JP4659723B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関し、例えば、複数種のアンテナを搭載した複合アンテナ装置に使用される電話用アンテナに関する。 The present invention relates to an antenna device, for example, a telephone antenna used in a composite antenna device equipped with a plurality of types of antennas.
この技術分野において周知のように、現在、車両には種々のアンテナが搭載される。例えば、そのようなアンテナとしては、GPS(全地球測位システム)用アンテナや、ETC(自動料金収受システム)用アンテナ、VICS(道路交通情報通信システム)用アンテナ、電話用アンテナ等がある。 As is well known in the art, various antennas are currently mounted on vehicles. For example, such antennas include a GPS (global positioning system) antenna, an ETC (automatic toll collection system) antenna, a VICS (road traffic information communication system) antenna, a telephone antenna, and the like.
GPS(Global Positioning System)は、人工衛星を用いた衛星測位システムである。GPSは、地球を周回している24個の人工衛星のうちの4個の人工衛星からの電波(GPS信号)を受信し、この受信した電波から移動体と人工衛星との位置関係および時間誤差を測定して三角測量の原理に基づいて、移動体の地図上における位置や高度を高精度で算出することを可能としたものである。 GPS (Global Positioning System) is a satellite positioning system using artificial satellites. The GPS receives radio waves (GPS signals) from four of the 24 artificial satellites orbiting the earth, and the positional relationship and time error between the moving body and the artificial satellites from the received radio waves. Based on the principle of triangulation, it is possible to calculate the position and altitude of the moving body on the map with high accuracy.
GPSは、近年では、走行する自動車の位置を検出するカーナビゲーションシステム等に利用され、広く普及している。カーナビゲーション装置は、このGPS信号を受信するためのGPS用アンテナと、このGPS用アンテナが受信したGPS信号を処理して車両の現在位置を検出する処理装置と、この処理装置で検出された位置を地図上に表示するための表示装置等から構成される。 In recent years, GPS has been widely used in car navigation systems that detect the position of a traveling vehicle. The car navigation device includes a GPS antenna for receiving the GPS signal, a processing device for processing the GPS signal received by the GPS antenna to detect the current position of the vehicle, and a position detected by the processing device. Is displayed on a map.
一方、ETC(Electronic toll Collection)は、高速道路等の有料道路の通行料を支払うための料金所における渋滞を緩和するための方策として開発されたシステムである。すなわち、ETCとは、高速道路料金所において、無線通信を利用して自動的に通行料金の支払いを行うシステムである。ETCでは、料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナと、ETC用アンテナを有する車載通信機器を搭載した通行車両との間で双方向通信を行い、通行車両の車両情報等を取得し、通行車両を停止させることなく高速道路通行料金の支払い業務を行うことを可能としたものである。 On the other hand, ETC (Electronic toll Collection) is a system developed as a measure to alleviate congestion at toll gates for paying tolls on toll roads such as expressways. In other words, ETC is a system that automatically pays tolls using radio communication at an expressway toll gate. In ETC, two-way communication is performed between a roadside antenna provided at a gate installed at a toll gate and a vehicle equipped with an in-vehicle communication device having an ETC antenna to obtain vehicle information of the vehicle. In addition, the highway toll payment service can be performed without stopping the passing vehicle.
従来、GPS用アンテナとETC用アンテナとを併設した複合アンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a composite antenna device in which a GPS antenna and an ETC antenna are provided is known (see, for example, Patent Document 1).
また、VICS(Vehicle Information and Communication System)は、車両を運転する運転者に対して渋滞や通行止め等の交通情報を提供するために、道路に沿って所定の間隔で設けられた路上局(いわゆるビーコン)と車両との間で通信を行う路車間通信システムである。車両に搭載するVICS車載機は、VICS用アンテナと、このVICS用アンテナにケーブルを介して接続された別体の信号処理装置とから構成されている。VICS用アンテナとして、光ビーコン用の送受信アンテナと電波ビーコン用の受信アンテナとをアンテナ基板上に搭載した路車間通信用車載アンテナ装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, VICS (Vehicle Information and Communication System) is a roadside station (so-called beacon) provided at predetermined intervals along the road to provide traffic information such as traffic jams and traffic closures to the driver who drives the vehicle. ) And the vehicle. A VICS in-vehicle device mounted on a vehicle includes a VICS antenna and a separate signal processing device connected to the VICS antenna via a cable. As a VICS antenna, an in-vehicle antenna device for road-to-vehicle communication in which a transmission / reception antenna for an optical beacon and a reception antenna for a radio wave beacon are mounted on an antenna substrate is known (for example, see Patent Document 2).
さらに、GPS用アンテナ、VICS用アンテナ及びETC用アンテナを備えた複合アンテナ装置も知られている(例えば、特許文献3参照)。この特許文献3に開示された複合アンテナ装置では、ETC用アンテナを、GPS用アンテナ及びVICS用アンテナを実装する回路基板とは別のサブアッセンブリとして実装している。すなわち、ETC用アンテナは、GPS用アンテナ及びVICS用アンテナと指向性が大きく異なるので、ETC用アンテナだけ独立して取り付け方向を調整できるようにしている。
Furthermore, a composite antenna device including a GPS antenna, a VICS antenna, and an ETC antenna is also known (see, for example, Patent Document 3). In the composite antenna device disclosed in
一方、車載用セルラーアンテナのような周波数帯域の広い広帯域アンテナとして、給電素子である逆L素子と無給電素子である寄生素子とを近接して配置した電話用アンテナも知られている。 On the other hand, as a wide-band antenna having a wide frequency band such as an in-vehicle cellular antenna, a telephone antenna is also known in which an inverted L element as a feeding element and a parasitic element as a parasitic element are arranged close to each other.
電話用アンテナはその使用する周波数帯が低い。また、複合アンテナ装置の中の1つのアンテナとして電話用アンテナを設置する場合、その電話用アンテナを設置する接地板のサイズが限られてしまう。その為、電話用アンテナのみならず同軸ケーブルの外部導体へもその使用する周波数帯の高周波の漏洩電流が流れてしまい、特性の安定化が図れない。 The telephone antenna uses a low frequency band. Further, when a telephone antenna is installed as one antenna in the composite antenna device, the size of the ground plate on which the telephone antenna is installed is limited. Therefore, a high-frequency leakage current in the frequency band to be used flows not only to the telephone antenna but also to the outer conductor of the coaxial cable, and the characteristics cannot be stabilized.
尚、自動車に搭載されたラジオ受信機、テレビ受像機等の他の電子機器からのノイズが自動車電話用アンテナに混入するのを低減するようにした「自動車電話用窓ガラスアンテナ装置」が提案されている(例えば、特許文献4参照)。この特許文献4では、自動車の窓ガラスに配設された自動車電話用アンテナと自動車用電話機とを接続する同軸型の給電ケーブルの途中部分で、給電ケーブルの被膜を剥ぎ接地側導体(外部導体)を接地金具等を用いて車体アースへ接続している。
In addition, "window glass antenna device for car phone" that reduces the noise from other electronic devices such as radio receivers and TV receivers installed in the car to the car phone antenna has been proposed. (For example, see Patent Document 4). In this
同様な構成として、アンテナ本体から発生されたノイズが同軸ケーブルを介して受信機へ伝達されるのを低減するために、同軸ケーブルの途中に接地金具を取り付けたアンテナ装置も知られている(例えば、特許文献5参照)。この特許文献5では、同軸ケーブルの被覆を途中で剥いで外部導体を露出させ、この露出した箇所で接地金具をカシメ、接地金具の取付部の穴部をネジ締めすることにより、グランド板やセットのケースに接地している。この特許文献5では、カシメ治具と接地金具とが必要となると共に、取付けのために、カシメ工程とネジ締め工程との2工程を必要とする。
As a similar configuration, there is also known an antenna device in which a grounding bracket is attached in the middle of the coaxial cable in order to reduce noise generated from the antenna body from being transmitted to the receiver via the coaxial cable (for example, , See Patent Document 5). In this
尚、自動車電話用アンテナではないが、自動車の窓ガラスに設けられたガラスアンテナとラジオ受信とを接続するガラスアンテナフィーダ線に係る技術も種々提案されている。その1つとして、信号線としては同軸ケーブルのみで構成され、この同軸ケーブルのガラスアンテナ側終端部にて中心導体を直接フィーダ線端子に接続すると共にガラスアンテナ側終端部から所定距離離れた位置の外部導体にアースポイントを設けたガラスアンテナフィーダ線が知られている(例えば、特許文献6参照)。他の1つとして、信号線としては同軸給電線のみで構成し、ガラスアンテナ側終端部から所定距離離れた位置に外部導体を車体に固定し外部導体を車体に電気的に接続する接地手段を設け、同軸給電線はガラスアンテナ側終端部にて内部導体をコイルを介してフィーダ線端子に接続したガラスアンテナフィーダ線の接続構造が知られている(例えば、特許文献7参照)。 In addition, although it is not an antenna for motor vehicle telephones, various techniques related to a glass antenna feeder line for connecting a glass antenna provided on a window glass of an automobile and radio reception have been proposed. As one of them, the signal line is composed only of a coaxial cable, and the central conductor is directly connected to the feeder line terminal at the glass antenna side terminal portion of the coaxial cable and at a position away from the glass antenna side terminal portion by a predetermined distance. A glass antenna feeder line in which an external conductor is provided with a ground point is known (for example, see Patent Document 6). As another one, the signal line is composed only of a coaxial feed line, and a grounding means for fixing the outer conductor to the vehicle body at a predetermined distance from the glass antenna side terminal and electrically connecting the outer conductor to the vehicle body. A connection structure of a glass antenna feeder line in which an inner conductor is connected to a feeder line terminal via a coil at a terminal end on the glass antenna side is provided (for example, see Patent Document 7).
また、低損失の同軸伝送モードを維持し得る「同軸ケーブルの結合装置及びアンテナ装置」も提案されている(例えば、特許文献8参照)。この特許文献8に開示されたアンテナ装置は、誘電体板の一方面側に設けられるアンテナと、誘電体板を介して対向するように配置される、一対の中心導体結合電極と、誘電体板を介して互いに対向するように配置される、一対の外部導体結合電極と、誘電体板の他方面側に存在して、中心導体及び外部導体が誘電体板の他方面側の中心導体結合電極及び外部導体結合電極に夫々接続される同軸ケーブルと、アンテナと誘電体板の一方面の中心導体結合電極及び外部導体結合電極との間に接続される整合回路とを備える。そして、外部導体結合電極は、外部導体と外部導体結合電極との接続点からの該電極の延在方向における電極の電気長が、同軸ケーブルを伝送する通過信号の略(1/4)波長の奇数倍となるように形成されている。このような構成のアンテナ装置によれば、ガラス板等の誘電体板を介してアンテナ部と同軸ケーブルとの相互間で、同軸伝送モードを維持したまま、極めて低損失で電力の供給の送受を行うことが可能となる。 A “coaxial cable coupling device and antenna device” that can maintain a low-loss coaxial transmission mode has also been proposed (see, for example, Patent Document 8). The antenna device disclosed in Patent Document 8 includes an antenna provided on one side of a dielectric plate, a pair of central conductor coupling electrodes disposed so as to face each other via the dielectric plate, and a dielectric plate A pair of external conductor coupling electrodes disposed so as to oppose each other via the other side of the dielectric plate, and the central conductor and the external conductor on the other side of the dielectric plate. And a coaxial cable connected to the outer conductor coupling electrode, and a matching circuit connected between the antenna and the central conductor coupling electrode and the outer conductor coupling electrode on one surface of the dielectric plate. The outer conductor coupling electrode has an electrical length of the electrode in the extending direction of the electrode from the connection point between the outer conductor and the outer conductor coupling electrode, which is approximately (1/4) wavelength of the passing signal transmitted through the coaxial cable. It is formed to be an odd multiple. According to the antenna device having such a configuration, power can be transmitted and received with extremely low loss while maintaining the coaxial transmission mode between the antenna unit and the coaxial cable via a dielectric plate such as a glass plate. Can be done.
さらに、無線機とアンテナを一体化した構成において、無線機回路からの漏洩ノイズの影響を低減して良好な通信品質が得られるアンテナ装置も提案されている(例えば、特許文献9参照)。特許文献9に開示されたアンテナ装置では、金属筐体の一つの端面に近接してアンテナ基板が配置され、このアンテナ基板上にダイポールアンテナと短絡エレメント及び同軸型給電線が形成されている。ダイポールアンテナは、同一線上に設けられた1/4波長の長さを持つ第1および第2の直線上エレメント(1/4波長エレメント)からなり、これら第1および第2の1/4波長エレメントの互いに対向する端部が第1および第2の給電点となっている。短絡エレメントは、第1および第2の1/4波長エレメント間を適当な位置で短絡するように形成され、これによりダイポールアンテナに対してT整合が施されている。同軸型給電線は、ダイポールアンテナの第1および第2の給電点と無線機回路とを接続するものであり、外部導体と中心導体からなる。外部導体の一端は第1の1/4波長エレメントの第1の給電点に接続され、中心導体の一端は外部導体の一端より露出され、第2の1/4波長エレメントの第2の給電点に接続されている。そして、同軸型給電線は、第1、第2の給電点から第1、第2の1/4波長エレメントの一部および短絡エレメントをそれぞれ介して該同軸型給電線に流れ込む電流がほぼ逆相となるように接続並びに配置されている。同軸型給電線の外部導体上の漏洩電流はほぼ0となる。これによって無線機回路からの漏洩ノイズの影響が飛躍的に改善される。 Furthermore, an antenna device has also been proposed that can reduce the influence of leakage noise from a radio circuit and obtain good communication quality in a configuration in which a radio and an antenna are integrated (see, for example, Patent Document 9). In the antenna device disclosed in Patent Document 9, an antenna substrate is disposed close to one end face of a metal casing, and a dipole antenna, a short-circuit element, and a coaxial feed line are formed on the antenna substrate. The dipole antenna is composed of first and second linear elements (1/4 wavelength elements) having a length of 1/4 wavelength provided on the same line, and these first and second 1/4 wavelength elements. The opposite ends of the first and second feeding points are first and second feeding points. The short-circuit element is formed so as to short-circuit the first and second quarter-wave elements at an appropriate position, and thereby T-matching is performed on the dipole antenna. The coaxial feed line connects the first and second feed points of the dipole antenna and the radio circuit, and includes an outer conductor and a center conductor. One end of the outer conductor is connected to the first feeding point of the first quarter wavelength element, one end of the center conductor is exposed from one end of the outer conductor, and the second feeding point of the second quarter wavelength element It is connected to the. In the coaxial feed line, the current flowing into the coaxial feed line from the first and second feed points through the first and second quarter-wave elements and the short-circuit element is almost in reverse phase. They are connected and arranged so that The leakage current on the outer conductor of the coaxial feed line is almost zero. This drastically improves the influence of leakage noise from the radio circuit.
特許文献4や特許文献5に開示されているように、従来、電話用アンテナ装置として、同軸ケーブルの途中部分で、その被膜を剥いて、外部導体を接地金具を用いて車体アースへ接続させるものが知られている。しかしながら、この特許文献4に開示された技術は、自動車に搭載されたラジオ受信機、テレビ受信機等の他の電子機器からのノイズが自動車電話用アンテナに混入するのを低減するものであって、同軸ケーブルの外部導体へ流れる、使用する周波数帯の高周波の漏洩電流を抑制するためのものではない。同様に、特許文献5に開示された技術は、アンテナ本体からのノイズが同軸ケーブルを介して受信機へ伝達されるのを低減するものであって、同軸ケーブルの外部導体へ流れる、使用する周波数帯の高周波の漏洩電流を抑制するためのものではない。
Conventionally, as disclosed in
一方、特許文献6及び7は、ガラスアンテナ側終端部から所定距離離れた位置の外部導体にアースポイントを設けたガラスアンテナフィーダ線を開示している。しかしながら、特許文献6及び7に開示された技術は、自動車の窓ガラスに設けられたガラスアンテナとラジオ受信機とを接続するガラスアンテナフィーダ線に関するものであって、しかも受信感度の低下を防止することを目的としており、同軸ケーブルの外部導体へ流れる、使用する周波数帯の高周波の漏洩電流を抑制するためのものではない。
On the other hand,
特許文献8は、ガラス板等の誘電体板を介してアンテナ部と同軸ケーブルとの相互間で、同軸伝送モードを維持したまま、極めて低損失で電力の供給の送受を行うアンテナ装置を開示している。そのために、特許文献8では、外部導体結合電極は、外部導体と外部導体結合電極との接続点からの該電極の延在方向における電極の電気長が同軸ケーブルを伝送する通過信号の略(1/4)波長の奇数倍となるように、形成されている。とにかく、特許文献8は、ガラス板等の誘電体板を介して極めて低損失で電力の供給の送受を行う技術的思想を開示するのみで、同軸ケーブルの外部導体へ流れる、使用する周波数帯の高周波の漏洩電流を抑制するためのものではない。また、特許文献8に開示されているアンテナ装置に用いられる外部アンテナの具体的構成については何ら開示されていない。 Patent Document 8 discloses an antenna device that performs transmission and reception of power with extremely low loss while maintaining the coaxial transmission mode between the antenna unit and the coaxial cable via a dielectric plate such as a glass plate. ing. For this reason, in Patent Document 8, the external conductor coupling electrode is an approximate (1) of a passing signal in which the electrical length of the electrode in the extending direction of the electrode from the connection point between the external conductor and the external conductor coupling electrode / 4) It is formed to be an odd multiple of the wavelength. In any case, Patent Document 8 only discloses a technical idea of transmitting and receiving power with a very low loss through a dielectric plate such as a glass plate, and the frequency band to be used that flows to the outer conductor of the coaxial cable. It is not for suppressing high-frequency leakage current. In addition, there is no disclosure about the specific configuration of the external antenna used in the antenna device disclosed in Patent Document 8.
一方、特許文献9は、同軸型給電線の外部導体上の漏洩電流をほぼ0とする点において、本発明が解決しようとする課題と実質的に同一の目的を有しているものと思料される。しかしながら、特許文献9が対象とするアンテナ装置に用いられるアンテナはダイポールアンテナであって、本発明が対象としている、給電素子と無給電素子とが互いに離間して配置されたアンテナとは全く異なる。 On the other hand, Patent Document 9 is considered to have substantially the same purpose as the problem to be solved by the present invention in that the leakage current on the outer conductor of the coaxial feeder is almost zero. The However, the antenna used in the antenna device targeted by Patent Document 9 is a dipole antenna, which is completely different from the antenna in which the feed element and the parasitic element are arranged apart from each other, which is the subject of the present invention.
同軸ケーブルの外部導体へ流れる、使用する周波数帯の高周波の漏洩電流を抑制するために、従来から種々の対策(手段)がとられている。第1の対策(手段)は、バランを設ける方法である。第2の対策(手段)は、同軸ケーブルの外部導体を給電点から実質的に(λ/4)(λは使用する周波数帯の波長)の距離だけ離間した箇所でGNDターミナルで接地する方法である。第3の対策(手段)は、同軸ケーブルに電波吸収シートを貼り付ける方法である。 Conventionally, various measures (means) have been taken in order to suppress high-frequency leakage current in the used frequency band that flows to the outer conductor of the coaxial cable. The first countermeasure (means) is a method of providing a balun. The second measure (means) is a method in which the outer conductor of the coaxial cable is grounded at the GND terminal at a location substantially separated from the feeding point by a distance of (λ / 4) (λ is the wavelength of the frequency band to be used). is there. A third countermeasure (means) is a method of attaching a radio wave absorbing sheet to the coaxial cable.
しかしながら、上記第1乃至第3の対策(手段)のいずれも、複数の部品や回路を必要とするという問題がある。 However, each of the first to third measures (means) has a problem that a plurality of components and circuits are required.
したがって、本発明の課題は、極めて簡易な対策(手段)で、同軸ケーブルの外部導体へ流れる、使用する周波数帯の高周波電流を抑制することが可能な、アンテナ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device capable of suppressing a high-frequency current in a used frequency band flowing to an outer conductor of a coaxial cable with a very simple measure (means).
本発明によれば、互いに対向する主面(51e)および裏面(51f)を持つ回路基板(51)と、該回路基板の前記主面上に設けられた給電素子(41)と、前記回路基板の前記主面上に設けられ、該給電素子から所定距離離間させて近接配置された無給電素子(42)と、前記回路基板の前記裏面上に設けられ、給電点で前記給電素子に接続された中心導体を持つ同軸ケーブル(63)とを有するアンテナ装置(40)において、前記給電素子(41)および前記無給電素子(42)の各々は、帯状をしており、前記同軸ケーブルの外部導体を接地する接地部(81)と、該接地部に一端が接続され、前記回路基板の前記裏面上に形成された、実質的に(λ/4)(λは使用する周波数帯の波長)以上の長さを持つグラウンドパターン(82)とを有し、該グラウンドパターン(82)は、前記帯状の給電素子と前記帯状の無給電素子との間に配置されており、前記アンテナ装置は、前記回路基板の前記裏面側で、前記回路基板から離間して前記回路基板と平行に配置されたグラウンド板(55)を有し、前記接地部(81)は前記同軸ケーブルの外部導体を前記グラウンド板(55)に接地するものであり、前記同軸ケーブル(63)は前記回路基板(51)の前記裏面(51f)とグラウンド板(55)との間に設けられており、前記帯状の給電素子(41)と前記帯状の無給電素子(42)とが平行に配置されており、前記同軸ケーブル(63)が、前記帯状の給電素子(41)と前記帯状の無給電素子(42)との間に延在している、ことを特徴とするアンテナ装置が得られる。 According to the present invention, a circuit board (51) having a main surface (51e) and a back surface (51f) facing each other, a power feeding element (41) provided on the main surface of the circuit board, and the circuit board A parasitic element (42) provided on the main surface of the circuit board and disposed close to the feeder element at a predetermined distance, and provided on the back surface of the circuit board and connected to the feeder element at a feeding point. In the antenna device (40) having a coaxial cable (63) having a central conductor, each of the feeding element (41) and the parasitic element (42) has a band shape, and the outer conductor of the coaxial cable. A ground part (81) for grounding, and one end connected to the ground part, formed on the back surface of the circuit board, substantially (λ / 4) (λ is a wavelength in a frequency band to be used) or more Ground pattern (8) 2) and has, said ground pattern (82), said being disposed between the strip-shaped feed element and the strip-shaped parasitic element, the antenna device, by the back surface side of the circuit board, The ground plate (55) is disposed apart from the circuit board and parallel to the circuit board, and the grounding portion (81) grounds the outer conductor of the coaxial cable to the ground plate (55). The coaxial cable (63) is provided between the back surface (51f) of the circuit board (51) and a ground plate (55), and the belt-shaped power feeding element (41) and the belt-shaped parasitic power are provided. The element (42) is arranged in parallel, and the coaxial cable (63) extends between the strip-shaped feeding element (41) and the strip-shaped parasitic element (42). An antenna device featuring It is.
上記本発明のアンテナ装置において、前記グラウンドパターン(82)はミアンダ状に形成されていることが好ましく、前記回路基板(51)の側辺(51d)側に前記帯状の無給電素子(42)が配置され、中央部に前記帯状の給電素子(41)が配置されることが好ましい。前記給電素子は、例えば、逆L素子(41)から構成され、前記無給電素子は、例えば、寄生素子(42)から構成される。前記アンテナ装置は、前記回路基板(51)の前記主面(51e)上で、前記給電素子(41)及び前記無給電素子(42)を保持するアンテナホルダ(75)を更に有してよい。 In the antenna device of the present invention, the ground pattern (82) is rather preferred to be formed in the meander shape, the circuit and the band-shaped parasitic element to the side (51d) of the substrate (51) (42 ) Is disposed, and the belt-shaped feeding element (41) is preferably disposed in the center. The feeding element is composed of, for example, an inverted L element (41), and the parasitic element is composed of, for example, a parasitic element (42). The antenna device may further include an antenna holder (75) for holding the feeding element (41) and the parasitic element (42) on the main surface (51e) of the circuit board (51).
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。 In addition, the code | symbol in the said parenthesis is attached | subjected in order to make an understanding of this invention easy, and it is only an example, and of course is not limited to these.
本発明では、給電点の位置で同軸ケーブルの外部導体を接地部で接地し、この接地部に一端が接続されたグラウンドパターンの長さを、実質的に(λ/4)(λは使用する周波数帯の波長)以上にしたので、同軸ケーブルの外部導体を流れる高周波の漏洩電流を抑制することができる。これにより、アンテナ装置の動作を安定化させることができ、アンテナ装置の放射特性のバランスを向上させることができる。 In the present invention, the outer conductor of the coaxial cable is grounded by the grounding portion at the position of the feeding point, and the length of the ground pattern having one end connected to the grounding portion is substantially (λ / 4) (λ is used. Frequency), the high-frequency leakage current flowing through the outer conductor of the coaxial cable can be suppressed. As a result, the operation of the antenna device can be stabilized, and the balance of the radiation characteristics of the antenna device can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1乃至図6を参照して、本発明が適用される複合アンテナ装置50について説明する。図1はトップケース92とボトムケース95(両方とも後述する)を省いた状態の複合アンテナ装置50を斜め前方から見た斜視図である。図2は複合アンテナ装置50を斜め前方から見た分解斜視図であり、図3は複合アンテナ装置50を斜め後方から見た分解斜視図であり、図4は複合アンテナ装置50を底面側から見た分解斜視図である。図5および図6は、それぞれ、トップケース92、ボトムケース95、およびグラウンド板55(後述する)を省いた状態の複合アンテナ装置50を示す平面図および底面図である。図1乃至図6において、前後(奥行き)方向をX軸方向で表し、左右方向(幅方向)をY軸方向で表し、上下方向(高さ方向、厚み方向)をZ軸方向で表している。
A
複合アンテナ装置50は、回路基板51とグラウンド板(接地板)55とを備えている。回路基板51は、互いに前後方向(X軸方向)で対向する前辺51aおよび後辺51bと、互いに左右方向(Y軸方向)で対向する第1および第2の側辺51c、51dとを持つ実質的に矩形形状をしている。また、回路基板51は、互いに上下方向(Z軸方向)で対向する主面51eおよび裏面51fを持つ。グラウンド板55は、回路基板51の裏面51f側で、回路基板51から所定距離離間して回路基板51と平行に延在している。
The
複合アンテナ装置50は、略四角形状の回路基板51上に第1のアンテナ装置10、第2のアンテナ装置20、第3のアンテナ装置30、および第4のアンテナ装置40が搭載された複合アンテナ装置である。図示の例では、第1のアンテナ装置10はGPS用アンテナであり、第2のアンテナ装置20はVICS用アンテナであり、第3のアンテナ装置30はETC用アンテナであり、第4のアンテナ装置40は電話用アンテナである。
The
第1のアンテナ装置10は、回路基板51の第1の側辺51c側で、後辺51b側に配置されている。第1のアンテナ装置10は、回路基板51の主面51e上に搭載された第1のアンテナ素子11と、この第1のアンテナ素子11と接続されて、回路基板51の裏面51f上に搭載されたLNA(低雑音増幅)回路(図示せず)とを備える、図示の例では、第1のアンテナ素子11はパッチアンテナで構成されている。
The
第2のアンテナ装置20は、第1のアンテナ装置10と異なった位置に設けられている。すなわち、第2のアンテナ装置20は、回路基板51の第1の側辺51c側で、ほぼ中央部に配置されている。第2のアンテナ装置20は、回路基板51の主面51e上に搭載された第2のアンテナ素子21と、この第2のアンテナ素子21と接続されて、回路基板51の裏面51f上に搭載されたフィルタ回路(図示せず)とを備える。図示の例では、第2のアンテナ素子21も、第1のアンテナ素子11と同様に、パッチアンテナで構成されている。
The
第1のアンテナ素子11で受信されLNA回路を介して出力される信号と、第2のアンテナ素子21で受信されフィルタ回路を介して出力される信号とは、デュプレクサ(図示せず)で合成され、その合成信号は第1の出力ケーブル61を介して信号処理回路(図示せず)へ伝達される。
The signal received by the
第3のアンテナ装置30は、回路基板51の主面51e上に、第1の側辺51c側でかつ前辺51a側に配置され、第1及び第2のアンテナ素子11、21の配置位置よりも低い位置に配置されている。これにより、第3のアンテナ装置30が第1及び第2のアンテナ装置10、20の受信の障害とならない。また、第3のアンテナ装置30は、回路基板51の主面51eに対して所定角度傾斜して配置されている。
The
第3のアンテナ装置30は、第3のアンテナ素子31と、この第3のアンテナ素子31と平行に配置されたグラウンド板32と、グラウンド板32を搭載するベース34と、第3のアンテナ素子31とグラウンド板32との間に介在するスペーサ35とを備えている。尚、ベース34は回路基板51にネジによって取り付けられると共に、グラウンド板55上に搭載される。
The
グラウンド板32は、その周端縁から第3のアンテナ素子31の方向へ第3のアンテナ素子31を囲むように立設して延びる壁部32aを有する。壁部32aの高さは、第3のアンテナ素子31とグラウンド板32との間の離間距離に実質的に等しいか、或いはそれよりも低い。第3のアンテナ素子31とグラウンド板32との間には給電導体(図示せず)を持つスペーサ(図示せず)が介在している。第3のアンテナ素子31は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔31aを持つ。
The
第3のアンテナ素子31で受信された信号は、同軸型の第2の出力ケーブル62を介して外部回路(図示せず)へ伝達される。詳述すると、第2の出力ケーブル62の中心導体(内部導体)は給電導体の一端に接続され、第2の出力ケーブル62の外部導体はグラウンド板32に接続されている。
A signal received by the
第4のアンテナ装置40は、回路基板51の第2の側辺51d側に配置されており、帯状の給電素子41と、この給電素子41と平行に配置された帯状の無給電素子42とから構成されている。図示の例では、給電素子41は逆L素子から構成されている。無給電素子42は寄生素子から構成されている。
The
給電素子(逆L素子)41および無給電素子(寄生素子)42は、アンテナホルダ75によって保持されている。アンテナホルダ75は、回路基板51の主面51e上に搭載されている。
The feeding element (reverse L element) 41 and the parasitic element (parasitic element) 42 are held by an
さらに、第4のアンテナ装置40は、サブアンテナ45をも備えている。サブアンテナ45は回路基板51の主面51e上に形成された導体パターンから構成されて良い。このサブアンテナ45で受信された信号は、同軸型の第4の出力ケーブル64を介して外部回路(図示せず)へ伝達される。
Furthermore, the
給電素子(逆L素子)41は、回路基板51のほぼ中央部で前後方向Xに延在して配置されている。給電素子(逆L素子)41は、第1の給電部411と、この第1の給電部411の長手方向の一端に接続されている第2の給電部412と、この第2の給電部412の長手方向の一端に接続されている第3の給電部413と、この第3の給電部413の一端に第4の給電部414を介して接続されている第5の給電部415とを有している。
The power feeding element (reverse L element) 41 is disposed so as to extend in the front-rear direction X at a substantially central portion of the
第1及び第2の給電部411、412は、接続部分から側面略への字形状になるように傾斜している。第3の給電部413は、第2の給電部412の一端から第2の給電部412に対して略直角方向へ曲げられている。第5の給電部415は、第4の給電部414を介して第3の給電部413と同じ方向へ延びている。第4の給電部414は、第3及び第5の給電部413、415の接続部分で側面略コ字状に曲げられている。
The 1st and 2nd electric
第1及び第2の給電部411、412は、回路基板51のほぼ中央で前後方向Xに延在し、回路基板51の主面51eに対向するように配置される。なお、第1及び第2の給電部411、412は、回路基板51の前辺51a側の前方部分が回路基板51の主面51aへ近づく方向へ傾斜している。これは、後述するアンテナホルダ75及びトップケース92の形状に合わせるためである。第3及び第5の給電部413、415は、回路基板51の前辺51a側で、回路基板51の主面51eに対して実質的に垂直方向に配置される。第4の給電部414は、矩形状に折り返された矩形部分となっている。
The first and second
無給電素子(寄生素子)42は、回路基板51の第2の側辺51d側で前後方向Xに延在して配置されている。無給電素子(寄生素子)42は、第1の無給電部421と、この第1の無給電部421の長手方向の一端に接続されている第2の無給電部422と、この第2の無給電部422の長手方向の一端に接続されている第3の無給電部423とを有している。
The parasitic element (parasitic element) 42 is arranged to extend in the front-rear direction X on the
第1及び第2の無給電部421、422は、接続部分から側面略への字形状になるように傾斜している。第3の無給電部423は、第2の無給電部422に対して略直角方向へ曲げられている。
The first and second
第1及び第2の無給電部421、422は、回路基板51の第2の側辺51d側で前後方向Xに延在して配置され、回路基板51の主面51eに対向するように配置される。なお、第1及び第2の無給電部421、422は、回路基板51の前辺51a側の前方部分が回路基板51の主面51eへ近づく方向へ傾斜している。これは、後述するアンテナホルダ75及びトップケース92の形状に合わせるためである。第3の無給電部423は、回路基板51の後辺51b側で、回路基板51の主面51eに対して実質的に垂直方向に配置される。
The first and second
アンテナホルダ75は、略四角板状のホルダ主面750と、ホルダ主面750の周辺から立設されて互いに左右方向Yで対向している第1及び第2のホルダ壁部751、752と、第1及び第2のホルダ壁部751、752間を接続して互いに前後方向Xで対向している第3及び第4のホルダ壁部753、754とを有している。第1のホルダ壁部751は回路基板51のほぼ中央部側にあり、第2のホルダ壁部752は回路基板51の第2の側辺51d側にあり、第3のホルダ壁部753は回路基板51の前辺51a側にあり、第4のホルダ壁部754は回路基板51の後辺51b側にある。
The
ホルダ主面750には、第1のホルダ壁部751側に沿って形成される給電設置面755と、第2のホルダ壁部752側に沿って形成される無給電設置面756とが形成されている。
On the holder
給電設置面755は、ホルダ主面750よりも低い面となっている。アンテナホルダ75は、ホルダ主面750から給電設置面755へ対向するように延びている複数の給電保持部761と、第1のホルダ壁部751から給電設置面755よりも高い位置へ突出している複数の爪部762と、第3の壁部753の一端側に形成されている給電支持部763とを有している。
The power
給電設置面755と給電保持部761とは、給電素子41の第1及び第2の給電部411、412を挟み込むようにして保持している。爪部762は、給電素子41の第1及び第2の給電部411、412を位置決めしている。給電支持部763は、第3のホルダ壁部753と平行な第1のホルダ壁部751の端面757に対向している。給電支持部763と端面757との間で給電素子41の第3乃至第5の給電部413〜415を支持している。
The power
なお、給電支持部763には、端面757に対向する面に第4の給電部414を係止する突起部763aが形成されている。第5の給電部415の先端部は、回路基板51に形成されている貫通孔515から回路基板51の裏面51fへ延びている。第5の給電部415は、アンテナホルダ75のホルダ主面750とは反対側へ延びてアンテナホルダ75の外に位置している。
Note that a
無給電設置面756は、ホルダ主面750よりも低い面となっている。アンテナホルダ75は、ホルダ主面750から無給電設置面756へ対向するように延びている複数の無給電保持部771と、第2の壁部752の一端側で第4の壁部754から無給電設置面756に引き続き延びるように突出している突出部772と、この突出部772に形成されている無給電支持部773とを有している。
The
無給電保持部771は、無給電素子42の第1及び第2の無給電部421、422を挟み込むようにして保持している。無給電支持部773は、第4の壁部754と平行な突出部772の面に対向しており、第4の壁754の無給電支持部773との間で無給電素子42の第3の無給電部423を支持している。第3の無給電部423は、アンテナホルダ75のホルダ主面750とは反対側へ延びて、アンテナホルダ75の外に位置している。第3の無給電部423の先端部は、主回路基板51に形成されている貫通孔516から回路基板51の裏面51fへ延びている。
The
さらに、アンテナホルダ75には、回路基板51へアンテナホルダ75を2本のネジ101によって固定するための2つのホルダ固定部79が形成されている。
Further, the
回路基板51の主面51eの逆L素子41の接続する個所は給電点(図示せず)であり、この給電点は同軸型の第3の出力ケーブル63の内部導体(中心導体)(図示せず)に接続されている。また、この給電点で、第3の出力ケーブル63の外部導体(図示せず)は、回路基板51とはんだ付けにより電気的に接続され、接地される。すなわち、第3の出力ケーブル63は、給電点において接地部81を有する。
The portion of the
図6に加えて図7をも参照して、回路基板51の裏面51f上には、一端が接地部81に接続されたグラウンドパターン82が形成されている。このグラウンドパターン82のパターン長は、実質的にλ/4の長さに等しい。ここで、λは使用する周波数帯の波長である。図示の例では、λは約360mmであるので、λ/4は約90mmである。
Referring to FIG. 7 in addition to FIG. 6, a
図7に示されるように、図示のグラウンドパターン82は、給電素子41および無給電素子42を避けるように、給電素子41および無給電素子42が設置されている箇所と重ならない位置に設けられ、ミアンダ形状をしている。詳述すると、グラウンドパターン82は、無給電素子(寄生素子)42と給電素子(逆L素子)41との間のアンテナホルダ75の中央辺りに配置され、第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)を構成する無給電素子(寄生素子)42と給電素子(逆L素子)41の設置個所を避けて配置されている。
As shown in FIG. 7, the illustrated
図8および図9を参照して、グラウンドパターン82が無い従来の第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)と、グラウンドパターン82が有る本発明に係る第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)40とにおける、第3の出力ケーブル63の外部導体を流れる高周波の漏洩電流の影響について説明する。
8 and 9, a conventional fourth antenna device (telephone antenna) having no
最初に、図8を参照して、従来の第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)における第3の出力ケーブル63の外部導体を流れる高周波の漏洩電流の影響について説明する。図8において、(A)は第3の出力ケーブル63のケーブル長が1.0mのときのVSWR(電圧定在波比)特性を示し、(B)は第3の出力ケーブル63のケーブル長が(1.0m+λ/4)のときのVSWR特性を示し、(C)は第3の出力ケーブル63のケーブル長が(1.0m−λ/4)のときのVSWR特性を示す。図8(A)、(B)、および(C)の各々において、横軸は周波数[MHz]を表し、縦軸はVSWRを表す。
First, the influence of high-frequency leakage current flowing through the outer conductor of the
図8(A)、(B)、(C)のVSWR特性を比較すると、第3の出力ケーブル63における±λ/4(約90mm)のケーブル長の変化で、従来の第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)のVSWR特性が影響を受けていることが分かる。これは、第3の出力ケーブル63の外部導体に高周波の漏洩電流が分布して流れており、この漏洩電流の影響が原因であると考えられる。
Comparing the VSWR characteristics of FIGS. 8A, 8B, and 8C, a change in the cable length of ± λ / 4 (about 90 mm) in the
このように、第3の出力ケーブル63の外部導体に高周波の漏洩電流が分布すると、第3の出力ケーブル63の引き回しの形状やケーブル長によって、第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)のアンテナ特性が変化し、第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)は安定した性能を発揮することができない。
As described above, when high-frequency leakage current is distributed in the outer conductor of the
次に、図9を参照して、本発明に係る第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)40における第3の出力ケーブル63の外部導体を流れる高周波の漏洩電流の影響について説明する。図9において、(A)は第3の出力ケーブル63のケーブル長が1.0mのときのVSWR(電圧定在波比)特性を示し、(B)は第3の出力ケーブル63のケーブル長が(1.0m+λ/4)のときのVSWR特性を示し、(C)は第3の出力ケーブル63のケーブル長が(1.0m−λ/4)のときのVSWR特性を示す。図9(A)、(B)、および(C)の各々において、横軸は周波数[MHz]を表し、縦軸はVSWRを表す。
Next, the influence of high-frequency leakage current flowing through the outer conductor of the
図9(A)、(B)、(C)のVSWR特性を比較すると、第3の出力ケーブル63における±λ/4(約90mm)のケーブル長の変化でも、第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)40のVSWR特性が受ける影響が小さいことが分かる。これにより、第3の出力ケーブル63のケーブル長が変化しても、第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)40の周波数特性の傾向に対する影響も小さいことが分かる。
Comparing the VSWR characteristics of FIGS. 9A, 9B, and 9C, the fourth antenna device (for telephone) can be obtained even when the cable length changes by ± λ / 4 (about 90 mm) in the
とにかく、回路基板51の裏面51fにグラウンドパターン82を形成することによって、第3の出力ケーブル63の外部導体に分布して流れる高周波の漏洩電流の影響を抑制することが可能となる。その結果、第3の出力ケーブル63の引き回しの形状やケーブル長が変化しても、第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)40のアンテナ特性が実質的に変化せず、第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)40は安定した性能を発揮することができる。
In any case, by forming the
図1乃至図7に戻って、複合アンテナ装置50は第1乃至第4の出力ケーブル61〜64を備えている。複合アンテナ装置50においては、第1乃至第4の出力ケーブル61〜64は回路基板51の裏面51f上を引き回される。そして、これら第1乃至第4の出力ケーブル61〜64は、回路基板51の裏面51f上に取り付けられたケーブルホルダ67で保持される。換言すれば、第1乃至第4の出力ケーブル61〜64は、回路基板51とグラウンド板55との間に配置されている。
Returning to FIGS. 1 to 7, the
複合アンテナ装置50において、第1のアンテナ装置10のLNA(低雑音増幅)回路(図示せず)および第2のアンテナ装置20のフィルタ回路(図示せず)は、回路基板51の裏面51f上に搭載されている。そして、これらLNA回路とフィルタ回路は、回路基板51の裏面51f上に設けられたシールドケース15で覆われている。
In the
ケーブルホルダ67は、第1乃至第4の出力ケーブル61〜64をそれぞれ保持するため下方に開放した第1乃至第4の保持溝67−1、67−2、67−3、および67−4を持つ。
The
また、ケーブルホルダ67は、その両端で上方へ延在する一対のフック部672を持つ。一方、回路基板51は、これら一対のフック部672が係合される一対の係合孔512を持つ。したがって、一対のフック部672を一対の係合孔512に係合させることにより、ケーブルホルダ67は回路基板51の裏面51f上に取り付けられる。
The
ケーブルホルダ67は、一端側で下方へ延在する位置決め突起674を持つ。一方、グラウンド板55は、この位置決め突起674が嵌合される位置決め孔552を持つ。位置決め突起674を位置決め孔552に嵌合することによって、ケーブルホルダ67はグラウンド板55上で位置決めされる。
The
図2乃至図4を参照して、複合アンテナ装置50は、回路基板51を搭載するボトムケース91を更に備えている。ボトムケース91は回路基板51よりやや大きめの寸法の矩形形状をしている。
2 to 4, the
一方、複合アンテナ装置50は、第1乃至第4のアンテナ装置10、20、30、及び40を覆うトップケース92を更に備えている。トップケース92は、アンテナホルダ75のホルダ主面750に対応しているケース主面92aと、ケース主面92aの周辺から立設されている周壁部92bとを有している。従って、第1乃至第4のアンテナ装置10、20、30、及び40は、ボトムケース91及びトップケース92に収容される。トップケース92の周壁部92bには、第1乃至第4の出力ケーブル61〜64をそれぞれ外部へ引き出すための第1乃至第4の開口93a、93b、93c、および93dを持つ。
On the other hand, the
このような構成の複合アンテナ装置50は、回路基板51の前辺51aが前方となるように、車両内部のダッシュボード内等に取り付けられる。
The
上述したように、第1乃至第4のアンテナ装置10、20、30及び40を回路基板51上の適切な位置に配置することにより、各アンテナ装置に要求されるアンテナ放射特性を満足させることができる。
As described above, by arranging the first to
また、ボトムケース91は、後縁を除いて、トップケース92の周壁を覆うように立設する壁91aを有する。ボトムケース91の壁91aの両側面には、一対のブラケット95が取り付けられている。この一対のブラケット95によって、複合アンテナ装置50は、車両内部のダッシュボード内で取り付けられ、或いはパケットトレイ(リア)内に埋め込まれる。とにかく、ブラケット95を設けることによって、複合アンテナ装置50の取り付けを容易に行うことが可能となる。
The
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、給電素子41、無給電素子42、アンテナホルダ75のホルダ主面750がトップケース92のケース主面92aの形状に合わせて曲がった形状を有しているが、真っ直ぐな形状であっても良いのは勿論である。また、上記実施の形態では、グラウンドパターン82のパターン長が実質的に(λ/4)(λは使用する周波数帯の波長)の長さを持っているが、グラウンドパターンのパターン長は、実質的に(λ/4)以上の長さであってよい。
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, the
10 第1のアンテナ装置(GPS用アンテナ)
11 第1のアンテナ素子(パッチアンテナ)
15 シールドケース
20 第2のアンテナ装置(VICS用アンテナ)
21 第2のアンテナ素子(パッチアンテナ)
30 第3のアンテナ装置(ETC用アンテナ)
31 第3のアンテナ素子
31a 長孔
32 グラウンド板
32a 壁部
34 ベース
35 スペーサ
40 第4のアンテナ装置(電話用アンテナ)
41 給電素子(逆L素子)
42 無給電素子(寄生素子)
45 サブアンテナ
50 複合アンテナ装置
51 回路基板
51a 前辺
51b 後辺
51c 第1の側辺
51b 第2の側辺
51e 主面
51f 裏面
55 グラウンド板
75 アンテナホルダ
81 接地部
82 グラウンドパターン
10 First antenna device (GPS antenna)
11 First antenna element (patch antenna)
15
21 Second antenna element (patch antenna)
30 Third antenna device (ETC antenna)
31
41 Feeding element (reverse L element)
42 Parasitic element (parasitic element)
45
Claims (4)
前記給電素子および前記無給電素子の各々は、帯状をしており、
前記同軸ケーブルの外部導体を接地する接地部と、該接地部に一端が接続され、前記回路基板の前記裏面上に形成された、実質的に(λ/4)(λは使用する周波数帯の波長)以上の長さを持つグラウンドパターンとを有し、該グラウンドパターンは、前記帯状の給電素子と前記帯状の無給電素子との間に配置されており、
前記回路基板の前記裏面側で、前記回路基板から離間して前記回路基板と平行に配置されたグラウンド板を有し、
前記接地部は前記同軸ケーブルの外部導体を前記グラウンド板に接地するものであり、
前記同軸ケーブルは前記回路基板の前記裏面とグラウンド板との間に設けられており、
前記帯状の給電素子と前記帯状の無給電素子とが平行に配置されており、
前記同軸ケーブルが、前記帯状の給電素子と前記帯状の無給電素子との間に延在している、
ことを特徴とするアンテナ装置。 A circuit board having a main surface and a back surface facing each other, a power feeding element provided on the main surface of the circuit board, and provided on the main surface of the circuit board, separated from the power feeding element by a predetermined distance. In an antenna device having a parasitic element arranged in proximity and a coaxial cable provided on the back surface of the circuit board and having a central conductor connected to the feeding element at a feeding point,
Each of the feeding element and the parasitic element has a strip shape,
A grounding portion for grounding the outer conductor of the coaxial cable, and one end connected to the grounding portion and formed on the back surface of the circuit board, substantially (λ / 4) (λ is a frequency band to be used) and a ground pattern with a length more than the wavelength), the ground pattern is disposed between the parasitic element of the strip and the strip-like feed element,
On the back side of the circuit board, having a ground plate arranged in parallel with the circuit board apart from the circuit board,
The grounding portion is for grounding the outer conductor of the coaxial cable to the ground plate,
The coaxial cable is provided between the back surface of the circuit board and a ground plate ,
The band-shaped feeding element and the band-shaped parasitic element are arranged in parallel,
The coaxial cable extends between the belt-shaped feeding element and the belt-shaped parasitic element,
An antenna device characterized by that.
前記回路基板の側辺側に前記帯状の無給電素子が配置され、中央部に前記帯状の給電素子が配置される、請求項1に記載のアンテナ装置。 The ground pattern is formed in a meander shape ,
The antenna device according to claim 1 , wherein the belt-shaped parasitic element is disposed on a side of the circuit board, and the belt-shaped feeder element is disposed in a central portion .
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