KR102255953B1 - Wide-band omni-antenna - Google Patents

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KR102255953B1
KR102255953B1 KR1020210001261A KR20210001261A KR102255953B1 KR 102255953 B1 KR102255953 B1 KR 102255953B1 KR 1020210001261 A KR1020210001261 A KR 1020210001261A KR 20210001261 A KR20210001261 A KR 20210001261A KR 102255953 B1 KR102255953 B1 KR 102255953B1
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pattern
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omni antenna
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신정호
김용재
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주식회사 선우커뮤니케이션
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Abstract

The present invention relates to a wide-band omni-antenna. The antenna of the present invention includes a ground plate fixed in contact with a structure, and a substrate which is uprightly fixed on the ground plate and has a power supply pattern and a C-couple pattern formed on both sides of a front surface, respectively. In particular, the C-couple pattern is a bent element including an 'L' shape or a '[' shape as a whole, and includes a median strip which is formed from one end of the element toward the other end to a certain length and makes a U-turn at the other end side. According to the antenna of the present invention, the antenna can be easily manufactured while realizing a small size and a wide band.

Description

광대역 옴니 안테나 {Wide-band omni-antenna}Wide-band omni-antenna

본 발명은 광대역 옴니 안테나에 관한 것으로, 특히 FM 및 지상파 DMB 대역에서 동시에 사용이 가능하도록 설계된 소형의 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a broadband omni antenna, and in particular, to a small antenna designed to be used simultaneously in FM and terrestrial DMB bands.

일반적으로 안테나의 소형화·광대역을 구현하기 위하여는 통상 역에프 구조의 안테나가 사용되고 있다. 그러나 이 안테나는 높이를 어느 정도 이하로 줄이게 되면 대역폭이 현저히 떨어지기 때문에 그 안테나 사이즈를 줄이는데 한계가 있다. 한편, 대역폭을 크게 하기 위하여는 방사소자의 면적이 넓은 역에프 구조를 취하여야 하는데, 이 경우 평면적으로 큰 공간이 요구되고 마이크로스트립 기판상에 구현되기 어려울 뿐 아니라 이 역시 높이가 어느 정도 이하로 낮아지면 대역폭을 넓게 할 수가 없다.In general, in order to realize the miniaturization and wideband of the antenna, an antenna having an inverse F structure is generally used. However, if the height of this antenna is reduced to a certain level or less, the bandwidth decreases significantly, so there is a limit to reducing the size of the antenna. On the other hand, in order to increase the bandwidth, it is necessary to take an inverse F structure with a large area of the radiating element. In this case, a large space is required in a plan view and it is difficult to implement on the microstrip substrate. The ground bandwidth cannot be widened.

따라서 안테나 장치가 복수의 주파수 대역에 대응하기 위하여는 역시 복수의 안테나를 탑재하고 있어야 하는데, 그렇게 하기 위해서는 상당한 공간이 필요함에 따라 소형화 요구에 대응할 수 없게 되는 문제가 있다.Accordingly, in order for the antenna device to correspond to a plurality of frequency bands, a plurality of antennas must also be mounted. To do so, a considerable space is required, and thus there is a problem that it cannot meet the demand for miniaturization.

그리하여 소형 광대역 안테나로서 개발된 것이 등록특허공보 제10-1152217호에 개시된 '광대역 통합 안테나'이다. 살펴보면 이 개시된 특허는, 사실상 본 출원인의 등록특허공보 제10-0648973호에 개시된 '지상파 디엠비 안테나' 구조를 기반으로 필요한 만큼 변경·개량한 것으로, 구체적으로는 반사판 상에 직립 고정되는 기판의 양면을 모두 이용하여 각 저주파 방사부와 고주파 방사부를 설계하고 적정 C-커플 기생소자를 보강 배치함으로써 극소형으로서 저주파에서 고주파까지 각 주파수 대역에서 공진 가능한 안테나를 제작할 수 있다는 것이다.Thus, the'wideband integrated antenna' disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1152217 was developed as a small broadband antenna. Looking at, this disclosed patent is actually modified and improved as necessary based on the structure of the'terrestrial DMB antenna' disclosed in the applicant's Patent Publication No. 10-0648973. By designing each low-frequency radiating unit and high-frequency radiating unit using all of them, and reinforcing and arranging the appropriate C-couple parasitic element, it is possible to manufacture an antenna capable of resonating in each frequency band from low to high frequency as a very small size.

그러나 이 경우 안테나의 설계가 복잡해지는 문제가 있다. 또한, 특히 저주파 방사부 및 그에 관련된 소자의 형태적 특성상 그 배치·설계에 상당한 면적이 요구되고 따라서, 위 특허에 기재된 바와 달리, 전체적으로 안테나의 사이즈를 줄이지 못하는 것은 물론, 원하는 광대역화를 구현하기 위하여는 오히려 안테나 사이즈가 훨씬 더 커질 수밖에 없는 문제가 있다.However, in this case, there is a problem that the design of the antenna becomes complicated. In addition, in particular, due to the morphological characteristics of the low-frequency radiating unit and the elements related thereto, a considerable area is required for its arrangement and design, and thus, unlike the above patent, it is not possible to reduce the overall size of the antenna as well as to realize the desired broadband. Rather, there is a problem that the antenna size is bound to be much larger.

<선행기술문헌><prior technical literature>

등록특허공보 제10-0648973호Registered Patent Publication No. 10-0648973

등록특허공보 제10-1152217호Registered Patent Publication No. 10-1152217

공개특허공보 제2003-0060763호Publication Patent Publication No. 2003-0060763

공개특허공보 제2006-0068741호Unexamined Patent Publication No. 2006-0068741

본 발명은 상기한 종래 안테나 장치의 문제를 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명은 마찬가지로 본 출원인의 등록특허공보 제10-0648973호에 개시된 안테나 구조를 기반으로 하되, 광대역을 구현하면서도 사이즈를 동등 이하로 줄일 수 있으며 동시에 설계 및 제작이 간편한 광대역 옴니 안테나를 제공하고자 한다. The present invention is proposed to solve the problem of the conventional antenna device described above. The present invention is similarly based on the antenna structure disclosed in Patent Publication No. 10-0648973 of the present applicant, but it is intended to provide a broadband omni antenna that can reduce the size to equal or less while implementing a broadband, and at the same time, which is easy to design and manufacture.

본 발명의 옴니 안테나는:The omni antenna of the present invention:

구조물에 접촉 고정되는 그라운드 판과; A ground plate fixed in contact with the structure;

상기 그라운드 판 상에 직립 고정되며, 전면 양측에 급전 패턴과 C-커플 패턴이 각각 형성된 마이크로스트립 기판과; A microstrip substrate which is erectly fixed on the ground plate and has a power supply pattern and a C-couple pattern formed on both sides of the front surface, respectively;

상기 그라운드 판을 하부커버로 하여, 상기 하부커버의 상측에 체결되는 상부커버를 포함하며, 내부에 상기 기판을 수용하는 케이싱;A casing having the ground plate as a lower cover, including an upper cover fastened to an upper side of the lower cover, and accommodating the substrate therein;

을 포함하며,Including,

상기 C-커플 패턴은:The C-couple pattern is:

전체적으로 'ㄱ' 또는 'ㄷ' 형태를 포함한 절곡형 소자이며;As a whole, it is a bent device including a'ㄱ' or'ㄷ' shape;

상기 소자의 일단으로부터 타단을 향하여 일정 길이로 형성되고, 상기 타단 측에서 유턴하는 형태를 만들어 주는 중앙 분리대를 포함하는 것;It is formed in a predetermined length from one end of the device toward the other end, and includes a central separator for making a U-turn form at the other end side;

을 특징으로 한다.It features.

바람직하게, 상기 급전 패턴은 절곡 또는 미엔더 형으로 설계된다. 한편, 여기에서 상기 구조물은 도체 구조물이다.Preferably, the feeding pattern is designed in a bent or meander type. Meanwhile, the structure here is a conductor structure.

본 발명의 안테나는 상기 패턴의 전체 형태에 따른 길이 및 상기 분리대에 의해 연장된 왕복 길이의 차이에 따라 상대적으로 고주파 대역과 저주파 대역의 공진이 이루어진다. 따라서 본 출원인의 상기한 종전 안테나에 비하여 광대역을 구현하면서 사이즈를 동등 수준 이하로 구현할 수 있는 장점이 있으며, 광대역을 구현하는 다른 종래의 안테나에 비하면 초소형으로 설계하고 간편하게 제작할 수 있는 각별한 효과가 있는 것이다.The antenna of the present invention relatively resonates in a high-frequency band and a low-frequency band according to a difference between a length according to the overall shape of the pattern and a reciprocating length extended by the separator. Therefore, compared to the conventional antenna of the present applicant, while implementing a broadband, there is an advantage that the size can be implemented at an equal level or less, and compared to other conventional antennas that implement a broadband, it has a special effect that can be designed and manufactured in a compact size. .

도 1은 본 발명에 따른 안테나의 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 'A-A'선 단면도.
도 4는 도 1의 'B-B'선 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 안테나의 정재파비 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 안테나의 FM 대역 수직 패턴도.
도 7은 본 발명에 따른 안테나의 지상파 DMB 대역 수직 패턴도.1 is a perspective view of an antenna according to the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of Figure 1;
3 is a cross-sectional view taken along line'A-A' of FIG. 1.
4 is a cross-sectional view taken along line'B-B' of FIG. 1;
5 is a graph of a standing wave ratio of an antenna according to the present invention.
6 is a vertical pattern diagram of an FM band of an antenna according to the present invention.
7 is a vertical pattern diagram of a terrestrial DMB band of an antenna according to the present invention.

이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명 '광대역 옴니 안테나'(이하 '옴니 안테나')의 특징과 작용효과는 이하에서 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하는 실시 예의 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도면에서 부호 10은 본 발명에 따른 옴니 안테나를 나타낸다.Features and effects of the present invention'wideband omni antenna' (hereinafter referred to as'omni antenna') described or not described above will become more apparent through description of embodiments described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing, reference numeral 10 denotes an omni antenna according to the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 옴니 안테나(10)는, 내부에 소자들을 수용하는 케이싱(11)과, 상기 케이싱(11)을 구조물에 고정하기 위하여 구비되는 고정수단(14)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 케이싱(11)은 소정의 하부커버(12)와 상기 하부커버(12) 상에 체결되는 상부커버(13)로 이루어진다. 여기에서 상기 고정수단(14)은 볼트이고 하부커버(12)를 관통하여 설치되며, 본 실시 예에서 상기 하부커버(12)는 그라운드 판(15)을 겸한다.1 and 2, the omni antenna 10 of the present invention includes a casing 11 for accommodating elements therein, and a fixing means 14 provided to fix the casing 11 to a structure. It is comprised of. In addition, the casing 11 includes a predetermined lower cover 12 and an upper cover 13 fastened on the lower cover 12. Here, the fixing means 14 is a bolt and is installed through the lower cover 12, and the lower cover 12 also serves as the ground plate 15 in this embodiment.

상기 그라운드 판(15) 상에는 마이크로스트립 기판(16)이 직립 설치되며, 브래킷(17) 등에 의하여 고정된다. 부호 22는 전력을 인가받아 기판(16) 상의 급전 패턴(18)에 공급하는 급전 컨넥터이다.The microstrip substrate 16 is installed upright on the ground plate 15 and is fixed by a bracket 17 or the like. Reference numeral 22 denotes a power supply connector that receives power and supplies it to the power supply pattern 18 on the substrate 16.

상기 기판(16)의 전면 양측에는 급전 패턴(18)과 C-커플 패턴(19)이 각각 형성된다. 상기 급전 패턴(18)의 길이는 중심 주파수를 기준으로 하여 약 λ/4이며, 절곡 또는 미엔더 형으로 설계된다. 상기 급전 패턴(18)을 이와 같이 설계함으로써 기판(16)의 사이즈를 최소화할 수 있는 장점이 있는 반편, 캐패시턴스(C) 값이 부족하게 되어 정재파 특성이 나빠지고 대역폭이 좁아지게 될 수 있다. 그러나 여기에서 부족하게 된 C 값은 상기 C-커플 패턴(19)에 의하여 보상된다.A power supply pattern 18 and a C-couple pattern 19 are formed on both sides of the front surface of the substrate 16, respectively. The length of the feeding pattern 18 is about λ/4 based on the center frequency, and is designed in a bent or meander type. By designing the feed pattern 18 in this way, there is an advantage of minimizing the size of the substrate 16, whereas a capacitance C value is insufficient, resulting in a deteriorating standing wave characteristic and a narrow bandwidth. However, the C value that is insufficient here is compensated for by the C-couple pattern 19.

도 3의 부호 21과 같이, 상기 기판(16)의 배면 측 하단 부분에, 급전 쪽의 C 값을 주어 튜닝하는 별도의 C-커플 튜닝 패턴을 구성할 수도 있다.As shown by reference numeral 21 of FIG. 3, a separate C-couple tuning pattern for tuning by giving a C value of the power supply side may be configured at a lower portion of the rear side of the substrate 16.

상기 C-커플 패턴(19)은, 기판(16)이 커지지 않도록 하기 위하여, 'ㄱ' 또는 'ㄷ' 기타 절곡된 형태로 설계된다. 여기에서 양 패턴(18,19)의 각 폭은, 가능한 소형으로 제작되는 기판(16)의 임피던스를 소정의 수준으로 유지하기 위한 방법으로 최적화될 것이다.The C-couple pattern 19 is designed in a'b' or'c' or other bent shape in order to prevent the substrate 16 from becoming large. Here, each width of both patterns 18 and 19 will be optimized in a way to maintain the impedance of the substrate 16 manufactured as small as possible at a predetermined level.

도 3을 참조하면, 상기 C-커플 패턴(19)은 전체적으로 'ㄱ' 또는 'ㄷ' 형태의 절곡형 소자이며, 상기 소자의 일단으로부터 타단의 향하여 일정한 길이로 형성된 중앙 분리대(20)를 포함하여 구성된다. 즉, 상기 분리대(20)는 C-커플 패턴(19)을 길이로 완전히 관통하여 분리하는 것은 아니라, 상기 타단 측에서 유턴(U-turn)하는 형태로 구성된다. 그리하여 상기 C-커플 패턴(19)의 형태에 따른 예컨대 'ㄱ' 형 길이와 상기 분리대(20)에 의해 연장된 왕복 길이 간에 약 두 배 정도의 차이가 발생하게 되는 것이다.Referring to FIG. 3, the C-couple pattern 19 is an overall'a' or'c' shape bent element, and includes a central separator 20 formed with a constant length from one end of the element toward the other end. It is composed. That is, the separator 20 does not completely penetrate the C-couple pattern 19 in length to separate it, but is configured in a U-turn form at the other end. Thus, a difference of about twice as much between the'a'-shaped length according to the shape of the C-couple pattern 19 and the reciprocating length extended by the separator 20 occurs.

이에 따라, 상기 C-커플 패턴(19) 중에서 그 형태에 따른 길이는 상대적으로 고주파 대역의 공진을 담당하고, 그 형태를 왕복한 길이는 저주파 대역의 공진을 담당하게 된다. 본 실시 예의 상기 옴니 안테나(10)의 경우 실제로 고주파 지상파 MTB(174~216MHz) 대역과 저주파 FM(88~108MHz) 대역에서 모두 사용할 수 있도록 개발된 것이다.Accordingly, a length according to the shape of the C-couple pattern 19 is responsible for the resonance of a relatively high frequency band, and the length reciprocating the shape is responsible for the resonance of the low frequency band. In the case of the omni antenna 10 of the present embodiment, it is actually developed to be used in both a high frequency terrestrial MTB (174 to 216 MHz) band and a low frequency FM (88 to 108 MHz) band.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 기판(16)은 그라운드 판(15) 상에 직립 고정되고, 하부커버(12)인 그라운드 판(15)과 상부커버(13)로 구성된 케이싱(11)의 내부에 위치된다. 그리고 상기 그라운드 판(15)은 고정수단(14)에 의하여 구조물(23)에 접촉 고정된다. 여기에서 상기 구조물(23)은 도체 구조물이다.3 and 4, the substrate 16 is fixed upright on the ground plate 15, and the casing 11 composed of the ground plate 15 and the upper cover 13, which is the lower cover 12, is It is located inside. In addition, the ground plate 15 is fixed in contact with the structure 23 by a fixing means 14. Here, the structure 23 is a conductor structure.

일반적인 옴니 안테나의 경우 보통 λ0/2 정도의 그라운드가 필요한데, 이 경우 저주파 대역 중심 주파수를 기준으로 하여도 약 1.5㎡의 면적을 가져야 한다. 그러나 이와 같이 사이즈가 크게 되는 것은 본 발명의 취지에 맞지 않는다. 따라서 상기 그라운드 판(15)이 도체 구조물(23)에 접촉되도록 함으로써, 그라운드를 충분히 확보할 수 있게 되는 것이다.In the case of a general omni antenna, a ground of about λ 0 /2 is required, and in this case, it must have an area of about 1.5㎡ even based on the center frequency of the low frequency band. However, such an increase in size does not fit the spirit of the present invention. Therefore, by making the ground plate 15 in contact with the conductor structure 23, the ground can be sufficiently secured.

도 5 내지 도 7은 그라운드 판(15)의 면적: 296㎜ x 96㎜, 케이싱(11)의 높이: 227㎜로 하여 옴니 안테나(10)를 제작하고, 1㎡의 도체 구조물(21)에 고정 설치한 후, 안테나(10) 특성을 측정하여 얻은 결과를 나타낸다. 상기 안테나 사이즈는 본 출원인의 등록특허공보 제10-0648973호에 개시된 안테나에 비하여 동등 또는 그 이하의 수준이며, 위에서 종래 기술로 기재된 등록특허공보 제10-1152217호의 안테나에 비하면 사이즈 폭이 1/2 이상 줄어든 것이다.5 to 7 show an omni antenna 10 manufactured with an area of the ground plate 15: 296 mm x 96 mm, and the height of the casing 11: 227 mm, and fixed to the conductor structure 21 of 1 m 2 After installation, the results obtained by measuring the characteristics of the antenna 10 are shown. The antenna size is equal to or lower than that of the antenna disclosed in Patent Publication No. 10-0648973 of the present applicant, and the size width is 1/2 compared to the antenna of Patent Publication No. 10-1152217 described in the prior art. It is less than that.

도 5를 참조하면, 본 발명의 상기 옴니 안테나(10)는 지상파 DMB 주파수 대역에서 1: 2.57 이하이고, FM 주파수 대역 중심 주파수에서 1: 1.26 이하의 만족스러운 정도의 정재파비(V.S.W.R)가 나타나는 것으로 측정되었다. Referring to FIG. 5, the omni antenna 10 of the present invention exhibits a satisfactory standing wave ratio (VSWR) of 1: 2.57 or less in the terrestrial DMB frequency band and 1: 1.26 or less in the center frequency of the FM frequency band. Was measured.

또한, 지상파 DMB 주파수 대역 및 FM 중심 주파수 98MHz에서 본 발명의 상기 안테나(10)의 특성을 측정하여 보인 도 6 및 도 7을 참조하면, 각 수직 패턴이 주파수 전용 안테나의 전방향 특성인 대략 8-형으로 나타남으로써, 본 발명의 안테나(10)가 전방향 특성을 갖는 소위 '옴니' 안테나인 것이 확인되었다. 이득은 각각 -0.44dBi 및 -3.27dBi로 측정되었다.In addition, referring to Figs. 6 and 7 which are shown by measuring the characteristics of the antenna 10 of the present invention in the terrestrial DMB frequency band and the FM center frequency of 98 MHz, each vertical pattern is approximately 8- By appearing as a type, it was confirmed that the antenna 10 of the present invention is a so-called'omni' antenna having omnidirectional characteristics. The gain was measured to be -0.44dBi and -3.27dBi, respectively.

10. 옴니 안테나
11. 케이싱
12. 하부커버
13. 상부커버
14. 고정수단
15. 그라운드 판
16. 기판
17. 브래킷
18. 급전 패턴
19. 튜닝 패턴
20. 분리대
21. 튜닝 패턴
22. 커넥터
23. 구조물10. Omni antenna
11. Casing
12. Lower cover
13. Top cover
14. Fixing means
15. Ground plate
16. Substrate
17. Bracket
18. Feeding pattern
19. Tuning pattern
20. Separator
21. Tuning pattern
22. Connector
23. Structure

Claims (6)

구조물(23)에 접촉 고정되는 그라운드 판(15)과;
상기 그라운드 판(15) 상에 직립 고정되며, 전면 양측에 급전 패턴(18)과 C-커플 패턴(19)이 각각 형성된 마이크로스트립 기판(16)과;
상기 그라운드 판(15)을 하부커버(12)로 하여, 상기 하부커버(12)의 상측에 체결되는 상부커버(13)를 포함하며, 내부에 상기 기판(16)을 수용하는 케이싱(11);
을 포함하며,
상기 C-커플 패턴(19)은:
전체적으로 'ㄱ' 또는 'ㄷ' 형태를 포함한 절곡형 소자이며;
상기 소자의 일단으로부터 타단을 향하여 일정 길이로 형성되고, 상기 타단 측에서 유턴하는 형태를 만들어 주는 중앙 분리대(20)를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
A ground plate 15 fixed in contact with the structure 23;
A microstrip substrate 16 which is fixed upright on the ground plate 15 and has a power supply pattern 18 and a C-couple pattern 19 formed on both sides of the front surface thereof, respectively;
A casing 11 having the ground plate 15 as a lower cover 12, including an upper cover 13 fastened to an upper side of the lower cover 12, and accommodating the substrate 16 therein;
Including,
The C-couple pattern 19 is:
As a whole, it is a bendable device including a'ㄱ'or'ㄷ'shape;
It is formed in a predetermined length from one end of the element toward the other end, and includes a central separator 20 that makes a U-turn shape at the other end side;
Broadband omni antenna, characterized in that.
 제1항에 있어서,
상기 안테나는 고주파 지상파MTB(174~216MHz) 대역과 저주파 FM(88~108MHz) 대역에서 사용할 수 있는 것;
을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
The method of claim 1,
The antenna can be used in a high frequency terrestrial MTB (174 ~ 216 MHz) band and a low frequency FM (88 ~ 108 MHz) band;
Broadband omni antenna, characterized in that.
 제1항에 있어서,
상기 급전 패턴(18)은 절곡 또는 미엔더 형으로 설계된 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
The method of claim 1,
The feeding pattern 18 is a broadband omni antenna, characterized in that it is designed in a bent or meander type.
 제1항에 있어서,
상기 구조물(23)은 도체 구조물인 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
The method of claim 1,
The structure (23) is a broadband omni antenna, characterized in that the conductor structure.
 제1항에 있어서,
상기 케이싱(11)을 구조물(23)에 고정하기 위한 고정수단(14)은 그라운드 판(15)을 관통하여 설치되는 볼트인 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
The method of claim 1,
A broadband omni antenna, characterized in that the fixing means (14) for fixing the casing (11) to the structure (23) is a bolt installed through the ground plate (15).
 제1항에 있어서,
상기 기판(16) 배면 부분에, 상기 급전 패턴(18) 쪽의 C 값을 주어 튜닝하는 C-커플 튜닝 패턴(21)을 구성하는 것을 특징으로 하는 광대역 옴니 안테나.
The method of claim 1,
A broadband omni antenna comprising a C-couple tuning pattern (21) for tuning by giving a C value toward the feed pattern (18) on a rear portion of the substrate (16).
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