KR20220108184A - 인쇄형 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 출원의 실시예는, 안테나에 의해 선택될 수 있는 동작 주파수 및 지향성 패턴 커버리지 모드를 확장하기 위한 인쇄형 안테나를 제공한다. 인쇄형 안테나는 기판 상에 인쇄되고, 피드 모듈이 상기 기판 상에 추가로 배치되며, 인쇄형 안테나는 루프 안테나 본체, 피드 포트, 및 스위치 컴포넌트를 포함한다. 루프 안테나 본체는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 제1 단부 및 제2 단부 사이에는 간격이 존재하고, 제1 단부와 제2 단부 사이의 연결선은 루프 안테나 본체와 폐쇄 루프를 형성하고, 제1 단부는 피드 포트를 사용하여 피드 모듈에 연결되며, 제2 단부는 접지점(GND)에 연결된다. 피드 모듈은 피드 포트를 사용하여 루프 안테나 본체로 피드 신호를 출력하도록 구성된다. 루프 안테나 본체는 복수의 루프 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트는 모든 2개의 인접한 루프 안테나 분기 사이에 배치되며, 스위치 컴포넌트는 2개의 인접한 루프 안테나 분기를 연결하거나 분리하도록 구성된다.
Description
본 출원은 중국 국가지식재산권국에 2019년 12월 23일 출원되고, 발명의 명칭이 "PRINTED ANTENNA"인 중국 특허출원 번호 201911345171.7에 대한 우선권을 주장하며, 이 문헌 전체가 참조에 의해 본 명세서에 편입된다.
본 출원은 안테나 분야, 특히 인쇄형 안테나에 관한 것이다.
현재 점점 더 많은 전자 기기들은 신호를 송수신하기 위한 내장형 안테나를 필요로 하며, 이 안테나는 일반적으로 인쇄형 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 상에 배치된다. 송신 시 안테나는 송신기의 고주파 전류를 공간 전자파(spatial electromagnetic wave)로 변환하고, 수신 시 안테나는 공간으로부터 차단된 전자파를 고주파 전류로 변환하며, 상기 고주파 전류를 수신기로 전송한다.
다수의 유형의 안테나가 존재하며, 상이한 애플리케이션들은 상이한 안테나들을 필요로 한다. 루프 안테나(loop antenna)는 저전력 및 근거리(short-range) 시스템에서 일반적으로 사용되는 안테나의 유형이다. 안테나는, 가령 모노폴 안테나(monopole antenna) 및 역-F 안테나(inverted-F antenna)와 같은 상이한 방사 모드를 갖고, 상이한 방사 모드는 상이한 동작 주파수에 대응한다. 그러나, 루프 안테나의 단일 방사 모드는, 상이한 주파수 대역에서 상대적으로 높은 방사 효율을 달성할 수 없으며, 그 결과 루프 안테나의 동작 주파수의 상대적으로 작은 커버리지 영역을 발생시킨다.
본 출원의 실시예는 안테나의 동작 주파수 커버리지 영역 및 지향성 패턴(directivity pattern) 커버리지 영역을 개선하기 위한 인쇄형 안테나를 제공한다.
제1 양태에 따르면, 본 출원의 실시예는 인쇄형 안테나를 제공한다. 인쇄형 안테나는 기판 상에 인쇄되고, 피드 모듈(feed module)이 상기 기판 상에 추가로 배치되고, 인쇄형 안테나는 루프 안테나 본체, 피드 포트, 및 스위치 컴포넌트를 포함한다. 루프 안테나 본체는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 제1 단부와 제2 단부 사이에는 간격(spacing)이 있고, 제1 단부와 제2 단부 사이의 연결선은 루프 안테나 본체와 폐쇄 루프를 형성하며, 상기 제1 단부는 피드 포트를 사용하여 피드 모듈에 연결되고, 제2 단부는 접지점(GND)에 연결된다. 피드 모듈은 피드 포트를 사용하여 루프 안테나 본체로 피드 신호를 출력하도록 구성된다. 루프 안테나 본체는 복수의 루프 안테나 분기(branch)를 포함하고, 스위치 컴포넌트는 모든 2개의 인접한 루프 안테나 분기 사이에 배치되고, 스위치 컴포넌트는 2개의 인접한 루프 안테나 분기를 연결하거나 분리(disconnect)하도록 구성된다.
본 구현에서, 루프 안테나의 동작 주파수는, 스위치 컴포넌트가 턴-온(turn on)되거나 턴-오프(turn off)되는 2개의 상이한 상태에서 변경된다. 따라서, 복수의 동작 주파수 및 지향성 패턴은 각각의 스위치 컴포넌트의 턴-온 또는 턴-오프를 조정함으로써 커버될 수 있고, 그럼으로써 안테나에 의해 선택될 수 있는 동작 주파수 및 지향성 패턴 커버리지를 확장할 수 있다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서 각 스위치 컴포넌트는 0-옴(ohm) 저항이다. 0-옴 저항의 2개의 단부가 각각 2개의 인접한 안테나 분기에 납땜되는 경우, 이는 0-옴 저항이 턴-온 상태임을 나타낸다. 0-옴 저항의 2개의 단부가 2개의 인접한 안테나 분기에 납땜되지 않거나, 0-옴 저항의 하나의 단부가 하나의 안테나 분기에 납땜되지 않은 경우, 이는 0-옴 저항이 턴-오프 상태임을 나타낸다.
이 구현에서는, 다른 유형의 스위치 컴포넌트에 비해, 0-옴 저항의 비용이 상대적으로 저렴하고, PCB 상의 본래의 BOM이 최소한으로 변경되어서, 인쇄형 안테나의 개발 주기 및 유지 보수 비용이 가능한 최대로 감소될 수 있다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서, 제어 모듈이 기판 상에 추가로 배치되고, 각각의 스위치 컴포넌트는 다이오드이다. 각각의 다이오드의 2개의 단부는, 2개의 바이어스 전원 케이블을 사용하여 제어 모듈(50)에 개별적으로 연결되고, 다이오드의 2개의 단부는 인접한 2개의 안테나 분기에 각각 연결된다. 제어 모듈은 다이오드를 턴-온하거나 턴-오프하기 위해 다이오드의 전압 강하를 제어한다.
이 구현에서, 0-옴 저항 대신에 다이오드를 사용하는 이점은, 작업자가 0-옴 저항을 수동으로 납땜하여 온-오프 상태를 변경할 필요 없이, 다이오드의 온-오프가 제어 모듈을 사용하여 실시간으로 제어될 수 있다는 것이다. 안테나의 동작 주파수나 지향성 패턴이 보다 유연하게 전환될 수 있다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서, 인쇄형 안테나는 제1 반사기(reflector) 안테나 본체를 더 포함하고, 제1 반사기 안테나 본체는 루프 안테나 본체의 일측에 배치되며, 제1 반사기 안테나 본체는 피드 모듈에 연결된다. 제1 반사기 안테나 본체는 2개의 제1 반사기 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트는 2개의 제1 반사기 안테나 분기 사이에 배치되고, 2개의 제1 반사기 안테나 분기 사이에 위치한 스위치 컴포넌트는 2개의 제1 반사기 안테나 분기를 연결하거나 분리하도록 구성된다.
이 구현에서, 제1 반사기 안테나 본체는 특히 전자파를 반사하도록 구성된다. 따라서, 인쇄형 안테나의 지향성 패턴은 대안적으로 2개의 제1 반사기 안테나 분기 사이의 스위치 컴포넌트를 제어하여 조정될 수 있고, 그럼으로써 본 해결수단의 구현을 풍부하게 만들 수 있다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서, 인쇄형 안테나는 제2 반사기 안테나 본체를 더 포함하고, 제2 반사기 안테나 본체는 루프 안테나 본체의 다른 측에 배치되며, 제2 반사기 안테나 본체는 피드 모듈에 연결된다. 제2 반사기 안테나 본체는 2개의 제2 반사기 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트는 2개의 제2 반사기 안테나 분기 사이에 배치되고, 2개의 제2 반사기 안테나 분기 사이에 위치한 스위치 컴포넌트는 2개의 제2 반사기 안테나 분기를 연결하거나 분리하도록 구성된다.
이 구현에서, 반사기 안테나 본체는 루프 안테나 본체의 양측에 배치될 수 있고, 그럼으로써 본 해결수단의 확장성(scalability)을 향상시킬 수 있다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서, 스위치 컴포넌트는 제2 단부와 GND 사이에 배치되고, 제2 단부와 GND 사이에 위치한 스위치 컴포넌트는 제2 단부와 GND를 연결하거나 분리하도록 구성된다.
이 구현에서, 인쇄형 안테나의 동작 주파수 커버리지 영역 및 지향성 패턴 커버리지 영역은 제2 단부와 GND 사이의 스위치 컴포넌트의 온-오프를 제어함으로써 더 확장될 수 있다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서, 인쇄형 안테나는 제1 스위치 컴포넌트, 제2 스위치 컴포넌트, 제3 스위치 컴포넌트, 및 제4 스위치 컴포넌트를 포함한다. 루프 안테나 본체는 제1 루프 안테나 분기, 제2 루프 안테나 분기, 제3 루프 안테나 분기, 및 제4 루프 안테나 분기를 포함한다. 제1 루프 안테나 분기의 하나의 단부는 피드 포트를 사용하여 피드 모듈에 연결되고, 제1 스위치 컴포넌트는 제1 루프 안테나 분기의 다른 단부 및 제2 루프 안테나 분기 사이에 배치된다. 제2 스위치 컴포넌트는 제2 루프 안테나 분기와 제3 루프 안테나 분기 사이에 배치되고, 제3 스위치 컴포넌트는 제3 루프 안테나 분기와 제4 루프 안테나 분기의 하나의 단부 사이에 배치되며, 제4 스위치 컴포넌트는 제4 루프 안테나 분기의 다른 단부와 GND 사이에 배치된다.
이 구현에서, 루프 안테나 본체가 4개의 루프 안테나 분기로 분할되는 구조가 설명되고, 그럼으로써 본 해결수단의 실용성을 향상시킨다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서, 제1 루프 안테나 분기는, 루프 안테나 본체를 분할하기 위한 기반(basis)을 제공하는, 단일 방사 모드를 갖는 모노폴 안테나이고, 이로써 본 해결수단의 실행 가능성을 향상시킨다.
선택적으로, 일부 가능한 구현에서, 인쇄형 안테나의 동작 주파수 대역은, 무선 로컬 영역 네트워크(Wireless Local Area Network, WLAN) 표준의 (2.4GHz 및 5GHz를 포함하는) 동작 주파수 대역 및 롱텀 에볼루션(Long Term Evolution, LTE) 표준의 (1.6GHz 내지 2.2GHz 및 2.3GHz 내지 2.7GHz를 포함하는) 동작 주파수 대역을 커버한다. 인쇄형 안테나의 방사 방향은, 수평 무지향성(horizontal omnidirectional), 수평 지향성, 및 수직 커버리지를 포함한다.
이 구현에서, 인쇄형 안테나에 의해 커버될 수 있는 복수의 동작 주파수 대역 및 지향성 패턴이 나열되며, 그럼으로써 본 해결수단의 실용성을 더욱 향상시킨다.
전술한 기술적 해결수단으로부터 본 출원의 실시예가 다음과 같은 이점을 갖는다는 것을 알 수 있다.
본 출원의 실시예에서, 루프 안테나 본체는 복수의 루프 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트는 모든 2개의 인접한 루프 안테나 분기 사이에 배치된다. 각각의 스위치 컴포넌트는 2개의 인접한 루프 안테나 분기를 연결하거나 분리할 수 있다. 루프 안테나의 동작 주파수는 스위치 컴포넌트가 턴-온되거나 턴-오프되는 2개의 상이한 상태에서 변경된다. 따라서, 각각의 스위치 컴포넌트의 턴-온 또는 턴-오프를 조정하여 복수의 동작 주파수 및 지향성 패턴이 커버될 수 있으며, 그럼으로써 안테나에 의해 선택될 수 있는 동작 주파수 및 지향성 패턴 커버리지 모드를 확장할 수 있다.
도 1은 인쇄형 안테나의 물리적 도면이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 구조의 개략도이다.
도 3a는 스위치 컴포넌트의 제1 온-오프 조합에 대응하는 S11 파라미터의 시뮬레이션 도면이다.
도 3b는 스위치 컴포넌트의 제2 온-오프 조합에 대응하는 S11 파라미터의 시뮬레이션 도면이다.
도 3c는 스위치 컴포넌트의 제1 온-오프 조합에 대응하는 지향성 패턴이다.
도 3d는 스위치 컴포넌트의 제2 온-오프 조합에 대응하는 지향성 패턴이다.
도 4는 인쇄형 안테나의 0-옴 저항이 턴-온되거나 턴-오프되는 물리적 도면이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 9는 단일 방사 모드를 갖는 안테나의 개략도이다.
도 10은 안테나를 단일 방사 모드로 분할(segment)하는 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 구조의 개략도이다.
도 3a는 스위치 컴포넌트의 제1 온-오프 조합에 대응하는 S11 파라미터의 시뮬레이션 도면이다.
도 3b는 스위치 컴포넌트의 제2 온-오프 조합에 대응하는 S11 파라미터의 시뮬레이션 도면이다.
도 3c는 스위치 컴포넌트의 제1 온-오프 조합에 대응하는 지향성 패턴이다.
도 3d는 스위치 컴포넌트의 제2 온-오프 조합에 대응하는 지향성 패턴이다.
도 4는 인쇄형 안테나의 0-옴 저항이 턴-온되거나 턴-오프되는 물리적 도면이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다.
도 9는 단일 방사 모드를 갖는 안테나의 개략도이다.
도 10은 안테나를 단일 방사 모드로 분할(segment)하는 개략도이다.
본 출원의 실시예들은 안테나에 의해 선택될 수 있는 동작 주파수 및 지향성 패턴 커버리지 모드를 확장하기 위해 인쇄형 안테나를 제공한다. 본 출원의 명세서, 청구범위, 및 첨부 도면에서, 용어 "제1", "제2", "제3", "제4", 및 (존재하는 경우) 이와 유사한 용어들은, 유사한 대상을 구별하기 위한 것이지만, 반드시 특정 순서나 시퀀스를 나타내는 것은 아니다. 이러한 방식으로 명명된 데이터는 적절한 상황에서 서로 교환 가능하므로, 본 명세서에 설명된 실시예는 본 명세서에 도시되거나 설명된 순서와는 다른 순서로 구현될 수 있다. 또한, 용어 "포함하다", "갖다", "구비하다" 및 이들의 임의의 다른 변형은, 비-배타적인 포함관계를 포괄함을 의미한다. 예를 들어, 단계 또는 유닛의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 시스템, 제품, 또는 장치는 이러한 단계 또는 유닛으로 반드시 제한되지는 않지만, 이러한 프로세스, 방법, 제품, 또는 장치에 대해 고유하거나, 또는 명시적으로 나열되지 않은 다른 단계 또는 유닛을 포함할 수 있다.
도 1은 인쇄형 안테나의 물리적 도면이다. 인쇄형 안테나는, 그 명칭이 시사하는 바와 같이, 인쇄를 통해 획득된 안테나이다. 전송 효율을 보장할 때 안테나의 부피를 감소시키고 소비 전력을 감소시키기 위하여, 인쇄형 안테나는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 상에 설계되어서, 낮은 소비 전력을 갖는 휴대용 무선 통신 제품의 요구사항을 충족할 수 있다. 동박 영역(copper clad area)이 PCB 상에 배치되고, 인쇄형 안테나는 구체적으로는 PCB 상의 동박 영역의 외부에 있는 영역에 배치된다. 인쇄형 안테나의 하나의 단부는, 전자파 신호를 공급하기 위해 동박 영역의 피더(feeder)에 연결되고, 안테나의 다른 단부는 동박 영역에서 접지점(GND)에 연결된다.
인쇄형 안테나의 유형은 루프 안테나이며, 루프 안테나는 작은 부피, 높은 신뢰성, 및 저비용의 장점을 가져서, 루프 안테나를 소형 통신 제품에 이상적인 루프 안테나로 만든다. 그러나, 루프 안테나의 단일 방사 모드는 상이한 주파수 대역에서 상대적으로 높은 방사 효율을 달성할 수 없고, 결과적으로 루프 안테나의 동작 주파수의 상대적으로 작은 커버리지 영역을 발생시킨다.
따라서, 본 출원은 안테나의 동작 주파수 및 지향성 패턴 커버리지 영역을 개선하기 위해 인쇄형 안테나를 제공한다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 구조의 개략도이다. 인쇄형 안테나(10)는 기판(20) 상에 인쇄된다. 인쇄형 안테나(10)는 루프 안테나 본체(101), 피드 포트(102), 및 (도 2에 도시된 스위치 컴포넌트(103a)와 스위치 컴포넌트(103b)를 포함하는) 스위치 컴포넌트(103)를 포함한다. 루프 안테나 본체(101)는 제1 단부(101a) 및 제2 단부(101b)를 포함하고, 제1 단부(101a)와 제2 단부(101b) 사이에는 간격이 존재한다. 피드 모듈(30)이 기판(20) 상에 추가로 배치된다. 제1 단부(101a)는 피드 포트(102)를 사용하여 피드 모듈(30)에 연결되고, 피드 포트(102)와 피드 모듈(30) 사이에 피더가 연결된다. 피드 모듈(30)은, 루프 안테나 본체(102)에 전력을 공급하기 위해, 피드 포트(102)를 사용하여 루프 안테나 본체(102)로 피드 신호를 출력한다. 제2 단부(101b)는 기판(20) 상의 접지점(GND)(40)에 연결된다. 즉, 제1 단부(101a) 및 제2 단부(101b)는 또한, 회로에서 분리된다.
루프 안테나 본체(101)는 제1 단부(101a)(또는 제2 단부(101b))로부터 제2 단부(101b)(또는 제1 단부(101a))로 권취(winding)되어 형성될 수 있고, 제1 단부(101a)와 제2 단부(101b) 사이의 연결선은 루프 안테나 본체(101)와 폐쇄 루프를 형성한다. 구체적으로, 루프의 형상은 도 2에 도시된 정사각형 루프일 수 있거나, 또는 확실하게는 가령, 원형 루프, 삼각형 루프, 또는 다이아몬드 루프와 같은 다른 형상의 루프일 수 있다. 이는 본 명세서에서 제한되지 않는다.
루프 안테나 본체(101)는 복수의 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트(103)는 모든 2개의 인접한 분기 사이에 배치된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 분기(A)는 피드 포트(102)에 연결되고, 스위치 컴포넌트(103a)는 분기(A)와 분기(B) 사이에 배치되고, 스위치 컴포넌트(103b)는 분기(B)와 분기(C) 사이에 배치되며, 분기(C)는 접지점(40)에 연결된다.
구체적으로, 각각의 스위치 컴포넌트(103)는 2개의 인접한 분기를 연결하거나 분리하도록 구성된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 스위치 컴포넌트(103a)는 분기(A)와 분기(B)를 연결하고, 스위치 컴포넌트(103b)는 분기(B)와 분기(C)를 분리한다. 각각의 스위치 컴포넌트(103)는 2개의 상태: 턴-온 및 턴-오프 상태를 갖고, 스위치 컴포넌트(103)의 상이한 상태는 복수의 온-오프 조합을 형성할 수 있고, 상이한 조합은 또한, 인쇄형 안테나(10)의 동작 주파수 및 지향성 패턴을 변경하고, 그럼으로써 동작 주파수 커버리지 영역 및 지향성 패턴 커버리지 영역을 개선하는 것으로 이해될 수 있다. 다음의 내용은 자세한 설명을 제공한다.
도 3a는 스위치 컴포넌트의 제1 온-오프 조합에 대응하는 S11 파라미터의 시뮬레이션 도면이다. S11 파라미터는 안테나의 반사 손실(return loss) 특성을 나타낸다. 즉, S11 파라미터는 안테나의 전송 효율이 높은지 여부를 나타내기 위해 사용될 수 있다. S11 파라미터의 더 작은 값은, 안테나에 의해 반사되는 에너지가 더 적고, 안테나의 방사 효율이 더 높다는 것을 나타낸다. 일반적으로 S11 파라미터가 -10dB 이하인 경우, 이는 안테나의 방사 효율이 요구사항을 충족함을 나타낸다. 이 경우, S11 파라미터가 -10dB 이하인 주파수 범위가 안테나의 동작 주파수로 결정될 수 있다. 구체적으로, 도 3a는 도 2에 도시된 스위치 컴포넌트의 온-오프 조합 하에서 수행된 시뮬레이션을 도시한다. 즉, 스위치 컴포넌트(103a)가 턴-온되고, 스위치 컴포넌트(103b)가 턴-오프된다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 수평 좌표는 주파수(단위: GHz)를 표현하고, 수직 좌표는 S11 파라미터 값(단위: dB)을 표현한다. 이 경우, -10dB 이하의 S11 파라미터에 대응하는 주파수 범위는 6.3GHz 내지 9.5GHz이다. 즉, 도 2에 도시된 인쇄형 안테나의 동작 주파수는 6.3GHz 내지 9.5GHz이다.
도 3b는 스위치 컴포넌트의 제2 온-오프 조합에 대응하는 S11 파라미터의 시뮬레이션 도면이다. 구체적으로, 도 3(b)에 대응하는 스위치 컴포넌트의 온-오프 조합은 스위치 컴포넌트(103a)가 턴-오프되고 스위치 컴포넌트(103b)도 또한, 턴-오프되는 것이다. 스위치 컴포넌트의 온-오프 조합에서 인쇄형 안테나의 동작 주파수는 5.0GHz 내지 6.0GHz임을 알 수 있다.
스위치 컴포넌트의 상이한 온-오프 조합은, 안테나의 동작 주파수를 변경하는 것에 추가하여, 안테나의 지향성 패턴을 변경할 수 있음을 유의해야 한다. 지향성 패턴은 또한, 방사 지향성 패턴이라고도 지칭된다. 지향성 패턴(directivity pattern)은 안테나로부터의 특정 거리의 방향에 따라 방사장의 상대 전계 강도(정규화된 모듈러스 값)가 변화하는 패턴이며, 일반적으로 안테나의 최대 방사 방향으로 2개의 상호 수직인 평면 지향성 패턴을 사용하여 표현된다. 지향성 패턴 모드는 수평 무지향성, 수평 지향성, 및 수직 커버리지를 포함할 수 있다. 다음은 지향성 패턴의 시뮬레이션 결과를 참조하여 추가적인 설명을 제공한다.
도 3c는 스위치 컴포넌트의 제1 온-오프 조합에 대응하는 지향성 패턴이다. 도 3c에 대응하는 스위치 컴포넌트의 온-오프 조합은 도 3a에 대응하는 스위치 컴포넌트의 온-오프 조합과 일치한다. 즉, 스위치 컴포넌트(103a)가 턴-온되고, 스위치 컴포넌트(103b)가 턴-오프된다. 도 3c에서 지향성 패턴 모드가 수직 커버리지임을 알 수 있다.
도 3d는 스위치 컴포넌트의 제2 온-오프 조합에 대응하는 지향성 패턴이다. 도 3d에 대응하는 스위치 컴포넌트의 온-오프 조합은 도 3b에 대응하는 스위치 컴포넌트의 온-오프 조합과 일치한다. 즉, 스위치 컴포넌트(103a)가 턴-오프되고, 스위치 컴포넌트(103b)가 또한, 턴-오프된다. 도 3d로부터 지향성 패턴 모드가 수평으로 좌측 지향성(horizontal left directional)임을 알 수 있다.
도 2에 도시된 인쇄형 안테나는 구체적으로 스위치 컴포넌트의 4개의 상이한 온-오프 조합에 대응할 수 있다. 다음은 표 1을 사용하여 다양한 온-오프 조합에 대응하는 안테나의 동작 주파수 및 지향성 패턴 모드를 나열한다. 설명의 편의를 위해, 아래의 표 1에서 "0"은 스위치 컴포넌트가 턴-오프됨을 나타내고, "1"은 스위치 컴포넌트가 턴-온됨을 나타낸다.
| 스위치 컴포넌트 103a | 스위치 컴포넌트 103b | 지향성 패턴 모드 | 동작 주파수/GHz |
| 0 | 0 | 좌측 지향성 | 5.0-6.0 |
| 0 | 1 | 수직 빔 | 5.2-6.4 |
| 1 | 0 | 수직 빔 | 6.3-9.5 |
| 1 | 1 | 수직 빔 | 5.0-6.0 |
본 출원의 스위치 컴포넌트는 구체적으로, 아래에 별도로 설명되는 복수의 상이한 유형을 가질 수 있음을 유의해야 한다.유형 1: 스위치 컴포넌트는 0-옴 저항이다. 0-옴 저항이 안테나에 납땜되는 경우, 0-옴 저항은 턴-온 상태에 있다. 0-옴 저항이 안테나에 납땜되지 않은 경우, 0-옴 저항은 턴-오프 상태에 있다.
도 4는 인쇄형 안테나의 0-옴 저항이 턴-온되거나 턴-오프되는 물리적 도면이다. 0-옴 저항의 2개의 단부가 2개의 인접한 안테나 분기에 각각 납땜되는 경우, 이는 0-옴 저항이 턴-온 상태에 있음을 나타낸다. 0-옴 저항의 2개의 단부가 2개의 인접한 안테나 분기에 납땜되어 있지 않거나, 0-옴 저항의 하나의 단부가 하나의 안테나 분기에 납땜되어 있지 않은 경우, 이는 0-옴 저항이 턴-오프 상태에 있음을 나타낸다.
다른 유형의 스위치 컴포넌트에 비해 0-옴 저항은 상대적으로 낮은 비용을 갖고, PCB 상의 본래 BOM이 최소한으로 변경되어서, 인쇄형 안테나의 개발 주기 및 유지 보수 비용이 가능한 최대로 감소될 수 있다.
유형 2: 스위치 컴포넌트가 다이오드이며, 다이오드는 제어 모듈을 사용하여 턴-온 또는 턴-오프되도록 제어된다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다. 제어 모듈(50)이 기판(20) 상에 추가로 배치된다. 다이오드(103a)의 2개의 단부는 2개의 바이어스 전원 케이블을 사용하여 제어 모듈(50)에 개별적으로 연결되고, 다이오드(103a)의 2개의 단부는 2개의 인접한 안테나 분기에 각각 연결된다. 다이오드(103b)의 2개의 단부는 또한, 2개의 바이어스 전원 케이블을 사용하여 제어 모듈(50)에 개별적으로 연결되고, 다이오드(103b)의 2개의 단부는 2개의 인접한 안테나 분기에 각각 연결된다. 제어 모듈(50)은, 다이오드(103a) 및 다이오드(103b)를 턴-온 또는 턴-오프하기 위해, 다이오드(103a) 및 다이오드(103b)의 전압 강하를 제어한다.
0-옴 저항 대신 다이오드를 사용하는 것의 이점은, 작업자가 수동으로 0-옴 저항을 납땜함으로써 온-오프 상태를 변경할 필요 없이 제어 모듈을 사용하여 다이오드의 온-오프가 실시간으로 제어될 수 있다는 것임을 유의해야 한다. 인쇄형 안테나의 동작 주파수 또는 지향성 패턴의 전환이 더 유연하다.
선택적으로, 인쇄형 안테나(10)는, 루프 안테나 본체(101)에 추가하여, 적어도 하나의 반사기 안테나를 더 포함할 수 있다. 다음은 추가 설명을 제공한다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다. 도 2에 도시된 인쇄형 안테나와는 상이하게, 인쇄형 안테나(10)는 기판(20) 상에 배치된 적어도 하나의 반사기 안테나(104)(도 6에 도시된 반사기 안테나(104a) 및 반사기 안테나(104b))를 더 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 반사기 안테나(104)는 구체적으로 루프 안테나 본체(101)의 좌측과 우측에 배치된다. 예를 들어, 인쇄형 안테나(10)는 루프 안테나 본체(101)의 좌측에 배치된 반사기 안테나(104a)를 포함하거나, 인쇄형 안테나(10)는 루프 안테나 본체(101)의 우측에 배치된 반사기 안테나(104b)를 포함하거나, 또는 인쇄형 안테나(10)는 루프 안테나 본체(101)의 좌측에 배치된 반사기 안테나(104a)뿐만 아니라, 루프 안테나 본체(101)의 우측에 배치된 반사기 안테나(104b)를 포함한다. 또한, 반사기 안테나(104a)는 2개의 반사기 안테나 분기를 더 포함하고, 스위치 컴포넌트(103e)는 2개의 반사기 안테나 분기 사이에 배치되며, 스위치 컴포넌트(103e)는 2개의 반사기 안테나 분기를 연결하거나 분리하도록 구성된다. 유사하게, 반사기 안테나(104b)는 또한, 2개의 반사기 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트(103f)는 2개의 반사기 안테나 분기 사이에 배치되고, 스위치 컴포넌트(103f)는 2개의 반사기 안테나 분기를 연결하거나 분리하도록 구성된다.
반사기 안테나(104a) 및 반사기 안테나(104b)는 특히 전자파를 반사하도록 구성된다. 따라서, 반사기 안테나(104a)와 반사기 안테나(104b)를 배치하고, 스위치 컴포넌트(103e)와 스위치 컴포넌트(103f)의 온-오프를 제어하여 인쇄형 안테나(10)의 지향성 패턴 모드가 조정될 수 있다. 예를 들어, 인쇄형 안테나(10)의 본래의 지향성 패턴 모드가 수평 무지향성이고, 스위치 컴포넌트(103e) 및 스위치 컴포넌트(103f)가 모두 턴-오프된 경우, 인쇄형 안테나(10)의 지향성 패턴 모드는 여전히 수평 무지향성이다. 스위치 컴포넌트(103e)가 턴-온되고 스위치 컴포넌트(103f)가 턴-오프된 경우, 인쇄형 안테나(10)의 지향성 패턴 모드는 우측 지향성이다. 스위치 컴포넌트(103e)가 턴-오프되고 스위치 컴포넌트(103f)가 턴-온된 경우, 인쇄형 안테나(10)의 지향성 패턴 모드는 좌측 지향성이다.
스위치 컴포넌트(103e) 및 스위치 컴포넌트(103f)는 0-옴 저항일 수 있거나, 또는 다이오드일 수 있음이 이해될 수 있다. 이는 본 명세서에서 특별히 제한되지 않는다.
선택적으로, 스위치 컴포넌트가 또한, 루프 안테나 본체(101)의 제2 단부(101b)와 접지점(40) 사이에 배치될 수 있다. 다음은 추가 설명을 제공한다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다. 도 2에 도시된 인쇄형 안테나와는 상이하게, 스위치 컴포넌트(103d)가 루프 안테나 본체(101)의 제2 단부(101b)와 접지점(40) 사이에 추가로 배치될 수 있다. 스위치 컴포넌트(103d)는 제2 단부(101b)와 접지점(40)을 연결하거나 분리하도록 구성된다. 인쇄형 안테나(10)의 동작 주파수 커버리지 영역 및 지향성 패턴 커버리지 영역은, 스위치 컴포넌트(103d)를 배치하고 스위치 컴포넌트(103d)의 온-오프를 제어하여 더 확장될 수 있다. 다음은 표 2를 사용하여 도 7에 도시된 인쇄형 안테나에 의해 커버될 수 있는 동작 주파수 및 지향성 패턴 모드를 나열한다.
| 스위치 컴포넌트 103a | 스위치 컴포넌트 103b | 스위치 컴포넌트 103c | 지향성 패턴 모드 | 동작 주파수/GHz |
| 0 | 0 | 0 | 좌측 지향성 | 5.0-6.0 |
| 0 | 0 | 1 | 좌측 지향성 | 4.3-6.4 |
| 0 | 1 | 0 | 수평 무지향성 | 4.4-6.2 |
| 0 | 1 | 1 | 수직 커버리지 | 5.0-6.0 |
| 1 | 0 | 0 | 우측 지향성 | 2.4-3.1 |
| 1 | 0 | 1 | 수직 커버리지 | 6.3-9.7 |
| 1 | 1 | 0 | 수직 커버리지 | 6.9-8.2 |
| 1 | 1 | 1 | 수직 커버리지 | 5.0-6.0 |
선택적으로, 루프 안테나 본체가 3개의 안테나 분기로 분할되는 전술한 실시예에 추가하여, 루프 안테나 본체는 대안적으로 더 많은 안테나 분기로 분할될 수 있다. 다음은 루프 안테나 본체가 4개의 안테나 분기로 분할되는 실시예를 설명한다.도 8은 본 출원의 실시예에 따른 인쇄형 안테나의 다른 구조의 개략도이다. 도 7에 도시된 인쇄형 안테나와는 상이하게, 루프 안테나 본체(101)는 분기(D)를 더 포함하고, 스위치 컴포넌트(103c)가 분기(C)와 분기(D) 사이에 배치되고, 스위치 컴포넌트(103c)는 분기(C) 및 분기(D)를 연결하거나 분리하도록 구성된다. 도 7에 도시된 실시예와 비해, 본 실시예는 인쇄형 안테나(10)의 동작 주파수 커버리지 영역 및 지향성 패턴 커버리지 영역을 더 확장한다. 다음은 표 3을 사용하여 도 8에 도시된 인쇄형 안테나에 의해 커버될 수 있는 동작 주파수 및 지향성 패턴 모드를 나열한다.
| 스위치 컴포넌트 103a | 스위치 컴포넌트 103a | 스위치 컴포넌트 103a | 스위치 컴포넌트 103a | 동작 주파수/GHz | 지향성 패턴 모드 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 5G-6G | 수평 무지향성 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 5G-6G | 수평 무지향성 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 5G-6G | 좌측 지향성 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 5G-6G | 좌측 지향성 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 5G-6G | 수평 무지향성 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 5G-6G | 수직 커버리지 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 5G-6G | 수평 무지향성 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 5G-6G | 수평 무지향성 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 2.3-3.3G | 수평 무지향성 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 2.3-3.3G | 수평 무지향성 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 2.2-3.1G | 수평 무지향성 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 6.4-10.9G | 수직 커버리지 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1.6-2.2G | 수평 무지향성 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1.7-2.1G | 수평 무지향성 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 6.9-8.7G | 수평 무지향성 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 5G-6G | 수직 커버리지 |
루프 안테나 본체를 분할함으로써 획득되는 안테나 분기의 수량과 스위치 컴포넌트의 수량은 실제 요구사항에 따라 달라질 수 있으며, 본 명세서에서 특별히 제한되지 않음을 유의해야 한다. 추가적으로, 스위치 컴포넌트의 배치 위치는 복수의 방식으로 결정될 수 있다. 다음은, 스위치 컴포넌트의 배치 위치를 결정하는 특정 구현을 설명하기 위한 예시로서 도 8에 도시된 인쇄형 안테나를 사용한다.1단계: 복수의 동작 주파수를 갖고, 지향성 패턴이 단일 방사 모드인 안테나를 설계한다. 도 9는 단일 방사 모드를 갖는 안테나의 개략도이다. 루프 안테나 본체의 상이한 구성 부분들이 상이한 모드의 안테나를 형성할 수 있음을 알 수 있다. 안테나(901)는 동작 주파수가 5GHz이고 지향성 패턴 모드가 수평 무지향성인 모노폴 안테나이다. 안테나(902)는 동작 주파수가 5GHz이고 지향성 패턴 모드가 좌측 지향성인 안테나이다. 안테나(903)는 동작 주파수가 5GHz이고 지향성 패턴 모드가 수직 커버리지인 안테나이다. 안테나(904)는 동작 주파수가 2.4GHz이고 지향성 패턴 모드가 수평 무지향성인 모노폴 안테나이다. 안테나(905)는 동작 주파수가 1.6GHz 내지 2.2GHz이고 지향성 패턴 모드가 수평 무지향성인 모노폴 안테나이다.
2단계: 서로 중첩되지 않는 복수의 안테나 분기를 획득하기 위해, 루프 안테나 본체를 완전한 안테나로 사용함으로써 안테나를 단일 방사 모드로 분할한다. 도 10은 안테나를 단일 방사 모드로 분할하는 개략도이다. 안테나(903)는 루프 안테나 본체(101)에 대응하고, 안테나(901)는 도 8에 도시된 분기(A)에 대응함을 알 수 있다. 안테나(906)는 안테나(902)를 사용하여 안테나(903)를 분할함으로써 획득될 수 있고, 안테나(906)는 도 8에 도시된 분기(B)에 대응한다. 안테나(907)는 안테나(905)를 사용하여 안테나(903)를 분할함으로써 획득될 수 있고, 안테나(907)는 도 8에 도시된 분기(D)에 대응한다. 안테나(908)는 안테나(904)를 사용하여 안테나(903)를 분할함으로써 획득될 수 있고, 안테나(909)는 안테나(907)를 사용하여 안테나(908)를 더 분할함으로써 획득될 수 있으며, 안테나(909)는 도 8에 도시된 분기(C)에 대응한다.
3단계: 안테나 분기를 기반으로 스위치 컴포넌트의 위치를 결정한다. 구체적으로, 루프 안테나 본체는, 1단계 및 2단계를 수행하여 분기(A), 분기(B), 분기(C), 및 분기(D)로 분할될 수 있다. 이 경우, 모든 2개의 인접한 분기 사이의 위치가, 각각의 스위치 컴포넌트가 배치되는 위치이다. 추가로, 스위치 컴포넌트가 분기(D)와 접지점 사이에 또한, 배치될 수도 있다.
인쇄형 안테나의 동작 주파수 대역은, 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network, WLAN) 표준의 (2.4GHz 및 5GHz를 포함하는) 동작 주파수 대역 및 롱텀 에볼루션(Long Term Evolution, LTE) 표준의 (1.6GHz 내지 2.2GHz 및 2.3GHz 내지 2.7GHz를 포함하는) 동작 주파수 대역을 커버한다는 것을 유의해야 한다. 추가로, 본 출원에서 제공되는 인쇄형 안테나는 WLAN 주파수 대역 및 LTE 주파수 대역으로 제한되지 않는다. 인쇄형 안테나의 크기, 안테나 분기의 수량, 및 분할 방식은, 더 많은 애플리케이션 요구사항을 충족하도록 조정될 수 있다.
본 출원의 실시예에서, 루프 안테나 본체는 복수의 루프 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트는 모든 2개의 인접한 루프 안테나 분기 사이에 배치된다. 각각의 스위치 컴포넌트는 2개의 인접한 루프 안테나 분기를 연결하거나 분리할 수 있다. 루프 안테나의 동작 주파수는 스위치 컴포넌트가 턴-온되거나 턴-오프되는 2개의 상이한 상태에서 변경된다. 따라서, 각각의 스위치 컴포넌트의 턴-온 또는 턴-오프를 조정함으로써 복수의 동작 주파수 및 지향성 패턴이 커버될 수 있고, 그럼으로써 안테나에 의해 선택될 수 있는 동작 주파수 및 지향성 패턴 커버리지 모드를 확장할 수 있다.
전술한 실시예들은 단지 본 출원의 기술적 해결수단을 설명하도록 의도된 것이며, 본 출원을 제한하려는 의도가 아님에 유의해야 한다. 본 출원은 전술한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 통상의 기술자라면, 본 출원의 실시예의 기술적 해결수단의 정신 및 범위에서 벗어나지 않고, 여전히 전술한 실시예에 설명된 기술적 해결수단에 대해 수정을 가하거나, 또는 이의 일부 기술적 특징에 대한 등가의 대체물을 만들수 있다는 점을 이해해야 한다.
Claims (9)
- 인쇄형 안테나로서,
상기 인쇄형 안테나는 기판 상에 인쇄되고, 피드 모듈(feed module)이 상기 기판 상에 추가로 배치되며, 상기 인쇄형 안테나는 루프 안테나 본체, 피드 포트(feed port), 및 스위치 컴포넌트를 포함하고;
상기 루프 안테나 본체는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이에 간격이 존재하고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이의 연결선은 상기 루프 안테나 본체와 폐쇄 루프를 형성하고, 상기 제1 단부는 상기 피드 포트를 사용하여 상기 피드 모듈에 연결되며, 상기 제2 단부는 접지점(GND)에 연결되고;
상기 피드 모듈은, 상기 피드 포트를 사용하여 상기 루프 안테나 본체로 피드 신호를 출력하도록 구성되며;
상기 루프 안테나 본체는 복수의 루프 안테나 분기(branch)를 포함하고, 상기 스위치 컴포넌트는 모든 2개의 인접한 루프 안테나 분기 사이에 배치되고, 상기 스위치 컴포넌트는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기를 연결하거나 분리(disconnect)하도록 구성되는, 인쇄형 안테나. - 제1항에 있어서,
각각의 스위치 컴포넌트는 0-옴 저항이고,
상기 0-옴 저항의 하나의 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 하나의 분기에 연결되고, 상기 0-옴 저항의 다른 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 다른 분기에 연결되고; 또는
상기 0-옴 저항의 하나의 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 하나의 분기에 연결되고, 상기 0-옴 저항의 다른 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 다른 분기로부터 분리되고; 또는
상기 0-옴 저항의 하나의 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 하나의 분기로부터 분리되고, 상기 0-옴 저항의 다른 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 다른 분기로부터 분리되는, 인쇄형 안테나. - 제1항에 있어서,
제어 모듈이 상기 기판 상에 추가로 배치되고, 각각의 스위치 컴포넌트는 다이오드이고, 상기 제어 모듈은 각각의 다이오드에 연결되고;
상기 다이오드의 하나의 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 하나의 분기에 연결되고, 상기 다이오드의 다른 단부는 상기 2개의 인접한 루프 안테나 분기 중의 다른 분기에 연결되며;
상기 제어 모듈은 각각의 다이오드가 턴-온되거나 턴-오프되게 제어하도록 구성되는, 인쇄형 안테나. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인쇄형 안테나는 제1 반사기 안테나 본체를 더 포함하고, 상기 제1 반사기 안테나 본체는 상기 루프 안테나 본체의 일측에 배치되고, 상기 제1 반사기 안테나 본체는 상기 피드 모듈에 연결되고; 상기 제1 반사기 안테나 본체는 2개의 제1 반사기 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트가 상기 2개의 제1 반사기 안테나 분기 사이에 배치되며, 상기 2개의 제1 반사기 안테나 분기 사이에 위치한 스위치 컴포넌트는 상기 2개의 제1 반사기 안테나 분기를 연결하거나 분리하도록 구성되는, 인쇄형 안테나. - 제4항에 있어서,
상기 인쇄형 안테나는 제2 반사기 안테나 본체를 더 포함하고, 상기 제2 반사기 안테나 본체는 상기 루프 안테나 본체의 다른 측에 배치되고, 상기 제2 반사기 안테나 본체는 상기 피드 모듈에 연결되고; 상기 제2 반사기 안테나 본체는 2개의 제2 반사기 안테나 분기를 포함하고, 스위치 컴포넌트가 상기 2개의 제2 반사기 안테나 분기 사이에 배치되며, 상기 2개의 제2 반사기 안테나 분기 사이에 위치한 스위치 컴포넌트는 상기 2개의 제2 반사기 안테나 분기를 연결하거나 분리하도록 구성되는, 인쇄형 안테나. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
스위치 컴포넌트가 상기 제2 단부 및 상기 접지점(GND) 사이에 배치되고, 상기 제2 단부 및 상기 접지점(GND) 사이에 위치한 스위치 컴포넌트는 상기 제2 단부 및 상기 접지점(GND)을 연결하거나 분리하도록 구성되는, 인쇄형 안테나. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인쇄형 안테나는 제1 스위치 컴포넌트, 제2 스위치 컴포넌트, 제3 스위치 컴포넌트, 및 제4 스위치 컴포넌트를 포함하고; 상기 루프 안테나 본체는 제1 루프 안테나 분기, 제2 루프 안테나 분기, 제3 루프 안테나 분기, 및 제4 루프 안테나 분기를 포함하고; 상기 제1 루프 안테나 분기의 하나의 단부는 상기 피드 포트를 사용하여 상기 피드 모듈에 연결되고, 상기 제1 스위치 컴포넌트는 상기 제1 루프 안테나 분기의 다른 단부 및 상기 제2 루프 안테나 분기 사이에 배치되고; 상기 제2 스위치 컴포넌트는 상기 제2 루프 안테나 분기 및 상기 제3 루프 안테나 분기 사이에 배치되고, 상기 제3 스위치 컴포넌트는 상기 제3 루프 안테나 분기 및 상기 제4 루프 안테나 분기의 하나의 단부 사이에 배치되며, 상기 제4 스위치 컴포넌트는 상기 제4 루프 안테나 분기의 다른 단부 및 상기 접지점(GND) 사이에 배치되는, 인쇄형 안테나. - 제7항에 있어서,
상기 제1 루프 안테나 분기는 모노폴 안테나(monopole antenna)인, 인쇄형 안테나. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 인쇄형 안테나의 동작 주파수 대역은 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 표준의 동작 주파수 대역 및 롱텀 에볼루션(LTE) 표준의 동작 주파수 대역을 포함하고;
상기 인쇄형 안테나의 방사 방향은 수평 무지향성(horizontal omnidirectional), 수평 지향성, 및 수직 커버리지를 포함하는, 인쇄형 안테나.
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