネクタ13を介してチップアンテナ11に給電する。
チップコイル14は、その表面あるいは内部にヘリカル状に折りたたまれた導体を持つものである。ここで、ヘリカル状の導体は立体的なつるまき線や二次元の渦巻き状にしたものが考えられる。また、チップコイル14は、例えば、巻線タイプ、積層タイプ、フィルムタイプなどがある。
また、図1に示すように、チップコイル14は、RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間に配置されている。チップコイル14を基板に流れる電流の大きい部分に設けることで、グランド面12の実効的なサイズを大きくするにはより効果的である。このチップコイル14を設けることにより基板上のグランド面12を小さくしても、アンテナの特性の変化を抑えることが可能となる。
このように本実施の形態においては、アンテナシステム100は、RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間にチップコイル14が設けられ、このチップコイル14によりRFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12とが電気的に接続される。
これにより、送受信する際に、グランド面への電流は比較的に長い経路を経過することになるため、グランド面12の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面のサイズが変化してもその変化の割合は、チップコイル14のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。即ち、チップコイル14を設けることによりアンテナの特性を向上することができると共に、アンテナシステム100の小型化を図ることができる。
また、チップコイル14を交換することで、アンテナシステム100の特性を簡単に調整することができる。
次に、図2を参照しながら、この発明の第2の実施の形態について説明する。
図2は、本発明の第2の実施の形態のアンテナシステム200の構成を示す図である。アンテナシステム200は、逆Fアンテナに適用した例である。
図2に示すように、アンテナシステム200は、放射導体部21aと短絡導体部21bと給電部21cとから成る放射素子21と、グランド面22と、放射素子21の給電部21cへ給電するための給電点となるRFコネクタ23と、チップコイル24とから構成されている。
このアンテナシステム200は、給電点の位置を変えることで、この給電点に接続される同軸線路等の給電線と放射素子21とのインピーダンス整合が取れるように工夫されたものである。
放射素子21は、基板の表面に形成された逆F形状アンテナパターンによって構成される。グランド面22は、放射素子21と同一基板上に形成されている。アンテナシステム200を用いて送受信する際に、このグランド面22にも電流を流し、アンテナの一部として動作する。グランド面22の大きさおよび形状は、アンテナシステム200の特性に影響する。
RFコネクタ23は、信号端子23aと、グランド端子23bとを有し、同軸ケーブルによりアンテナとRF回路(送受信回路)とを接続するためのコネクタである。RF回路はこのRFコネクタ23を介して放射素子21に給電する。
チップコイル24は、その表面あるいは内部にヘリカル状に折りたたまれた導体を持つものである。ここで、ヘリカル状の導体は立体的なつるまき線や二次元の渦巻き状にしたものが考えられる。また、チップコイル24は、例えば、巻線タイプ、積層タイプ、フィルムタイプなどがある。
また、チップコイル24は、図2に示すように、RFコネクタ23のグランド端子23bとグランド面22との間に配置されている。チップコイル24を基板に流れる電流の大きい部分に設けることで、グランド面22の実効的なサイズを大きくするにはより効果的である。このチップコイル24を設けることにより基板上のグランド面22を小さくしても、アンテナの特性の変化を抑えることが可能となる。
このように本実施の形態においては、アンテナシステム200は、RFコネクタ23のグランド端子23bとグランド面22との間にチップコイル24が設けられ、このチップコイル24によりRFコネクタ23のグランド端子23bとグランド面22とが電気的に接続される。
これにより、送受信する際に、グランド面への電流は比較的に長い経路を経過することになるため、グランド面の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面のサイズが変化してもその変化の割合は、チップコイル24のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。即ち、チップコイル24を設けることによりアンテナの特性を向上することができると共に、アンテナシステム200の小型化を図ることができる。
また、チップコイル24を交換することで、アンテナシステム200の特性を簡単に調整することができる。
図3は、本発明の第3の実施の形態のアンテナシステム300の構成を示す図である。この図3において、図1と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
図3に示すように、アンテナシステム300は、チップアンテナ11と、グランド面12と、給電部としてのRFコネクタ13と、チップコイル14と、ミアンダ構造15とから構成されている。
ミアンダ構造15は、基板上に形成されるジグザグに折れ曲がったパターンである。このミアンダ構造15は、RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間に形成されており、チップコイル14と直列に接続されている。また、チップコイル14とミアンダ構造15により、RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12とが電気的に接続される。
このように本実施の形態においては、アンテナシステム300は、RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間にチップコイル14とミアンダ構造15が設けられ、このチップコイル14およびミアンダ構造15によりRFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12とが電気的に接続される。
これにより、送受信する際に、グランド面への電流は比較的に長い経路を経過することになるため、グランド面12の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面12のサイズが変化してもその変化の割合は、チップコイル14およびミアンダ構造15のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。即ち、チップコイル14およびミアンダ構造15を設けることによりアンテナの特性を向上することができると共に、アンテナシステム300の小型化を図ることができる。
また、チップコイル14を交換することで、アンテナシステム300の特性を簡単に調整することができる。
図4は、本発明の第4の実施の形態のアンテナシステム400の構成を示す図である。この図4において、図1と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
図4に示すように、アンテナシステム400は、チップアンテナ11と、グランド面12と、給電部としてのRFコネクタ13と、ミアンダ構造15Aとから構成されている。
アンテナシステム400において、ミアンダ構造15Aはグランド面12に設けられる。この例では、ミアンダ構造15Aは基板上に形成されるパターンであり、グランド面12の最端部に設けられている。なお、ミアンダ構造15Aは基板上に形成されるパターンに限定されるものではない。また、ミアンダ構造15Aはグランド面12の他の位置に設けてもよい。
このように本実施の形態においては、アンテナシステム400は、グランド面12にミアンダ構造15Aが設けられる。これにより、グランド面12の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面12のサイズが変化してもその変化の割合は、ミアンダ構造15Aのないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。即ち、ミアンダ構造15Aを設けることによりアンテナの特性を向上することができると共に、アンテナシステム400の小型化を図ることができる。
図5は、本発明の第5の実施の形態のアンテナシステム500の構成を示す図である。アンテナシステム500は、逆Fアンテナに適用した例である。この図5において、図2と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
図5に示すように、アンテナシステム500は、放射導体部21aと短絡導体部21bと給電部21cとから成る放射素子21と、グランド面22と、放射素子21の給電部21cへ給電するための給電点となるRFコネクタ23と、ミアンダ構造パターン25とから構成されている。
アンテナシステム500において、ミアンダ構造25はグランド面22に設けられる。この例では、ミアンダ構造25は基板上に形成されるパターンであり、グランド面22の最端部に設けられている。なお、ミアンダ構造25は基板上に形成されるパターンに限定されるものではない。また、ミアンダ構造25はグランド面22の他の位置に設けてもよい。
このように本実施の形態においては、アンテナシステム500は、グランド面22にミアンダ構造25が設けられる。これにより、グランド面22の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面22のサイズが変化してもその変化の割合は、ミアンダ構造25のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。即ち、ミアンダ構造25を設けることによりアンテナの特性を向上することができると共に、アンテナシステム500の小型化を図ることができる。
図6は、本発明の第4の実施の形態のアンテナシステム600の構成を示す図である。この図6において、図1と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
図6に示すように、アンテナシステム600は、チップアンテナ11と、グランド面12Aと、グランド面12Bと、給電部としてのRFコネクタ13と、チップコイル14とから構成されている。
アンテナシステム600において、チップコイル14は、グランド面12Aとグランド面12Bの間に設けられる。この例では、チップコイル14は、グランド面12Aの最端部に設けられているが、これに限定されるものではない。チップコイル14はグランド面12Aの他の位置に設けてもよい。
このように本実施の形態においては、アンテナシステム600は、グランド面12Aとグランド面12Bの間にチップコイル14が設けられる。これにより、グランド面12A,12Bの実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面のサイズが変化してもその変化の割合は、チップコイル14のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。即ち、チップコイル14を設けることによりアンテナの特性を向上することができると共に、アンテナシステム600の小型化を図ることができる。
また、チップコイル14を交換することで、アンテナシステム600の特性を簡単に調整することができる。
図7は、本発明の第7の実施の形態のアンテナシステム700の構成を示す図である。この図7において、図1と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
図7に示すように、アンテナシステム700は、チップアンテナ11と、グランド面12と、給電部としてのRFコネクタ13と、チップコイル14とから構成されている。
このアンテナシステム700において、チップコイル14はRFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間に設けられ、かつ、このチップコイル14は自身が誘起される磁界の方向が近傍にあるRFコネクタ13の金属面に対して平行になるように配置されている。
図8は、巻線タイプチップコイルによって励起される磁界を示す図である。周知のように、ヘリカル構造の導体に電流が流れると、導線の螺旋の軸と平行に磁界が誘起される。この磁界が近傍にある金属面と垂直に交わると、磁界を打ち消す効果によりアンテナの特性が劣化する。ここで、ヘリカル構造の導体の近傍に存在する金属としては、同軸ケーブルに接続するためのRFコネクタ等が挙げられる。
図8に示すように、巻線タイプのチップコイル14に対して、位置Bに設置されたRFコネクタ13よりも位置Aに配置されたRFコネクタ13のほうがアンテナの特性に与える影響が小さい。従って、上述した図7に示すように、チップコイル14によって誘起される磁界の方向が近傍にあるRFコネクタ13の金属面に対して平行になるように、チップコイル14が配置されることが望ましい。
このように本実施の形態においては、アンテナシステム700は、RFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12との間にチップコイル14が設けられ、このチップコイル14によりRFコネクタ13のグランド端子13bとグランド面12とが電気的に接続され、かつ、チップコイル14によって誘起される磁界の方向が近傍にあるRFコネクタ13の金属面に対して平行になるように、チップコイル14が配置される。
これにより、送受信する際に、グランド面12への電流は比較的に長い経路を経過することになるため、グランド面12の実効的なサイズを大きくすることができる。その結果、グランド面12のサイズが変化してもその変化の割合は、チップコイル14のないものに比べて小さくなり、アンテナの特性の変化を抑えることができる。即ち、チップコイル14を設けることによりアンテナの特性を向上することができると共に、アンテナシステム700の小型化を図ることができる。
また、チップコイル14の近傍にあるRFコネクタ13等の金属面によりアンテナの特性に与える影響を抑えることができる。また、チップコイル14を交換することで、アンテナシステム700の特性を簡単に調整することができる。
なお、上述実施の形態においては、チップコイル14を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。他のヘリカル構造の導体を用いてもよい。
また、上述実施の形態においては、チップアンテナまたは逆Fアンテナを用いたアンテナシステムについて説明したが、これに限定されるものではない。他の放射導体と、該放射導体に給電するための給電部とを有し、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにもこの発明を適用できる。
以上のように、この発明に係るアンテナシステムは、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムを備える送受信装置、特に小型、軽量、かつ高性能であることを要求される無線端末等の通信装置に適用できる。
11・・・チップアンテナ、12,12A,12B,22・・・グランド面、13,23・・・RFコネクタ、13a,23a・・・信号端子、13b,23b・・・グランド端子、14,24・・・チップコイル、15,15A,25・・・ミアンダ構造、21・・・放射素子、21a・・・放射導体部、21b・・・短絡導体、21c・・・給電部、100,200,300,400,500,600,700・・・アンテナシステム
Claims (7)
- 放射導体と、該放射導体に給電するための給電部とを有し、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにおいて、
上記給電部のグランド端子とグランド面との間にチップコイルが設けられ、
上記チップコイルにより上記給電部のグランド端子とグランド面とが電気的に接続される
ことを特徴とするアンテナシステム。 - 上記給電部のグランド端子とグランド面との間に上記チップコイルと直列に接続されるミアンダ構造の導体を更に備え、
上記給電部のグランド端子とグランド面とは、上記チップコイルと上記ミアンダ構造の導体により電気的に接続される
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナシステム。 - 上記チップコイルによって誘起される磁界の方向がその近傍にある金属面に対して平行であるように、上記チップコイルが配置される
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナシステム。 - 放射導体と、該放射導体に給電するための給電部とを有し、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにおいて、
上記給電部のグランド端子が接続されるグランド面の一部がミアンダ構造となっている
ことを特徴とするアンテナシステム。 - 放射導体と、該放射導体に給電するための給電部とを有し、不平衡回路を介して給電されるアンテナシステムにおいて、
上記給電部のグランド端子が接続される第1のグランド面と、該第1のグランド面と離れている第2のグランド面とがヘリカル構造の導体で接続される
ことを特徴とするアンテナシステム。 - 上記ヘリカル構造の導体は、チップコイルである
ことを特徴とする請求項5に記載のアンテナシステム。 - ヘリカル構造の導体によって誘起される磁界の方向がその近傍にある金属面に対して平行であるように、上記ヘリカル構造の導体が配置される
ことを特徴とする請求項5に記載のアンテナシステム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016092817A (ja) * | 2014-11-04 | 2016-05-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | アンテナ装置、および電子機器 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060307 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |