WO2023098458A1 - 天线装置和通信设备 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种天线装置,包括天线和馈电端口对,所述馈电端口对包括间隔设置的第一馈电端口和第二馈电端口,所述天线装置还包括至少一个解耦组件,所述解耦组件包括:第一传输线,所述第一传输线的一端与该第一传输线所属的解耦组件所对应的馈电端口对的第一馈电端口电连接,所述第一传输线的另一端与该第一传输线所属的解耦组件所对应的天线电连接;第二传输线,所述第二传输线的一端与该第二传输线所属的解耦组件所对应的馈电端口对的第二馈电端口电连接,所述第二传输线的另一端与该第二传输线所属的解耦组件所对应的天线电连接;中和线,所述中和线电连接在该中和线所属的解耦组件的第一传输线和第二传输线之间。本公开还提供一种通信设备。
Description
相关公开的交叉引用
本公开要求在2021年12月2日提交国家知识产权局、公开号为CN202111458049.8、发明名称为“天线装置和通信设备”的中国专利公开的优先权,这些公开的全部内容通过引用结合在本公开中。
本公开的实施例涉及但不限于通信设备领域,涉及一种天线装置和一种包括该天线装置的通信设备。
随着消费者日益增加的通信需求,传统的移动通信系统的速率、吞吐量等指标已经无法满足消费者的需求。2020年以来,搭载有5G通信技术与5G天线的智能手机面世。但是,这种智能手机中天线端口之间互相耦合的问题一直困扰研发人员。
发明内容
本公开实施例提供一种天线装置和一种包括该天线装置的通信设备。
作为本公开的第一方面,提供一种天线装置,所述天线装置包括至少一个天线和至少一个馈电端口对,每个天线都对应有所述馈电端口对,所述馈电端口对包括间隔设置的第一馈电端口和第二馈电端口,其中,所述天线装置还包括至少一个解耦组件,至少一个所述馈电端口对对应有所述解耦组件,所述解耦组件包括:第一传输线,所述第一传输线的一端与该第一传输线所属的解耦组件所对应的馈电端口对的第一馈电端口电连接,所述第一传输线的另一端与该第一传输线所属的解耦组件所对应的天线 电连接;第二传输线,所述第二传输线的一端与该第二传输线所属的解耦组件所对应的馈电端口对的第二馈电端口电连接,所述第二传输线的另一端与该第二传输线所属的解耦组件所对应的天线电连接;中和线,所述中和线电连接在该中和线所属的解耦组件的第一传输线和第二传输线之间,其中,所述解耦组件的第一传输线、第二传输线以及中和线均为导电件,所述第一传输线和所述第二传输线间隔设置。
作为本公开的第二个方面,提供一种通信设备,所述通信设备包括天线装置,其中,所述天线装置为本公开第一个方面所提供的天线装置。
图1是根据本公开的实施例所提供的天线装置的立体结构示意图;
图2是根据本公开的实施例的解耦组件的平面结构示意图;
图3是根据本公开的实施例的天线的平面结构示意图;
图4是根据本公开的实施例的天线装置的各部分尺寸参数的标注示意图;
图5是根据本公开的实施例的天线的各部分的尺寸参数的标注示意图;
图6是根据本公开的实施例的天线装置在共模馈电模式下低频的电流分布示意图;
图7是根据本公开的实施例的天线装置在差模馈电模式下低频的电流分布示意图;
图8是根据本公开的实施例的天线装置在共模馈电模式下高频的电流分布示意图;
图9是根据本公开的实施例的天线装置在差模馈电模式下高频的电流分布示意图;
图10是根据本公开的实施例的天线装置的S参数仿真结果,包括同一个馈电端口对的两个馈电端口的反射系数(S11)以及同一个馈电端口对的两个馈电端口之间的隔离度(S21);
图11是根据本公开的实施例的天线装置的S参数测试结果,包括同一个馈电端口对的两个馈电端口的反射系数(S11)以及同一个馈电端口对的两个馈电端口之间的隔离度(S21)。
为使本领域的技术人员更好地理解本公开的技术方案,下面结合附图对本公开提供的天线装置和通信设备进行详细描述。
在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例,但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之,提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整,并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。
在不冲突的情况下,本公开各实施例及实施例中的各特征可相互组合。
如本文所使用的,术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例,且不意欲限制本公开。如本文所使用的,单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式,除非上下文另外清楚指出。还将理解的是,当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时,指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
除非另外限定,否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解,诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义,且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义,除非本文明确如此限定。
作为本公开的第一个方面,提供一种天线装置。如图1所示,所述天线装置包括至少一个天线110和至少一个馈电端口对120,每个天线110都对应有馈电端口对120,馈电端口对120包括间隔设置的第一馈电端口 121和第二馈电端口122,其中,所述天线装置还包括至少一个解耦组件130,至少一对馈电端口对120对应有解耦组件130。如图1中所示,解耦组件130包括第一传输线131、第二传输线132和中和线133。
第一传输线131的一端与该第一传输线131所属的解耦组件所对应的馈电端口对120的第一馈电端口121电连接,第一传输线131的另一端与该第一传输线131所属的解耦组件所对应的天线110电连接。
第二传输线132的一端与该第二传输线132所属的解耦组件所对应的馈电端口对120的第二馈电端口122电连接,第二传输线132的另一端与该第二传输线132所属的解耦组件所对应的天线110电连接。
中和线133电连接在该中和线133所属的解耦组件的第一传输线131和第二传输线132之间。
解耦组件130的第一传输线131、第二传输线132以及中和线133均为导电件,且第一传输线131与第二传输线132间隔设置。
当所述天线装置应用在通信设备中时,向各个馈电端口对的第一馈电端口和第二馈电端口中的至少一者供电,以实现对相应的天线馈电。
当馈电方式为共模馈电(即,向馈电端口对120的第一馈电端口121和第二馈电端口122供电的电压幅值相同、方向相同)时,第一馈电端口121和第二馈电端口122之间的耦合电流在第一馈电端口121和第二馈电端口122之间的中和线133上抵消。
当馈电方式为差模馈电(即,向馈电端口对120的第一馈电端口121和第二馈电端口122供电的电压幅值相同、方向相反)时,第一馈电端口121和第二馈电端口122之间的耦合电流,通过第一馈电端口121和第二馈电端口122之间的中和线133从第一馈电端口121和第二馈电端口122中的一者流向第一馈电端口121和第二馈电端口122中的另一者。因此,第一馈电端口121和第二馈电端口122之间的耦合电流被中和线以及相应的天线结构所削弱,从而实现良好的隔离度。
无论是通过共模馈电方式向天线馈电、还是通过差模馈电方式向天线馈电,本公开所提供的天线装置均能够实现同一个馈电端口对中的两个馈 电端口之间解耦。
在本公开中,对第一传输线131和第二传输线132的具体结构不做特殊的限定。作为一种可选实施方式,第一传输线131可以为导线,第二传输线132也可以为导线。在本公开中,对中和线133的具体结构也不做特殊的限定。作为一种可选实施方式,中和线133可以为导线。
为了实现同一馈电端口对中第一馈电端口和第二馈电端口之间具有良好的隔离度,可选地,设置耦合组件后,应当使得通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数之差的绝对值不超过预设值(即,两种馈电模式下的S参数相差不大)。在本公开中,可以根据使用所述天线装置的通信设备的产品需求来确定所述预设值的大小。但是应当理解的是,所述绝对值越小,则说明同一馈电端口对中的第一馈电端口与第二馈电端口之间的隔离度越好。
对于具有馈电端口对的天线而言,S参数通常有四个,通常,用Sij来表示天线的S参数。其中,i、j分别为馈电端口的编号,i和j各自独立地取自1和2。那么,天线的S参数包括S11(表示端口2匹配时,端口1的反射系数,即输入回波损耗)、S12(表示端口1匹配时,端口2到端口1的反向传输系数,即,隔离度)、S21(表示端口2匹配时,端口1到端口2的正向传输系数,即,增益)、S22(表示端口1匹配时,端口2的反射系数,即输出回波损耗)。此处的通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数之差,包括:
通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S11参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S11参数之差;
通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S12参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S12参数之差;
通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S21参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S21参数之差;或
通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S22参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S22参数之差。
作为一种可选实施方式,所述绝对值可以为0。也就是说,设置耦合组件后,应当使得通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数相同。
在本公开中,设置阻抗匹配元件的另一目的还在于,所述解耦组件还能够使得通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的阻抗特性,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的阻抗特性相同。
作为一种可选实施方式,可以通过设置阻抗匹配元件的方式来调节通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数之间的差值,并达到减小上述差值的目的。具体地,如图2所示,耦合组件130可以满足以下条件中的至少一者:
第一传输线131可以包括第一传输线本体131a和串联在该第一传输线本体131a上的至少一个第一阻抗匹配元件131b;
第二传输线132可以包括第二传输线本体132a和串联在该第二传输线本体132a上的至少一个第二阻抗匹配元件132b;
中和线133可以包括中和线本体133a和串联在该中和线本体133a上的至少一个第三阻抗匹配元件133b。
通过设置诸如第一阻抗匹配元件、第二阻抗匹配元件和第三阻抗匹配元件的阻抗匹配元件,可以实现输入阻抗与天线装置的阻抗之间的阻抗匹配。
在本公开中,对第一阻抗匹配元件、第二阻抗匹配元件的具体类型不做特殊的限定。例如,第一阻抗匹配元件可以为电容或者电感,第二阻抗匹配元件也可以为电容或电感。
作为一种可选实施方式,第一阻抗匹配元件和第二阻抗匹配元件均为具有特定容值的集总电容。
在本公开中,对中和线133的具体形式也不做特殊的限定。作为一种可选实施方式,中和线133可以为导线。
作为本公开的另一种可选实施方式,如图2所示,中和线133包括中和线本体133a和串联在该中和线本体133a上的至少一个第三匹阻抗配元件133b。
在本公开中,对第三阻抗匹配元件133b的具体类型不做特殊的限定,第三阻抗匹配元件133b可以为电容,也可以为电感。
在一种示例性的实施方式中,第一传输线包括第一阻抗匹配元件131b,第二传输线包括第二阻抗匹配元件132b,中和线包括第三阻抗匹配元件133b。相应地,第一阻抗匹配元件131b、第二阻抗匹配元件132b以及第三阻抗匹配元件133b均为电容。更具体地,第一阻抗匹配元件131b、第二阻抗匹配元件132b以及第三阻抗匹配元件133b可以均为贴片电容。
在本公开中,所述解耦组件的第一传输线、第二传输线以及中和线设置为使得所述解耦组件的集总电容能够使得所述解耦组件对应的馈电端口的隔离度最深点在预定的频带范围内。
在本公开中,对天线装置的其他结构不做特殊的限定,为了使得所述天线装置适用于移动通信终端,可选地,如图1所示,所述天线装置包括介质基体140和导电地板150。
介质基体140包括第一介质基板141、第二介质基板142和第三介质基板143,第二介质基板142和第一介质基板141均设置在第三介质基板143上,且第一介质基板141和第二介质基板142相对设置。
导电地板150设置在第三介质基板143的背面,如图1中所示,第三介质基板143的背面为第一介质基板141、第二介质基板142、以及第三介质基板143组成的框形结构的外表面(图1中的下表面)。
第二介质基板142朝向第一介质基板141的表面上设置有天线110,和/或第一介质基板141朝向第二介质基板142的表面上设置有天线110。
第一传输线131、第二传输线132和中和线均设置在第三介质基板143的内表面上,且位于第一介质基板141和第二介质基板142之间,第三介 质基板143的背面与第三介质基板143的内表面相对设置。
在本公开中,对介质基体140的具体材料不做特殊的限定,作为一种可选实施方式,第一介质基板141、第二介质基板142以及第三介质基板143的介电常数可以均为4.4,损耗正切可以均为0.02。作为一种可选实施方式,制成第一介质基板141、第二介质基板142和第三介质基板143的材料可以均为FR-4。
在图1中所示的实施方式中,第一介质基板141和第二介质基板142平行设置,且第一介质基板141和第二介质基板142均与第三介质基板143垂直。
在本公开中,对天线110的具体结构不做特殊的限定。作为一种可选实施方式,天线110可以为微带天线。具体地,如图1和图3所示,天线110包括辐射金属贴片111和至少一对辐射贴片枝节112,辐射贴片枝节112与辐射金属贴片111电连接。
在一个示例中,辐射金属贴片111的第一侧与相对应的第一传输线131、以及相对应的第二传输线132电连接,辐射贴片枝节112设置在辐射金属贴片111的第二侧,并且同一对辐射贴片枝节中的两个辐射贴片枝节分别位于第二侧的两端,第一侧与第二侧相对。
在图3中所示的实施方式中,天线110包括一对辐射贴片枝节112,并且,两个辐射贴片枝节112分别位于金属贴片111的左右两端。
在本公开中,对辐射金属贴片111的具体结构也不做特殊的限定。如图3中所示,辐射金属贴片111可以包括贴片本体、形成在贴片本体的一个侧边上的一对凹槽、以及一对连接端111a,每个凹槽中均设置一个连接端111a,在本公开中,第一传输线和第二传输线分别与两个连接端111a中相对应的一者电连接。
在本公开中,对天线装置中天线的个数不做特殊的限定。可选地,所述天线装置可以包括多个天线110,且多个天线110间隔设置。相应地,多个天线110中的每一个都对应设置有馈电端口对。并且,多个天线110中的至少一个对应设置有解耦组件。
作为一种可选的实施方式,多个天线110中的每一个都对应设置有解耦组件。
图1中所示的实施方式中,仅示出了第一介质基板141上的天线、以及与第一介质基板141上的天线相对应的馈电端口对、以及解耦组件,但是,并不代表不可以在第二介质基板142上设置天线。在第二介质基板142上也设置有多个天线的情况中,第三介质基板143上也设置有与第二介质基板142上的天线对应的馈电端口对和解耦组件。
在本公开中,对天线装置各个部件、以及各个部分的尺寸不做特殊的限定。下面参照图4介绍一种适用于手机终端的天线装置的可选尺寸。
在图4中所示的实施方式中,第一介质基板141和第二介质基板142的高度H可以为6.9mm,第一介质基板141、第二介质基板142以及第三介质基板143的长度L可以为150,第三介质基板143的宽度B可以为75mm。导电地板150的长边边缘与第三介质基板143的长边边缘之间的间隔G为2mm。
第一介质基板141、第二介质基板142和第三介质基板143均由厚度为0.8mm的FR-4材料制成。
在上述实施方式中,同一个解耦组件中的第一传输线和第二传输线之间的间隔可以为7.9mm。第一传输线上串接一个贴片电容作为第一阻抗匹配元件,该贴片电容的容值可以为0.5pF。第二传输线上串接一个贴片电容作为第二阻抗匹配元件,该贴片电容的容值可以为0.5pF。类似地,中和线上串接两个贴片电容作为第三阻抗匹配元件,该贴片电容的容值也可以为0.5pF。
每个天线对应的馈电端口对都采用集总端口模式馈电,输入阻抗按50欧姆计。
导电底板150为通过平面印刷电路工艺刻蚀在第三介质基板的下表面上的金属材料层。
图5中所示的是天线110的具体尺寸。如图5所示,辐射贴片枝节112的宽度w为1.28mm,高度h1为0.13mm,天线的高度h2为6.9mm,凹槽 的深度d为0.9mm,两个凹槽之间的间隔δ为6.8mm。凹槽的侧壁与该凹槽中的连接端之间的间隔g为0.55mm。
上述天线装置为MIMO天线,可以用于5G手机中。
下面对具有上述尺寸的天线装置进行仿真模拟和测试。
图6为具有上述尺寸的所述天线装置在共模馈电模式下低频的电流分布示意图,图7是所述天线装置在差模馈电模式下低频的电流分布示意图。图8是所述天线装置在共模馈电模式下高频的电流分布示意图,图9是所述天线装置在差模馈电模式下高频的电流分布示意图。
通过上述四幅参考图可以看出:在共模馈电的模式下,两个馈电端口产生的耦合电流在中和线上抵消;在差模馈电模式下,两个馈电端口产生的耦合电流从一个馈电端口通过中和线流向另一侧。
图10是所述天线装置的S参数仿真结果,包括同一个馈电端口对的两个馈电端口的反射系数(S11)以及同一个馈电端口对的两个馈电端口之间的隔离度(S21);图11是所述天线装置的S参数测试结果,包括同一个馈电端口对的两个馈电端口的反射系数(S11)以及同一个馈电端口对的两个馈电端口之间的隔离度(S21)。通过图10和图11可以看出,所述天线装置具有良好的S参数。
所述天线装置的6dB阻抗带宽为3300-4200Hz,即N77频段。也就是说,上述天线装置可以为工作在N77频段的5G手机天线。
在设计天线装置时,可以通过改变各个部件的尺寸、以及阻抗匹配元件的参数,可以使得该天线装置适用于其他波段。
作为本公开的第二个方面,提供一种通信设备,所述通信设备包括天线装置,其中,所述天线装置为本公开第一个方面所提供的天线装置。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的 划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器,如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其它的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其它传输机制之类的调制数据信号中的其它数据,并且可包括任何信息递送介质。
本文已经公开了示例实施例,并且虽然采用了具体术语,但它们仅用于并仅应当被解释为一般说明性含义,并且不用于限制的目的。在一些实例中,对本领域技术人员显而易见的是,除非另外明确指出,否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特性和/或元素,或可与其它实施例相结合描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此,本领域技术人员将理解,在不脱离由所附的权利要求阐明的本公开的范围的情况下,可进行各种形式和细节上的改变。
Claims (10)
- 一种天线装置,所述天线装置包括至少一个天线和至少一个馈电端口对,每个天线都对应有所述馈电端口对,所述馈电端口对包括间隔设置的第一馈电端口和第二馈电端口,其中,所述天线装置还包括至少一个解耦组件,至少一个所述馈电端口对对应有所述解耦组件,所述解耦组件包括:第一传输线,所述第一传输线的一端与该第一传输线所属的解耦组件所对应的馈电端口对的第一馈电端口电连接,所述第一传输线的另一端与该第一传输线所属的解耦组件所对应的天线电连接;第二传输线,所述第二传输线的一端与该第二传输线所属的解耦组件所对应的馈电端口对的第二馈电端口电连接,所述第二传输线的另一端与该第二传输线所属的解耦组件所对应的天线电连接;中和线,所述中和线电连接在该中和线所属的解耦组件的第一传输线和第二传输线之间,其中,所述解耦组件的第一传输线、第二传输线以及中和线均为导电件,所述第一传输线和所述第二传输线间隔设置。
- 根据权利要求1所述的天线装置,其中,所述解耦组件满足以下条件中的至少一者,以使得通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的S参数之差的绝对值不超过预设值:所述第一传输线包括第一传输线本体和串联在所述第一传输线本体上的至少一个第一阻抗匹配元件;所述第二传输线包括第二传输线本体和串联在所述第二传输线本体上的至少一个第二阻抗匹配元件;所述中和线包括中和线本体和串联在所述中和线本体上的至少一个 第三阻抗匹配元件。
- 根据权利要求2所述的天线装置,其中,所述绝对值为0。
- 根据权利要求2所述的天线装置,其中,所述第一阻抗匹配元件、所述第二阻抗匹配元件和所述第三阻抗匹配元件中的至少一者为电容。
- 根据权利要求2所述的天线装置,其中,所述解耦组件还用于使得通过共模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电所述天线装置的阻抗特性,与通过差模馈电方式与所述解耦组件对应的天线馈电的阻抗特性相同。
- 根据权利要求1至5中任意一项所述的天线装置,其中,同一个所述解耦组件中,所述第一传输线和所述第二传输线之间的最小距离在6mm至10mm之间。
- 根据权利要求1至5中任意一项所述的天线装置,其中,所述天线装置还包括介质基体和导电地板,所述介质基体包括第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板,所述第二介质基板和所述第一介质基板均设置在所述第三介质基板上,且所述第一介质基板和所述第二介质基板相对设置;所述导电地板设置在所述第三介质基板的背面;所述第二介质基板朝向所述第一介质基板的表面上设置有所述天线,和/或所述第一介质基板朝向所述第二介质基板的表面上设置有所述天线;所述第一传输线、所述第二传输线和中和线均设置在所述第三介质基板的内表面上,且位于所述第一介质基板和所述第二介质基板之间,所述第三介质基板的背面与所述第三介质基板的内表面相对。
- 根据权利要求7所述的天线装置,其中,所述天线包括辐射金属贴片和至少一对辐射贴片枝节,所述辐射贴片枝节与所述辐射金属贴片电连接,所述辐射金属贴片的第一侧与相对应的所述第一传输线、以及相对应的所述第二传输线电连接,所述辐射贴片枝节设置在所述辐射金属贴片的第二侧,且同一对辐射贴片枝节中的两个辐射贴片枝节分别位于所述第二侧的两端,所述第一侧与所述第二侧相对。
- 根据权利要求7所述的天线装置,其中,所述天线装置包括多个天线,所述多个天线间隔设置。
- 一种通信设备,所述通信设备包括天线装置,其中,所述天线装置为权利要求1至9中任意一项所述的天线装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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