KR101775828B1 - Antenna having H type coupler specialized for band structure using Characteristic Mode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더 상세하게는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나에 대한 것이다.The present invention relates to an antenna, and more particularly, to an antenna having an H-type coupler specialized in a band structure utilizing a characteristic mode.
특성 모드는 임의의 전기적 구조체가 있을 때 특정 주파수 f에 대해 구조체 표면에 생길 수 있는 모든 형태의 전류 분포를 의미한다. 이러한 특성 모드는 외부의 전원(source)과는 별개로 존재하며, 구조체 외부에서 인가(excite)한 전원과 그 전기적 형태가 가장 유사한 모드가 전체 모드들 중에서 가장 강하게 방사(radiation)된다. The characteristic mode refers to any type of current distribution that can occur on the structure surface for a particular frequency f when there is an arbitrary electrical structure. This characteristic mode exists independently of the external power source, and the mode most similar to the electric form of the excitation power source outside the structure is most strongly radiated in all the modes.
모드의 번호는 특정 주파수 f에 대해 공진(resonant)을 잘 할수록 낮은 번호로 정렬되며, 각각의 모드가 생성하는 전기장은 서로 직교하기 때문에 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템을 만들 때 유용하게 사용할 수 있는 안테나 설계기법이다.The mode numbers are arranged in a lower number as the resonance is better for a certain frequency f, and the electric fields generated by the respective modes are orthogonal to each other, so they are useful for creating a multi-input multi-output (MIMO) system It is an antenna design technique.
이러한 구조체의 특성 모드를 사용하기 위한 여러 급전 구조들이 제안되어 있으나 대부분 복잡한 전기장(field) 특성을 이용한 것으로 실제 설계시 구조를 반영하기 힘들고 직관적이지 못하다는 단점이 있다. Various feed structures for using the characteristic mode of the structure have been proposed, but most of them have complex field characteristics, which are difficult to reflect the structure in actual design and are not intuitive.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 복잡한 전기장(field) 특성 대신 전류 특성을 이용하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an antenna having an H-type coupler specialized in a band structure utilizing a characteristic mode using a current characteristic instead of a complicated electric field characteristic .
또한, 본 발명은 실제 설계시 구조를 반영하기 용이하고 직관적인 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an antenna having an H-type coupler specialized in a band structure utilizing an intuitive characteristic mode which is easy to reflect a structure in actual design.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 복잡한 전기장(field) 특성 대신 전류 특성을 이용하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나를 제공한다.The present invention provides an antenna having a H-type coupler specialized in a band structure utilizing a characteristic mode using a current characteristic instead of a complicated electric field characteristic in order to achieve the above-described object.
상기 H형 커플러를 갖는 안테나는,In the antenna having the H-type coupler,
그라운드 기판(201);A
특성모드와의 유사성(correlation) 조정하여 원하는 모드를 인가하기 위해 상기 그라운드 기판(201)의 일측 평면상에 적층되며 급전부(230)를 위한 H형 커플러(220)를 갖는 밴드(210);A
상기 H형 커플러의 중간에 주파수를 조정하거나 임피던스 매칭을 위해 형성되는 패드(240);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And a
여기서, 상기 H형 커플러(220)는 상기 밴드(210)에 개구면(221,222)이 형성되는 슬롯 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.The H-
또한, 상기 밴드는 평면 혹은 곡면인 것을 특징으로 할 수 있다.The band may be plane or curved.
또한, 상기 모드는 상기 H형 커플러의 급전 신호 위상을 조절하여 밴드형 구조의 특성모드와의 유사성 조정하여 원하는 모드가 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In this mode, a desired mode is generated by controlling the phase of the feed signal of the H-type coupler to adjust the similarity with the characteristic mode of the band structure.
또한, 상기 모드는 상기 H형 구조 커플러의 위치를 조절하여 밴드형 구조의 특성모드와의 유사성 조정하여 원하는 모드가 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, in the mode, a desired mode is generated by adjusting the position of the H-type structure coupler and adjusting the similarity with the characteristic mode of the band structure.
또한, 상기 주파수를 조정하기 위해 상기 패드(240)에 상용소자를 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, a common element may be coupled to the
또한, 상기 주파수의 대역은 상기 H형 커플러의 슬롯 길이를 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the frequency band may be formed by adjusting the slot length of the H type coupler.
또한, 상기 H형 커플러(220)의 위치는 변경되어 모드 2를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the position of the H-
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 그라운드 기판(201); 특성모드와의 유사성(correlation) 조정하여 원하는 모드를 인가하고 MIMO(Multi Input Multi Output) 시스템을 구성하기 위해 상기 그라운드 기판(201)의 일측 평면상에 적층되며 급전부(230)를 위한 일정 간격으로 배치되는 다수의 H형 커플러(220)를 갖는 밴드(210); 상기 H형 커플러의 중간에 주파수를 조정하거나 임피던스 매칭을 위해 형성되는 패드(240);를 포함하는 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나를 제공할 수 있다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes a
본 발명에 따르면, 밴드형 구조에 특화된 커플러로서 전류를 이용하기 때문에 직관적인 설계가 가능하다는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage that an intuitive design is possible because current is used as a coupler specialized in a band-like structure.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 특성모드를 이용하여 손쉽게 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템을 구현할 수 있어 통신채널 증대, 빔-포밍 등의 성능 향상을 도모할 수 있다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that a multi-input multi-output (MIMO) system can be easily implemented using a characteristic mode, thereby improving the performance of a communication channel increase and beam-forming.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 전류를 제어하는 구조이기 때문에 밴드 구조가 평면이 아니고 휘어진 곡면 형태에서도 잘 동작할 수 있으며, 이는 스마트 밴드와 같은 웨어러블 디바이스 등에서도 적용 가능하다는 점을 들 수 있다.Further, as another effect of the present invention, the band structure can operate well even in a bent curved surface shape, not a flat surface, because it is a structure for controlling current, which is applicable to a wearable device such as a smart band.
도 1은 일반적인 밴드형 구조체의 특성모드 중 공진하는 모드인 모드 1, 2 분포를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 H형 커플러 구조를 갖는 안테나(200)의 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 안테나(200)의 H형 커플러 구조가 생성하는 전류분포 형태를 보여주는 도면이다.
도 4는 일반적인 밴드형 구조에 존재하는 모드 형태를 보여주는 도면이다.
도 5는 일반적인 밴드형 구조의 특성모드 1이 가진 방사패턴과 본 발명의 일실시예에 따른 H형 커플러 구조를 적용하여 방사패턴을 생성한 것을 비교한 도면이다.
도 6은 일반적인 밴드형 구조의 특성모드 2가 가진 방사패턴과 본 발명의 일실시예에 따른 H형 커플러 구조를 2개 적용하여 방사패턴을 생성한 것을 비교한 도면이다.
도 7은 도 5와 도 6에서 적용한 H형 커플러 구조를 전부 사용하여 밴드형 구조 위에 MIMO 시스템을 구현하여 모드1과 2의 패턴을 생성한 예를 보여주는 도면이다. Fig. 1 is a diagram showing the distribution of
2 is a plan view of an
FIG. 3 is a view showing a current distribution pattern generated by the H-type coupler structure of the
FIG. 4 is a view showing a mode form existing in a general band structure.
FIG. 5 is a view comparing a radiation pattern of a
FIG. 6 is a diagram comparing a radiation pattern with a
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of generating a pattern of
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나를 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an antenna having an H-type coupler specialized in a band structure utilizing a characteristic mode according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 밴드형 구조체의 특성모드 중 공진하는 모드인 모드 1(110), 모드 2(120)의 분포를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 제 1 모드(110) 및 제 2 모드(120)들은 밴드의 가장자리를 따라 강하게 생성되는 것을 볼 수 있다. Fig. 1 is a diagram showing the distribution of mode 1 (110) and mode 2 (120), which are resonance modes, of characteristic modes of a general band structure. Referring to FIG. 1, it can be seen that the
본 발명의 일실시예서는 도 1에 도시된 바와 같이 폭이 좁은 밴드형 구조에 특성모드 기법을 적용하는 경우, 대부분의 모드들이 밴드 가장자리를 따라 생성된다는 점에 착안하여 이 모드들을 효과적으로 사용하기 위한 제안된 급전구조(coupling structure)이다. In the case of applying the characteristic mode technique to a narrow band-like structure as shown in FIG. 1, one mode of the present invention is applied to a case where most modes are generated along a band edge, It is the proposed coupling structure.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 H형 커플러 구조를 갖는 안테나(200)의 평면도이다. 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일실시예에서 제안한 H형 커플러 구조이다. 부연하면, 안테나(200)는 그라운드 기판(201)상에 H형 커플러(220)가 형성되는 밴드(210)가 배치된다. 이 H형 커플러(220)의 중간에는 패드(240)가 구성되다. H형 커플러(220)는 2개의 긴 제 1 및 제 2 슬롯(221,222), 상기 제 1 및 2 슬롯(221,222)의 중간을 횡으로 연결하는 제 3 슬롯(223)으로 형성된다.2 is a plan view of an
도 2에 도시된 안테나(200)는 도 1에 도시된 일반적인 밴드형 구조의 모드와 그 전기적 형태가 거의 동일하기 때문에, 해당 구조를 이용하면 밴드 표면에 존재하는 모드를 효과적으로 사용할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 H형 커플러(220)의 중간을 가로질러 급전(feeding)하는 특성이 있는데 중간에 패드(240)를 두어 상용소자(lumped element)인 커패시터나 인덕터를 이용하여 주파수를 조정하거나 임피던스 매칭을 할 수 있도록 하였다. 부연하면, 급전을 위한 급전부(230)가 구성된다.Since the
일반적으로, 특성모드는 임의의 전기적 구조체가 있을 때 특정 주파수 f 에 대해 구조체 표면에 생길 수 있는 모든 형태의 전류분포를 의미한다. 이러한 특성모드는 외부의 전원(source)과는 별개로 존재하며, 구조체 외부에서 인가(excite)한 전원과 그 전기적 형태가 가장 유사한 모드가 전체 모드들 중에서 가장 강하게 방사(radiation)된다.In general, the characteristic mode refers to any type of current distribution that can occur on a structure surface for a particular frequency f when there is an arbitrary electrical structure. This characteristic mode exists independently of the external power source, and the mode most similar to the electric form of the excitation power source outside the structure is most strongly radiated in all the modes.
도 3은 도 2에 도시된 안테나(200)의 H형 커플러 구조가 생성하는 전류분포 형태를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 전류분포를 H형 커플러 구조의 좌우 외곽으로 생성하기 위해 해당 구조의 중심에 돌출된 급전부(230)로 이 급전부(230)는 - 입력부(310)와 + 입력부(320)로 구성된다. 이들 - 입력부(310)와 + 입력부(320)에 각각 +(입력신호)과 -(입력신호와 위상 180도 지연된 신호)를 급전한다. 급전부(230)의 패드(240)는 상용소자 등을 이용하여 임피던스 매칭할 수 있다.FIG. 3 is a view showing a current distribution pattern generated by the H-type coupler structure of the
도 4는 일반적인 밴드형 구조에 존재하는 모드 형태를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, H형 커플러 구조의 급전부에 +와 ??로 서로 위상이 반대인 신호를 여기시키면 해당 구조는 H형 커플러 구조의 바깥부분을 따라 전류가 생성된다. 이는 가장자리를 따라 분포하는 밴드구조의 특성 모드와 일치하여 공진 모드를 여기시킬 수 있게 된다. 이는 밴드 자체를 안테나로 사용할 수 있음을 의미하며, 구조체가 좀 더 간결(compact)해지면서도 통신 성능을 낼 수 있다는 장점이 있다.FIG. 4 is a view showing a mode form existing in a general band structure. Referring to FIG. 4, when a signal having a phase opposite to that of + and ?? is excited to the feeding part of the H type coupler structure, a current is generated along the outer part of the H type coupler structure. This allows excitation of the resonance mode in accordance with the characteristic mode of the band structure distributed along the edge. This means that the band itself can be used as an antenna, and it is advantageous that the structure can be made more compact and communication performance can be achieved.
도 5는 일반적인 밴드형 구조의 특성모드 1이 가진 방사패턴과 본 발명의 일실시예에 따른 H형 커플러 구조를 적용하여 방사패턴을 생성한 것을 비교한 도면이다. 도 5를 참조하면, H형 커플러 구조를 이용했을 때, 밴드형 구조의 모드 1의 방사패턴과 거의 동일한 형태의 방사패턴이 생성됨을 알 수 있으며, 이는 밴드형 구조가 가진 공진모드를 효과적으로 인가하고 있음을 알 수 있다.FIG. 5 is a view comparing a radiation pattern of a
도 6은 일반적인 밴드형 구조의 특성모드 2가 가진 방사패턴과 본 발명의 일실시예에 따른 H형 커플러 구조를 2개 적용하여 방사패턴을 생성한 것을 비교한 도면이다. 도 6을 참조하면, H형 커플러 구조의 위치를 조정하면 모드 2를 생성할 수 있다.FIG. 6 is a diagram comparing a radiation pattern with a
도 7은 도 5와 도 6에서 적용한 H형 커플러 구조를 전부 사용하여 밴드형 구조 위에 MIMO(Multi Input Multi Output) 시스템을 구현하여 모드1과 2의 패턴을 생성한 예를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 도 6에 도시된 바와 같이 이를 응용하면 손쉽게 MIMO 시스템을 구성할 수 있다. 이 경우, 각각의 전기장은 서로 직교하므로 간섭이 없다. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of generating a pattern of
200: 안테나
201: 그라운드 기판
210: 밴드
220: H형 커플러
221,222: 개구면
230: 급전부
240: 패드
310: - 입력부
320: + 입력부200: antenna
201: Ground substrate
210: Band
220: H type coupler
221, 222:
230: Feeding part
240: Pad
310: - input
320: + input section
Claims (9)
원하는 특성모드를 생성하기 위해 상기 특성 모드와 유사한 모드를 생성해주는 상기 그라운드 기판(201)의 일측 평면상에 적층되며 급전부(230)를 위한 H형 커플러(220)를 갖는 밴드(210);
상기 H형 커플러의 중간에 주파수를 조정하거나 임피던스 매칭을 위해 형성되는 패드(240);를 포함하며,
상기 H형 커플러(220)는 상기 밴드(210)에 개구면(221,222)이 형성되는 슬롯 형상이고,
상기 주파수를 조정하거나 임피던스 매칭을 위해 상기 패드(240)에 상용소자를 결합되는 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나.
A ground substrate 201;
A band 210 stacked on one side of the ground substrate 201 for generating a mode similar to the characteristic mode to generate a desired characteristic mode and having an H type coupler 220 for the feed part 230;
And a pad 240 formed in the middle of the H-type coupler for adjusting a frequency or for impedance matching,
The H-type coupler 220 has a slot shape in which opening surfaces 221 and 222 are formed in the band 210,
And a common element is coupled to the pad 240 for adjusting the frequency or for impedance matching. The antenna having the H-type coupler specialized in the band structure utilizing the characteristic mode.
상기 밴드는 평면 혹은 곡면인 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein said band is planar or curved. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 모드는 상기 H형 커플러의 급전 신호 위상을 조절하여 밴드형 구조의 특성모드와 유사한 모드로 조정하여 원하는 모드가 생성되는 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나.
The method according to claim 1,
Type coupler is adjusted to a mode similar to the characteristic mode of the band-type structure, and a desired mode is generated by adjusting the phase of the feed signal of the H-type coupler. .
상기 모드는 상기 H형 커플러의 위치를 조절하여 밴드형 구조의 특성모드와 유사한 모드로 조정하여 원하는 모드가 생성되는 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the mode is adjusted to a mode similar to the characteristic mode of the band type structure by adjusting the position of the H type coupler, so that a desired mode is generated.
상기 주파수의 대역은 상기 H형 커플러의 슬롯 형상 길이를 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나.
The method according to claim 1,
And the band of the frequency is adjusted by adjusting a slot shape length of the H type coupler.
상기 H형 커플러(220)의 위치는 변경되어 모드 2를 생성하는 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나.
The method according to claim 1,
And the position of the H-type coupler 220 is changed to generate a mode 2. The H-shaped coupler according to claim 1,
원하는 특성모드를 생성하기 위해 상기 특성 모드와 유사한 모드를 생성해주며 MIMO(Multi Input Multi Output) 시스템을 구성하기 위해 상기 그라운드 기판(201)의 일측 평면상에 적층되며 급전부(230)를 위한 일정 간격으로 배치되는 다수의 H형 커플러(220)를 갖는 밴드(210);
상기 H형 커플러의 중간에 주파수를 조정하거나 임피던스 매칭을 위해 형성되는 패드(240);를 포함하며,
상기 H형 커플러(220)는 상기 밴드(210)에 개구면(221,222)이 형성되는 슬롯 형상이고,
상기 주파수를 조정하거나 임피던스 매칭을 위해 상기 패드(240)에 상용소자를 결합되는 것을 특징으로 하는 특성 모드를 활용한 밴드 구조에 특화된 H형 커플러를 갖는 안테나.
A ground substrate 201;
And generates a mode similar to the characteristic mode in order to generate a desired characteristic mode and is stacked on one side plane of the ground substrate 201 to form a multi input multiple output (MIMO) A band 210 having a plurality of H-shaped couplers 220 disposed at intervals;
And a pad 240 formed in the middle of the H-type coupler for adjusting a frequency or for impedance matching,
The H-type coupler 220 has a slot shape in which opening surfaces 221 and 222 are formed in the band 210,
And a common element is coupled to the pad 240 for adjusting the frequency or for impedance matching. The antenna having the H-type coupler specialized in the band structure utilizing the characteristic mode.
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KR1020160057998A KR101775828B1 (en) | 2016-05-12 | 2016-05-12 | Antenna having H type coupler specialized for band structure using Characteristic Mode |
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KR (1) | KR101775828B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008060762A (en) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Yokowo Co Ltd | Feeding structure of antenna |
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2016
- 2016-05-12 KR KR1020160057998A patent/KR101775828B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008060762A (en) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Yokowo Co Ltd | Feeding structure of antenna |
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