JP2006060561A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナに関し、特に地上波に対して、広帯域性を有し、指向性が広く小型で薄く、波長短縮化に適したアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna, and more particularly to an antenna having broadband characteristics with respect to terrestrial waves, wide directivity, small and thin, and suitable for shortening the wavelength.
近年、電波利用技術の進展に伴い、アンテナの開発は多岐に渡っており、八木アンテナ、ロッドアンテナ、ループアンテナ、ダイポールアンテナ等の各種のものが既に開発され、実用化されている。特に、無線機器や通信手段の進展に伴い、地上波デジタルテレビ放送や無線モバイル、携帯電話、ICタグ、ICカード等の実用化により、このような新しい小型機器の通信手段に用いられるアンテナが開発されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, with the progress of radio wave utilization technology, the development of antennas has been diversified, and various devices such as a Yagi antenna, a rod antenna, a loop antenna, and a dipole antenna have already been developed and put into practical use. In particular, along with the progress of wireless devices and communication means, the development of antennas used in communication means for these new small devices has been made possible by the practical application of terrestrial digital television broadcasting, wireless mobile phones, mobile phones, IC tags, IC cards, etc. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上記のような小型機器に用いられるアンテナは、その形状を小型化する必要があるとともに、指向性を広くして全方位に対して電波の送受信が可能なように構成する必要があるが、多くの種類のアンテナは、利得、性能を上げるために指向性を持たせており、このようなアンテナによって全指向性を達成しようとすると、複数のアンテナを有する複合アンテナとする必要があり、アンテナの小型化・縮小化が達成できないという問題があった。 However, the antenna used in the above-described small device needs to be reduced in size and configured to be capable of transmitting and receiving radio waves in all directions with wide directivity. Many types of antennas have directivity in order to increase gain and performance, and in order to achieve omnidirectionality with such antennas, it is necessary to make a composite antenna having a plurality of antennas, There was a problem that miniaturization / reduction of the antenna could not be achieved.
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、広帯域性を有し、指向性が広く、小型で薄く、波長短縮化に適したアンテナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an antenna having wide bandwidth, wide directivity, small and thin, and suitable for shortening the wavelength.
前記課題を解決するために、本発明に係るアンテナは、閉ループ形状を有し導電性材料で形成された放射素子(例えば、実施形態における方形素子5)、並びに、旗部、および、この旗部から突出した基端部を有し導電性材料で形成された複数のフラッグ素子からなり、放射素子とフラッグ素子とが同一平面上に位置し、フラッグ素子の基端部が放射素子の縁部に接続されて、フラッグ素子が放射素子に対して線対称に並べられた放射フラッグ素子(例えば、実施形態における方形フラッグ素子7)を有する同一形状で、且つ、同一平面上に位置する少なくとも2つの放射部と、この放射部と同一平面上に位置し、一対の端子部を有し、この端子部の一方が少なくとも1つの放射部に接続され、端子部の他方が残りの放射部に接続され、導電性材料で形成された給電部とを有し、各々の放射部の線対称軸が異なる方向に延びるように構成される。
In order to solve the above-described problems, an antenna according to the present invention includes a radiating element (for example, the
なお、本発明に係るアンテナは、各々の放射部が、線対称に配置された放射フラッグ素子を2つ以上有して構成され、放射部を構成する放射フラッグ素子の線対称軸方向の両端が電気的に接続されて構成されることが好ましい。 The antenna according to the present invention is configured so that each radiating section has two or more radiating flag elements arranged in line symmetry, and both ends of the radiating flag elements constituting the radiating section in the line symmetric axis direction are arranged. It is preferable to be electrically connected.
このとき、放射素子が、方形形状に形成されていることが望ましい。また、フラッグ素子の旗部が、方形形状で且つ閉ループ形状に形成されており、基端部が旗部の一辺を延長して延びるように形成されていることが好ましい。 At this time, it is desirable that the radiating element is formed in a square shape. Moreover, it is preferable that the flag part of the flag element is formed in a square shape and a closed loop shape, and the base end part is formed so as to extend by extending one side of the flag part.
また、放射部を囲むように同一平面上に配置されたループ素子を有し、このループ素子の端部が給電部の端子に各々接続されて構成されることが好ましい。このとき、ループ素子の一部が切断されて構成されていても良い。 Moreover, it is preferable to have a loop element arranged on the same plane so as to surround the radiating part, and to be configured such that an end of the loop element is connected to a terminal of the power feeding part. At this time, a part of the loop element may be cut off.
また、給電部に、方形形状で、且つ、閉ループ形状に形成されてインピーダンスを所定の値にする整合素子を有して構成されることが好ましい。さらに、給電部に、所定の周波数だけを通過させるフィルタ素子を有して構成されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the power feeding unit is configured to include a matching element that is formed in a square shape and a closed loop shape and has an impedance of a predetermined value. Furthermore, it is preferable that the power supply unit is configured to have a filter element that allows only a predetermined frequency to pass.
さらに、このような本発明に係るアンテナにおいて、2つの放射部(例えば、実施形態における第1および第2放射部3a,3b)を有し、各々の放射部の線対称軸が90度異なるように構成されることが好ましい。あるいは、4つの放射部(例えば、実施形態における第1〜第4放射部23a〜23d)を有し、各々の放射部の線対称軸が90度ずつ異なるように構成されることが好ましい。
Furthermore, the antenna according to the present invention has two radiating portions (for example, the first and second radiating
本発明に係るアンテナを以上のように構成することにより、アンテナを平面化して小型化することが可能であり、小型通信機器に好適である。また、放射部を、放射素子とこの放射素子に線対称に接続された複数のフラッグ素子からなる放射フラッグ素子から構成しているため、このアンテナにより送受信可能な周波数帯域を広くすることが可能であり、且つ、波長の短縮化が可能である。さらに、この放射部を2つ以上有するように構成するとともに、その線対称軸が延びる方向を異なるように構成することにより、このアンテナの指向性を広くして全方位に対する電波の送受信を可能とすることができる。 By configuring the antenna according to the present invention as described above, the antenna can be planarized and reduced in size, which is suitable for a small communication device. In addition, since the radiating section is composed of a radiating element composed of a radiating element and a plurality of flag elements connected to the radiating element in line symmetry, it is possible to widen the frequency band that can be transmitted and received by this antenna. In addition, the wavelength can be shortened. Furthermore, it is configured to have two or more of these radiating portions, and by configuring the line symmetry axis to extend in different directions, it is possible to widen the directivity of this antenna and transmit / receive radio waves in all directions. can do.
また、放射部を複数の放射フラッグ素子を組み合わせて構成することにより、感度を向上させるとともに、このアンテナの指向性をより広くすることができるため、全方位に対する電波の送受信を可能とすることができる。 In addition, by configuring the radiating portion by combining a plurality of radiating flag elements, the sensitivity can be improved and the directivity of this antenna can be made wider, so that transmission / reception of radio waves in all directions can be made possible. it can.
また、放射フラッグ素子を形成する放射素子を方形形状に形成したり、フラッグ素子の旗部を方形形状で且つ閉ループ形状に形成することにより、周波数帯域や使用用途等に合わせて最適な送受信条件を設定することができる。 In addition, by forming the radiating element that forms the radiating flag element in a square shape, or by forming the flag part of the flag element in a square shape and a closed loop shape, the optimal transmission / reception conditions can be set according to the frequency band, usage, etc. Can be set.
さらに、放射部を囲むようにループ素子を設けることにより、このアンテナの利得を向上させることができる。このループ素子は一部を切断することにより利得やインピーダンスの調整を行うことができる。あるいは、給電部に整合素子を設けることにより、このアンテナのインピーダンスを調整することが可能であるとともに、送受信可能な周波数帯域を広げることができる。 Furthermore, the gain of this antenna can be improved by providing a loop element so as to surround the radiating portion. This loop element can be adjusted in gain and impedance by cutting a part thereof. Alternatively, by providing a matching element in the power feeding unit, it is possible to adjust the impedance of the antenna and to widen the frequency band in which transmission and reception can be performed.
なお、放射部を2個有してその線対称軸を90度異なるように配置したり、あるいは、放射部を4個有してその線対称軸を90度ずつ異なるように配置して本発明に係るアンテナを構成することにより、効果的に指向性を広くして全方位に対する電波の送受信を可能とすることができる。 In the present invention, two radiating portions are provided so that their line symmetry axes are different from each other by 90 degrees, or four radiating portions are provided so that their line symmetry axes are different from each other by 90 degrees. By configuring the antenna according to the above, it is possible to effectively widen directivity and enable transmission / reception of radio waves in all directions.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1を用いて第1実施例について説明する。この第1実施例に係る平面アンテナ1は、誘電体(絶縁体)からなる基板2と、この基板2の平面上に取り付けられた、すなわち同一平面上に位置する導電性の薄膜(放射部3および給電部4)から構成される。
First, the first embodiment will be described with reference to FIG. The planar antenna 1 according to the first embodiment includes a
このように構成された平面アンテナ1において、基板2は、剛性を有するものでも良いし、可撓性を有するものでも良く、その材質は問わない。例えば、可撓性を有する基板2を用いた場合は、自動車のフロントガラスやリヤガラス等の緩やかな曲面に装着することや、フレキシブル無線ICカード等に用いることができる。
In the planar antenna 1 configured as above, the
放射部3は、方形形状で、且つ、閉ループ状に形成された方形素子5と、この方形素子5の側部に線対称になるように配設された複数のフラッグ素子6からなる方形フラッグ素子7を有して構成される。このとき、フラッグ素子6は、方形形状で、且つ、閉ループ状に形成された旗部6aと、この旗部6aの一辺を延ばした基端部6bとから構成されており、方形フラッグ素子7の線対称軸X方向に直交するように延びて基端部6bが方形素子5の縁部に接続されている。
The radiating
この第1実施例において、放射部3は、2個の方形フラッグ素子7を有しており、その線対称軸が平行になるように配設されるとともに、線対称軸方向の端部が電気的に接続されて、放射部3全体として線対称軸Yを中心に線対称になるように構成されている。なお、放射部3を構成する方形フラッグ素子7の個数は2個に限定されず、1個でも良いし、3個以上有していても良い。そして、本第1実施例において、放射部3はその線対称軸Yが延びる方向が90度異なる第1放射部3aと第2放射部3bとから構成されている。この第1放射部3aと第2放射部3bとは同一形状を有している。
In this first embodiment, the
給電部4は、放射部3と同一の導電性材料で形成されており、基板2上に形成された2個1組の端子部8(8a,8b)と、基板20上にストリップ状に形成されてこの端子部8a,8bの各々と第1および第2放射部3a,3bを接続する線路部9(9a,9b)とから構成される。この端子部8には通信機器とこの平面アンテナ1とを接続する給電線が接続される。
The
放射部3および給電部4を形成する導電性の薄膜の材質は問わないため、銅、アルミニウム、カーボン等を適用することができる。また、導電性インクを用いて形成することも可能である。このような薄膜の形成方法としては、エッチング方法やホットスタンプ(箔押し)方法等を適用可能であり、また、ストリップ状の金属箔を所定の長さに切断して基板2に貼り付ける方法も適用できる。さらに、導電性インクを用いた場合には、印刷方法を適用することも可能である。
Since the material of the conductive thin film forming the
なお、図1においては、導電性の薄膜部(放射部3および給電部4)を基板2上に取り付けた場合について説明したが、大型のアンテナを構成する場合は、金属管や金属棒(いずれも断面が円形、角形を問わない)を連結することにより構成することができ、このように、放射部3および給電部4のパターンを形成する導電性材料に十分な保形性能が確保できる場合は、基板2を省略することができる(以降の実施例においても同様である)。
In addition, in FIG. 1, although the case where the electroconductive thin film part (the radiation |
このような構成の平面アンテナ1において、給電部4の端子部8(8a,8b)に無線周波数帯の交流電圧が印加されると、線路部9(9a,9b)を介して放射部3a,3bにこの交流電圧が伝わり、放射部3a,3bから交流電圧に応じた電波が放射される。反対に、この平面アンテナ1に電波が照射されると、放射部3a,3bで生じた起電力に応じて、交流電圧を給電部4の端子部8(8a,8b)から取り出すことができる。
In the planar antenna 1 having such a configuration, when an AC voltage in the radio frequency band is applied to the terminal portion 8 (8a, 8b) of the
それでは、この第1実施例に係る平面アンテナ1の指向性について図2を用いて説明する。図2(a)は、1つの放射部(3a若しくは3b)の線対称軸BをZ軸に一致させて側面から見たときのXY平面上における指向性を示しており、8の字に近い円形の指向性を有している。一方、図2(b)は、同様にこの放射部3a(3b)を上面から見たときのXZ平面上における指向性を示しており、左右(X軸方向)と後方(Z軸方向で給電部4が接続される方向)の指向性が若干弱い玉子形に近い円形の指向性を有している。このため、図1に示すように、第1放射部3aと第2放射部3bの線対称軸(図2におけるZ軸方向)を異なる方向に向けることにより、指向性の強い部分を異なる方向に向けて、平面アンテナ1全体としてより円形に近くすることにより、指向性を広くする(緩指向性を得る)ことができる。
Now, the directivity of the planar antenna 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 (a) shows the directivity on the XY plane when viewed from the side with the line symmetry axis B of one radiating portion (3a or 3b) coincident with the Z axis, which is close to the figure 8. It has a circular directivity. On the other hand, FIG. 2B shows the directivity on the XZ plane when the radiating
このように、本第1実施例に係る平面アンテナ1は、放射部3を、方形素子5とこの方形素子5に線対称に接続された複数のフラッグ素子6からなる方形フラッグ素子7を有しているため、この平面アンテナ1により送受信可能な周波数帯域を広くすることが可能であり(例えば、10MHz〜10GHzの電波を送受信可能)、且つ、波長の短縮化が可能である。また、放射部3を、複数の方形フラッグ素子7を組み合わせて構成することにより、感度を向上させるとともに、図2に示した指向性をより円形に近づける、すなわち、全方位に対する送受信を可能とすることができる。
As described above, the planar antenna 1 according to the first embodiment includes the
以上のように、本第1実施例に係る平面アンテナ1によれば、指向性が広く、小型で薄く、縮小化に適したアンテナを実現することができる。しかも、この平面アンテナ1は広帯域に容易に対応可能である。また、この平面アンテナ1は、プリント配線基板(フレキシブルプリント配線基板を含む)と同様な方法で製造することができるため、プリント配線基板上の一部領域にこの平面アンテナ1を形成することができる。すなわち、送受信回路が搭載されたプリント配線基板の一部に平面アンテナ1も同一の製造工程で搭載することができる。そのため、この平面アンテナ1を含む送受信装置全体を小型化可能であり、また、製造工程を簡単にして製造コストを低減することができる。 As described above, according to the planar antenna 1 according to the first embodiment, it is possible to realize an antenna having wide directivity, small and thin, and suitable for reduction. Moreover, the planar antenna 1 can easily cope with a wide band. Moreover, since this planar antenna 1 can be manufactured by a method similar to a printed wiring board (including a flexible printed wiring board), the planar antenna 1 can be formed in a partial region on the printed wiring board. . That is, the planar antenna 1 can be mounted on a part of the printed wiring board on which the transmission / reception circuit is mounted in the same manufacturing process. Therefore, the entire transmission / reception apparatus including the planar antenna 1 can be reduced in size, and the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
また、本第1実施例に係る平面アンテナ1は、図1に示すように、全体として同一平面上に位置するように構成されているため、所定箇所に接着等で設置すれば良いため、設置作業を容易とすることができる。さらに、接着されて取り付けられた平面アンテナ1は、外部に突出する部分がないため、損傷する虞が少ない。 Further, since the planar antenna 1 according to the first embodiment is configured to be located on the same plane as a whole as shown in FIG. 1, the planar antenna 1 may be installed by bonding or the like at a predetermined location. Work can be facilitated. Further, the planar antenna 1 attached by bonding has no possibility of being damaged because there is no portion protruding to the outside.
次に、図3を用いて第2実施例に係る平面アンテナ21について説明する。この第2実施例に係る平面アンテナ21は、第1実施例に係る平面アンテナ1の2個の放射部3(3a,3b)を4個にした場合である。そのため、第1実施例で説明した方形フラッグ素子7等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、この図3においては、絶縁体で形成された基板は省略して図示しない。なお、この第2実施例における各々の放射部23は、第1実施例における各々の放射部3と同一形状である。
Next, the
この平面アンテナ21の放射部23は、第1放射部23a、第2放射部23b、第3放射部23cおよび第4放射部23dの4個の放射部から構成されており、それぞれの線対称軸方向は90度ずつ異なるように配設されている。また、給電部4を構成する2本の線路部9a,9bは、一方(9a)が第1および第2放射部23a,23bに接続され、他方(9b)が第3および第4放射部23c,23dに接続されている。そのため、第1実施例と同様に、給電部4の端子部8a,8bに無線周波数帯の交流電圧が印加されると、線路部9を介して放射部23a,23b,23c,23dにこの交流電圧が伝わり、放射部23a,23b,23c,23dから交流電圧に応じた電波が放射される。反対に、この平面アンテナ1に電波が照射されると、放射部23a,23b,23c,23dで生じた起電力に応じて、交流電圧を給電部4の端子部8a,8bから取り出すことができる。
The radiating
この平面アンテナ21を構成する各々の放射部23a,23b,23c,23dの指向性は第1実施例において図2を用いて説明した通りであるため、このように、その線対称軸が延びる方向を90度ずつずらすことにより、その指向性はほぼ円形となり全方位に対する送受信を可能とすることができる。なお、その他の効果については、第1実施例と同様である。
Since the directivity of each of the radiating
以上のように、第1および第2実施例に係る平面アンテナ1,21において、放射部3,23を2個若しくは4個有するように構成するとともに、その線対称軸が延びる方向を90度ずつ異なるように構成することにより、指向性が円形に近くなり全方位に対して送受信が可能となるが、更に、感度等を改善した第3実施例について、図4〜図7を用いて説明する。なお、第2実施例の場合と同様に、既に説明した構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、絶縁体で形成された基板も図示しない。
As described above, the
図4は、第1実施例に係る平面アンテナ1に、放射部3(3a,3b)を囲むように同一平面上に取り付けられたループ素子10と、方形形状で且つ閉ループ形状の複数の整合素子11とを設けた平面アンテナ31を示している。
FIG. 4 shows a
ループ素子10は、放射部3a,3bの前方(給電部4が接続されていない方向)と側方を囲むように取り付けられており、その両端はそれぞれ給電部4(線路部9a,9b)に接続されている。このループ素子10は、放射部3a,3bでの利得を向上させる働きを有している。
The
一方、複数の整合素子11は、ループ素子10と給電部4が接続される部分に設けられており、この平面アンテナ31のインピーダンスを所望の値に調整する働きを有している(例えば、テレビ放送の受信用に用いる場合にはインピーダンスを75Ωにする)。また、この整合素子11は、放射部3a,3bの方形素子5やフラッグ素子6の閉ループとは異なる大きさとすることにより、この平面アンテナ31で送受信可能な周波数帯域を広げることができる。例えば、図4に示すように、方形素子5やフラッグ素子6よりも大きく形成することにより、周波数の低い方に帯域を広げることができる。
On the other hand, the plurality of matching elements 11 are provided at a portion where the
このように、ループ素子10や整合素子11を設けることにより、平面アンテナ31の利得を向上させるとともに、周波数帯域を広くすることができる。また、平面アンテナ31のインピーダンスも所望の値に調整することができる。
Thus, by providing the
図5は、第2実施例に係る平面アンテナ21に、放射部23(23a,23b,23c,23d)を囲むように同一平面上に取り付けられたループ素子10と、方形形状で且つ閉ループ形状の複数の整合素子11とを設けた平面アンテナ41を示している。この平面アンテナ41においても、ループ素子10および整合素子11により、利得を向上させるとともに、周波数帯域を広げることができ、さらに、インピーダンスを所望の値に調整することができる。
FIG. 5 shows a
さらに、図6および図7に示す平面アンテナ31′,41′のように、ループ素子10(整合回路11)と給電部4(線路部9a,9b)との接続部にフィルタ素子12を設けることにより、不要な周波数を遮断して所望の周波数帯域だけをこの平面アンテナ31′,41′で送受信することが可能となる。
Further, like the planar antennas 31 'and 41' shown in FIGS. 6 and 7, a
なお、図6および図7に示すように、ループ素子10はその一部を切断してそれぞれ線路部9a,9bに接続される第1ループ素子10aと第2ループ素子10bとから構成することも可能である。このように、ループ素子10に空隙10cを設けることにより、平面アンテナ31′,41′の利得を調整したり、インピーダンスを調整したりすることが可能である。また、この図6および図7に示す平面アンテナ31′,41′の場合において、給電部4の端子部8a,8bに同軸ケーブルを繋ぐ場合は、放射部3,23に直接繋がる端子部8aに同軸ケーブルの芯線を接続し、フィルタ素子12を介して放射部3,23に繋がる端子部8bに同軸ケーブルのシールド線を接続する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
以上の第1及び第2実施例においては、方形素子5及びフラッグ素子6の旗部6aはいずれも方形形状で、且つ、閉ループ形状に形成した場合について説明したが、本発明がこの形態に限定されることはなく、例えば、方形素子5が円形、楕円形、多角形、若しくは、正方形形状で、且つ、閉ループ形状に形成されていてもよいし、フラッグ素子6の旗部6aが円形、楕円形、多角形、若しくは、正方形形状に形成されていても良い。また、この旗部6aは閉ループ形状でなく、全面が導電性材料で形成されて構成されていてもよい。
In the first and second embodiments described above, the description has been given of the case where both the
1,21,31,31′,41,41′ 平面アンテナ
3,23 放射部
3a,23a 第1放射部
3b,23b 第2放射部
23c 第3放射部
23d 第4放射部
4 給電部
5 方形素子(放射素子)
6 フラッグ素子
6a 旗部
6b 基端部
7 方形フラッグ素子(放射フラッグ素子)
8(8a,8b) 端子部
10(10a,10b) ループ素子
11 整合素子
12 フィルタ素子
1, 21, 31, 31 ', 41, 41'
6 Flag element
8 (8a, 8b) Terminal portion 10 (10a, 10b) Loop element 11
Claims (10)
前記放射部と同一平面上に位置し、一対の端子部を有し、前記端子部の一方が少なくとも1つの前記放射部に接続され、前記端子部の他方が残りの前記放射部に接続され、導電性材料で形成された給電部とを有し、
各々の前記放射部の線対称軸が異なる方向に延びるように構成されたことを特徴とするアンテナ。 A radiating element having a closed loop shape and formed of a conductive material; and a flag portion and a plurality of flag elements having a base end portion protruding from the flag portion and formed of a conductive material. The element and the flag element are located on the same plane, the base end of the flag element is connected to the edge of the radiating element, and the flag element is line-symmetrically arranged with respect to the radiating element At least two or more radiating portions having the same shape and having the radiating flag element and located on the same plane;
Located on the same plane as the radiating part, has a pair of terminal parts, one of the terminal parts is connected to at least one radiating part, the other of the terminal parts is connected to the remaining radiating part, A power feeding part formed of a conductive material,
An antenna, wherein the axis of line symmetry of each of the radiating portions extends in different directions.
前記放射部を構成する前記放射フラッグ素子の線対称軸方向の両端が電気的に接続されて構成されたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。 Each of the radiating portions is configured to have two or more of the radiating flag elements arranged in line symmetry,
2. The antenna according to claim 1, wherein both ends of the radiation flag element constituting the radiation portion are electrically connected to each other in the line symmetry axis direction.
前記ループ素子の端部が前記給電部の前記端子に各々接続されて構成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアンテナ。 A loop element disposed on the same plane so as to surround the radiation part;
The antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein an end portion of the loop element is connected to each of the terminals of the feeding portion.
The antenna according to claim 1, wherein the antenna has four radiating portions, and each radiating portion has a line symmetry axis that is different by 90 degrees.
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