KR19990032317A - Built-in dual structure microstrip patch antenna for 900MHz radiotelephone - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선전화기용 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 특히 일면에 송신용 패치 안테나(Patch Antenna)가, 타측면에 수신용 패치 안테나가 표면실장(SMD)방식으로 PCB에 실장되어 각각 송/수신 주파수의 중심대역에 정확하게 공진점을 갖는 유전체 안테나를 구성함에 의해 Q 팩터를 향상시켜 송수신 감도의 향상과 자유로운 디자인 설계가 가능한 900㎒ 무선전화기용 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip patch antenna having a built-in dual structure for a radiotelephone. In particular, a patch antenna for transmitting on one side and a patch antenna for receiving on the other side are mounted on a PCB in a surface mount manner. The microstrip patch antenna with built-in dual structure for 900MHz radiotelephone which improves the Q factor by improving the Q factor by constructing the dielectric antenna having the resonance point exactly in the center band of the transmission / reception frequency, respectively. It is about.
본 발명은 900㎒ 무선전화기용 내장형 마이크로 스트립 패치 안테나로서, 상기 무선전화기의 송신기능을 수행하도록 제1 유전체판 상면에 실장된 제1 마이크로 스트립 패치와 이에 연결된 제1 피드를 구비한 송신 안테나와, 상기 송신 안테나와 분리되어 무선전화기의 수신기능을 수행하도록 제2 유전체판 하면에 실장된 제2 마이크로 스트립 패치와 이에 연결된 제2 피드를 구비한 수신 안테나로 구성되며, 상기 송신 안테나와 수신 안테나가 대향하여 배치되도록 상기 제1 및 제2 유전체판의 하/상면은 접합됨과 동시에 접지 처리되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a built-in microstrip patch antenna for a 900MHz radiotelephone, comprising: a transmitting antenna having a first microstrip patch mounted on an upper surface of a first dielectric plate and a first feed connected thereto to perform a transmission function of the radiotelephone; And a receiving antenna having a second micro strip patch mounted on a lower surface of a second dielectric plate and a second feed connected thereto so as to be separated from the transmitting antenna to perform a receiving function of a radiotelephone. The lower and upper surfaces of the first and second dielectric plates are bonded and grounded at the same time so as to face each other.
Description
본 발명은 무선전화기용 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 특히 일면에 송신용 패치 안테나(Patch Antenna)가, 타측면에 수신용 패치 안테나가 표면실장(SMD)방식으로 PCB에 실장되어 각각 송/수신 주파수의 중심대역에 정확하게 공진점을 갖는 유전체 안테나를 구성함에 의해 Q 팩터를 향상시켜 송수신 감도의 향상과 자유로운 디자인 설계가 가능한 900㎒ 무선전화기용 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip patch antenna having a built-in dual structure for a radiotelephone. In particular, a patch antenna for transmitting on one side and a patch antenna for receiving on the other side are mounted on a PCB in a surface mount manner. The microstrip patch antenna with built-in dual structure for 900MHz radiotelephone which improves the Q factor by improving the Q factor by constructing the dielectric antenna having the resonance point exactly in the center band of the transmission / reception frequency, respectively. It is about.
무선통신에서 안테나는 상징적인 존재일 뿐 아니라 무선전화기의 성능에 큰 영향을 미친다. 무선전화기처럼 인간의 몸 가까이에서 조작하는 기기의 설계는 대단히 어려운 문제로 이 부분에 각 제조회사의 중요한 노하우가 집약되고 있다.In wireless communication, antennas are not only symbolic but also have a great impact on the performance of cordless phones. Designing devices that operate close to the human body, such as cordless phones, is a very difficult problem, and the important know-how of each manufacturer is concentrated in this area.
안테나는 무선기기와 자유공간의 인터페이스로서 외부의 영향이 적은 환경에서는 이론대로 특성을 발휘할 수 있으므로 설계하기가 쉽다. 일반적으로 작은 안테나는 방사(放射) 효율이 낮고 주파수 대역이 좁아지며, 안테나 소자와 무선기기 본체가 전자(電磁)적으로 결합하여 본체에도 전류가 유도되므로 예기치 않은 방향으로 전파가 방사되는 경우가 발생할 수 있다.The antenna is an interface between the radio equipment and the free space, and it is easy to design because it can show characteristics in the environment with little external influence. In general, a small antenna has a low radiation efficiency and a narrow frequency band, and the antenna element and the main body of the wireless device are electromagnetically coupled to induce a current in the main body so that radio waves may radiate in an unexpected direction. Can be.
휴대기에 사용되는 선형 안테나에서는 사용하는 전파 파장의 1/2로 안테나의 길이를 설정하며, 이는 'λ/2 모노폴 안테나'라고 한다. 이를 개량한 것으로 λ/4 모노폴 안테나가 있으며, 또한 이를 개량한 것으로 'λ/2 휘프(whip) 안테나'가 개발되어 널리 사용되고 있다. 이 안테나는 900㎒, 1.9㎓ 일때 각각 16cm, 8cm 길이를 갖게되어 본체 안에 넣을 수 있는 길이를 이룬다.In a linear antenna used in a portable device, the length of the antenna is set to 1/2 of the propagation wavelength used, which is called a λ / 2 monopole antenna. An improvement of this is a λ / 4 monopole antenna, and an improvement of the λ / 2 whip antenna has been developed and widely used. The antennas have lengths of 16cm and 8cm at 900MHz and 1.9㎒, respectively, to form a length that can be inserted into the body.
한편 무선전화기에는 900㎒ 대의 주파수가 사용 가능한 주파수로 할당되어 있으므로 λ/2 모노폴 안테나를 사용하여 전파를 수신하기 위해서는 16cm 길이를 갖는 것이 필요하다.On the other hand, in the radiotelephone, the frequency of 900 MHz is allocated to the usable frequency, so it is necessary to have a length of 16 cm in order to receive a radio wave using a λ / 2 monopole antenna.
따라서 상기한 모노폴 안테나를 채용한 무선전화기에서는 안테나의 길이가 비교적 길기 때문에 안테나가 본체의 외부로 돌출된 외장형 안테나를 일반적으로 채용하고 있으며, 이러한 종래의 외장형 안테나(3)를 갖는 무선전화기(1)가 도 1에 도시되어 있다.Therefore, in the radiotelephone employing the monopole antenna described above, since the antenna is relatively long, the radiotelephone having the conventional external antenna 3 is generally employed. Is shown in FIG. 1.
그런데 이러한 외장형 안테나를 갖는 무선전화기(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 RF 특성곡선을 볼 때 실제로 수신(Rx)과 송신(Tx) 통화신호가 포함된 상한(upper limit)과 하한(lower limit)에서 최대의 이득을 얻기가 곤란하고 이를 위해 대역폭을 넓게 조정할 경우 노이즈의 간섭에 약하게 되는 문제점이 있다.However, the wireless telephone 1 having such an external antenna has an upper limit and a lower limit that actually include reception (Rx) and transmission (Tx) call signals when viewing the RF characteristic curve as shown in FIG. 2. ), It is difficult to obtain the maximum gain, and there is a problem of weakening the interference of noise when the bandwidth is widened for this purpose.
더욱이 모노폴 타입의 외장형 안테나는 무선전화기의 자유로운 디자인을 제한하는 요소로 작용하고 있다.Moreover, the monopole type external antenna is limiting the free design of the cordless telephone.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 일면에 송신용 패치 안테나가, 타측면에 수신용 패치 안테나가 표면실장(SMD)방식으로 PCB에 실장되어 각각 송/수신 주파수의 중심대역에 정확하게 공진점을 갖는 유전체 안테나를 구성함에 의해 Q 팩터를 향상시켜 무선전화기의 송수신 감도의 향상과 자유로운 디자인 설계가 가능한 900㎒ 무선전화기용 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나를 제공하는데 있다.The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and its object is to transmit and receive a patch antenna on one side and a patch antenna on the other side on a PCB in a surface mount (SMD) manner, respectively. The present invention provides a microstrip patch antenna with a built-in dual structure for 900MHz radiotelephone which improves the Q factor by improving the Q factor by constructing a dielectric antenna having a resonance point exactly in the center band of the radiotelephone. .
도 1은 종래의 외장형 안테나를 갖는 무선전화기를 보여주는 개략 정면도,1 is a schematic front view showing a radiotelephone having a conventional external antenna;
도 2는 도 1에 도시된 무선전화기의 안테나의 주파수 특성을 보여주는 그래프,2 is a graph showing the frequency characteristics of the antenna of the wireless telephone shown in FIG.
도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나를 갖는 무선전화기를 보여주는 개략 정면도,3 is a schematic front view showing a radiotelephone having a built-in antenna according to the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 무선전화기의 안테나의 주파수 특성을 보여주는 그래프,4 is a graph showing the frequency characteristics of the antenna of the wireless telephone shown in FIG.
도 5는 본 발명에 따른 내장형 이중 구조로서 마이크로 스트립 패치 안테나가 설치된 측면도,5 is a side view of a microstrip patch antenna installed as a built-in dual structure according to the present invention;
도 6은 도 5에 도시된 마이크로 스트립 패치 안테나에 대한 평면도,FIG. 6 is a plan view of the microstrip patch antenna shown in FIG. 5; FIG.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나를 채용한 경우 유전율에 따른 사이즈 팩터의 변화를 보여주는 그래프이다.7A and 7B are graphs illustrating a change in size factor according to dielectric constant when a microstrip patch antenna having a built-in dual structure according to the present invention is employed.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 ; 무선전화기 12,14 ; 송신용/수신용 마이크로 스트립 패치10; Cordless telephones 12,14; Send / Receive Microstrip Patch
16A,16B ; 제1 및 제2 PCB 18,20 ; 상면/하면16A, 16B; First and second PCBs 18,20; Top / bottom
22 ; 스트립 24 ; 스트립 라인 피드22; Strip 24; Strip line feed
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 900㎒ 무선전화기용 내장형 마이크로 스트립 패치 안테나에 있어서, 상기 무선전화기의 송신기능을 수행하도록 제1 유전체판 상면에 실장된 제1 마이크로 스트립 패치와 이에 연결된 제1 피드를 구비한 송신 안테나와, 상기 송신 안테나와 분리되어 무선전화기의 수신기능을 수행하도록 제2 유전체판 하면에 실장된 제2 마이크로 스트립 패치와 이에 연결된 제2 피드를 구비한 수신 안테나로 구성되며, 상기 송신 안테나와 수신 안테나가 대향하여 배치되도록 상기 제1 및 제2 유전체판의 하/상면은 접합됨과 동시에 접지 처리되는 것을 특징으로 하는 900㎒ 무선전화기용 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a built-in micro-strip patch antenna for a 900 MHz radiotelephone, comprising: a first microstrip patch mounted on an upper surface of a first dielectric plate to perform a transmission function of the radiotelephone, A transmitting antenna having a feed and a receiving antenna having a second microstrip patch mounted on a lower surface of the second dielectric plate and a second feed connected thereto to separate the transmitting antenna and to perform a receiving function of a radiotelephone. And a microstrip patch antenna having a built-in dual structure for a 900 MHz radiotelephone, wherein the lower and upper surfaces of the first and second dielectric plates are bonded and grounded so that the transmitting and receiving antennas face each other. to provide.
상기 송신 안테나는 914.0125㎒∼914.9875㎒ 주파수에 동기되며, 상기 수신 안테나는 959.0125㎒∼959.9875㎒ 주파수에 동기되는 협대역 안테나로서 송신 및 수신 주파수는 45㎒ 분리된다.The transmit antennas are synchronized to the frequencies 914.0125 MHz to 914.9875 MHz, and the receive antennas are narrowband antennas synchronized to the frequencies 959.0125 MHz to 959.9875 MHz, and the transmit and receive frequencies are 45 MHz separated.
제1 및 제2 피드의 급전방식은 각각 스트립 라인 피드 또는 동축 케이블로 구성될 수 있다.The feeding method of the first and second feeds may be composed of a strip line feed or a coaxial cable, respectively.
본 발명에서는 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 패치와 제1 및 제2 패드로서 각각 도전성이 우수한 금속재로 이루어지는 4각형 스트립과, 상기 스트립의 양단부로부터 내측으로 연장 형성된 스트립 라인 피드로 구성하였다.In the present invention, each of the first and second micro strip patches and the first and second pads includes a square strip made of a metallic material having excellent conductivity, and a strip line feed extending inwardly from both ends of the strip.
이 경우 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 패치는 하기 수학식 1 내지 수학식 3에 따라 유효 유전율(
상기 수학식 1에서
상기 수학식 2에서
상기한 바와 같이 본 발명에서는 송신용 패치 안테나와 수신용 패치 안테나가 각각 PCB의 양측면에 실장되어 본체 내부에 수용되며, 각각 실제 통화대역인 송/수신 주파수의 중심대역에 정확하게 공진점을 갖는 유전체 안테나를 구성함에 의해 Q 팩터를 향상시켜 송수신 감도의 향상과 자유로운 디자인 설계가 가능해진다.As described above, in the present invention, a patch antenna for transmitting and a patch antenna for receiving are respectively mounted on both sides of the PCB to be accommodated inside the main body, and a dielectric antenna having a resonance point exactly in the center band of the transmit / receive frequency, which is an actual talk band, respectively. By constructing, the Q factor can be improved to improve transmission and reception sensitivity and free design design.
(실시예)(Example)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나를 갖는 무선전화기를 보여주는 개략 정면도, 도 4는 도 3에 도시된 무선전화기의 안테나의 주파수 특성을 보여주는 그래프, 도 5는 본 발명에 따른 내장형 이중 구조로서 마이크로 스트립 패치 안테나가 설치된 측면도, 도 6은 도 5에 도시된 마이크로 스트립 패치 안테나에 대한 평면도, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 내장형 이중 구조를 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나를 채용한 경우 유전율에 따른 사이즈 팩터의 변화를 보여주는 그래프이다.Figure 3 is a schematic front view showing a radiotelephone having a built-in antenna according to the present invention, Figure 4 is a graph showing the frequency characteristics of the antenna of the radiotelephone shown in Figure 3, Figure 5 is a built-in dual structure according to the present invention 6 is a plan view of the micro strip patch antenna shown in FIG. 5, and FIGS. 7A and 7B show a dielectric constant when a micro strip patch antenna having a built-in dual structure according to the present invention is employed. This graph shows the change in size factor.
먼저 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 내장형 안테나를 갖는 무선전화기(10)는 안테나가 본체 내부에 내장되어 있으므로 전화기의 전체 길이가 작아지고, 외관이 심플하게 설계될 수 있다.First, referring to FIG. 3, the radiotelephone 10 having the built-in antenna according to the present invention has a built-in antenna, so that the overall length of the phone may be reduced and the appearance may be simplified.
이러한 내장형 안테나 구조로서 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 송신용 마이크로 스트립 패치(12)와 수신용 마이크로 스트립 패치(14)가 무선전화기의 각종 부품이 실장되는 제1 및 제2 PCB(16A,16B)의 상면(18)과 하면(20)에 각각 SMD 방식으로 실장되어 이중구조를 형성하고 있다.As the built-in antenna structure according to the present invention, as shown in FIG. 5, the first and second PCBs 16A, on which the transmission micro strip patch 12 and the reception micro strip patch 14 are mounted, have various components of the radiotelephone. The upper surface 18 and the lower surface 20 of 16B are respectively mounted by SMD method to form a dual structure.
상기한 송신용/수신용 마이크로 스트립 패치(12,14)는 각각 914.0125㎒∼914.9875㎒ 및 959.0125㎒∼959.9875㎒에 동기되도록 유전체를 형성하는 제1 및 제2 PCB(16A,16B) 상면(18)과 하면(20)에 도 6에 도시된 바와 같이 4각형 스트립(22)이 도전성이 우수한 금속재로 이루어지고, 스트립(22)의 양단부에는 상기 4각형 스트립(22) 내측으로 연장 형성된 스트립 라인 피드(feed)(24)가 연결되어 있으며, 또한 상기 마이크로 스트립 패치(12,14)가 실장된 제1 및 제2 PCB(16A,16B)의 각각의 하면과 상면은 서로 접합되며 접지(ground)되어서 송신용 안테나와 수신용 안테나를 구성한다.The transmitting / receiving microstrip patches 12, 14 are upper surfaces 18 of the first and second PCBs 16A, 16B forming a dielectric so as to be synchronized to 914.0125 MHz to 914.9875 MHz and 959.0125 MHz to 959.9875 MHz, respectively. As shown in FIG. 6, the quadrilateral strip 22 is formed on the upper and lower surfaces 20, and a strip line feed formed at both ends of the strip 22 extends into the quadrilateral strip 22. The lower surface and the upper surface of each of the first and second PCBs 16A and 16B on which the feed 24 is connected, and the micro strip patches 12 and 14 are mounted, are bonded to each other and grounded. A credit antenna and a reception antenna are configured.
본 발명에서는 이러한 송신용/수신용 마이크로 스트립 패치(12,14)를 사용하여 유전체 안테나를 구성할 경우 안테나에 대한 공진 주파수(
(수학식 1)(Equation 1)
상기 수학식 1에서
(수학식 2)(Equation 2)
상기 수학식 2에서
(수학식 3)(Equation 3)
또한 상기 수학식에 부가하여 재료에 의한 Q 및 방사 Q 등의 토탈 Q값, 대역폭, 효율, 피드폭, 입력 임피던스 등에 기초하여 도 7a 및 도 7b와 같은 형태의 사이즈 팩터(size factor)를 얻게 되었다.In addition to the above equation, a size factor of the form shown in FIGS. 7A and 7B is obtained based on total Q values, bandwidth, efficiency, feed width, and input impedance of Q and radiation Q by materials. .
도 7a는 유전율(εr)이 90인 경우이고, 도 7b는 유전율(εr)이 540인 경우의 사이즈 팩터를 나타낸다.FIG. 7A shows the case where the permittivity ε r is 90 and FIG. 7B shows the size factor when the permittivity ε r is 540.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 내장형 안테나를 갖는 무선전화기(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 실제 통화신호가 포함된 914㎒와 959㎒ 대에 각각 송신 및 수신 공진점을 갖도록 송신/수신 안테나를 이중구조로 설계하여 SMD 형태로 PCB에 실장하여 양측단의 실제통화 대역에서 송/수신 주파수가 동기되는 고감도의 유전체 안테나를 실현함과 동시에 내장형 디자인 설계가 가능하게 된다.The wireless telephone 10 having the built-in antenna according to the present invention configured as described above has a transmit / receive antenna so as to have a transmission and reception resonance point in the 914 MHz and 959 MHz bands, respectively, as shown in FIG. Designed in a dual structure and mounted on a PCB in the form of SMD, a highly sensitive dielectric antenna with synchronized transmit / receive frequencies in the actual call bands at both ends, and at the same time, an embedded design design is possible.
즉, 본 발명은 송신과 수신 주파수가 45㎒ 분리되어 협대역을 갖는 900㎒ 무선전화기용 안테나로서 비유전율이 높은 재료를 사용하여 크기를 최소화하고 Q-팩터를 향상시킬 수 있게 되었다. 그 결과 종래의 45㎒의 대역폭을 갖는 외장형 안테나에 비해 높은 송수신 감도를 얻을 수 있게 되었다.That is, the present invention can be used for a 900MHz radiotelephone antenna having a narrow band of 45MHz separated transmission and reception frequency to minimize the size and improve the Q-factor using a high dielectric constant material. As a result, it is possible to obtain high transmission and reception sensitivity compared to the conventional external antenna having a bandwidth of 45 MHz.
또한 본 발명 안테나는 칩(chip) 형태로 전화기 핸드셋 또는 베이스부에 SMD 형태로 내장되도록 함에 의해 자유로운 디자인 개선이 가능하여 디자인 경쟁력을 높일 수 있게 되었다.In addition, the antenna of the present invention can be freely improved design by improving the design competitiveness by being embedded in the chip (chip) in the form of SMD in the telephone handset or the base portion.
더욱이 본 발명에서는 송/수신 마이크로 스트립 패치 안테나를 수직 조립하지 않고 평면에 배열하여 무선전화기의 베이스부에 적용할 경우에도 상기한 실시예와 동일한 효과를 나타낸다.Furthermore, in the present invention, even when the transmit / receive microstrip patch antenna is arranged in a plane without vertical assembly and applied to the base part of the radiotelephone, the same effect as in the above embodiment is obtained.
또한 급전방식으로서 안테나 피드(feed) 부위를 동축 타입의 케이블로 변경하는 것도 물론 가능하며, 이 경우에도 상기한 실시예의 스트립 라인 피드와 동일한 효과를 얻을 수 있다.It is also possible, of course, to change the antenna feed portion to a coaxial cable as a power feeding method, and in this case, the same effect as the strip line feed of the above-described embodiment can be obtained.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 송신용 패치 안테나와 수신용 패치 안테나가 각각 PCB의 양측면에 실장되어 본체 내부에 수용되며, 각각 실제 통화대역인 송/수신 주파수의 중심대역에 정확하게 공진점을 갖는 협대역 유전체 안테나를 구성함에 의해 Q 팩터를 향상시켜 송수신 감도의 향상과 자유로운 디자인 설계가 가능하게 되어, 무선전화기의 송수신 도달거리의 향상과 디자인 경쟁력을 높일 수 있는 저가형 유전체 안테나를 제공하게 된다.As described above, in the present invention, the patch antenna for transmitting and the patch antenna for receiving are respectively mounted on both sides of the PCB and accommodated inside the main body, and each has a narrow band dielectric having a resonance point exactly in the center band of the transmission / reception frequency, which is an actual talk band. By constructing the antenna, the Q factor can be improved to improve transmission / reception sensitivity and design freedom, thereby providing a low-cost dielectric antenna that can improve the transmission and reception range of a radiotelephone and increase the design competitiveness.
더욱이 종래의 외장형 안테나에 비하여 외부 충격에 강하고, 또한 종래의 도체판을 이용하는 내장형 안테나 보다 크기가 작고 감도가 뛰어난다.Furthermore, it is more resistant to external impact than conventional external antennas, and is smaller in size and superior in sensitivity than the internal antennas using conventional conductor plates.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have
Claims (5)
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KR1019970053323A KR100294189B1 (en) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | Wireless telephone-embedded microstrip patch antenna |
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