KR101473714B1 - Wide-band module and communication device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 광대역 모듈 및 이를 포함하는 통신 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나의 성능을 향상시킬 수 있는 광대역 모듈 및 이를 포함하는 통신 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
종래에는 GSM 쿼드 밴드(quad band) 및 W2100 밴드를 동시에 만족하는 펜타밴드(penta band) 안테나들이 각종 통신 장치(통신 장치)에 사용되어 왔다. 이러한 특성을 만족하는 종래의 안테나의 일 예를 설명하면 다음과 같다.Conventionally, penta band antennas that simultaneously satisfy GSM quad band and W2100 band have been used in various communication apparatuses (communication apparatuses). An example of a conventional antenna that satisfies these characteristics will now be described.
유전체 및 방사체를 포함하는 종래의 역에프 타입(Inverted F type) 안테나는 방사체 일부가 급전단 및 접지단이 된다. 급전단은 통신 장치의 급전부와 연결되고 접지단은 통신 장치의 접지면과 연결된다. In a conventional inverted F type antenna including a dielectric and a radiator, a part of the radiator becomes a feeding end and a grounding end. The feed stage is connected to the feeding part of the communication device and the ground end is connected to the ground plane of the communication device.
이러한 역에프 타입의 안테나는 GSM 쿼드 밴드 및 W2100 밴드의 서비스 대역에서 동작하는데, 주파수를 기준으로 보면 824∼960MHz, 1710∼2170MHz에서 동작한다고 볼 수 있다.These inverted-F type antennas operate in the service band of the GSM quad band and the W2100 band, and they operate at 824 ~ 960MHz and 1710 ~ 2170MHz based on the frequency.
그런데, 최근에는 GSM 쿼드 밴드(quad band) 및 W2100 밴드를 동시에 만족하면서도, 이러한 서비스 대역 이외에 LTE(Long Term Evolution) 대역에서도 동작 가능한 안테나의 출시가 요구되고 있다. 특히 LTE Low 밴드(800MHz 이하)까지도 동작 대역이 확장되는 안테나의 설계가 요구된다. 그러나 λ/4 이하에서 동작하는 소형 안테나가 이러한 모든 서비스 대역을 만족하도록 설계하는 것은 아래와 같은 문제점으로 인해 많은 연구가 필요로 한다.In recent years, it is required to release an antenna that can operate in the LTE (Long Term Evolution) band in addition to the GSM quad band and the W2100 band at the same time. Especially, it is required to design an antenna that extends the operating band to the LTE low band (800 MHz or less). However, designing small antennas operating below λ / 4 to satisfy all these service bands requires much research due to the following problems.
첫째, 안테나의 광대역화 및 고이득화는 소형화에 상반된 특성이다. 즉, 안테나를 작게 만들면서 대역폭을 확장하고 이득을 높이는 것은 매우 어렵다. 그럼에도 불구하고 시장에서는 안테나의 소형화, 광대역화 및 고이득화를 동시에 요구하기 때문에 문제가 된다.First, the broadband and high gain of the antenna is a feature that is contrary to miniaturization. In other words, it is very difficult to increase the bandwidth and increase the gain while making the antenna small. Nevertheless, it is a problem in the market because it requires both miniaturization, broadband and high gain of the antenna at the same time.
둘째, 안테나의 소형화는 저주파 대역의 공진을 끌어내기 어려운 문제점이 있다. 공진 주파수는 안테나의 사이즈에 의존할 수밖에 없는 특성인데, 공진 주파수를 낮출수록 안테나의 사이즈는 커질 수밖에 없다. 따라서 LTE Low 밴드와 같이 GSM 쿼드 밴드보다 낮은 주파수 대역에서 동작하는 안테나를 설계할 경우 그 크기는 필연적으로 더 커질 수밖에 없다. 따라서 소형화를 구현하기 어렵다.Second, miniaturization of the antenna has a problem that resonance in a low frequency band is difficult to be drawn. The resonance frequency depends on the size of the antenna. The smaller the resonance frequency, the larger the size of the antenna. Therefore, when an antenna that operates in a frequency band lower than the GSM quad band is designed such as the LTE low band, the size of the antenna must inevitably increase. Therefore, it is difficult to realize miniaturization.
셋째, 안테나의 서비스 대역이 일부 확장되면 기존에 설계된 안테나를 그대로 활용할 수 없는 문제도 있다. 다시 말해, 종래기술에 의해서는 GSM 쿼드 밴드 및 W2100 밴드를 만족하도록 설계된 안테나를 그대로 활용하면서 LTE Low 밴드에서도 동작하도록 설계할 수는 없다. 따라서 서비스 대역을 확장하거나 변경하기 위해서는 안테나를 재설계할 수밖에 없었다. 그런데 안테나를 처음부터 다시 설계한다면, 기존에 개발한 안테나를 그대로 사용할 수 없기 때문에 이미 투입된 노력과 자본을 활용하지 못하는 문제가 있다.
Third, if the service band of the antenna is partially expanded, the conventional designed antenna can not be used as it is. In other words, it can not be designed to operate in the LTE low band while utilizing the antenna designed to satisfy the GSM quad band and W2100 band according to the prior art. Therefore, in order to expand or change the service band, the antenna has to be redesigned. However, if the antenna is designed again from the beginning, there is a problem that the already developed antenna can not be used as it is, so that the effort and capital can not be utilized already.
본 발명의 실시예들은 임피던스 정합부 및 스위칭부를 통해 안테나가 광대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있도록 하는 광대역 모듈 및 이를 포함하는 통신 장치를 제공하기 위한 것이다.
Embodiments of the present invention provide a broadband module that enables an antenna to smoothly transmit and receive signals at a wide band through an impedance matching unit and a switching unit, and a communication apparatus including the same.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 안테나의 급전단과 연결되는 제 1 단자, 및 급전부와 연결되는 제 2 단자를 포함하며, 상기 안테나의 임피던스 정합을 위해 커패시터 및 인덕터 중 하나 이상의 조합으로 이루어지는 임피던스 정합부; 및 상기 안테나의 공진 주파수 대역을 이동시킬 수 있도록 외부 제어 신호에 따라 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자가 복수 개의 조정 소자 중 어느 하나를 통해 접지면과 연결될 수 있도록 하는 스위칭부를 포함하는, 광대역 모듈이 제공된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided an impedance matching circuit comprising: a first terminal connected to a feeding end of an antenna; and a second terminal connected to the feeding portion, the impedance comprising a combination of at least one of a capacitor and an inductor A matching portion; And a switching unit for allowing the ground terminal of the antenna or the first terminal to be connected to the ground plane through any one of the plurality of adjustment elements in accordance with an external control signal so as to move the resonance frequency band of the antenna, Module is provided.
상기 임피던스 정합부는 상기 제 1 단자가 형성되는 제 1 선로 및 상기 제 2 단자가 형성되는 제 2 선로를 더 포함하며, 상기 제 1 선로, 상기 제 2 선로 및 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로 사이에는 상기 커패시터 및 상기 인덕터가 하나 이상 배치될 수 있다.The impedance matching unit may further include a first line formed with the first terminal and a second line formed with the second terminal, and the impedance matching unit may include a first line, a second line, and a second line, One or more of the capacitor and the inductor may be disposed.
상기 제 1 선로의 상기 제 1 단자 측과 반대 방향에 형성되는 제 3 단자 및 상기 제 3 단자와 인접하는 접지면의 일측 사이에는 상기 안테나의 공진 주파수 튜닝을 위한 제 1 튜닝 소자가 배치될 수 있다.A first tuning element for tuning the resonance frequency of the antenna may be disposed between a third terminal formed in the direction opposite to the first terminal side of the first line and a side of the ground plane adjacent to the third terminal .
상기 제 2 선로의 상기 제 2 단자 측과 반대 방향에 형성되는 제 4 단자 및 상기 제 4 단자와 인접하는 접지면의 타측 사이에는 상기 안테나의 공진 주파수 튜닝을 위한 제 2 튜닝 소자가 배치될 수 있다.A second tuning element for tuning the resonance frequency of the antenna may be disposed between a fourth terminal formed in the direction opposite to the second terminal side of the second line and another side of the ground plane adjacent to the fourth terminal .
상기 조정 소자 각각은, 서로 다른 임피던스 값을 갖는 수동소자일 수 있다.Each of the adjustment elements may be a passive element having a different impedance value.
상기 스위칭부는, 외부로부터 제 1 전압, 또는 상기 제 1 전압보다 기 설정된 크기만큼 높은 제 2 전압을 입력받는 제 1 입력부 및 제 2 입력부를 포함할 수 있다.The switching unit may include a first input unit receiving a first voltage from the outside or a second voltage higher than the first voltage by a predetermined magnitude and a second input unit.
상기 스위칭부는, 상기 제 1 입력부에 상기 제 2 전압이 입력되는 경우 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자를 상기 접지면과 연결시킬 수 있다.The switching unit may connect the ground terminal of the antenna or the first terminal to the ground plane when the second voltage is input to the first input unit.
복수 개의 상기 조정 소자는, 제 1 조정 소자 및 제 2 조정 소자를 포함하며, 상기 스위칭부는, 상기 제 2 입력부에 입력되는 전압이 상기 제 1 전압인 경우 상기 제 1 조정 소자를 통해 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자를 상기 접지면과 연결시키며, 상기 제 2 입력부에 입력되는 전압이 상기 제 2 전압인 경우 상기 제 2 조정 소자를 통해 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자를 상기 접지면과 연결시킬 수 있다.Wherein the plurality of adjustment elements includes a first adjustment element and a second adjustment element and wherein the switching unit switches the grounding of the antenna through the first adjustment element when the voltage input to the second input unit is the first voltage, Wherein the ground terminal is connected to the ground terminal through the second adjusting element when the voltage input to the second input unit is the second voltage, Lt; / RTI >
상기 스위칭부와 상기 제 1 단자 사이에는 커패시터 또는 인덕터가 배치될 수 있다.A capacitor or an inductor may be disposed between the switching unit and the first terminal.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상술한 광대역 모듈을 포함하는 통신 장치가 제공된다.
According to another exemplary embodiment of the present invention, a communication device including the above-described wideband module is provided.
본 발명의 실시예들에 따르면, 안테나와 급전부 사이에 임피던스 정합부를 배치함으로써 안테나의 임피던스와 급전부의 임피던스을 넓은 대역폭에서 정합(matching)시킬 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the impedance of the antenna and the impedance of the feeding part can be matched in a wide bandwidth by disposing the impedance matching part between the antenna and the feeding part.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부의 동작을 통해 안테나의 공진 주파수 대역을 이동(shifting)시킴으로써, 현재 서비스 중인 대부분의 통신 대역에서 서비스를 가능하게 하며 특히 동작 가능한 주파수 대역을 약 600MHz까지 확장할 수 있다. 이에 따라, 기존 안테나에 광대역 모듈을 추가하는 것만으로 LTE 주파수 대역까지 서비스를 가능하게 할 수 있다.According to embodiments of the present invention, by shifting the resonant frequency band of the antenna through the operation of the switching unit, service can be performed in most communication bands currently in service, Can be extended. Therefore, it is possible to service up to the LTE frequency band simply by adding a wideband module to the existing antenna.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부의 동작을 통해 안테나가 저주파수 대역(예를 들어, 약 600MHz 내지 680MHz 대역)에서 동작하는 동안에도 고주파수 대역(예를 들어, 약 1.7GHz 내지 2.2GHz 대역)에서의 안테나 성능이 떨어지지 않도록 일정하게 유지할 수 있다.
Further, according to the embodiments of the present invention, the operation of the switching unit allows the antenna to operate in a high frequency band (for example, about 1.7 GHz to 2.2 GHz band (for example, Can be kept constant so as not to deteriorate the antenna performance.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈을 설명하기 위한 개략도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈의 상세 구성을 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 광대역 모듈에서, 임피던스 정합부의 일 실시예를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부를 안테나에 적용하지 않은 경우와 적용한 경우의 안테나의 전압 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio)를 비교한 그래프
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부를 안테나에 적용하지 않은 경우와 적용한 경우의 안테나의 평균 이득 및 효율을 비교한 도면
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈에서, 스위칭부의 동작 모드에 따른 안테나의 전압 정재파비의 변화를 나타낸 그래프
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈에서, 스위칭부의 동작 모드에 따른 안테나의 평균 이득 및 효율을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈을 설명하기 위한 개략도
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈의 상세 구성을 나타낸 블록도
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈에서, 스위칭부의 동작 모드에 따른 안테나의 전압 정재파비(VSWR)의 변화를 나타낸 그래프
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈에서, 스위칭부의 동작 모드에 따른 안테나의 평균 이득 및 효율을 나타낸 도면1 is a schematic view for explaining a broadband module according to a first embodiment of the present invention;
2 is a block diagram showing a detailed configuration of a wideband module according to a first embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating an embodiment of an impedance matching unit in a wideband module according to embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a comparison between a voltage standing wave ratio (VSWR) of an antenna in which an impedance matching unit according to an embodiment of the present invention is not applied to an antenna,
5 is a graph comparing the average gain and the efficiency of the antenna in the case where the impedance matching unit according to the embodiments of the present invention is not applied to the antenna,
6 is a graph showing a change in voltage standing wave ratio of an antenna according to an operation mode of a switching unit in a wideband module according to the first embodiment of the present invention
7 is a graph illustrating an average gain and efficiency of an antenna according to an operation mode of a switching unit in a wideband module according to a first embodiment of the present invention;
8 is a schematic view for explaining a broadband module according to a second embodiment of the present invention;
9 is a block diagram showing a detailed configuration of a wideband module according to a second embodiment of the present invention
10 is a graph showing a change in voltage standing wave ratio (VSWR) of an antenna according to an operation mode of a switching unit in a wideband module according to a second embodiment of the present invention
11 is a graph showing an average gain and efficiency of an antenna according to an operation mode of a switching unit in a wideband module according to a second embodiment of the present invention;
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is an exemplary embodiment only and the present invention is not limited thereto.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
The technical idea of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are merely a means for efficiently describing the technical idea of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈(100)을 설명하기 위한 개략도이며, 도 2는 도 1에 도시된 광대역 모듈(100)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈(100)은 통신 장치(미도시)에 내장되는 안테나(150)와 연결될 수 있다. 여기서, 통신 장치란 예를 들어, 휴대폰, PDA, 노트북, MP3 등이 될 수 있다. 안테나(150)는 방사체(152), 유전체(154), 급전단(156) 및 접지단(158)을 포함할 수 있다. 안테나(150)는 λ/4 이하의 크기를 갖는 소형 안테나일 수 있으며, 예를 들어 역 F 타입의 안테나가 될 수 있다. 다만, 안테나(150)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 광대역 모듈(100)은 역 L 타입의 안테나 등 다양한 형태의 안테나에 적용될 수 있다.FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 광대역 모듈(100)은 임피던스 정합부(110) 및 스위칭부(120)를 포함한다.2, the
임피던스 정합부(110)는 급전부(180) 및 안테나(150) 사이의 임피던스 정합을 수행한다. 임피던스 정합부(110) 및 스위칭부(120) 없이 안테나(150)가 단독으로 존재하는 경우 안테나(150)가 동작하는 주파수 대역을 제 1 주파수 대역(복수 개의 주파수 대역을 포함하는 의미로 사용됨)이라 가정한다. 안테나(150)가 제 1 주파수 대역보다 넓은 제 2 주파수 대역에서 동작할 수 있도록, 임피던스 정합부(110)는 넓은 주파수 대역에서 급전부(180) 및 안테나(150) 사이의 임피던스 정합을 수행한다. 여기서, “동작”이란 기 설정된 값 이상의 평균 이득 및 효율을 가지면서 안테나(150)가 신호를 송수신하는 상태를 의미한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 임피던스 정합부(110)는 안테나(150)의 급전단(156)과 연결되는 제 1 단자(112a), 급전부(180)와 연결되는 제 2 단자(114b), 제 1 튜닝 소자(132)와 연결되는 제 3 단자(112b) 및 제 2 튜닝 소자(134)와 연결되는 제 4 단자(114a)를 포함한다. 임피던스 정합부(110)는 커패시터 및 인덕터 중 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 확장할 수 있다. The
스위칭부(120)는 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 이동시킬 수 있도록 스위칭 모듈(148)을 스위칭시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스위칭부(120)는 안테나의 접지단(158)과 연결되는 스위칭 모듈(148)을 포함한다. 스위칭부(120)는 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 이동시킬 수 있도록, 외부 제어 신호(예를 들어, 소정 크기의 전압)에 따라 안테나(150)의 접지단(158)이 복수 개의 조정 소자(142, 144) 중 어느 하나를 통해 접지면(160)과 연결될 수 있도록 스위칭 모듈(148)을 스위칭시킨다. 여기서, 제 1 조정 소자(142) 및 제 2 조정 소자(144) 각각은 서로 다른 임피던스 값을 갖는 수동 소자(예를 들어, 커패시터 또는 인덕터)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 조정 소자(142)는 100pF의 값을 갖는 커패시터일 수 있으며, 제 2 조정 소자(144)는 10pF의 값을 갖는 커패시터일 수 있다. 스위칭부(120)는 외부로부터 전압을 입력받는 입력부(146)를 포함할 수 있으며, 입력부(146)를 통해 입력받는 전압의 크기에 따라 스위칭 모듈(148)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 입력부(146)는 제 1 입력부(EN ; 146a), 제 2 입력부(CTRL ; 146b) 및 제 3 입력부(VBATT ; 146c)를 포함할 수 있다. 제 3 입력부(146c)는 스위칭부(120)의 동작을 위한 배터리 전압을 인가받을 수 있다. 상기 배터리 전압은 예를 들어, 약 3.5V 일 수 있다. 제 1 입력부(146a) 및 제 2 입력부(146b)는 스위칭 모듈(148)의 동작 제어를 위한 전압을 외부로부터 인가받을 수 있다. 스위칭부(120)는 제 1 입력부(146a) 및 제 2 입력부(146b)에 인가되는 전압의 크기에 따라 안테나(150)의 접지단(158)이 복수 개의 조정 소자(142, 144) 중 어느 하나를 통해 접지면(160)과 연결될 수 있도록 스위칭 모듈(148)을 스위칭시킬 수 있다.The
먼저, 제 1 입력부(146a)에 제 1 전압이 인가되는 경우 스위칭부(120)는 스위칭 모듈(148)의 스위칭 동작이 일어나지 않도록 스위칭 모듈(148)을 차단(shutdown)시킬 수 있다. 상기 제 1 전압은 예를 들어, 2.4V 일 수 있다.. First, when the first voltage is applied to the first input unit 146a, the
만약, 제 1 입력부(146a)에 제 1 전압보다 기 설정된 크기만큼 높은 제 2 전압이 인가되는 경우 스위칭 모듈(148)은 제 2 입력부(146b)에 인가되는 전압의 크기에 따라 복수 개의 상기 조정 소자(142, 144) 중 어느 하나를 통해 접지면(160)과 연결될 수 있다. 상기 제 2 전압은 예를 들어, 2.8V 일 수 있다. 제 1 입력부(146a)에 일정 크기 이상의 전압이 인가되는 경우에만 스위칭 모듈(148)의 스위칭 동작이 일어날 수 있다. 즉, 제 1 입력부(146a)에 인가되는 전압의 크기가 스위칭 모듈(148)의 동작 여부를 결정짓는 기준 전압이 된다.If a second voltage higher than the first voltage by a predetermined amount is applied to the first input unit 146a, the
제 1 입력부(146a)에 제 2 전압이 인가되고 제 2 입력부(146b)에 제 1 전압이 인가되는 경우, 스위칭 모듈(148)은 제 1 조정 소자(142)를 통해 접지면(160)과 연결될 수 있다.When the second voltage is applied to the first input 146a and the first voltage is applied to the second input 146b the
또한, 제 1 입력부(146a)에 제 2 전압이 인가되고 제 2 입력부(146b)에 제 2 전압이 인가되는 경우, 스위칭 모듈(148)은 제 2 조정 소자(144)를 통해 접지면(160)과 연결될 수 있다. 스위칭 모듈(148)이 서로 다른 임피던스 값을 갖는 조정 소자(142, 144) 중 어느 하나를 통해 접지면(160)과 연결됨에 따라, 안테나(150)의 그라운드가 변하게 되며 결과적으로 안테나(150)의 공진 주파수 대역이 이동(shifting)할 수 있다. 한편, 여기서는 스위칭 모듈(148)이 2개의 조정 소자(142, 144) 중 어느 하나를 통해 접지면(160)과 연결되는 것으로 설명하였으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 조정 소자의 개수는 이에 한정되지 않는다. 또한, 스위칭부(120)는 제 2 입력부(146b)에 인가되는 전압의 크기를 제 1 전압, 제 2 전압, 제 3 전압, 제 4 전압 등으로 나누어 스위칭 모듈(148)의 스위칭 동작을 제어할 수도 있다.When the second voltage is applied to the first input 146a and the second voltage is applied to the second input 146b, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 안테나(150)와 급전부(180) 사이에 임피던스 정합부(110)를 배치함으로써 안테나(150)의 임피던스와 급전부(180)의 임피던스을 넓은 대역폭에서 정합(matching)시킬 수 있다. 임피던스 정합부(110)만을 사용하는 경우 특정 주파수 대역에서의 안테나(150)의 송수신 효율이 떨어질 수 있으므로, 본 발명의 실시예들은 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 이동시킴으로써 현재 서비스 중인 대부분의 통신 대역에서 서비스를 가능하도록 구성하였다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)가 저주파수 대역(예를 들어, 약 600MHz 내지 680MHz 대역)에서 동작하는 동안에도 고주파수 대역(예를 들어, 약 1.7GHz 내지 2.2GHz 대역)에서의 안테나 성능이 떨어지지 않도록 일정하게 유지할 수 있다.
As described above, according to the embodiments of the present invention, the
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 광대역 모듈(100, 200)에서, 임피던스 정합부(110)의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 임피던스 정합부(110)는 제 1 선로(112) 및 제 2 선로(114)을 포함한다.3 is a view illustrating an embodiment of the
제 1 선로(112)의 일단에는 제 1 단자(112a)가 형성되며 타단에는 제 3 단자(112b)가 형성된다. 제 1 단자(112a)는 안테나(150)의 급전단(156)과 연결될 수 있으며, 제 3 단자(112b)는 제 1 튜닝 소자(132)와 연결될 수 있다. A
제 2 선로(114)의 일단에는 제 4 단자(114a)가 형성되며 타단에는 제 2 단자(114b)가 형성될 수 있다. 제 4 단자(114a)는 제 2 튜닝 소자(134)와 연결될 수 있으며, 제 2 단자(114b)는 급전부(180)와 연결될 수 있다. 제 1 튜닝 소자(132) 및 제 2 튜닝 소자(134)는 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 미세하게 조정하기 위한 것으로, 커패시터 및 인덕터 중 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있다. 여기서는, 제 1 튜닝 소자(132)가 제 1 단자(112a)에 연결되고 제 2 튜닝 소자(134)가 제 4 단자(114a)에 연결되는 것으로 도시하였으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 제 1 튜닝 소자(132) 및 제 2 튜닝 소자(134)의 위치는 임피던스 정합부(110)의 형태, 안테나(150)의 공진 주파수 등에 따라 달라질 수 있다.A
제 1 선로(112), 제 2 선로(114) 및 제 1 선로(112)와 제 2 선로(114) 사이에는 하나 이상의 커패시터 및 인덕터가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 단자(112a)와 제 3 단자(112b) 사이의 제 1 선로(112)에는 제 1 커패시터(C1)가 배치될 수 있으며 제 4 단자(114a)와 제 2 단자(114b) 사이의 제 2 선로(114)에는 제 2 커패시터(C2)가 배치될 수 있다. 또한, 제 1 선로(112)와 제 2 선로(114) 사이에는 제 3 커패시터(C3), 제 1 인덕터(L1), 제 2 인덕터(L2) 및 제 4 커패시터(C4)가 각각 배치될 수 있다. 여기서, 제 2 인덕터(L2) 및 제 4 커패시터(C4)는 제 1 선로(112) 및 제 2 선로(114)의 일단 측(112a, 114a)에 가깝게 배치될 수 있으며, 제 3 커패시터(C3) 및 제 1 인덕터(L1)는 제 1 선로(112) 및 제 2 선로(114)의 타단 측(112b, 114b)에 가깝게 배치될 수 있다. 한편, 여기서는 임피던스 정합부(110)가 4개의 커패시터(C1, C2, C3, C4) 및 2개의 인덕터(L1, L2)의 조합으로 이루어지는 것으로 도시하였으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 커패시터 및 인덕터의 개수는 이에 한정되지 않는다. 또한, 도 3에 도시된 커패시터 및 인덕터의 배치 형태는 하나의 실시예에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다. 임피던스 정합부(110)는 하나 이상의 커패시터 및 인덕터가 도 3에 도시된 바와 다른 형태로 조합되어 이루어질 수도 있다.
One or more capacitors and inductors may be disposed between the
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용하지 않은 경우와 적용한 경우의 안테나(150)의 전압 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio)를 비교한 그래프이다. 도 4의 (a)는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용하지 않은 경우의 전압 정재파비를 나타낸 그래프이며, 도 4의 (b)는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용한 경우의 전압 정재파비를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용한 경우 전반적으로 대역폭이 확장되는 것을 확인할 수 있다. 특히, LTE Low 밴드(800MHz 이하)에서 전압 정재파비가 2 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 안테나(150)와 급전부(180) 사이에 임피던스 정합부(110)를 배치함으로써 안테나(150)의 임피던스와 급전부(180)의 임피던스을 넓은 대역폭에서 정합(matching)시킬 수 있다. 또한, 커패시터 및 인덕터의 조합으로 이루어진 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용하는 경우 일반적인 임피던스 변환기를 적용하는 경우보다 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 용이하게 조절할 수 있기 때문에 안테나(150)의 공진 주파수를 변경하는데 용이한 장점이 있다.
4 is a graph comparing the voltage standing wave ratio (VSWR) of the
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용하지 않은 경우와 적용한 경우의 안테나(150)의 평균 이득 및 효율을 비교한 도면이다. 도 5의 (a)는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용하지 않은 경우의 평균 이득 및 효율을 나타낸 도면이며, 도 5의 (b)는 본 발명의 실시예들에 따른 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용한 경우의 평균 이득 및 효율을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 임피던스 정합부(110)를 안테나(150)에 적용한 경우 저주파수 대역(698MHz 내지 787MHz 대역)에서의 평균 이득 및 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 일부 구간에서 평균 이득 및 효율이 감소하는 부분이 나타나기도 하지만, 이는 임피던스 정합부(110)에 상술한 스위칭부(120)를 조합함으로써 향상시킬 수 있다.
5 is a graph comparing the average gain and the efficiency of the
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈(100)에서, 스위칭부(120)의 동작 모드에 따른 안테나(150)의 전압 정재파비의 변화를 나타낸 그래프이다. 6 is a graph showing a change in the voltage standing wave ratio of the
이하에서는 [표 1]에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 입력부(EN ; 146a)에 제 2 전압(VHigh)이 입력되고 제 2 입력부(CTRL ; 146b)에 제 1 전압(VLow)이 입력되어 스위칭 모듈(148)이 제 1 조정 소자(RF1 ; 142)를 통해 접지면(160)과 연결되는 모드를 제 1 동작 모드(State 1)로 가정하고, 제 1 입력부(146a)에 제 2 전압(VHigh)이 입력되고 제 2 입력부(146b)에 제 2 전압(VHigh)이 입력되어 스위칭 모듈(148)이 제 2 조정 소자(RF2 ; 144)를 통해 통해 접지면(160)과 연결되는 모드를 제 2 동작 모드(State 2)로 가정하며, 제 1 입력부(146a)에 제 1 전압(VLow)이 입력되어 스위칭 모듈(148)이 차단(Shutdown)되는 모드를 제 3 동작 모드(State 3)로 가정한다.
Hereinafter, as shown in Table 1, when the second voltage V High is input to the first input unit EN 146a and the first voltage V Low is input to the second input unit CTRL 146b, A mode in which the
도 6에 도시된 바와 같이, 안테나(150)는 동작 모드 1(State 1), 동작 모드 2(State 2) 또는 동작 모드 3(State 3)으로 동작할 수 있다. 동작 모드 1에서는 2G의 주파수 대역(GSM 850/PCS 주파수 대역), 3G의 주파수 대역(WCDMA W1/2/4/5) 및 4G의 주파수 대역(LTE B1/2/4/5/12/13/17/29)에서 안테나(150)가 동작할 수 있음을 확인할 수 있다. 동작 모드 2에서는 620MHz 내지 680MHz의 주파수 대역, 2G의 주파수 대역(GSM 850/PCS 주파수 대역) 및 3G의 주파수 대역(WCDMA W1/2/4/5)에서 안테나(150)가 동작할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 동작 모드 3에서는 640MHz 내지 680MHz의 주파수 대역, 2G의 주파수 대역(GSM 850/PCS 주파수 대역), W2/5 및 LTE B29의 주파수 대역에서 안테나(150)가 동작할 수 있음을 확인할 수 있다. 특히, 동작 모드 2 및 3에서는 안테나(150)의 공진 주파수가 600MHz 초반의 주파수 대역까지 확장되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 이동시킴으로써, 현재 서비스 중인 대부분의 통신 대역에서 서비스를 가능하게 하며 동작 가능한 주파수 대역을 약 600MHz까지 확장할 수 있다. 이에 따라, 기존 안테나(150)에 광대역 모듈(100)을 추가하는 것만으로 LTE 주파수 대역까지 서비스를 가능하게 할 수 있다.
As shown in FIG. 6, the
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈(100)에서, 스위칭부(120)의 동작 모드에 따른 안테나(150)의 평균 이득 및 효율을 나타낸 도면이다. 상술한 바와 같이, 광대역 모듈(100)은 스위칭부(120)의 동작 모드에 따라 안테나(150)가 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 한다. 동작 모드 1에서는 700MHz 내지 920MHz의 주파수 대역 및 1.71GHz 내지 2.17GHz의 주파수 대역에서 안테나(150)가 원활하게 동작함을 확인할 수 있다. 동작 모드 2에서는 620MHz 내지 680MHz의 주파수 대역, 820MHz 내지 920MHz의 주파수 대역 및 1.71GHz 내지 2.17GHz의 주파수 대역에서 안테나(150)가 원활하게 동작함을 확인할 수 있다. 동작 모드 3에서는 640MHz 내지 720MHz의 주파수 대역, 820MHz 내지 920MHz의 주파수 대역 및 1.71GHz 내지 1.99GHz의 주파수 대역에서 안테나(150)가 원활하게 동작함을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 용이하게 이동시킬 수 있도록 함으로써, 현재 서비스 중인 대부분의 통신 대역에서 서비스를 가능하게 한다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)가 저주파수 대역(예를 들어, 약 600MHz 내지 680MHz 대역)에서 동작하는 동안에도 고주파수 대역(예를 들어, 약 1.7GHz 내지 2.2GHz 대역)에서의 안테나(150) 성능이 떨어지지 않도록 일정하게 유지할 수 있다.
7 is a diagram illustrating an average gain and an efficiency of an
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈(200)을 설명하기 위한 개략도이며, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈(200)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈(200)은 스위칭 모듈(148)이 제 1 단자(112a)에 연결되는 것을 제외하고는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈(100)과 대부분 동일한 구성을 갖는다.FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈(200)은 스위칭 모듈(148)이 제 1 단자(112a)에 연결된다. 상술한 바와 같이, 제 1 단자(112a)는 안테나(150)의 급전단 (156)에 연결될 수 있다. 이때, 스위칭부(120)의 스위칭 모듈(148) 및 제 1 단자(112a) 사이에는 커패시터 또는 인덕터(202)가 배치될 수 있다. 이 경우, 안테나(150)의 공진 주파수 대역이 조금 달라질 뿐 광대역 모듈(200)의 동작 방법 및 이로 인한 효과는 제 1 실시예에 따른 광대역 모듈(100)을 사용한 경우와 동일하다. 따라서, 여기서는 앞서 설명한 바와 중복되는 광대역 모듈(200)의 상세 구성 및 동작 방법은 생략하기로 한다.
As shown in FIG. 9, in the
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈(200)에서, 스위칭부(120)의 동작 모드에 따른 안테나의 전압 정재파비(VSWR)의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 안테나(150)는 동작 모드 1(State 1), 동작 모드 2(State 2) 또는 동작 모드 3(State 3)으로 동작할 수 있다. 도 10에서 도시된 동작 모드 1(State 1), 동작 모드 2(State 2) 및 동작 모드 3(State 3)은 [표 1]에서 설명한 바와 같다. 동작 모드 1에서는 LTE B1/2/4/12/13/17/29, W1/2/4 및 DCS/PCS의 주파수 대역에서 안테나(150)가 동작할 수 있음을 확인할 수 있다. 동작 모드 2에서는 GSM 850/900의 주파수 대역에서 안테나(150)가 동작할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 동작 모드 3에서는 GSM 850의 주파수 대역에서 안테나(150)가 동작할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)의 공진 주파수 대역을 이동시킴으로써, 현재 서비스 중인 대부분의 통신 대역에서 서비스를 가능하게 한다.
10 is a graph showing a change in voltage standing wave ratio (VSWR) of an antenna according to an operation mode of the
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광대역 모듈(200)에서, 스위칭부(120)의 동작 모드에 따른 안테나(150)의 평균 이득 및 효율을 나타낸 도면이다. 광대역 모듈(200)은 스위칭부(120)의 동작 모드에 따라 안테나(150)가 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 한다. 동작 모드 1에서는 698MHz 내지 894MHz의 주파수 대역 및 1.71GHz 내지 2.17GHz의 주파수 대역에서 안테나(150)가 원활하게 동작함을 확인할 수 있다. 동작 모드 2에서는 824MHz 내지 960MHz의 주파수 대역 및 1.85GHz 내지 2.17GHz의 주파수 대역에서 안테나(150)가 원활하게 동작함을 확인할 수 있다. 동작 모드 3에서는 824MHz 내지 894MHz의 주파수 대역에서 안테나(150)가 원활하게 동작함을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)가 복수 개의 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 함으로써, 현재 서비스 중인 대부분의 통신 대역에서 서비스를 가능하게 한다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스위칭부(120)의 동작을 통해 안테나(150)가 저주파수 대역(예를 들어, 약 700MHz의 주파수 대역)에서 동작하는 동안에도 고주파수 대역(예를 들어, 약 1.7GHz 내지 2.2GHz 대역)에서의 안테나(150) 성능이 떨어지지 않도록 일정하게 유지할 수 있다.
11 is a diagram illustrating an average gain and efficiency of an
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 통신 장치(미도시)은 상술한 광대역 모듈(100 또는 200)을 포함할 수 있다. 상기 통신 장치는 안테나를 내장하고 있는 단말로서, 예를 들어 휴대폰, PDA, 노트북, MP3 등이 될 수 있다. 상술한 광대역 모듈(100 또는 200)은 예를 들어, 상기 통신 장치에 칩(chip) 형태로 내장될 수 있다.
Meanwhile, a communication device (not shown) according to embodiments of the present invention may include the above-described
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, I will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.
100, 200 : 광대역 모듈
110 : 임피던스 정합부
112 : 제 1 선로
112a : 제 1 단자
112b : 제 3 단자
114 : 제 2 선로
114a : 제 4 단자
114b : 제 2 단자
120 : 스위칭부
132 : 제 1 튜닝 소자
134 : 제 2 튜닝 소자
142 : 제 1 조정 소자
144 : 제 2 조정 소자
146 : 입력부
146a : 제 1 입력부
146b : 제 2 입력부
146c : 제 3 입력부
148 : 스위칭 모듈
150 : 안테나
152 : 방사체
154 : 유전체
156 : 급전단
158 : 접지단
160 : 접지면
170 : 인쇄 회로 기판
180 : 급전부
202 : 커패시터(또는 인덕터)100, 200: Broadband module
110: Impedance matching part
112: first line
112a: first terminal
112b: third terminal
114: second line
114a: fourth terminal
114b: second terminal
120:
132: first tuning element
134: second tuning element
142: first adjusting element
144: second adjusting element
146:
146a: first input unit
146b:
146c: third input section
148: Switching module
150: Antenna
152: emitter
154: Dielectric
156: Feed shearing
158:
160: ground plane
170: printed circuit board
180: Feeding part
202: Capacitor (or inductor)
Claims (10)
상기 제 2 주파수 대역에서 동작하는 상기 안테나의 공진 주파수 대역을 이동시킬 수 있도록 외부 제어 신호에 따라 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자가 서로 다른 임피던스 값을 갖는 복수 개의 조정 소자 중 어느 하나를 통해 접지면과 연결될 수 있도록 하는 스위칭부를 포함하며,
상기 임피던스 정합부는 상기 제 1 단자가 형성되는 제 1 선로 및 상기 제 2 단자가 형성되는 제 2 선로를 더 포함하며, 상기 제 1 선로, 상기 제 2 선로 및 상기 제 1 선로와 상기 제 2 선로 사이에는 커패시터 및 인덕터 중 적어도 하나가 배치되는, 광대역 모듈.
A first terminal connected to a feeding end of an antenna operating in a first frequency band, and a second terminal connected to a feeding part, wherein the antenna is operated in a second frequency band wider than the first frequency band, An impedance matching unit for performing impedance matching between the feeding part and the antenna; And
And a ground terminal of the antenna or a first terminal of the antenna is connected to one of a plurality of adjustment elements having different impedance values according to an external control signal so as to move the resonance frequency band of the antenna operating in the second frequency band And a switching unit for connecting to the ground plane,
The impedance matching unit may further include a first line formed with the first terminal and a second line formed with the second terminal, and the impedance matching unit may include a first line, a second line, and a second line, Wherein at least one of a capacitor and an inductor is disposed.
상기 제 1 선로의 상기 제 1 단자 측과 반대 방향에 형성되는 제 3 단자 및 상기 제 3 단자와 인접하는 접지면의 일측 사이에는 상기 안테나의 공진 주파수 튜닝을 위한 제 1 튜닝 소자가 배치되는, 광대역 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein a first tuning element for tuning the resonance frequency of the antenna is disposed between a third terminal formed in the direction opposite to the first terminal side of the first line and a side of the ground plane adjacent to the third terminal, module.
상기 제 2 선로의 상기 제 2 단자 측과 반대 방향에 형성되는 제 4 단자 및 상기 제 4 단자와 인접하는 접지면의 타측 사이에는 상기 안테나의 공진 주파수 튜닝을 위한 제 2 튜닝 소자가 배치되는, 광대역 모듈.
The method according to claim 1,
And a second tuning element for tuning the resonance frequency of the antenna is disposed between a fourth terminal formed in the direction opposite to the second terminal side of the second line and another side of the ground plane adjacent to the fourth terminal, module.
상기 스위칭부는, 외부로부터 제 1 전압, 또는 상기 제 1 전압보다 기 설정된 크기만큼 높은 제 2 전압을 입력받는 제 1 입력부 및 제 2 입력부를 포함하는, 광대역 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the switching unit includes a first input unit and a second input unit receiving a first voltage from the outside or a second voltage higher than the first voltage by a predetermined amount.
상기 스위칭부는, 상기 제 1 입력부에 상기 제 2 전압이 입력되는 경우 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자를 상기 접지면과 연결시키는, 광대역 모듈.
The method of claim 6,
Wherein the switching unit connects the ground terminal of the antenna or the first terminal to the ground plane when the second voltage is input to the first input unit.
복수 개의 상기 조정 소자는, 제 1 조정 소자 및 제 2 조정 소자를 포함하며,
상기 스위칭부는, 상기 제 2 입력부에 입력되는 전압이 상기 제 1 전압인 경우 상기 제 1 조정 소자를 통해 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자를 상기 접지면과 연결시키며, 상기 제 2 입력부에 입력되는 전압이 상기 제 2 전압인 경우 상기 제 2 조정 소자를 통해 상기 안테나의 접지단 또는 상기 제 1 단자를 상기 접지면과 연결시키는, 광대역 모듈.
The method of claim 7,
The plurality of adjustment elements include a first adjustment element and a second adjustment element,
Wherein the switching unit connects the ground terminal of the antenna or the first terminal to the ground through the first adjusting element when the voltage input to the second input unit is the first voltage, Connects the ground terminal of the antenna or the first terminal to the ground plane via the second adjustment element when the voltage being applied is the second voltage.
상기 스위칭부와 상기 제 1 단자 사이에는 커패시터 또는 인덕터가 배치되는, 광대역 모듈.
The method according to claim 1,
And a capacitor or an inductor is disposed between the switching unit and the first terminal.
A communication device comprising the broadband module according to any one of claims 1, 3, 4, and 6 to 9.
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KR1020140039776A KR101473714B1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Wide-band module and communication device including the same |
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2015
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