KR101409541B1 - N port feeding system for realizing broadband using a slot - Google Patents
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Abstract
복수의 포트들을 통하여 전력을 출력할 수 있는 N 포트 피딩 시스템이 개시된다. 상기 피딩 시스템은 제 1 기판, 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴들, 상기 제 1 기판과 이격되어 배열된 제 2 기판 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 패턴은 상기 제 1 패턴들을 전기적 커플링 방식을 통하여 연결시키고, 상기 제 1 패턴들 및 상기 제 2 패턴 중 하나에 적어도 하나의 슬롯이 형성된다. An N port feeding system capable of outputting power through a plurality of ports is disclosed. The feeding system includes a first substrate, first patterns that are conductors arranged on the first substrate, a second substrate that is spaced apart from the first substrate, and a second pattern that is a conductor arranged on the second substrate . Here, the second pattern connects the first patterns through an electrical coupling method, and at least one slot is formed in one of the first patterns and the second pattern.
Description
본 발명은 복수의 포트들을 통하여 전력을 출력할 수 있는 N 포트 피딩 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an N port feeding system capable of outputting power through a plurality of ports.
피딩 시스템(Feeding System)은 외부로부터 입력된 전력을 출력단을 통하여 타소자, 예를 들어 복사 소자들로 급전하는 소자로서, 예를 들어 아래의 도 1에 도시된 바와 같은 안테나에 사용되는 페이즈 쉬프터(Phase shifter)일 수 있다. A feeding system feeds power inputted from the outside to another element, for example, radiation elements through an output terminal. For example, the feeding system includes a phase shifter (not shown) used in an antenna as shown in FIG. 1 Phase shifter.
도 1은 일반적인 안테나를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a general antenna.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나는 반사판(100), 반사판(100)의 일측에 형성된 복수의 페이즈 쉬프터들(102) 및 반사판(100)의 타측면에 형성된 복수의 복사 소자들(104)을 포함한다. 1, the antenna includes a
페이즈 쉬프터(102)는 해당 복사 소자들(104)로 전달되는 전력(RF 신호)의 위상을 가변시켜서 복사 소자들(104)로부터 출력되는 빔의 각도, 즉 경사각을 조정한다. The
일반적으로, 하나의 페이즈 쉬프터(102)에는 3개의 복사 소자들(104)이 연결되며, 따라서 다수의 복사 소자들(104), 예를 들어 15개의 복사 소자들로 전력을 공급하기 위해서는, 즉 15 포트를 구현하기 위해서는 5개의 페이즈 쉬프터들(102)이 요구된다. 결과적으로, 반사판(100)의 일면 위에는 5개의 페이즈 쉬프터들(102)이 직렬로 배열될 수밖에 없어서 상기 안테나의 사이즈가 증가할 수밖에 없다. In general, three
또한, 페이즈 쉬프터들(102)을 각기 제어하므로, 상기 안테나의 경사각을 원하는 각도로 제어하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 제어하기가 불편하였다.
In addition, since each of the
본 발명은 안테나의 사이즈를 감소시키면서 사용하기 편리한 N 포트 피딩 시스템을 제공하는 것이다.The present invention provides an N port feeding system that is convenient to use while reducing the size of the antenna.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템은 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴들; 상기 제 1 기판과 이격되어 배열된 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 3 패턴은 상기 제 1 패턴들을 전기적 커플링 방식을 통하여 연결시키고, 특정 제 1 패턴에 제 1 슬롯이 형성되며, 해당 제 3 패턴에 제 2 슬롯이 형성되고, 상기 제 3 패턴이 상기 제 1 패턴 위에 위치하는 경우 상기 제 1 패턴과 상기 제 3 패턴에 의해 제 3 슬롯이 형성된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a feeding system including: a first substrate; First patterns that are conductors arranged on the first substrate; A second substrate spaced apart from the first substrate; And a second pattern that is a conductor arranged on the second substrate. Here, the third pattern may be formed by connecting the first patterns through an electrical coupling method, forming a first slot in a specific first pattern, forming a second slot in the third pattern, A third slot is formed by the first pattern and the third pattern when positioned on the first pattern.
본 발명의 다른 실시예에 따른 피딩 시스템은 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴들; 상기 제 1 기판과 이격되어 배열된 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 패턴은 상기 제 1 패턴들을 전기적 커플링 방식을 통하여 연결시키고, 상기 제 1 패턴들은 각기 부분적으로 다른 폭을 가지며, 상기 제 2 패턴은 부분적으로 다른 폭을 가지고, 특정 제 2 패턴이 상기 제 1 패턴 위에 배열될 때 상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴에 의해 적어도 하나의 슬롯이 형성된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a feeding system comprising: a first substrate; First patterns that are conductors arranged on the first substrate; A second substrate spaced apart from the first substrate; And a second pattern that is a conductor arranged on the second substrate. Wherein the second pattern connects the first patterns through an electrical coupling manner, the first patterns each having a partially different width, the second pattern having a partially different width, Is arranged on the first pattern, at least one slot is formed by the first pattern and the second pattern.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피딩 시스템은 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴들; 상기 제 1 기판과 이격되어 배열된 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 패턴은 상기 제 1 패턴들을 전기적 커플링 방식을 통하여 연결시키고, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판이 이동할 때 특정 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴에 의해 형성되는 슬롯의 수 또는 폭은 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판이 이동하기 전의 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴에 의해 생성되는 슬롯의 수 또는 폭과 다르다. According to another aspect of the present invention, there is provided a feeding system including: a first substrate; First patterns that are conductors arranged on the first substrate; A second substrate spaced apart from the first substrate; And a second pattern that is a conductor arranged on the second substrate. Here, the second pattern connects the first patterns through an electrical coupling method, and the number of slots formed by the first pattern and the second pattern when the first substrate or the second substrate moves The width is different from the number or the width of the slots generated by the first pattern and the second pattern before the first substrate or the second substrate moves.
본 발명에 따른 피딩 시스템은 복수의 단으로 배열된 예를 들어 'U'자 형상의 제 1 패턴들을 제 3 패턴들을 이용하여 전기적으로 연결시키고 상기 제 1 패턴들과 병렬로 배열된 제 2 패턴들을 제 4 패턴들을 이용하여 전기적으로 연결시키며, 상기 제 1 패턴들의 수와 상기 제 2 패턴들의 수를 적절하게 설정하여 멀티 포트, 예를 들어 15 포트를 구현할 수 있다. 예를 들어, 하나의 피딩 시스템을 이용하여 15개의 복사 소자들로 해당 전력을 한번에 공급할 수 있다. 따라서, 상기 피딩 시스템을 사용하는 안테나의 사이즈가 감소할 수 있다. The feeding system according to the present invention may be configured to electrically connect first patterns of a 'U' shape arranged in a plurality of stages using third patterns, and to electrically connect second patterns arranged in parallel with the first patterns For example, 15 ports by appropriately setting the number of the first patterns and the number of the second patterns by electrically connecting the first patterns and the fourth patterns. For example, one power supply can be supplied to 15 radiation elements at once using one feeding system. Therefore, the size of the antenna using the feeding system can be reduced.
또한, 다 포트를 제어하기 위하여 하나의 피딩 시스템만을 조정하면 되므로, 사용자가 상기 피딩 시스템을 사용하기가 용이하고 편리할 수 있다. 특히, 제 1 기판과 제 2 기판 중 하나만을 선형적으로 움직이도록 제어하여 경사각을 조정하므로, 상기 피딩 시스템의 제어 또한 간단하다. In addition, since only one feeding system is controlled to control the multi-port, it is easy and convenient for the user to use the feeding system. In particular, since only one of the first substrate and the second substrate is linearly moved to adjust the tilt angle, the control of the feeding system is also simple.
게다가, 상기 패턴들에 각기 슬롯을 형성하여 임피던스 정합을 최적화시키므로, 상기 피딩 시스템을 사용하는 안테나를 광대역으로 구현할 수 있다. In addition, since the slots are formed in the patterns to optimize the impedance matching, the antenna using the feeding system can be implemented in a wide band.
더욱이, 상기 피딩 시스템이 입력된 전력을 지연시키거나 분배시키므로, 상기 피딩 시스템은 페이즈 쉬프터뿐만 아니라 전력 분배기, 지연 소자 등 다양하게 활용될 수 있다. Moreover, since the feeding system delays or distributes the input power, the feeding system can be utilized variously as power dividers, delay elements, etc. as well as the phase shifter.
도 1은 일반적인 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 피딩 시스템의 피딩 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 위상 변화 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 "A" 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 반사 손실 특성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 분배 방식을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 전력 분배 방식에 따른 빔 폭 특성을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a general antenna.
2 is a perspective view illustrating a feeding system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view schematically showing a feeding structure of the feeding system of FIG. 2. FIG.
4 is a diagram schematically illustrating a phase change process of a feeding system according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of the portion "A" of Fig. 3 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating reflection loss characteristics of a feeding system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a power distribution scheme according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating beam width characteristics according to the power distribution method of FIG.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a feeding system according to an embodiment of the present invention.
본 실시예의 피딩 시스템(feeding system)은 외부로부터 입력된 전력을 출력단을 통하여 타소자로 공급하는 모든 소자를 의미하며, 예를 들어 페이즈 쉬프터(Phase Shifter) 및 지연 소자 등을 포함한다. The feeding system of the present embodiment refers to all elements that supply power input from the outside to other elements through an output terminal, and includes, for example, a phase shifter and a delay element.
이하, 상기 페이즈 쉬프터를 예로 하여 상기 피딩 시스템의 구조 및 동작을 상술하겠다. Hereinafter, the structure and operation of the feeding system will be described using the phase shifter as an example.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 피딩 시스템은 상호 이격된 제 1 피딩 소자(200) 및 제 2 피딩 소자(202)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the feeding system of this embodiment includes a
제 1 피딩 소자(200)는 제 1 유전체 기판(204), 적어도 하나의 제 1 패턴(210), 하나 이상의 제 2 패턴(212), 입력 패턴(214), 분배 패턴들(216 및 218), 적어도 하나의 제 5 패턴(230) 및 하나 이상의 제 6 패턴(232)을 포함한다. 다만, 도 2에 도시하지는 않았지만, 제 1 패턴들(210) 사이의 커플링(Coupling)을 방지하기 위하여 제 1 패턴들(210) 사이에 도체인 제 1 커플링 방지 소자들이 더 배열되고, 제 2 패턴들(212) 사이의 커플링을 방지하기 위하여 제 2 패턴들(212) 사이에 도체인 제 2 커플링 방지 소자들이 더 배열될 수도 있다. 예를 들어, 상기 커플링 방지 소자는 해당 패턴들 사이에 사각형 형태로 배열되되, 상기 패턴들과는 물리적으로 분리될 수 있다. The
제 2 피딩 소자(202)는 제 2 유전체 기판(206), 적어도 하나의 제 3 패턴(220) 및 하나 이상의 제 4 패턴(222)을 포함한다. The
제 1 유전체 기판(204)은 예를 들어 반사판(미도시)의 일측면 위에 배열되며, 소정 유전율을 가지는 유전체 물질로 이루어진다. 이러한 제 1 유전체 기판(204)의 배면에는 후술하는 바와 같이 접지판이 형성될 수 있다. The first
제 1 패턴(210)은 도체로서, 제 1 유전체 기판(204) 위에 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 패턴(210)은 도 2에 도시된 바와 같이 'U'자가 뒤집어진 형상, 즉 역 'U'자 형상을 가질 수 있다. 물론, 제 1 패턴(210)은 보는 각도에 따라 'U'자 형상을 가진다고 말할 수도 있다. 여기서, 'U'자 형상은 후술하는 바와 같이 좌측 패턴, 중간 패턴 및 우측 패턴으로 이루어지는 모든 패턴을 의미한다. 도 2에서는 하나의 제 1 패턴(214)만이 도시되어 있으나 일반적으로는 복수의 제 1 패턴들(210)이 형성된다. 이 경우, 제 1 패턴들(210)은 모두 동일한 형상 및 사이즈를 가질 수도 있고 일부가 다른 형상 또는 사이즈를 가질 수도 있다. 또한, 제 1 패턴들(210) 중 제일 앞과 뒤에 배열된 제 1 패턴들은 중간의 제 1 패턴들과 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제일 앞과 뒤에 배열된 제 1 패턴들은 일자 막대 형상을 가질 수 있으며, 중간의 제 1 패턴들은 역 'U'자 형상을 가질 수 있다. The
제 2 패턴(212)은 도체로서, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 유전체 기판(204) 위에서 제 1 패턴(210)과 대향하도록 배열된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 패턴(212)은 'U'자 형상을 가질 수 있으며, 즉 제 1 패턴(210)과 동일한 형상을 가지고 마주보도록 구현될 수 있다. 도 2에서는 제 2 패턴들(212)이 모두 동일한 형상 및 사이즈를 가졌으나, 일부는 다른 형상 또는 사이즈를 가질 수도 있다. 또한, 제 2 패턴들(212) 중 제일 앞과 뒤에 배열된 제 2 패턴들은 중간의 제 2 패턴들과 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제일 앞과 뒤에 배열된 제 2 패턴들은 일자 막대 형상을 가지며, 중간의 제 2 패턴들은 'U'자 형상을 가질 수 있다. The
입력 패턴(214)은 외부로부터 전력을 공급받는 부분으로서, 예를 들어 입력 패턴(214)의 종단 부분에 전력을 전달하는 케이블(미도시)의 내부 도체가 연결될 수 있다.The
분배 패턴들(216 및 218)은 도 2에 도시된 바와 같이 입력 패턴(214), 제 1 패턴(210) 및 제 2 패턴(212)에 전기적으로 연결되며, 입력 패턴(214)을 통하여 공급된 전력을 제 1 패턴(210) 및 제 2 패턴(212)으로 분배시킨다. The
도 2에서는, 분배 패턴들(216 및 218)이 제 1 패턴들(210) 중 제일 좌측에 위치한 패턴 및 제 2 패턴들(212) 중 제일 좌측에 위치한 패턴에 연결되었으나, 다른 위치의 패턴들(210 및 212)에 연결될 수도 있다. 2, the
또한, 도 2에서는 분배 패턴들(216 및 218)이 패턴들(210 및 212)에 직접 연결되었으나, 커플링 방식으로 연결될 수도 있다. 2, the
제 5 패턴(230)은 도체로서 제 1 유전체 기판(204) 위에 형성되고, 해당 제 1 패턴(210)과 해당 복사 소자를 전기적으로 연결시킨다. 결과적으로, 제 1 패턴들(210)로 입력된 전력들은 각기 해당 제 5 패턴들(230)을 통하여 복사 소자들로 제공되며, 그 결과 복사 소자들이 특정 방향의 빔을 발생시킨다. The
제 6 패턴(232)은 도체로서 제 1 유전체 기판(204) 위에 형성되고, 해당 제 2 패턴(212)과 해당 복사 소자를 전기적으로 연결시킨다. 결과적으로, 제 2 패턴들(212)로 입력된 전력들은 각기 해당 제 6 패턴들(232)을 통하여 복사 소자들로 제공되며, 그 결과 복사 소자들이 특정 방향의 빔을 발생시킨다. The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 5 패턴들(230) 및 제 6 패턴들(232)을 통하여 흐르는 전력들(RF 신호들)의 위상들 중 적어도 일부가 다를 수 있다. According to an embodiment of the present invention, at least some of the phases of the powers (RF signals) flowing through the
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 5 패턴들(230)과 제 6 패턴들(232) 중 적어도 하나는 다른 제 5 및 6 패턴들과 다른 임피던스를 가질 수 있다. 다른 견지에서, 패턴들(230 및 232) 중 적어도 하나는 다른 패턴들과 다른 사이즈(폭 또는 길이)를 가질 수 있다. 결과적으로, 각 복사 소자들로 공급되는 전력들의 크기가 다를 수 있다. 이러한 패턴들(230 및 232)의 임피던스는 구현하고자 하는 빔의 특성에 따라 결정될 것이다. According to another embodiment of the present invention, at least one of the
제 2 유전체 기판(206)은 소정 유전율을 가지는 유전체 물질로 이루어지며, 제 1 유전체 기판(204)과 동일한 유전율을 가질 수도 있고 다른 유전율을 가질 수도 있다. The second
제 3 패턴들(220)은 도체로서, 제 2 유전체 기판(206) 위에 예를 들어 규칙적으로 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 패턴(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 'U'자 형상을 가질 수 있다. The
이러한 제 3 패턴들(220)은 제 1 패턴들(210)을 전기적으로 연결시킨다.The
제 4 패턴들(222)은 도체로서, 제 2 유전체 기판(206) 위에서 제 3 패턴들(220)에 대향하도록 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 4 패턴(222)은 도 2에 도시된 바와 같이 역'U'자 형상을 가질 수 있다.The
이러한 제 4 패턴들(222)은 제 2 패턴들(212)을 전기적으로 연결시킨다. The
다만, 제 3 패턴들(220)과 제 4 패턴들(222)이 각기 제 1 패턴들(210) 및 제 2 패턴들(212)을 전기적으로 연결시키는 한, 패턴들(220 및 222)의 구조는 도 2의 구조로 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. However, as long as the
이러한 구조를 가지는 피딩 소자들(200 및 202)의 동작 과정을 살펴보면, 제 2 피딩 소자(202)가 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 피딩 소자(200)로부터 소정 거리만큼 이격된 상태로 제 1 피딩 소자(200) 위에 놓여지고, 위상 가변시 도 2에 도시된 바와 같이 예를 들어 선형적으로 움직인다. 물론, 제 2 피딩 소자(202)가 고정된 상태로 제 1 피딩 소자(200)가 움직이도록 구현될 수도 있다. 또한, 피딩 소자(200 또는 202)가 위에서는 선형적으로 움직였으나, 비선형적으로 움직일 수도 있다. As shown in FIG. 2, the
요컨대, 본 발명의 피딩 시스템은 제 2 유전체 기판(206) 상의 제 3 패턴들(220)을 이용하여 제 1 유전체 기판(204) 상의 제 1 패턴들(210)을 전기적으로 연결시키고, 제 4 패턴들(222)을 이용하여 제 2 패턴들(212)을 전기적으로 연결시킨다. That is, the feeding system of the present invention electrically connects the
도 2에서는 제 1 유전체 기판(204)의 상부에 제 1 패턴들(210)이 배열되고 하부에 제 2 패턴들(212)이 배열된 2단 구조로 피딩 시스템이 구현되었으나, 3단 이상의 구조로 구현될 수도 있다. 2, the feeding system is implemented by a two-stage structure in which the
이하, 피딩 시스템의 피딩 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, the feeding operation of the feeding system will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 도 2의 피딩 시스템의 피딩 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 위상 변화 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 다만, 도 3에서는 설명의 편의를 위하여 유전체 기판들(204 및 206)은 생략하였다. FIG. 3 is a view schematically showing a feeding structure of the feeding system of FIG. 2, and FIG. 4 is a view schematically showing a phase changing process of a feeding system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, the
도 3에 도시된 바와 같이, 제 3 패턴들(220)이 제 1 패턴들(210)과 마주보도록 제 2 유전체 기판(206)이 제 1 유전체 기판(204) 위에 놓이며, 제 3 패턴들(220)이 해당 제 1 패턴들(210)을 전기적으로 연결시킨다. 예를 들어, 제 3 패턴(220)은 제 1 패턴들(210) 중 하나의 우측 패턴과 이웃하는 제 1 패턴의 좌측 패턴을 전기적으로 연결시킨다. 결과적으로, 특정 제 1 패턴으로 입력된 전력 중 일부가 제 3 패턴(220)을 통하여 이웃하는 제 1 패턴으로 전달된다. 입력된 전력 중 다른 일부는 해당 제 5 패턴(230)을 통하여 해당 복사 소자(300)로 전달된다. 3, the second
또한, 제 4 패턴들(222)은 제 2 패턴들(212)과 마주보도록 배열되고 제 4 패턴들(222)이 해당 제 2 패턴들(212)을 전기적으로 연결시킨다. 예를 들어, 제 4 패턴(222)은 제 2 패턴들(212) 중 하나의 우측 패턴과 이웃하는 제 2 패턴의 좌측 패턴을 전기적으로 연결시킨다. 결과적으로, 특정 제 2 패턴으로 입력된 전력 중 일부가 제 4 패턴(222)을 통하여 이웃하는 제 2 패턴으로 전달된다. 입력된 전력 중 다른 일부는 해당 제 6 패턴(232)을 통하여 해당 복사 소자(300)로 전달된다. The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광대역 구현을 위하여 각 패턴들(210, 212, 220 및 222)의 일부에 적어도 하나의 슬롯이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4(D)에 도시된 바와 같이 제 1 패턴(210a)의 우측 패턴에 슬롯(410)이 형성되고 제 1 패턴(210a)과 이웃하는 제 1 패턴(210b)의 좌측 패턴에 슬롯(412)이 형성될 수 있다. 또한, 도 4(E)에 도시된 바와 같이 제 3 패턴(220)의 좌측 패턴(400a)에 슬롯(420)이 형성되고 우측 패턴(400c)에 슬롯(422)이 형성될 수 있다. 다만, 중간 패턴(400b)에는 슬롯은 형성되지 않을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, at least one slot may be formed in a part of each of the
이러한 구조의 패턴들(210 및 220)을 이용한 위상 변화 과정을 살펴보면, 제 3 패턴(220)이 도 4(A)에 도시된 바와 같이 제 1 패턴들(210) 위에 위치한다. 구체적으로는, 제 3 패턴(220)의 좌측 패턴(400a)이 제 1 패턴(210a)과 전기적으로 연결되고, 제 3 패턴(220)의 우측 패턴(400c)이 제 1 패턴(210b)과 전기적으로 연결된다. 이 경우, 제 1 패턴(210a)과 제 3 패턴(220)의 좌측 패턴(400a)이 오버랩됨에 의해 새로운 슬롯(430)이 형성되고, 제 1 패턴(210b)과 제 3 패턴(220)의 우측 패턴(400c)이 오버랩됨에 의해 새로운 슬롯(432)이 형성될 수 있다. 즉, 제 1 패턴(210a)과 제 3 패턴(220)의 좌측 패턴(400a)의 슬롯들(410 및 420)이 겹치면서 하나의 슬롯(430)이 형성되고, 제 1 패턴(210b)과 제 3 패턴(220)의 우측 패턴(400c)의 슬롯들(412 및 422)이 겹치면서 하나의 슬롯(432)이 형성될 수 있다. Referring to the phase change process using the
안테나의 빔을 틸트시키기 위하여 복사 소자들(300)로 전달되는 RF 신호의 위상을 가변시킬 경우, 도 4(B)에 도시된 바와 같이 제 3 패턴(220)이 아래 방향으로 이동할 수 있다. 결과적으로, 제 1 패턴(210a)과 제 3 패턴(220)이 오버랩됨에 의해 새로운 슬롯(440)이 생성되고, 제 1 패턴(210b)과 제 3 패턴(220)이 오버랩됨에 의해 새로운 슬롯(442)이 생성된다. 다만, 제 1 패턴(210a)과 제 3 패턴(220)에 의하여 하나의 슬롯(440)이 생성되고 제 1 패턴(210b)과 제 3 패턴(220)에 의해 하나의 슬롯(442)이 생성된다는 점에서는 도 4(A)에서 제 1 패턴(210a)과 제 3 패턴(220)에 의하여 하나의 슬롯(430)이 생성되고 제 1 패턴(210b)과 제 3 패턴(220)에 의해 하나의 슬롯(432)이 생성된다는 점에서 유사하다. 그러나, 슬롯(440)의 길이는 슬롯(430)보다 길고 슬롯(442)의 길이는 슬롯(432)보다 길다. 즉, 제 1 패턴(210a)으로 입력되어 제 1 패턴(210b)을 통하여 전달되는 전력(RF 신호)의 위상은 도 4(A)와 도 4(B)에서 다르다. 결과적으로, 안테나로부터 출력되는 빔이 틸팅될 수 있다. When the phase of the RF signal transmitted to the
다시 한번 제 3 패턴(220)을 도 4(C)에 도시된 바와 같이 아래 방향으로 이동시키면, 제 1 패턴(210a)과 제 3 패턴(220)에 의하여 두개의 슬롯들(450 및 452)이 생성되고 제 1 패턴(210b)과 제 3 패턴(220)에 의해 두개의 슬롯들(454 및 456)이 생성될 수 있다. 슬롯들(450 및 452)은 동일한 사이즈를 가질 수도 있고 다른 사이즈를 가질 수도 있으며, 슬롯들(454 및 456) 또한 동일한 사이즈를 가질 수도 있고 다른 사이즈를 가질 수도 있다. When the
요컨대, 본 발명의 피딩 시스템에서는 제 1 패턴(210)과 제 3 패턴(220)에 의해 생성되는 슬롯의 사이즈 또는 수는 안테나의 틸팅(빔의 경사각) 정도에 따라 달라질 수 있다. 이러한 슬롯의 변화는 제 1 패턴(210)이 고정된 상태에서 제 3 패턴(220)이 이동함에 의해 수행될 수도 있고 제 3 패턴(220)이 고정된 상태에서 제 1 패턴(210)이 이동함에 의해 수행될 수도 있다. In other words, in the feeding system of the present invention, the size or the number of the slots generated by the
위에서는 제 1 패턴(210)과 제 3 패턴(220)에 의해 생성되는 슬롯만을 언급하였으나, 제 2 패턴(212)과 제 4 패턴(222)에 의해 생성되는 슬롯도 도 4에서와 유사하다. Although only the slots generated by the
이렇게 안테나의 틸팅마다 슬롯의 사이즈 및 수를 다르게 하는 것은 틸트시마다 임피던스 정합을 수행하여 광대역을 구현하기 위해서이다. 즉, 상기 슬롯들은 다양한 기능을 할 수 있지만, 특히 주파수 대역별로 패턴들 사이의 임피던스를 정합을 시키는 역할을 수행한다. 다시 말하면, 상기 슬롯은 주파수 대역별로 임피던스 정합을 최적화시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이러한 슬롯을 이용함에 의해 광대역이 구현될 수 있다. The size and the number of the slots are different for each tilting of the antenna in order to realize the wide band by performing the impedance matching at each tilting. That is, although the slots can perform various functions, they particularly perform impedance matching between patterns by frequency band. In other words, the slot can optimize the impedance matching for each frequency band. As described later, a broadband can be realized by using such a slot.
위에서는 각 패턴들(210, 212, 220 및 222)마다 슬롯이 형성되는 것으로 언급하였지만, 각 패턴들(210, 212, 220 및 222)마다 그의 일부 폭이 다르다고 말할 수도 있다. Although it is mentioned above that a slot is formed for each of the
이하, 패턴들(210 및 220)이 중첩되었을 때의 상세 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, the detailed structure when the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 "A" 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 5 is an enlarged view of the portion "A" of Fig. 3 according to an embodiment of the present invention.
제 2 피딩 소자(202)가 제 1 피딩 소자(200) 위로 놓이면, 도 5(A)에 도시된 바와 같이 제 1 패턴들(210)과 제 3 패턴(220)이 겹치게 된다. 상세하게는, 예를 들어 특정 제 3 패턴(220)의 좌측 패턴(400a)이 제 1 패턴(210a)의 우측 패턴과 겹쳐지고, 제 3 패턴(220)의 우측 패턴(400c)이 제 1 패턴(210b)의 좌측 패턴과 겹쳐진다. 결과적으로, 제 1 패턴(210a)이 제 3 패턴(220)을 통하여 제 1 패턴(210b)과 전기적으로 연결된다. When the
전력 관점에서 살펴보면, 제 1 패턴(210a)으로 입력된 전력은 제 3 패턴(220)을 통하여 제 1 패턴(210b)으로 출력된다. From a power point of view, the power input to the
제 1 패턴들(210a 및 210b)의 측면 패턴(우측 패턴 또는 좌측 패턴)의 길이를 lm1이라 하고 제 3 패턴(220)의 측면 패턴(우측 패턴 또는 좌측 패턴)의 길이를 lm2라 하면, 제 1 패턴(210a 또는 210b)과 제 3 패턴(220)은 최대 lm1 또는 lm2만큼 ( lm1과 lm2 중 작은값) 겹칠 수 있다. 일반적으로는, 제 1 패턴(210a 또는 210b)과 제 3 패턴(220)은 도 5(A)에 도시된 바와 같이 일부만이 겹친다. If the first patterns (210a and 210b), the length of the side of the pattern as the length (the right side pattern, or left side pattern) l m1, and the side of the
제 1 패턴(210a 또는 210b) 중 겹치지 않은 패턴의 길이를 ls라 하고 lm1 과 lm2 가 동일한 길이를 가진다고 가정하면, 0≤ls≪lm1이다. Assuming that the length of the non-overlapping pattern of the
위에서 설명한 바와 같이 제 2 피딩 소자(202)가 제 1 피딩 소자(200) 위에서 움직이므로, 제 1 패턴(210a 또는 210b)과 제 3 패턴(220)이 겹치는 영역의 크기가 가변된다. 결과적으로, 상기 움직임에 따라 ls및 전기적 길이(L)가 변화된다. 따라서, 제 1 패턴(210b)으로 출력되는 전력(RF 신호)의 위상()은 아래의 수학식 1과 같이 ls의 변화, 즉 전기적 길이(L)의 변화에 따라 가변된다. As described above, since the
λg는 상기 RF 신호의 파장이다.and? g is the wavelength of the RF signal.
위 수학식 1을 참조하면, 위상()은 ls의 길이 변화에 비례하여 변화됨이 확인된다. 여기서, 전기적 길이(L)는 ls에 비례하여 변화된다. Referring to Equation (1) above, the phase ) Is found to change in proportion to the length change of ls. Here, the electrical length L is changed in proportion to ls.
도 5(A)는 도 4의 패턴들 중 하나의 겹쳐진 패턴만을 고려하였으나, 실제적으로는 2단 구조의 n 포트 페이즈 쉬프터인 경우 각 단마다 (n-1)/2개의 겹쳐진 패턴이 존재한다. 이 경우, 모든 겹쳐진 패턴들의 전기적 길이(lT)는 아래의 수학식 2와 같다. 5A only considers the overlapped pattern of one of the patterns of FIG. 4, but actually, there are (n-1) / 2 overlapped patterns for each stage in the case of an n-port phase shifter having a two-stage structure. In this case, the electrical length (l T ) of all the overlapped patterns is as shown in the following equation (2).
여기서, λg, max는 상기 페이즈 쉬프터의 대역폭에서 가장 큰 파장을 의미하고, λg,min은 상기 대역폭에서 가장 작은 파장을 의미하며, εr은 제 1 기판(210)의 유전상수이다. Here, λ g, max means the largest wavelength in the bandwidth of the phase shifter, λ g, min means the smallest wavelength in the bandwidth, and ε r is the dielectric constant of the
수학식 2 및 3을 참조하면, 모든 겹쳐진 패턴들의 전기적 길이(lT)는 포트들의 수 및 대역폭 범위에 따른 파장에 따라 가변됨이 확인된다. Referring to Equations (2) and (3), it is confirmed that the electrical length (1 T ) of all the overlapped patterns is variable according to the wavelength depending on the number of ports and the bandwidth range.
위 도 5(A)에 도시된 구조를 다른 관점에서 살펴보면, 도 3에서 제 2 피딩 소자(202)가 하부 방향으로 이동함에 따라 전기적 길이(L)가 길어지는 경우, 제 1 패턴(210b)으로 출력되는 전력(RF 신호)이 지연되게 된다. 즉, 도 5(A)에 도시된 구조는 페이즈 쉬프터의 일부분에 해당하기도 하지만, 그 자체로도 지연 소자로서 기능할 수 있다. 즉, 본 실시예의 피딩 시스템은 제 1 패턴들(210)과 제 3 패턴들(220)을 겹치는 방법을 통하여 지연 소자로서 기능할 수 있다. 여기서, 상기 지연 정도는 패턴들(210 및 220)의 수 및 겹치는 부분의 길이에 따라 달라질 것이다. 5A, when the electrical length L is increased as the
이하, 도 5(B)에 도시된 구조의 단면을 다시 살펴보겠다. Hereinafter, the cross section of the structure shown in FIG. 5B will be described again.
도 5(B)에 도시된 바와 같이, 제 1 유전체 기판(204) 위에 제 1 패턴(210)이 형성되고, 제 2 유전체 기판(206) 위에 제 3 패턴(220)이 형성된다. 또한, 제 1 유전체 기판(204)의 배면에 접지판(502)이 형성된다. A
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 패턴(210)과 제 3 패턴(220) 사이에 소정 유전율을 가지는 유전체층(500)이 더 존재할 수 있다. 예를 들어, 유전체층(500)은 제 1 패턴들(210) 위에 형성되며, 상호변조왜곡(PIMD)를 감소시키거나 부식을 방지하기 위해 사용된다. According to an embodiment of the present invention, a
위에 설명하지는 않았지만, 제 2 패턴들(212)과 제 4 패턴들(222)도 유사하게 동작한다. 또한, 제 2 패턴들(212)과 제 4 패턴들(222) 사이에 유전체층이 더 존재할 수도 있다. Although not described above, the
정리하면, 본 실시예의 피딩 시스템은 제 1 패턴들(210)과 제 3 패턴들(220) 사이의 겹치는 부분들의 전기적 길이 및 제 2 패턴들(212)과 제 4 패턴들(222) 사이의 겹치는 부분들의 전기적 길이를 제어하여 원하는 경사각을 구현한다. 특히, 패턴들(210, 212, 220 및 222)에 슬롯을 형성하여 광대역을 구현할 수 있다. In summary, in the feeding system of the present embodiment, the electrical length of the overlapping portions between the
종래의 안테나에서는 멀티 포트들을 구현하기 위하여, 즉 다수의 복사 소자들로 전력을 공급하기 위하여 많은 페이즈 쉬프터들이 필요하였다. 그러나, 본 실시예에서는 하나의 피딩 시스템을 사용하여 패턴들(210 및 212)의 수를 증가시키는 방법을 통하여 멀티 포트들을 구현할 수 있으므로, 상기 안테나의 사이즈가 감소할 수 있다. 특히, 상기 피딩 시스템이 패턴들을 복수의 단들로 구현하므로, 상기 안테나의 사이즈가 더 감소할 수 있다. Conventional antennas require many phase shifters to implement multiport, i.e., to supply power to multiple radiation elements. However, in the present embodiment, since multipoints can be implemented through a method of increasing the number of
또한, 패턴들을 복수의 단들로 구현하면 해당 케이블의 길이가 짧아질 수 있어서, 비용 및 미관 등의 견지에서 더 유리할 수 있다. Further, if the patterns are embodied in a plurality of stages, the length of the cable can be shortened, which is more advantageous in terms of cost and aesthetics.
게다가, 종래의 안테나에서는 페이즈 쉬프터들을 각기 제어하여 경사각을 조정하여야 하는 불편함이 있었으나, 본 발명의 피딩 시스템은 제 2 피딩 소자(202)를 움직이는 간단한 동작만으로 경사각을 조정할 수 있어서 사용상 훨씬 편리해졌다. In addition, in the conventional antenna, it is inconvenient to adjust the tilt angle by controlling each of the phase shifters. However, the feeding system of the present invention is more convenient in use since the inclination angle can be adjusted by a simple operation of moving the
게다가, 본 발명의 피딩 시스템은 페이즈 쉬프터로도 사용 가능하지만, 지연 소자 등으로도 사용 가능하며, 즉 다양한 활용이 가능하다. In addition, the feeding system of the present invention can be used as a phase shifter, but it can also be used as a delay element or the like, that is, various applications are possible.
위에서는, 제 1 유전체 기판 위에 제 1 패턴 및 제 2 패턴이 분배 구조로서 존재하였으나, 제 1 유전체 기판 위에 제 1 패턴만 형성될 수도 있다. 이 경우에는 피딩 시스템은 분배 네트워크를 포함하지 않는다. In the above, although the first pattern and the second pattern exist as a distribution structure on the first dielectric substrate, only the first pattern may be formed on the first dielectric substrate. In this case, the feeding system does not include a distribution network.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 반사 손실 특성을 도시한 도면이다. 도 6(A)는 슬롯이 형성되지 않은 패턴을 사용하는 페이즈 쉬프터의 반사 손실 특성을 도시하였고, 도 6(B)는 슬롯이 형성된 패턴을 사용하는 본 발명의 페이즈 쉬프터의 반사 손실 특성을 도시하였다. 즉, 패턴에 슬롯을 형성하지 않고 반사 손실 특성을 측정하였고 패턴에 슬롯을 형성한 후 반사 손실 특성을 측정하였다. FIG. 6 is a diagram illustrating reflection loss characteristics of a feeding system according to an embodiment of the present invention. 6A shows the reflection loss characteristic of a phase shifter using a pattern in which no slot is formed, and FIG. 6B shows a reflection loss characteristic of the phase shifter of the present invention using a pattern in which slots are formed . That is, the reflection loss characteristic was measured without forming a slot in the pattern, and the reflection loss characteristic was measured after forming a slot in the pattern.
도 6(A)를 참조하면, 슬롯이 형성되지 않은 패턴을 사용하는 페이즈 쉬프터는 -30㏈를 기준으로 할 때 1.7GHz~2.2GHz의 주파수 대역을 구현함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6 (A), it can be seen that the phase shifter using a pattern in which no slot is formed implements a frequency band of 1.7 GHz to 2.2 GHz based on -30 dB.
도 6(B)를 참조하면, 슬롯이 형성된 패턴을 사용하는 본 발명의 페이즈 쉬프터는 -30㏈를 기준으로 할 때 1.7GHz~2.7GHz의 주파수 대역을 구현함을 확인할 수 있다. 즉, 500㎒의 주파수 대역이 확장되었다. Referring to FIG. 6 (B), it can be seen that the phase shifter of the present invention using a slot-formed pattern realizes a frequency band of 1.7 GHz to 2.7 GHz based on -30 dB. That is, the frequency band of 500 MHz is extended.
도 7은 전력 분배 방식에 따른 빔 폭 특성을 도시한 도면이다. 다만, 6개의 페이즈 쉬프터를 사용하고, 각 페이즈 쉬프터에는 2개의 방사체들을 연결시킨 후 빔 폭 특성을 실험하였다. 7 is a view showing beam width characteristics according to a power distribution method. However, six phase shifters were used, and two beam emitters were connected to each phase shifter, and the beam width characteristics were tested.
같이 주파수 대역에 관계없이 포트별로 일정한 전력을 인가할 때와 비하여 도 주파수 대역별로 포트별로 다른 전력을 인가할 때를 비교하면, 도 7(B)에 도시된 바와 같이 주파수 대역별로 포트별로 다른 전력을 인가할 때의 빔 폭(802)에서의 낮은 주파수와 높은 주파수의 빔폭 편차가 주파수 대역과 관계없이 포트별로 일정한 전력을 인가할 때의 빔 폭(800)에서의 낮은 주파수와 높은 주파수의 빔폭 편차에 비하여 약 20% 개선됨을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7 (B), when different powers are applied to different ports according to frequency bands as compared with when constant power is applied to each port regardless of the frequency band, A beam width variation of a low frequency and a high frequency in a
정리하면, 본 발명의 피딩 시스템은 주파수 대역에 따라 포트별로 다른 전력을 인가하여 빔 폭을 향상시킬 수 있다. In summary, the feeding system of the present invention can improve the beam width by applying different power to each port according to the frequency band.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.
200 : 제 1 피딩 소자 202 : 제 2 피딩 소자
204 : 제 1 유전체 기판 206 : 제 2 유전체 기판
210 : 제 1 패턴 212 : 제 2 패턴
216, 218 : 분배 패턴 220 : 제 3 패턴
222 : 제 4 패턴 230 : 제 5 패턴
232 : 제 6 패턴200: first feeding element 202: second feeding element
204: first dielectric substrate 206: second dielectric substrate
210: first pattern 212: second pattern
216, 218: distribution pattern 220: third pattern
222: fourth pattern 230: fifth pattern
232: Pattern 6
Claims (9)
상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴들;
상기 제 1 기판과 이격되어 배열된 제 2 기판; 및
상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 3 패턴을 포함하되,
상기 제 3 패턴은 상기 제 1 패턴들을 전기적 커플링 방식을 통하여 연결시키고, 특정 제 1 패턴에 제 1 슬롯이 형성되며, 해당 제 3 패턴에 제 2 슬롯이 형성되고, 상기 제 3 패턴이 상기 제 1 패턴 위에 위치하는 경우 상기 제 1 패턴과 상기 제 3 패턴에 의해 제 3 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.A first substrate;
First patterns that are conductors arranged on the first substrate;
A second substrate spaced apart from the first substrate; And
And a third pattern that is a conductor arranged on the second substrate,
Wherein the third pattern is formed by connecting the first patterns through an electrical coupling method, forming a first slot in a specific first pattern, forming a second slot in the third pattern, 1 pattern, the third slot is formed by the first pattern and the third pattern.
상기 제 1 패턴은 역 'U'자 형상을 가지고, 상기 제 2 패턴은 'U'자 형상을 가지며, 상기 피딩 시스템으로 입력된 전력은 분배 네트워크를 통하여 상기 제 1 패턴들 및 상기 제 2 패턴들로 분배되는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템. The method of claim 1, further comprising forming second patterns on the first substrate opposite to the first patterns,
Wherein the first pattern has a reverse U shape and the second pattern has a U shape and power input to the feeding system is transmitted through the distribution network to the first patterns and the second patterns To the feeder system.
상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴들;
상기 제 1 기판과 이격되어 배열된 제 2 기판; 및
상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함하되,
상기 제 2 패턴은 상기 제 1 패턴들을 전기적 커플링 방식을 통하여 연결시키고, 상기 제 1 패턴들은 각기 부분적으로 다른 폭을 가지며, 상기 제 2 패턴은 부분적으로 다른 폭을 가지고, 특정 제 2 패턴이 상기 제 1 패턴 위에 배열될 때 상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴에 의해 적어도 하나의 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템. A first substrate;
First patterns that are conductors arranged on the first substrate;
A second substrate spaced apart from the first substrate; And
And a second pattern that is a conductor arranged on the second substrate,
Wherein the second pattern connects the first patterns through an electrical coupling manner, each of the first patterns having a partially different width, the second pattern having a partially different width, Wherein at least one slot is formed by the first pattern and the second pattern when arranged on the first pattern.
상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴들;
상기 제 1 기판과 이격되어 배열된 제 2 기판; 및
상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함하되,
상기 제 2 패턴은 상기 제 1 패턴들을 전기적 커플링 방식을 통하여 연결시키고, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판이 이동할 때 특정 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴에 의해 형성되는 슬롯의 수 또는 폭은 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판이 이동하기 전의 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴에 의해 생성되는 슬롯의 수 또는 폭과 다른 것을 특징으로 하는 피딩 시스템. A first substrate;
First patterns that are conductors arranged on the first substrate;
A second substrate spaced apart from the first substrate; And
And a second pattern that is a conductor arranged on the second substrate,
Wherein the second pattern connects the first patterns through an electrical coupling method and the number or the width of the slots formed by the first pattern and the second pattern when the first substrate or the second substrate moves Wherein the first pattern or the second pattern is different from the number or the width of the slots generated by the first pattern and the second pattern before the first substrate or the second substrate moves.
The feeding system according to claim 8, wherein each of the first patterns has a partially different width, and the second pattern has a partially different width.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120086696A KR101409541B1 (en) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | N port feeding system for realizing broadband using a slot |
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KR1020120086696A KR101409541B1 (en) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | N port feeding system for realizing broadband using a slot |
Publications (2)
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