JP2012054653A - Antenna device and array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動通信の基地局アンテナとして使用されるアンテナ装置およびアレイアンテナに係り、特に、360°全方位を網羅する水平面内指向性を得るために使用される複数の扇形セクタに最適なアンテナ装置およびアレイアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna device and an array antenna used as a base station antenna for mobile communication, and more particularly to an antenna optimal for a plurality of sector sectors used for obtaining a horizontal plane directivity covering all 360 ° directions. The present invention relates to an apparatus and an array antenna.
移動通信の基地局アンテナにおいて、例えば、加入者容量を増加しようとする場合などに、アンテナ装置の水平面内放射ビームの半値幅を変更する必要がある。
アンテナ装置の水平面内放射ビームの半値幅を変更する手法の一つとして、水平面内放射ビームの半値幅をおよそ120゜とする多周波数共用アンテナおいて、既存アンテナの両サイドに最も高い周波数の半波長程度の長さを有する金属導体を立設することにより最も高い周波数の水平面内放射ビームの半値幅を減少させることが知られている。(下記、特許文献1参照)
In a base station antenna for mobile communication, for example, when the subscriber capacity is to be increased, it is necessary to change the half width of the radiation beam in the horizontal plane of the antenna device.
As one of the methods for changing the half-width of the radiation beam in the horizontal plane of the antenna device, in the multi-frequency shared antenna in which the half-width of the radiation beam in the horizontal plane is about 120 °, the half-width of the highest frequency is set on both sides of the existing antenna. It is known to reduce the half width of the highest frequency horizontal radiation beam by erecting a metal conductor having a length of about the wavelength. (See
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
移動通信の基地局において3セクタ構成とするとき、それぞれのセクタを構成するアンテナは120°離角で同一基地局に配置される。そのときに、各セクタを構成するアンテナの水平面内ビーム幅は120°の扇形が望ましい。
しかしながら、例えば、前述の特許文献1に記載の多周波数共用アンテナのように、実際には120°方向以外の方向においてもアンテナ利得が存在するために、主にセクタ間において、2つのアンテナの指向特性が重複する。この重複する領域が大きいほどセクタ間の干渉も大きくなり、通信品質の劣化をもたらす。
前述の問題点を解決するための手法として、アンテナのカバーを厚くする方法、あるいは、反射板の形状を大きくする方法が知られているが、これらの方法は、アンテナ全体の形状が複雑になりコストが高くなるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で、セクタ間干渉を抑制することが可能となるアンテナ装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述のアンテナ装置を垂直偏波用のアンテナ装置として使用するアレイアンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
When a mobile communication base station has a three-sector configuration, the antennas constituting each sector are arranged at the same base station at a 120 ° separation angle. At that time, the beam width in the horizontal plane of the antenna constituting each sector is preferably a sector shape of 120 °.
However, since the antenna gain actually exists in directions other than the 120 ° direction as in the multi-frequency shared antenna described in
As a method for solving the above-mentioned problems, a method of increasing the thickness of the antenna cover or a method of increasing the shape of the reflector is known, but these methods complicate the shape of the entire antenna. There was a problem of high costs.
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an antenna device that can suppress inter-sector interference with a simple structure. is there.
Another object of the present invention is to provide an array antenna that uses the antenna device described above as a vertically polarized antenna device.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)反射板と、前記反射板上に配置される少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナとを備え、前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナから放射される電波の偏波方向が大地に対して垂直方向であるアンテナ装置であって、前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナの両側に前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナの延長方向に沿って配置される第1の導電体と第2の導電体を有し、前記反射板の反射面と平行で、前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナが配置される面を第1の面、前記反射板の反射面と平行で、前記第1の導電体と前記第2の導電体が配置される面を第2の面とするとき、前記第2の面は、前記反射板の反射面から見て前記第1の面よりも外側に位置し、前記第1の導電体と前記第2の導電体とは、それぞれ、延長方向の両端から中心領域に向かって延びる第1のスリットと第2のスリットを有する。
(2)(1)において、前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナ上に配置される導波器を有し、前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第3の面とするとき、前記第3面は、前記反射板の反射面から見て前記第1の面よりも外側に位置する。
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) A reflector and at least one half-wave dipole antenna disposed on the reflector are provided, and the polarization direction of radio waves radiated from the at least one half-wave dipole antenna is relative to the ground. An antenna device in a vertical direction, wherein the first conductor and the second conductor are disposed on both sides of the at least one half-wave dipole antenna along an extension direction of the at least one half-wave dipole antenna. A surface on which the at least one half-wave dipole antenna is disposed is parallel to the reflection surface of the reflection plate and parallel to the reflection surface of the reflection plate. When the surface on which the body and the second conductor are disposed is the second surface, the second surface is located outside the first surface when viewed from the reflective surface of the reflector, The first conductor and the second conductor; The conductors each have a first slit and a second slit extending toward the central area from the two ends of the extension direction.
(2) In (1), a waveguide is disposed on the at least one half-wave dipole antenna, and a surface on which the waveguide is disposed is parallel to a reflection surface of the reflector. When the third surface is used, the third surface is located outside the first surface when viewed from the reflecting surface of the reflecting plate.
(3)(1)において、前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナは、前記反射板上に所定の間隔をおいて配置される一対の半波長ダイポールアンテナである。
(4)(3)において、前記反射板の反射面に直交し、前記一対の半波長ダイポールアンテナの中心を通る面上で、前記反射板の反射面上に配置される導波器を有し、前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第3の面とするとき、前記第3面は、前記反射板の反射面から見て前記第2の面よりも外側に位置する。
(5)電波の偏波方向が大地に対して水平方向である第1アンテナ装置と、電波の偏波方向が大地に対して垂直方向である第2アンテナ装置とを備えるアレイアンテナであって、前記第2アンテナ装置は、前述の(1)ないし(4)の何れか1項に記載のアンテナ装置である。
(3) In (1), the at least one half-wave dipole antenna is a pair of half-wave dipole antennas arranged at a predetermined interval on the reflector.
(4) In (3), having a waveguide disposed on the reflection surface of the reflection plate on a surface orthogonal to the reflection surface of the reflection plate and passing through the center of the pair of half-wave dipole antennas When the surface on which the director is disposed is parallel to the reflecting surface of the reflecting plate and is a third surface, the third surface is more than the second surface when viewed from the reflecting surface of the reflecting plate. Is also located outside.
(5) An array antenna comprising a first antenna device in which the polarization direction of radio waves is horizontal to the ground, and a second antenna device in which the polarization direction of radio waves is perpendicular to the ground, The second antenna device is the antenna device according to any one of (1) to (4) described above.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、簡単な構造で、セクタ間干渉を抑制することが可能となる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, it is possible to suppress inter-sector interference with a simple structure.
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[実施例1]
図1は、本発明の実施例1の垂直偏波用アンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
図2は、本発明の実施例1の垂直偏波用アンテナ装置を正面から見た正面図である。なお、図2では、反射板の図示は省略している。
図3は、本発明の実施例1のアンテナ装置の断面構造を示す要部断面図であり、図1に示すA−A’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図1ないし図3において、1は反射板、10は反射面を構成する底面反射板、11は側面反射板、21、22は、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ、31は第1の導電体、32は第2の導電体、4は導波器である。
図3に示すように、反射板1の側面反射板11は、底面反射板10の裏側に折り曲げられ、側面反射板11と底面反射板10との成す角(図3のθ)は、90°以下とされる。
ここで、一対の半波長ダイポールアンテナ(21,22)、第1の導電体31、第2の導電体32、および、導波器4は、例えば、誘電体基板上にプリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。
第1の導電体31および第2の導電体32は、図2に示すように、一対の半波長ダイポールアンテナ(21,22)の延長方向に沿って、一対の半波長ダイポールアンテナ(21,22)の両側に配置される。
第1の導電体31および第2の導電体32は、一対の半波長ダイポールアンテナ(21,22)から放射される垂直偏波の電波の水平面内放射ビームの半値幅を制限する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
[Example 1]
1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a vertically polarized antenna device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the vertically polarized antenna device according to the first embodiment of the present invention as viewed from the front. In FIG. 2, the reflection plate is not shown.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part showing the cross-sectional structure of the antenna device according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure along the line AA ′ shown in FIG.
1 to 3,
As shown in FIG. 3, the
Here, the pair of half-wave dipole antennas (21, 22), the
As shown in FIG. 2, the
The
ここで、図2に示すように、導波器4の長さ(L1)と、第1の導電体31および第2の導電体32の長さ(L2)は、下記(1)式の値とされる。
[数1]
0.25×λo≦L1≦0.35×λo
0.5×λo≦L2≦0.65×λo
・・・・・・・・・・・・・・ (1)
また、図3に示すように、反射板1の底面反射板10と平行で、一対の半波長ダイポールアンテナ(21,22)が配置される面を第1の面(図3のFA1)、反射板1の底面反射板10と平行で、第1の導電体31および第2の導電体32が配置される面を第2の面(図3のFA2)、および、反射板1の底面反射板10と平行で、導波器4が配置される面を第3の面(図3のFA3)とするとき、反射板1の底面反射板10と第1の面との間隔(L3)、および、第1の面と第3の面との間隔(L4)は、下記(2)式の値とされる。
[数2]
0.15×λo≦L3≦0.30×λo
0.20×λo≦L4≦0.30×λo
・・・・・・・・・・・・・・ (2)
さらに、第1の導電体31と第2の導電体32との間隔(L5)、反射板1の幅(L6)は、下記(3)式の値とされる。
[数3]
0.45×λo≦L5≦0.60×λo
0.30×λo≦L6≦0.50×λo
・・・・・・・・・・・・・・ (3)
なお、第2の面(図3のFA2)は、反射板1の底面反射板10から見て第1の面(図3のFA1)より外側(図3において、第1の面(図3のFA1)より上側)で、反射板1の底面反射板10から見て第3の面(図3のFA3)よりも内側(図3において、第3の面(図3のFA3)より下側)の位置で、第1の導電体31および第2の導電体32により、所定の水平面内指向特性が得られる位置に設定される。
Here, as shown in FIG. 2, the length (L1) of the waveguide 4 and the lengths (L2) of the
[Equation 1]
0.25 × λo ≦ L1 ≦ 0.35 × λo
0.5 × λo ≦ L2 ≦ 0.65 × λo
(1)
Also, as shown in FIG. 3, the surface on which the pair of half-wave dipole antennas (21, 22) is arranged parallel to the
[Equation 2]
0.15 × λo ≦ L3 ≦ 0.30 × λo
0.20 × λo ≦ L4 ≦ 0.30 × λo
(2)
Furthermore, the distance (L5) between the
[Equation 3]
0.45 × λo ≦ L5 ≦ 0.60 × λo
0.30 × λo ≦ L6 ≦ 0.50 × λo
(3)
Note that the second surface (FA2 in FIG. 3) is outside the first surface (FA1 in FIG. 3) when viewed from the
図4は、本発明の実施例1の第1の導電体31と第2の導電体32の構成を説明するための図である。
図4に示すように、本発明の実施例1の第1の導電体31(または、第2の導電体32)は、延長方向の両端から中心領域に向かって延びる第1のスリット30aと第2のスリット30bを有する。
ここで、第1の導電体31(または、第2の導電体32)の幅(図4のL8)と、第1の導電体31(または、第2の導電体32)のスリット(30a,30b)の長さ(図4のL7)と幅(図4のL9)は、下記(4)式の値とされる。
[数4]
0.20×λo≦L7≦0.30×λo
0.02×λo≦L8≦0.03×λo
0.01×λo≦L9≦0.02×λo
・・・・・・・・・・・・・・ (4)
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the
As shown in FIG. 4, the first conductor 31 (or the second conductor 32) according to the first embodiment of the present invention includes a
Here, the width (L8 in FIG. 4) of the first conductor 31 (or the second conductor 32) and the slit (30a, second conductor 32) of the first conductor 31 (or the second conductor 32). The length (L7 in FIG. 4) and the width (L9 in FIG. 4) of 30b) are values of the following equation (4).
[Equation 4]
0.20 × λo ≦ L7 ≦ 0.30 × λo
0.02 × λo ≦ L8 ≦ 0.03 × λo
0.01 × λo ≦ L9 ≦ 0.02 × λo
(4)
図5は、参考例の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内指向特性を示すグラフであり、図6は、本発明の実施例1の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内指向特性を示すグラフである。
図7は、参考例の垂直偏波用アンテナ装置と本発明の実施例1の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内放射ビーム幅を示すグラフである。なお、図7において、Aは本発明の実施例1の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内放射ビーム幅を、Bは参考例の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内放射ビーム幅を示す。
図5〜図7から分かるように、本実施例の垂直偏波用アンテナ装置では、水平面内指向特性の半幅値(利得量が、−3dBとなるビーム幅)は80°と、参考例の垂直偏波用アンテナ装置と同じであるが、利得量が、−10dB以下となるビーム幅は、約140°と、参考例の垂直偏波用アンテナ装置よりも狭くなっている。
これは、本実施例の第1の導電体31と第2の導電体32とで、一対の半波長ダイポールアンテナ(21,22)から放射される垂直偏波の電波の水平面内放射ビームの半値幅を制限するとともに、導波器4により、垂直偏波の電波の図6に示す0°方向の利得を向上させた結果に基づくものであると想定される。
なお、前述の特許文献1に記載の多周波共用アンテナでも、半波長ダイポールアンテナの両側に金属導体を配置し、最も高い周波数の水平面内放射ビームの半値幅を減少させているが、この特許文献1では、半波長ダイポールアンテナの両側に配置される金属導体は、反射板の反射面から見て、半波長ダイポールアンテナより内側の位置に配置されている。さらに、特許文献1には、半波長ダイポールアンテナ上に導波器を配置することは記載されていない。
さらに、本実施例の垂直偏波用アンテナ装置では、反射板1の裏面側の利得も大幅に減少している。これは、本実施例の反射板1の側面反射板11によるものと想定される。
FIG. 5 is a graph showing the directivity characteristics in the horizontal plane of the vertical polarization antenna device of the reference example, and FIG. 6 is a graph showing the directivity characteristics in the horizontal plane of the vertical polarization antenna device of
FIG. 7 is a graph showing the radiation beam width in the horizontal plane of the vertically polarized antenna device of the reference example and the vertically polarized antenna device of Example 1 of the present invention. In FIG. 7, A indicates the horizontal radiation beam width of the vertically polarized antenna device according to the first embodiment of the present invention, and B indicates the horizontal radiation beam width of the vertically polarized antenna device of the reference example.
As can be seen from FIG. 5 to FIG. 7, in the vertically polarized antenna device of this example, the half width value of the directional characteristics in the horizontal plane (the beam width at which the gain amount is −3 dB) is 80 °, which is the vertical of the reference example. Although it is the same as the polarization antenna device, the beam width at which the gain is −10 dB or less is about 140 °, which is narrower than the vertical polarization antenna device of the reference example.
This is because the
In the multi-frequency shared antenna described in
Further, in the vertically polarized antenna device of this embodiment, the gain on the back side of the
前述したように、一般に、携帯電話システムの基地局では3セクタ構成とするとき、それぞれのセクタを構成するアンテナを120°離角で同一基地局に配置するようにしている。
本実施例の垂直偏波用アンテナ3個を、基地局アンテナに使用し、120°間隔で配置した時の水平面内指向特性を図9に示す。また、参考例の垂直偏波用アンテナ3個を、基地局アンテナに使用し、120°間隔で配置した時の水平面内指向特性を図8に示す。
なお、図5、図7、図8に示す参考例の垂直偏波用アンテナ装置とは、図1に示す本実施例の垂直偏波用アンテナ装置において、第1の導電体31と第2の導電体32、および、導波器4を取り除いたアンテナ装置である。
図8、図9のグラフから分かるように、図1に示す本実施例の垂直偏波用アンテナ装置を使用することにより、参考例の垂直偏波用アンテナ装置に比して、3個の水平面内指向特性が互いに干渉する領域(図8、図9で灰色の部分)が少なくなる。
As described above, in general, when a base station of a mobile phone system has a three-sector configuration, antennas constituting each sector are arranged at the same base station with a 120 ° separation angle.
FIG. 9 shows the directivity characteristics in the horizontal plane when the three vertically polarized antennas of this embodiment are used as base station antennas and arranged at intervals of 120 °. 8 shows the directivity characteristics in the horizontal plane when the three vertically polarized antennas of the reference example are used as base station antennas and arranged at intervals of 120 °.
The vertical polarization antenna device of the reference example shown in FIGS. 5, 7, and 8 is the same as the
As can be seen from the graphs of FIGS. 8 and 9, by using the vertically polarized antenna device of the present embodiment shown in FIG. 1, compared to the vertically polarized antenna device of the reference example, three horizontal planes are used. A region where the internal directivity characteristics interfere with each other (gray portion in FIGS. 8 and 9) is reduced.
[実施例2]
図10は、本発明の実施例2のアレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。
図10に示すように、本実施例のアレイアンテナは、反射板1上に、前述の実施例1の垂直偏波用アンテナ3個を所定の間隔をおいて配置したものである。このような構成でも、前述の実施例1と同様の効果を得ることが可能である。
[実施例3]
図11は、本発明の実施例3の偏波共用アレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。
図11に示すように、本実施例の偏波共用アレイアンテナは、反射板1上に、前述の実施例1の垂直偏波用アンテナ3個と、2個の水平偏波用のダイポールアンテナ5を所定の間隔をおいて配置したものである。このような構成でも、前述の実施例1と同様の効果を得ることが可能である。
なお、前述の各実施例では、水平面内指向特性の半幅値を80°にするために、21と22の一対の半波長ダイポールアンテナを使用する場合について説明したが、ダイポールアンテナは1個でも、水平面内指向特性を可変することが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
[Example 2]
FIG. 10 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the array antenna according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 10, the array antenna of the present embodiment is one in which the three vertically polarized antennas of the first embodiment described above are arranged on the
[Example 3]
FIG. 11 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the polarization-sharing array antenna according to the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, the dual-polarized array antenna of the present embodiment has three vertically polarized antennas and two horizontally polarized
In each of the above-described embodiments, the case where a pair of half-
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
1 反射板
4 導波器
5 水平偏波用の半波長ダイポールアンテナ
10 底面反射板
11 側面反射板
21,22 垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ
30a 第1のスリット
30b 第2のスリット
31 第1の導電体
32 第2の導電体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記反射板上に配置される少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナとを備え、
前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナから放射される電波の偏波方向が大地に対して垂直方向であるアンテナ装置であって、
前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナの両側に前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナの延長方向に沿って配置される第1の導電体と第2の導電体を有し、
前記反射板の反射面と平行で、前記少なくとも1個の半波長ダイポールアンテナが配置される面を第1の面、前記反射板の反射面と平行で、前記第1の導電体と前記第2の導電体が配置される面を第2の面とするとき、前記第2の面は、前記反射板の反射面から見て前記第1の面よりも外側に位置し、
前記第1の導電体と前記第2の導電体とは、それぞれ、延長方向の両端から中心領域に向かって延びる第1のスリットと第2のスリットを有することを特徴とするアンテナ装置。 A reflector,
Comprising at least one half-wave dipole antenna disposed on the reflector;
An antenna device in which the polarization direction of radio waves radiated from the at least one half-wave dipole antenna is perpendicular to the ground,
A first conductor and a second conductor disposed on both sides of the at least one half-wave dipole antenna along an extending direction of the at least one half-wave dipole antenna;
The surface on which the at least one half-wave dipole antenna is disposed is parallel to the reflection surface of the reflection plate, the first surface, the reflection surface of the reflection plate, and the first conductor and the second surface. When the surface on which the conductor is disposed is the second surface, the second surface is located outside the first surface when viewed from the reflective surface of the reflector,
The antenna device, wherein each of the first conductor and the second conductor includes a first slit and a second slit extending from both ends in an extending direction toward a central region.
前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第3の面とするとき、前記第3面は、前記反射板の反射面から見て前記第2の面よりも外側に位置することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 Having a director disposed on the at least one half-wave dipole antenna;
When the third surface is parallel to the reflecting surface of the reflecting plate and the waveguide is disposed, the third surface is more than the second surface when viewed from the reflecting surface of the reflecting plate. The antenna device according to claim 1, wherein the antenna device is located outside.
前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第3の面とするとき、前記第3面は、前記反射板の反射面から見て前記第2の面よりも外側に位置することを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。 Having a waveguide disposed on the reflecting surface of the reflecting plate on a surface orthogonal to the reflecting surface of the reflecting plate and passing through the center of the pair of half-wave dipole antennas;
When the third surface is parallel to the reflecting surface of the reflecting plate and the waveguide is disposed, the third surface is more than the second surface when viewed from the reflecting surface of the reflecting plate. The antenna device according to claim 3, wherein the antenna device is located outside.
電波の偏波方向が大地に対して垂直方向である第2アンテナ装置とを備えるアレイアンテナであって、
前記第2アンテナ装置は、前記請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のアンテナ装置であることを特徴とするアレイアンテナ。 A first antenna device in which the polarization direction of the radio wave is horizontal with respect to the ground;
An array antenna comprising a second antenna device in which the polarization direction of the radio wave is perpendicular to the ground,
The array antenna according to claim 1, wherein the second antenna device is the antenna device according to claim 1.
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