KR20030007569A - Parasitic antenna element and wireless communication device incorporating the same - Google Patents
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Abstract
기생 안테나 소자(115)는, 외장부(501), 통신 회로(103-109), 및 전자기 에너지를 취하고 또한 기생 안테나 소자(115)에 의해 취해진 전자기 에너지를 통신 회로(103-109)에 결합하기 위한 제1 안테나 소자(117)를 포함하는 무선 통신 장치(100)에 사용된다. 기생 안테나 소자(115)는 유전체 기판(201), 및 유전체 기판(201)의 표면(805, 905, 1005)에 배치된 전도성 패턴(202-210)을 포함하고, 이에 의해서, 유전체 기판(201)이 내부 안테나 소자(117)에 근접하여 외장부(501)에 부착되었을 때, 전자기 에너지가 내부 안테나 소자(117)와 전도성 패턴(202-210)간에 결합된다.The parasitic antenna element 115 takes the exterior portion 501, the communication circuits 103-109, and the electromagnetic energy and couples the electromagnetic energy taken by the parasitic antenna element 115 to the communication circuit 103-109. It is used in a wireless communication device 100 including a first antenna element 117 for. The parasitic antenna element 115 includes a dielectric substrate 201 and conductive patterns 202-210 disposed on surfaces 805, 905, and 1005 of the dielectric substrate 201, whereby the dielectric substrate 201 When attached to the exterior portion 501 in close proximity to the internal antenna element 117, electromagnetic energy is coupled between the internal antenna element 117 and the conductive patterns 202-210.
Description
무선 통신 시스템들은 공지되어 있으며 이를테면 셀룰라 전화 시스템들, 페이징 시스템들, 양방향 라디오 시스템들, 개인용 컴퓨터 시스템들, 개인 영역 네트워크들, 데이터 시스템들, 및 이들의 각종의 조합들 등 여러 유형의 시스템들을 포함한다. 이러한 무선 통신 시스템들은 시스템 하부구조(infrastructure)와, 각각의 시스템에서 동작하도록 구성 및 프로그램된 무선 통신 장치들을 포함하는 것으로 알려져 있다. 시스템 하부구조는 베이스 트랜시버 사이트들, 시스템 제어기들, 스위치들, 라우터들, 통신 링크들, 안테나 탑들, 및 그 외 각종의 공지의 하부구조 성분들 등 고정된 네트워크 장비를 포함한다. 무선 통신 장치들은 안테나 시스템 및 그 외 공지된, 이를테면 송신기들, 수신기들, 프로세서들, 메모리, 사용자 인터페이스들, 및 사용자 제어부들 등의 요소들을 포함한다.Wireless communication systems are known and include several types of systems, such as cellular telephone systems, paging systems, two-way radio systems, personal computer systems, personal area networks, data systems, and various combinations thereof. do. Such wireless communication systems are known to include a system infrastructure and wireless communication devices configured and programmed to operate in each system. The system infrastructure includes fixed network equipment such as base transceiver sites, system controllers, switches, routers, communication links, antenna towers, and various other known infrastructure components. Wireless communication devices include antenna systems and other known elements such as transmitters, receivers, processors, memory, user interfaces, and user controls.
이를테면 양방향 라디오들 및 셀룰라 전화들과 같은 많은 무선 통신 장치들의 안테나 시스템은 통상 일정한 길이 혹은 신축형 헬리컬 안테나(helical antenna)를 포함한다. 이러한 안테나들은 통상 동작시 자유공간에서의 효과적인 이들의 위치에 기인하여 매우 효율적이다. 그러나, 다른 무선 통신 장치들은 일반적으로 효율적이지 못하다. 예를 들면, 많은 팜탑 컴퓨터들 및 PDA들(Personal digital assistants)은 컴퓨터 혹은 PDA의 기능을 확장하기 위해서 PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 카드용으로 적어도 하나의 슬롯을 포함한다. 무선 통신회사들은 휴대용 컴퓨터들 및 PDA들이 무선통신에 사용될 수 있게 하기 위해서 이러한 카드들에 무선 통신 회로 및 안테나를 구현하기 위해 PDA들 및 휴대용 컴퓨터들의 제조업자들과 공동으로 작업하고 있다. 여러 가지 미관상 및 인간 환경 공학적인 이유로, PCMCIA 카드의 안테나는 통상 PCMCIA 슬롯 안에 있어야 하고 슬롯 밖으로 나오지 않아야 한다. 또한, 많은 PDA들은 슬롯으로부터 PCMCIA 카드를 삽입 혹은 빼낸 후에 PCMCIA 슬롯을 덮는 문들을 포함한다. 안테나용의 애퍼처가 작고 안테나가 넣어진 상태에 있게 할 높은 확률로 인해 PCMCIA 카드용으로 안테나 선택에 엄격한 조건이 부과된다. 전계(E) 안테나 혹은 자계(H) 안테나가 선택되든지 관계없이, 안테나가 배치되는 PCMCIA 슬롯 환경에 의해서 안테나 효율은 상당히 저하된다.Antenna systems of many wireless communication devices, such as for example two-way radios and cellular telephones, typically include a constant length or telescopic helical antenna. These antennas are very efficient due to their effective position in free space during normal operation. However, other wireless communication devices are generally not efficient. For example, many palmtop computers and personal digital assistants include at least one slot for a Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) card to extend the functionality of a computer or PDA. Wireless carriers are collaborating with manufacturers of PDAs and portable computers to implement wireless communications circuitry and antennas on these cards to enable portable computers and PDAs to be used for wireless communications. For a variety of aesthetic and ergonomic reasons, the antenna of a PCMCIA card should normally be in the PCMCIA slot and not out of the slot. Many PDAs also include doors that cover the PCMCIA slot after inserting or removing a PCMCIA card from the slot. Small apertures for antennas and high probability of keeping the antennas in place impose strict conditions on antenna selection for PCMCIA cards. Regardless of whether an electric field (E) antenna or a magnetic field (H) antenna is selected, the antenna efficiency is significantly degraded by the PCMCIA slot environment in which the antenna is placed.
내부에 놓여지는 PCMCIA 카드들에 무선 회로 및 안테나를 채용하는 컴퓨터 혹은 PDA들 외에도, 이를테면 페이저들과 같은 이 외 어떤 다른 통신 장치들이든 내부 안테나들을 사용한다. 이러한 내부 안테나들은 장치의 미적인 외관을 제공한다(즉, 전혀 외부 안테나가 보이지 않는다). 그러나, 아는 바와 같이, 이러한 내부 안테나들은 흔히 외부, 자유공간의 안테나들보단 훨씬 효율이 낮다. 미적인 잇점을 유지하면서도 내부 안테나들의 효율 손실을 극복하기 위해서, 페이저의 내부 안테나의 효율을 향상시키기 위해 외부 안테나 소자를 포함하는 라디오 주파수(RF) 필드 세기 강화기가 개발되었다. 이러한 RF 필드 세기 강화기는 본 출원인에게 양도된 Colman 등의 "Radio Frequency(RF) Field Strength Enhance" 명칭의 미국특허 5,050,236에 개시되어 있다. RF 필드 세기 강화기의 외부 안테나 소자는 조정가능한(tunable) 캐패시터와 병렬로 연결된 이산 인덕터를 포함한다. 인덕터 및 캐패시터는 페이저 외장 케이스에 부착된다. 페이저를 케이스에 삽입시키면, 외부 안테나 소자가 페이저의 내부 안테나와 매우 가깝게 위치하게 됨으로써, 전체 안테나 시스템의 효율이 향상된다. 무선 통신 장치의 내부 안테나만의 효율에 비해서 RF 필드 세기 강화기가 안테나 시스템 효율을 향상시킨다할지라도, RF 필드 세기 강화기는 안테나 향상을 위해서 무선 통신 장치를 케이스 내에 넣어두어야 한다. 이 때문에, 케이스 밖에 놓이게 되는 장치, 이를테면 통화중에 사용자가 손에 쥐는 셀룰라 전화, 혹은 사용자에 의해 액세스되는 PDA 등은 안테나 효율 향상을 얻지 못한다. 더구나, 외부 안테나 소자는 향상의 효율을 비교적 협범위 주파수로 제한시키는 조정가능한 임피던스를 포함하므로, 이에 결합되는 무선 통신 장치의 원하는 동작 주파수에 근거하여 RF 필드 세기 강화기를 수동으로 재조정해야 한다.In addition to computers or PDAs that employ wireless circuits and antennas in the PCMCIA cards placed therein, any other communication device, such as pagers, uses internal antennas. These internal antennas provide the aesthetic appearance of the device (ie no external antennas are visible at all). However, as can be seen, these internal antennas are often much less efficient than external, free-space antennas. In order to overcome the efficiency loss of the internal antennas while maintaining aesthetic benefits, radio frequency (RF) field strength enhancers have been developed that include external antenna elements to improve the efficiency of the internal antenna of the phaser. Such RF field strength enhancers are disclosed in US Pat. No. 5,050,236, entitled " Radio Frequency (RF) Field Strength Enhance, " The external antenna element of the RF field strength enhancer includes a discrete inductor connected in parallel with a tunable capacitor. Inductors and capacitors are attached to the pager enclosure. Inserting the pager into the case allows the external antenna element to be placed very close to the internal antenna of the pager, thereby improving the efficiency of the overall antenna system. Although the RF field strength enhancer improves the antenna system efficiency compared to the efficiency of the internal antenna only of the wireless communication device, the RF field strength enhancer must keep the wireless communication device in the case to improve the antenna. Because of this, devices placed outside the case, such as cellular phones held by the user during a call, or PDAs accessed by the user, do not gain antenna efficiency improvements. Moreover, since the external antenna element includes an adjustable impedance that limits the efficiency of the enhancement to a relatively narrow range frequency, the RF field strength enhancer must be manually readjusted based on the desired operating frequency of the wireless communication device coupled thereto.
그러므로, 기생 안테나 소자를 조정할 필요없이 비교적 넓은 주파수 범위에 걸쳐 무선 통신 장치의 내부 안테나 시스템의 복사 효율 및/또는 이득을 향상시키는 무선 통신 장치에 영구적으로 부착될 수 있는 기생 안테나 소자의 필요성이 존재한다.Therefore, there is a need for a parasitic antenna element that can be permanently attached to a radio communication device that improves the radiation efficiency and / or gain of the internal antenna system of the radio communication device over a relatively wide frequency range without the need to adjust the parasitic antenna element. .
본 발명은 일반적으로 무선 통신 장치들에 사용되는 안테나에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 무선 통신 장치의 내부 안테나 시스템의 성능을 향상시키기 위해 무선 통신 장치의 일부로서 탑재될 수 있는 기생 안테나 소자에 관한 것이다.The present invention relates generally to antennas used in wireless communication devices. In particular, the present invention relates to parasitic antenna elements that can be mounted as part of a wireless communication device to improve the performance of an internal antenna system of the wireless communication device.
도 1은 본 발명에 따른 기생 안테나 소자를 탑재한 무선 통신 장치의 전기 블록도이다.1 is an electrical block diagram of a wireless communication device equipped with a parasitic antenna element according to the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기생 안테나 소자를 형성하는 전도성 트레이스들의 패턴 구성도이다.2 is a pattern diagram of conductive traces forming a parasitic antenna element according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 대안 실시예에 따른 기생 안테나 소자를 형성하는 전도성 트레이스들의 패턴 구성도이다.3 is a pattern diagram of conductive traces forming a parasitic antenna element according to an alternative embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기생 안테나 소자를 형성하는 전도성 트레이스들의 패턴 구성도이다.4 is a diagram illustrating a pattern configuration of conductive traces forming a parasitic antenna element according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예 및 대안 실시예에 따른 기생 안테나 소자를 탑재한 무선 통신 장치의 사시도이다.5 is a perspective view of a wireless communication device equipped with a parasitic antenna element according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기생 안테나 소자를 탑재한 무선 통신 장치의 사시도이다.6 is a perspective view of a wireless communication device equipped with a parasitic antenna element according to another embodiment of the present invention.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시한 기생 안테나 소자 및 내부 안테나의 개략도이다.FIG. 7 is a schematic diagram of the parasitic antenna element and the internal antenna shown in FIGS. 5 and 6.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부착가능한 기생 안테나 소자의 사시도이다.8 is a perspective view of an attachable parasitic antenna element according to another embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부착가능한 기생 안테나 소자의 사시도이다.9 is a perspective view of the attachable parasitic antenna element according to another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부착가능한 기생 안테나 소자의 사시도이다.10 is a perspective view of an attachable parasitic antenna element according to another embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명에 따라 내부 안테나 및 기생 안테나 소자를 모두 포함하는 안테나 시스템과 내부 통신 장치 안테나만에 대해 정규화한 안테나 주파수 대 효율의 그래프이다.FIG. 11 is a graph of antenna frequency versus efficiency normalized to only an internal communication device antenna and an antenna system including both internal and parasitic antenna elements in accordance with the present invention.
도 12는 본 발명의 대안 실시예에 따른 복수 주파수 기생 안테나 소자를 형성하는 전도성 트레이스들의 패턴 구성도이다.12 is a diagram illustrating the pattern configuration of conductive traces forming a multi-frequency parasitic antenna element according to an alternative embodiment of the present invention.
도 13, 14, 15, 16은 본 발명의 대안 실시예에 따른 기생 안테나 소자들을 형성하는 전도성 트레이스들의 패턴 구성도이다.13, 14, 15, and 16 are pattern diagrams of conductive traces forming parasitic antenna elements according to an alternative embodiment of the present invention.
일반적으로, 본 발명은 기생 안테나 소자 및 이 기생 안테나 소자를 탑재한 무선 통신 장치를 포함한다. 기생 안테나 소자는 마일러 혹은 폴리카보네이트와 같은 유전체 기판, 및 유전체 기판 표면 상에 배치되는 적어도 하나의 전도성 트레이스를 포함하는 전도성 패턴을 포함한다. 전도성 패턴은 바람직하게는 평탄하며 기생 안테나 소자의 공진 주파수를 설정하는 분산 캐패시터를 구성하는 평행한 양단이 오버랩된 단일의 전자기 루프를 형성한다. 바람직하게 기생 안테나 소자는 내부 안테나 혹은 내부 안테나 소자, 혹은 무선 통신 장치의 다른 커플링 요소에 매우 근접하게 무선 통신 장치 혹은 다른 무선 전자장치의 외장부에 부착되어 전자기 에너지가 내부 안테나 소자와 기생 안테나 소자간에 결합될 수 있게 함으로써, 기생 안테나 소자가 없는 안테나 시스템의 이득 및/또는 효율에 비해 장치의 동작대역폭에 대해 장치의 전체 안테나 시스템의 이득 및/또는 효율을 향상시킨다.In general, the present invention includes a parasitic antenna element and a wireless communication device equipped with the parasitic antenna element. Parasitic antenna elements include a dielectric substrate, such as Mylar or polycarbonate, and a conductive pattern comprising at least one conductive trace disposed on the dielectric substrate surface. The conductive pattern is preferably flat and forms a single electromagnetic loop with overlapping parallel ends that constitute a distributed capacitor that sets the resonant frequency of the parasitic antenna element. Preferably, the parasitic antenna element is attached to the exterior of the radio or other wireless electronic device in close proximity to the internal antenna or the internal antenna element or other coupling element of the radio communication device so that electromagnetic energy is transferred to the internal antenna element and the parasitic antenna element. By allowing coupling between the components, the gain and / or efficiency of the entire antenna system of the device is improved over the operating bandwidth of the device over the gain and / or efficiency of the antenna system without parasitic antenna elements.
전술한 바와 같이 기생 안테나 소자를 제조함으로써, 본 발명은 무선 통신 장치 내 통신 회로에 및/또는 이로부터 전자기 에너지를 결합하기 위한 용이하게 부착가능한 기생 안테나 소자를 제공한다. 그리고 기생 안테나 소자는 안테나 시스템, 특히 내부 안테나 소자 혹은 내부 안테나 소자가 상주한 애퍼처(예를 들면, PCMCIA 슬롯)의 크기 제약에 기인하여 안테나 시스템을 비교적 비효율적이게 하는 내부 안테나 소자를 포함하는 안테나 시스템의 효율 및/또는 이득을 향상시키도록 작용한다. 더구나, 종래기술의 안테나 효율 향상 장치들과는 달리, 본 발명의 기생 안테나 소자는 별도의 외장 케이스를 필요로 함이 없이 무선 통신 장치에 부착될 수 있고, 기생 안테나 소자의 공진 주파수를 설정하는 분산 캐패시터를 포함함으로써 고정-조정형의, 광대역 향상을 제공한다.By manufacturing the parasitic antenna elements as described above, the present invention provides parasitic antenna elements that are easily attachable for coupling electromagnetic energy to and / or from communication circuitry in a wireless communication device. And the parasitic antenna element includes an internal antenna element which makes the antenna system relatively inefficient due to the size constraints of the antenna system, in particular the internal antenna element or the aperture (eg PCMCIA slot) in which the internal antenna element resides. Acts to improve the efficiency and / or gain of the. Moreover, unlike the antenna efficiency improving apparatuses of the prior art, the parasitic antenna element of the present invention can be attached to a wireless communication device without requiring a separate outer case, and has a distributed capacitor that sets the resonant frequency of the parasitic antenna element. By providing fixed-adjustable, broadband enhancements.
동일 요소에 동일 참조부호를 사용한 도 1 내지 도 16을 참조로 본 발명이 보다 완전히 이해될 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 장치(100)의 전기 블록도를 도시한 것이다. 무선 통신 장치(100)는 기생 안테나 소자(115) 및 이하 내부 안테나 소자(117)라 칭하는 내부 안테나를 포함하는 안테나 시스템(101), 수신기(103), 프로세서(105), 메모리(106), 표시장치(107) 혹은 그 외 사용자 인터페이스(예를 들면, 스피커), 및 사용자 제어부(109)를 포함한다. 양방향 동작을 행할 수 있을 때, 통신 장치(100)는 송신기(111)를 더 포함하고 각각 반이중(half-duplex) 혹은 전이중(full-duplex) 동작을 원하는 경우에는 안테나 스위치(113) 혹은 듀플렉서(113)를 또한 포함할 수 있다. 통신 장치(100)는 양방향 이동 혹은 휴대 라디오, 라디오전화, 일방향 혹은 양방향 페이저, 무선 데이터 단말(이를테면 무선통신을 위해 PCMCIA 카드를 포함하는 팜탑 컴퓨터, PDA, 혹은 랩탑 컴퓨터), 혹은 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.The present invention may be more fully understood with reference to FIGS. 1-16 using the same reference numerals for the same elements. 1 shows an electrical block diagram of a wireless communication device 100 in accordance with the present invention. The wireless communication device 100 includes an antenna system 101, a receiver 103, a processor 105, a memory 106, a display, which includes a parasitic antenna element 115 and an internal antenna hereinafter referred to as an internal antenna element 117. Device 107 or other user interface (eg, speaker), and user control unit 109. When capable of bidirectional operation, the communication device 100 further includes a transmitter 111 and antenna switch 113 or duplexer 113 in case of half- or full-duplex operation respectively. ) May also be included. The communication device 100 may be a two-way mobile or portable radio, a radiotelephone, a one-way or two-way pager, a wireless data terminal (such as a palmtop computer, a PDA, or a laptop computer containing a PCMCIA card for wireless communication), or any combination thereof. It may include.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 수신기(103)는 안테나 시스템(100)으로부터 전자기 에너지(예를 들면, 라디오 신호)를, 상기한 바와 같이 사용된 경우엔 듀플렉서/안테나 스위치(113)를 통해서, 수신하여 이 수신된 신호를 프로세서(105)에 기저대 정보를 제공하기 위해 하향변환 및 복조하는 종래의 주파수 변조(FM) 수신기이다. 수신기(103)는 통신 장치(100)가 동작하는 시스템에서 사용되는 통신 프로토콜에 따라 신호들을 수신, 하향변환, 복조하는데 필요한, 공지의 성분들, 이를테면 필터들, 믹서들, 소신호 증폭기들, 복조기, 및 그 외 공지의 요소들을 포함한다. 송신기(110)는, 사용될 때, 이 역시 공지의 것이며, 안테나 시스템(101)으로부터 전자기 에너지로서 전달될 정보를 갖는 라디오 주파수 혹은 마이크로웨이브 신호를 생성하기 위해 필터들, 믹서들, 변조기, 대신호 증폭기들, 및 그 외 공지의 요소들을 포함한다.In a preferred embodiment of the invention, the receiver 103 receives electromagnetic energy (e.g. radio signals) from the antenna system 100, via the duplexer / antenna switch 113, if used as described above. A conventional frequency modulated (FM) receiver that downconverts and demodulates the received signal to provide baseband information to the processor 105. Receiver 103 is well-known components, such as filters, mixers, small signal amplifiers, demodulators, which are required for receiving, downconverting and demodulating signals in accordance with the communication protocol used in the system in which communication device 100 operates. , And other known elements. The transmitter 110, when used, is also known, filters, mixers, modulators, large signal amplifiers for generating radio frequency or microwave signals having information to be transmitted as electromagnetic energy from the antenna system 101. And other known elements.
프로세서(105)는 하나 이상의 마이크로프로세서들 및/또는 하나 이상의 디지털 신호 프로세서들을 포함한다. 메모리(106)는 프로세서(105)에 결합되고, 바람직하게는 판독전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 프로그래머블 ROM(PROM), 및/또는 전기적으로 소거가능한 판독전용 메모리(EERPOM)를 포함한다. 메모리(106)는 바람직하게는 특히 프로세서(105)에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램들, 무선 통신 장치(100)에 할당된 주소 혹은 주소들, 및 무선 통신 장치(100)의사용자에 의해 나중에 검색하기 위해 수신되는 정보를 저장하는 복수의 메모리 위치들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램들은 바람직하게는 ROM 혹은 PROM에 저장되며, 무선 통신 장치(100)의 동작 제어시 프로세서(105)를 지휘한다. 무선 통신 장치(100)의 주소 혹은 주소들은 바람직하게는 EEPROM에 저장된다. 나중에 검색하기 위해 수신되는 정보는 RAM에 저장되는 것이 바람직하다.Processor 105 includes one or more microprocessors and / or one or more digital signal processors. Memory 106 is coupled to processor 105 and preferably includes read-only memory (ROM), random access memory (RAM), programmable ROM (PROM), and / or electrically erasable read-only memory (EERPOM). Include. The memory 106 is preferably in particular for computer programs executed by the processor 105, the address or addresses assigned to the wireless communication device 100, and for later retrieval by the user of the wireless communication device 100. And a plurality of memory locations for storing the received information. The computer programs are preferably stored in a ROM or PROM and direct the processor 105 in controlling the operation of the wireless communication device 100. The address or addresses of the wireless communication device 100 are preferably stored in the EEPROM. The information received for later retrieval is preferably stored in RAM.
프로세서(105)는 바람직하게는 이를테면 통상의 진동 혹은 가청의 경보 메카니즘과 같은 경보장치(도시생략)에 의해 장치의 정보 수신 및 저장을 무선 통신 장치(100)의 사용자에게 경보하도록 프로그램된다. 사용자가 일단 경보를 받으면, 사용자는 저장된 정보를 검토하여 필요하면 이에 응답하기 위해 사용자 제어부(109)를 통해 액세스가능한 기능들을 불러낼 수 있다. 사용자 제어부(109)는 바람직하게는 이를테면 하나 이상의 개별적인 스위치들, 키패드, 터치 패드 혹은 터치 스크린과 같은 하나 이상의 각종의 공지의 입력장치들을 포함한다.The processor 105 is preferably programmed to alert the user of the wireless communication device 100 to receive and store information of the device, such as by an alerting device (not shown), such as a conventional vibration or audible alerting mechanism. Once the user is alerted, the user can invoke the functions accessible through the user control 109 to review the stored information and respond if necessary. The user control unit 109 preferably includes one or more various known input devices, such as one or more individual switches, keypad, touch pad or touch screen.
사용자 제어부(109)로부터 신호가 온 것에 응답하여 혹은 자동으로 수신기(103)로부터 어떤 정보가 수신되었을 때, 프로세서(105)는 저장된 정보 혹은 수신된 정보를 보낼 수 있을 때 표시장치(107)에 보낸다. 표시장치(107)는 선택된 정보를 통상의 액정 표시장치(LCD) 혹은 그 외 다른 시각적 표시장치, 혹은 대안으로 가청 메시지들을 재생하기 위한 통상의 가청장치(예를 들면 스피커)에 의해 사용자에게 보낸다. 또한, 프로세서(105)는 새로이 수신된 정보가 메모리(106)에 저장되었음을 알리는 적어도 시각적 표시(예를 들면, 아이콘 혹은 주기적인 차임과 조합한 아이콘)로 무선 통신 장치(100)의 사용자에게 자동으로 보내도록표시장치(107)에 명령할 수 있다.When some information is received from the receiver 103 in response to a signal from the user control unit 109 or automatically, the processor 105 sends the stored information or the received information to the display device 107 when it can be sent. . The display 107 sends the selected information to the user by means of a conventional liquid crystal display (LCD) or other visual display, or alternatively a conventional audible device (e.g. a speaker) for playing audible messages. In addition, the processor 105 automatically provides the user of the wireless communication device 100 with at least a visual indication (eg, an icon or icon in combination with a periodic chime) to indicate that newly received information has been stored in the memory 106. The display device 107 can be instructed to send.
무선 통신 장치(100)의 신규성은 내부 안테나 소자(117) 외에 기생 안테나 소자(115)를 포함하는 안테나 시스템(101)의 사용에 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 내부 안테나 소자(117)는 무선 통신 장치(100)의 외장부 내 슬롯에 삽입된 PCMCIA 카드 상에 있는 전자기 루프 안테나를 포함한다. 통상, 이러한 전자기 루프 안테나는 내부 안테나 소자(117)의 공진 주파수를 설정하는 공지의 기술들에 따라 구성되는 이산 캐패시터(도시생략)를 포함한다. 이산 캐패시터를 사용하게 되면 내부 안테나 소자(117)의 대역폭이 제한된다. 내부 안테나 소자(117)는 취해진 전자기 에너지를 기생 안테나 소자(115)와 내부 안테나 소자(117)간에 결합하도록 기능한다.The novelty of the wireless communication device 100 lies in the use of an antenna system 101 that includes a parasitic antenna element 115 in addition to the internal antenna element 117. In a preferred embodiment of the present invention, the internal antenna element 117 comprises an electromagnetic loop antenna on a PCMCIA card inserted into a slot in the enclosure of the wireless communication device 100. Typically, such an electromagnetic loop antenna includes a discrete capacitor (not shown) constructed in accordance with known techniques for setting the resonant frequency of the internal antenna element 117. The use of discrete capacitors limits the bandwidth of the internal antenna element 117. The internal antenna element 117 functions to couple the electromagnetic energy taken between the parasitic antenna element 115 and the internal antenna element 117.
기생 안테나 소자(115)를 제외하고, 도 1에 블록도 형태로 도시된 무선 통신 장치(100)의 모든 요소들은 무선 통신 장치(100)의 외장부 내에 있다. 도 5 및 도 6은 본 발명에 따라 외장부(501) 및 외장부(501) 상에 기생 안테나 소자(115)의 여러 위치들을 사시도로 도시한 것이다.Except for the parasitic antenna element 115, all elements of the wireless communication device 100 shown in block diagram form in FIG. 1 are within the exterior of the wireless communication device 100. As shown in FIG. 5 and 6 illustrate, in perspective view, various locations of the parasitic antenna element 115 on the enclosure 501 and the enclosure 501 in accordance with the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이 외장부(501)의 문(505)으로 둘러쌀 수 있는 PCMCIA 슬롯의 애퍼처의 면적이 통상 작다(예를 들면 통상 160mm2)는 사실과 외장부 내에서의 그 위치에 기인하여, 내부 안테나 소자(117)는 특히 1GHZ 이하의 주파수들에서 비교적 비효율적인 리셉터/복사기(receptor/radiator)가 된다. 복사 효율(및 바람직하게는 안테나 이득, 이 안테나 이득(G)은 효율(e)에 지향도(D)를 곱한 것과 같다)을 향상시키기 위해서, 본 발명의 무선 통신 장치(100)는 내부 안테나 소자(117)에 매우 가깝게(예를 들면, 내부 안테나 소자(117)의 근접장 영역 이내 혹은 내부 안테나 소자(117)에 인접한) 위치한 기생 안테나 소자(115)를 포함한다. 안테나의 근접장 영역은 공지된 것이며 안테나의 동작 주파수에서 일반적으로 안테나로부터 1/2 파장 이하로 떨어진 반지름 거리(radial distance)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the fact that the area of the aperture of the PCMCIA slot, which can be enclosed by the door 505 of the exterior 501, is usually small (e.g. typically 160 mm 2 ) and its position within the exterior. Due to this, the internal antenna element 117 becomes a relatively inefficient receptor / radiator, especially at frequencies below 1 GHZ. In order to improve the radiation efficiency (and preferably the antenna gain, this antenna gain (G) is equal to the efficiency (e) multiplied by the directivity (D)), the wireless communication device 100 of the present invention is an internal antenna element. Parasitic antenna element 115 located very close to 117 (eg, within the near-field area of internal antenna element 117 or adjacent to internal antenna element 117). The near field area of the antenna is known and includes a radial distance that is generally less than 1/2 wavelength from the antenna at the operating frequency of the antenna.
기생 안테나 소자(115)는 마일러 혹은 폴리카보네이트와 같은 유전체 기판 상에 인쇄, 피착, 에칭, 아니면 배치된 평탄한 전도성 패턴으로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 실시예에서, 유전체 기판은 원하는 효율 향상을 얻기 위해서 내부 안테나 소자(117)에 매우 가깝게 무선 통신 장치 외장부의 내표면 혹은 외표면에 부착될 수 있다(예를 들면, 공지의 접착제를 사용하여). 내부 안테나 소자(117)와는 대조되게, 기생 안테나 소자(115)는 바람직하게는 기생 안테나 소자(115)의 퀄러티 팩터(Q) 및 공진 주파수를 조정함으로써 외부적 조정이 필요없이 기생 안테나 소자(115)가 적절한 광대역 동작이 될 수 있게 하는 분산 용량을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 기생 안테나 소자(115) 및 내부 안테나 소자(117)는 무선 통신 장치(100)의 동작중에 전자기 에너지를 서로간에 자기적으로 결합하는 전자기 루프 안테나들로 된다. 무선 통신 장치 외장부 상에 기생 안테나 소자(115)용의 각종의 위치들, 및 기생 안테나 소자(115)의 각종의 전도성 패턴 구현에 대해 이하 기술한다.The parasitic antenna element 115 preferably consists of a flat conductive pattern that is printed, deposited, etched, or otherwise disposed on a dielectric substrate, such as mylar or polycarbonate. In such an embodiment, the dielectric substrate may be attached to the inner or outer surface of the radio communication device enclosure very close to the internal antenna element 117 (eg, using a known adhesive) to achieve the desired efficiency improvement. . In contrast to the internal antenna element 117, the parasitic antenna element 115 preferably adjusts the quality factor Q and the resonant frequency of the parasitic antenna element 115, thereby eliminating the need for external adjustment. It includes distributed capacity that allows for proper broadband operation. In a preferred embodiment of the present invention, the parasitic antenna element 115 and the internal antenna element 117 are electromagnetic loop antennas that magnetically couple electromagnetic energy to each other during operation of the wireless communication device 100. Various locations for the parasitic antenna element 115 on the wireless communication device enclosure and various conductive pattern implementations of the parasitic antenna element 115 are described below.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 기생 안테나 소자(115)는 내부 안테나 소자(117)의 공진 주파수보다 약간 높은 공진 주파수를 갖는다. 예를 들면, 무선통신 장치(100)의 원하는 동작 주파수 범위가 700MHz 내지 100MHz의 범위에 있을 때, 기생 안테나 소자(115)의 공진 주파수는 예로서 1050MHz가 될 것이며, 내부 안테나 소자(117)의 공진 주파수는 700MHz 내지 1000MHz 동작 주파수 범위에 걸쳐 동조가 가능하다. 기생 안테나 소자(115)가 바람직하게 내부 안테나 소자(117)보다 약간 높은 공진 주파수를 가질지라도, 내부 안테나 소자(117)의 공진 주파수 이상인 기생 안테나 소자의 공진 주파수들에 대해 향상된 효율 성능이 얻어질 수 있다. 광대역 효율 향상(예를 들면, 850MHz에서 35%이상의 대역폭)을 달성할 수 있는 것 외에도, 기생 안테나 소자(115)는 공진 주파수를 설정하는 분산 용량을 포함하고, 특히 내부 안테나 소자(117)가 PCMCIA 카드 상에 있는 전형적인 전자기 루프 안테나일 때 Q를 내부 안테나 소자(117)의 Q에 비해 상대적으로 낮게 유지하도록 구성되는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment of the present invention, the parasitic antenna element 115 has a resonance frequency slightly higher than the resonance frequency of the internal antenna element 117. For example, when the desired operating frequency range of the wireless communication device 100 is in the range of 700 MHz to 100 MHz, the resonant frequency of the parasitic antenna element 115 may be 1050 MHz, for example, and the resonance of the internal antenna element 117. The frequency is tunable over the 700MHz to 1000MHz operating frequency range. Although the parasitic antenna element 115 preferably has a resonance frequency slightly higher than that of the internal antenna element 117, improved efficiency performance can be obtained for the resonant frequencies of the parasitic antenna element that are above the resonance frequency of the internal antenna element 117. have. In addition to being able to achieve broadband efficiency improvements (e.g., more than 35% bandwidth at 850 MHz), the parasitic antenna element 115 includes a distributed capacitance that sets the resonant frequency, in particular the internal antenna element 117 is a PCMCIA It is preferred to be configured to keep Q relatively low compared to Q of the internal antenna element 117 when it is a typical electromagnetic loop antenna on the card.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따라 내부 안테나 소자(117)에 결합하는데 사용되는 기생 안테나 소자(115)를 형성하는데 사용될 수 있는 전도성 패턴의 여러 가지 실시예들을 도시한 것이다. 다른 실시예들을 이하 상세히 기술한다. 먼저 도 2에서, 기생 안테나 소자(115)는 단일 전자기 루프를 형성하도록 배열된 하나 이상의 인접한 전도성 트레이스들(202, 204, 206, 208, 210)로 형성된 전도성 패턴을 포함한다. 도 2에 도시한 실시예에서, 트레이스(202) 및 트레이스(210)는 단일 전자기 루프의 시작 트레이스 및 종단 트레이스를 각각 형성하며 서로간에 평행하고 소정의 거리(212)만큼 이격되어 있다. 트레이스(202)와 트레이스(210)간 오버랩 부분은 기생 안테나 소자(115)의 공진 주파수를 설정하는데 사용되는 분산 캐패시터를 형성한다는 것을 알 것이다. 분산 캐패시터의 크기는 당업자가 아는 바와 같이, 오버랩 량 및 트레이스(202)와 트레이스(210)간에 제공된 간격에 의해 제어된다. 전도성 트레이스들(202, 204, 206, 208, 210)의 폭들과 길이들은 유전체 기판 물질(201)이 부착되는 외장부와 조합하여 트레이스들(202, 204, 206, 208, 210)이 배치 혹은 부착되는 유전체 기판 물질(201)의 두께 및 유전상수와, 기생 안테나 소자(15)의 원하는 입력 임피던스, 공진 주파수 및 대역폭에 따른다.2-4 illustrate various embodiments of a conductive pattern that may be used to form a parasitic antenna element 115 used to couple to an internal antenna element 117 in accordance with the present invention. Other embodiments are described in detail below. First, in FIG. 2, parasitic antenna element 115 includes a conductive pattern formed of one or more adjacent conductive traces 202, 204, 206, 208, 210 arranged to form a single electromagnetic loop. In the embodiment shown in FIG. 2, the traces 202 and 210 form a starting trace and a termination trace of a single electromagnetic loop, respectively, and are parallel to each other and spaced a predetermined distance 212 apart. It will be appreciated that the overlap between trace 202 and 210 forms a distributed capacitor that is used to set the resonant frequency of parasitic antenna element 115. The size of the dispersion capacitor is controlled by the amount of overlap and the spacing provided between the trace 202 and the trace 210, as will be appreciated by those skilled in the art. The widths and lengths of the conductive traces 202, 204, 206, 208, 210 are combined with the sheath to which the dielectric substrate material 201 is attached to place or attach the traces 202, 204, 206, 208, 210. The thickness and dielectric constant of the dielectric substrate material 201 to be obtained, and the desired input impedance, resonant frequency and bandwidth of the parasitic antenna element 15.
도 2에 도시한 바와 같이 평행하게 인접한 트레이스(202) 및 트레이스(210)를 사용하여 분산 용량을 제공함으로써 기생 안테나 소자(115)는 내부 안테나 소자(117)의 대역폭에 비해서 그리고 무선 통신 장치(100)가 정보를 수신 및/또는 송신하는 통신채널들의 대역폭에 비해서 넓은 대역폭에 걸쳐 만족스럽게 동작할 수 있게 된다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 구성되고 1000MHz의 공진 주파수를 갖는 기생 안테나 소자(115)는 전형적인 PCMCIA 카드 안테나의 115MHz 대역폭에 대해 5데시벨(db)의 이득 향상을 제공할 수 있다. 전형적인 통신채널은 단지 25kHz 대역폭 내에서 송수신되는 정보를 포함하므로, 기생 안테나 소자(115)는 각각의 협대역 무선 통신 장치에 대해 기생 안테나 소자(115)의 공진 주파수를 재조정할 필요없이 협대역 무선 통신 장치들의 효율 및 이득을 향상시키기 위해 많은 상이한 협대역 무선통신 장치들에 사용될 수 있다.By providing distributed capacity using parallel adjacent traces 202 and traces 210 as shown in FIG. 2, the parasitic antenna element 115 can be used in comparison to the bandwidth of the internal antenna element 117 and to the wireless communication device 100. ) Can operate satisfactorily over a wider bandwidth than the bandwidth of the communication channels that receive and / or transmit information. For example, the parasitic antenna element 115 configured as shown in FIG. 2 and having a resonant frequency of 1000 MHz can provide a gain improvement of 5 decibels (db) for the 115 MHz bandwidth of a typical PCMCIA card antenna. Since a typical communication channel only contains information transmitted and received within the 25 kHz bandwidth, the parasitic antenna element 115 does not need to readjust the resonant frequency of the parasitic antenna element 115 for each narrow band radio communication device. It can be used in many different narrowband wireless communication devices to improve the efficiency and gain of the devices.
도 2에 도시한 실시예를 사용하여 원하는 공진 주파수를 설정할 충분한 용량을 달성할 수 없는 경우에, 기생 안테나 소자(115)는 도 3에 도시한 바와 같은 전도성 패턴으로 구성될 수 있다. 도 2의 실시예와 유사하게, 도 3의 전도성 패턴은유전체 기판(201) 상에 단일의 전자기 루프를 형성하도록 구성되는 복수의 인접한 트레이스들(302, 304, 306, 308, 310, 312)을 포함한다. 그러나, 도 2에 도시한 패턴과는 대조적으로, 도 3에 도시한 패턴은 2 세트 이상의 평행한 트레이스들[예를 들면, 하나의 캐패시터를 형성하는 평행한 트레이스(302) 및 트레이스(312), 및 다른 캐패시터를 형성하는 평행한 트레이스(306) 및 트레이스(308)]로 형성된 2개 이상의 분산 캐패시터들을 포함한다. 평행한 트레이스(302) 및 트레이스(312)와 평행한 트레이스(306) 및 트레이스(308)간에 전자기 에너지의 용량성 결합을 통해 전자기 루프의 연속성이 확립된다. 평행한 트레이스들간의 거리(314 및 316)는 각각의 분산 캐패시터의 용량을 형성한다. 거리(314 및 316)는 크기가 동일할 수 있고 혹은 전자기 루프를 공진시키는데 필요한 용량에 따라 크기가 서로 다를 수도 있음을 알 것이다. 도 3의 두 개의 분산 캐패시터들은 전기적으로 평행하게 접속되고 그럼으로써 도 2의 패턴에 비해 용량의 양이 증가된다. 그러므로, 도 3의 패턴은 낮은 안테나 공진 주파수들에 특히 유용하다.In the case where a sufficient capacity to set a desired resonance frequency cannot be achieved using the embodiment shown in FIG. 2, the parasitic antenna element 115 may be configured in a conductive pattern as shown in FIG. Similar to the embodiment of FIG. 2, the conductive pattern of FIG. 3 may include a plurality of adjacent traces 302, 304, 306, 308, 310, 312 that are configured to form a single electromagnetic loop on the dielectric substrate 201. Include. However, in contrast to the pattern shown in FIG. 2, the pattern shown in FIG. 3 is characterized by two or more sets of parallel traces (eg, parallel traces 302 and traces 312 forming one capacitor, And two or more dispersing capacitors formed from parallel traces 306 and traces 308 forming another capacitor. Continuity of the electromagnetic loop is established through capacitive coupling of electromagnetic energy between parallel trace 302 and trace 312 and trace 306 and trace 308. The distances 314 and 316 between the parallel traces form the capacity of each distributed capacitor. It will be appreciated that the distances 314 and 316 may be the same size or may vary in size depending on the capacity required to resonate the electromagnetic loop. The two dispersing capacitors of FIG. 3 are electrically connected in parallel, thereby increasing the amount of capacitance compared to the pattern of FIG. 2. Therefore, the pattern of FIG. 3 is particularly useful for low antenna resonance frequencies.
도 4는 기생 안테나 소자(115)의 또 다른 전도성 패턴을 도시한 것이다. 이 패턴은 기생 안테나 소자(115)의 이중 대역(dual band) 동작에 특히 유용하다. 패턴은 튜닝 스터브(tuning stub)들이 없는 기생 안테나 소자(115)의 제1 공진 주파수보다 높은 주파수에서 기생 안테나 소자(115)의 제2 공진 주파수를 설정하는 기능을 행하는 2개의 용량적으로 결합된 튜닝 스터브인 튜닝 스터브(402) 및 튜닝 스터브(404)를 포함한다. 이에 따라, 튜닝 스터브들은 전자기 루프의 크기, 즉 튜닝 스터브들간의 용량성 임피던스가 매우 작게 되는 주파수에서 전자기 루프 내 인덕턴스를 효과적으로 감소시킨다. 튜닝 스터브들 사이의 간격(406), 및 오버랩되어 용량성 커플링을 제공하는 스터브(402)의 부분과 스터브(404)의 부분은 기생 안테나 소자(15)의 원하는 제2 공진 주파수에 근거하여 공지의 기술들에 따라 결정된다.4 illustrates another conductive pattern of the parasitic antenna element 115. This pattern is particularly useful for dual band operation of the parasitic antenna element 115. The pattern is two capacitively coupled tunings that function to set the second resonant frequency of the parasitic antenna element 115 at a frequency higher than the first resonant frequency of the parasitic antenna element 115 without tuning stubs. A stub that is a tuning stub 402 and a tuning stub 404. Thus, the tuning stubs effectively reduce the inductance in the electromagnetic loop at a frequency where the size of the electromagnetic loop, i.e. the capacitive impedance between the tuning stubs is very small. The spacing 406 between the tuning stubs and the portion of the stub 402 and the portion of the stub 404 that overlap to provide capacitive coupling are known based on the desired second resonant frequency of the parasitic antenna element 15. It is determined according to the techniques of.
전술한 바와 같이, 도 5 및 도 6은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 기생 안테나 소자(115)를 탑재한 무선 통신 장치들의 사시도를 도시한 것이다. 도 5에서, 무선 통신 장치(500)는 무선 PCMCIA 카드가 삽입될 수 있는 슬롯(507)을 보이지 않게 하는 문(505)을 가진 외장부(501)를 포함하는 것으로 도시되었다. 무선 PCMCIA 카드는 내부 안테나 소자(117)가 부착되는 인쇄 회로 기판(503)을 포함할 수 있다. 무선 통신 장치(500) 또한, 도 5에는 도시하지 않았으나 도 1에 도시한 회로를 포함한다. 도 1의 회로는 그 전체가 인쇄 회로기판(503)에 배치될 수 있으나, 바람직하게는 일부는 인쇄 회로기판(503)에 [예를 들면, 내부 안테나 소자(117), 듀플렉서/안테나 스위치(113)(사용될 경우), 수신기(103), 송신기(111)(사용될 경우), 및 프로세서(105) 및 메모리(105) 부분], 그리고 일부는 외장부(501)에 영구적으로 부착된 하나 이상의 다른 회로 기판들(도시생략)에 배치될 수 있다.As described above, FIGS. 5 and 6 illustrate perspective views of wireless communication devices equipped with parasitic antenna elements 115 according to various embodiments of the present disclosure. In FIG. 5, the wireless communication device 500 is shown to include an exterior 501 having a door 505 that hides the slot 507 into which the wireless PCMCIA card can be inserted. The wireless PCMCIA card may include a printed circuit board 503 to which the internal antenna element 117 is attached. The wireless communication device 500 also includes a circuit shown in FIG. 1 although not shown in FIG. 5. The entirety of the circuit of FIG. 1 may be disposed on the printed circuit board 503, but preferably, some of the circuits may be disposed on the printed circuit board 503 (for example, the internal antenna element 117 and the duplexer / antenna switch 113). ) (If used), receiver 103, transmitter 111 (if used), and processor 105 and memory 105 portions], and one or more other circuitry permanently attached to enclosure 501 It may be disposed on substrates (not shown).
기생 안테나 소자(115)는 바람직하게는 단일 전자기 루프를 형성하는 전도성 패턴을 포함하고 바람직하게는 내부 안테나 소자(117)에 매우 근접하게 배치된다. 전도성 패턴은 바람직하게는 기생 안테나 소자(115)의 공진 주파수를 설정하기 위해 적어도 하나의 분산 용량을 포함한다. 기생 안테나 소자(115)를 형성하기 위한 각종의 전도성 패턴에 대한 실시예들에 대해선 도 2 내지 도 4에 관하여 전술되었다. 도 5에 도시한 바와 같이, 기생 안테나 소자(115)의 위치설정에 관하여, 기생 안테나 소자(115)는 내부 안테나 소자(117)의 바로 위에 외장부(501)의 외측 상면에 배치될 수 있고, 혹은 기생 안테나 소자(115)는 PCMCIA의 문(505)의 내면 혹은 외면에 택일적으로 배치될 수 있는데, 그 예로서 문(505)의 내면에 위치한 기생 안테나 소자(115)가 도시되었다. 이 경우, 기생 안테나 소자(115)는 PCMCIA 문(515)이 닫혀졌을 때만 내부 안테나 소자(117)에 매우 가깝게 됨을 알 것이다. 내부 안테나 소자(117) 및 기생 안테나 소자(115)가 도 5에 도시한 바와 같이 전자기 루프들일 때, 자기 결합은 기행 안테나 소자(115)와 내부 안테나 소자(117)간에 전자기 에너지를 교환하는 메카니즘이다. 그러므로, 기생 안테나 소자(115) 및 내부 안테나 소자(117)는 이들간에 자기 결합이 최대화되는 방위로 놓일 것이다.The parasitic antenna element 115 preferably comprises a conductive pattern forming a single electromagnetic loop and is preferably arranged very close to the internal antenna element 117. The conductive pattern preferably includes at least one dispersion capacitance to set the resonant frequency of the parasitic antenna element 115. Embodiments of various conductive patterns for forming the parasitic antenna element 115 have been described above with reference to FIGS. 2 to 4. As shown in FIG. 5, with respect to the positioning of the parasitic antenna element 115, the parasitic antenna element 115 may be disposed on the outer upper surface of the exterior part 501 directly above the internal antenna element 117, Alternatively, the parasitic antenna element 115 may alternatively be disposed on the inner surface or the outer surface of the door 505 of the PCMCIA, for example, the parasitic antenna element 115 located on the inner surface of the door 505 is shown. In this case, it will be appreciated that the parasitic antenna element 115 is very close to the internal antenna element 117 only when the PCMCIA door 515 is closed. When the internal antenna element 117 and the parasitic antenna element 115 are electromagnetic loops as shown in FIG. 5, magnetic coupling is a mechanism for exchanging electromagnetic energy between the traveling antenna element 115 and the internal antenna element 117. . Therefore, parasitic antenna element 115 and internal antenna element 117 will be placed in an orientation in which magnetic coupling between them is maximized.
기생 안테나 소자(115)가 전술한 바와 같이 외장부(501)에 부착될 때, 외장부(501)는 전형적으로 기생 안테나 소자(115)가 놓일 수 있는 홈을 포함할 것임을 알 것이다. 홈은 기생 안테나 소자(115)의 기판의 에지들에 보호를 제공하며 내부 안테나 소자(117)에 대해 기생 안테나 소자(115)가 적합하게 위치할 수 있게 한다.It will be appreciated that when the parasitic antenna element 115 is attached to the enclosure 501 as described above, the enclosure 501 will typically comprise a groove in which the parasitic antenna element 115 can be placed. The groove provides protection to the edges of the substrate of the parasitic antenna element 115 and allows the parasitic antenna element 115 to be properly positioned relative to the internal antenna element 117.
본 발명의 다른 실시예는 도 6에 도시한 바와 같이 기생 안테나 소자(115)를 포함하는 무선 통신 장치(600)이다. 이 실시예에서, 도 5에 도시한 실시예와는 달리, 무선 통신 장치(600)는 전술한 바와 같이 문을 포함하지 않는다. 도시한 예에서, 기생 안테나 소자(115)는 PCMCIM 카드가 삽입되는 슬롯(507)에 관하여 외장부(501)의 표면에 부착된다.Another embodiment of the present invention is a wireless communication device 600 including a parasitic antenna element 115 as shown in FIG. In this embodiment, unlike the embodiment shown in FIG. 5, the wireless communication device 600 does not include a door as described above. In the example shown, the parasitic antenna element 115 is attached to the surface of the enclosure 501 with respect to the slot 507 into which the PCMCIM card is inserted.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시한 기생 안테나 소자(115) 및 내부 안테나소자(117)의 개략적인 등가도이다. 기생 안테나 소자(115)는 고정된 캐패시터(703)(즉, 인접한 평행한 전자기 루프 트레이스들(예를 들면, 트레이스들(202 및 210))로 형성된 분산 캐패시터(들)의 유효 용량)와 병렬로 연결된 인덕터(701)(즉, 전자기 루프 내 유효 인덕턴스)를 유효하게 포함한다. 내부 안테나 소자(117)는 캐패시터(707)(예를 들면 전자기 루프에 걸쳐 전기적으로 접속된 이산 캐패시터)와 병렬로 연결된 인덕터(705)(즉, 전자기 루프 내 유효 인덕턴스)를 유효하게 포함한다. 인덕터들(701, 705)은 이들간에 전자기 에너지를 자기적으로 결합하게 적합한 방위로 배치된다. 기생 안테나 소자의 공진 주파수는 (2ㆍ)-1[(L)(C)]-1/2이며, L은 인덕터(701)의 인덕턴스이고 C는 캐패시터(703)의 용량이다. 전술한 바와 같이, 기생 안테나 소자(115)의 공진 주파수는 바람직하게는 내부 안테나 소자(117)의 공진 주파수보다 약간 높다.FIG. 7 is a schematic equivalent diagram of the parasitic antenna element 115 and the internal antenna element 117 shown in FIGS. 5 and 6. The parasitic antenna element 115 is in parallel with the fixed capacitor 703 (ie, the effective capacity of the distributed capacitor (s) formed of adjacent parallel electromagnetic loop traces (e.g., traces 202 and 210)). Effectively includes a connected inductor 701 (ie, effective inductance in the electromagnetic loop). The internal antenna element 117 effectively includes an inductor 705 (ie, effective inductance in the electromagnetic loop) connected in parallel with the capacitor 707 (eg, a discrete capacitor electrically connected across the electromagnetic loop). Inductors 701 and 705 are arranged in a suitable orientation to magnetically couple electromagnetic energy therebetween. The resonant frequency of the parasitic antenna element is (2 ·) −1 [(L) (C)] −1/2 , where L is the inductance of the inductor 701 and C is the capacitance of the capacitor 703. As mentioned above, the resonant frequency of the parasitic antenna element 115 is preferably slightly higher than the resonant frequency of the internal antenna element 117.
조정가능한 이산 캐패시터들을 포함하는 종래 기술의 안테나 효율 향상장치들과는 달리, 본 발명은 분산 용량을 사용하여 광대역 향상을 제공하며 따라서 비교적 넓은 대역폭(850MHz에서 약 35%)에 걸쳐 기생 안테나 소자의 공진 주파수의 튜닝을 필요로 하지 않는다. 기생 안테나 소자(115)의 공진 주파수를 조정할 필요성이 제거되므로 기생 안테나 소자는 실질적인 안테나 효율 및/또는 이득 향상을 제공하면서도, 무선 통신 장치의 외장부의 내면 혹은 외면에 혹은 장치의 라벨의 바닥측에 눈에 띄지 않게 위치할 수 있다.Unlike prior art antenna efficiency enhancers that include adjustable discrete capacitors, the present invention provides broadband enhancement using distributed capacity and thus provides for the resonant frequency of the parasitic antenna element over a relatively wide bandwidth (about 35% at 850 MHz). No tuning is required. Since the need to adjust the resonant frequency of the parasitic antenna element 115 is eliminated, the parasitic antenna element provides substantial antenna efficiency and / or gain enhancement, while being visible on the inside or outside of the exterior of the wireless communication device or on the bottom side of the label of the device. It can be placed out of sight.
도 8, 9, 10은 본 발명에 따른 부착가능한 기생 안테나 소자들(115)의 사시도이다. 도 8의 기생 안테나 소자(800)는 상면(803)과 하면(805)을 갖는 기판(201)을 포함한다. 기판(201)은 바람직하게는 마일러 혹은 폴리카보네이트를 포함하는데, 그러나 대안으로 다른 공지의 물질들, 예를 들면 테플론, 켑톤(등록상표)(폴리이미드), 폴리스티렌, 혹은 종이를 포함한다. 도 8에 도시한 실시예에서, 기생 안테나 소자(800)의 공진부를 형성하는 전도성 패턴(807)은 금속 포일 혹은 전도성 잉크와 같은 전도성 물질을 유전체 기판(201)의 표면에(바람직하게는 패턴(807)이 전자 혹은 무선 통신 장치(500)의 사용자 눈에 띄지 않게 저면(805)에) 피착, 스크린 인쇄, 전기도금, 에칭, 아니면 배치함으로써 형성되며, 모델번호, 제조자 로고, 일련번호, 경고 라벨 등의 무선 혹은 전자장치를 식별하는 정보(809) 혹은 그 외 다른 정보는 기판(201)의 대향면(바람직하게는 상면(803))에 인쇄된다. 전도성 패턴(807)을 기판(201) 상에 피착하는 방법은 사용되는 실제 물질의 특성에 따른다는 것을 알 것이다. 적어도 전도성 패턴(807)이 기판(201)의 표면(805) 상에 피착된 후에, 3M의 압력감응(PSA) 접착제와 같은 접착제를 패턴(807)을 포함하는 표면에 적용하여 표면(805)이 장치(500)의 외장부(501)에 부착될 수 있게 한다. 일단 접착제에 의해 외장부(501)에 부착되면, 전도성 패턴(807)을 포함하는 기판(201)의 표면(805)은 임의의 내부 커플링 혹은 안테나(117)에 인접한 영역에서 외장부(501)와 접촉하게 된다. 전도성 패턴(807)이 바람직하게는 기판(201)의 저면(805)에 배치되어 패턴(807)이 전자장치(500)의 사용자 눈의 띄지 않게 될 수 있다고 해도, 패턴(807)의 이러한 위치는 본 발명에 따라 필요하지 않으며 패턴(807)은 택일적으로 기판(201)의 상면(803)에 배치될 수도 있다. 기판(201)의 상면(803)에 배치되었을 때, 이 위에는 패턴(807)을 보호하고, 식별정보(809)가 배치된 표면을 제공하기 위해서 얇은 투명한 혹은 불투명한 막(도시생략)이 배치될 수 있다.8, 9 and 10 are perspective views of attachable parasitic antenna elements 115 in accordance with the present invention. The parasitic antenna element 800 of FIG. 8 includes a substrate 201 having an upper surface 803 and a lower surface 805. Substrate 201 preferably comprises a mylar or polycarbonate, but alternatively includes other known materials, such as Teflon, Kapton® (polyimide), polystyrene, or paper. In the embodiment shown in FIG. 8, the conductive pattern 807 forming the resonant portion of the parasitic antenna element 800 may be formed by using a conductive material such as a metal foil or conductive ink on the surface of the dielectric substrate 201 (preferably a pattern ( 807) is formed by depositing, screen printing, electroplating, etching, or placing on the bottom 805 inconspicuous to the user of the electronic or wireless communication device 500, model number, manufacturer logo, serial number, warning label. Information 809 or other information for identifying a wireless or electronic device such as the above is printed on the opposite surface (preferably the upper surface 803) of the substrate 201. It will be appreciated that the method of depositing the conductive pattern 807 onto the substrate 201 depends on the nature of the actual material used. After at least the conductive pattern 807 is deposited on the surface 805 of the substrate 201, an adhesive, such as a 3M pressure sensitive (PSA) adhesive, is applied to the surface comprising the pattern 807 so that the surface 805 is formed. To the exterior 501 of the device 500. Once attached to the enclosure 501 by an adhesive, the surface 805 of the substrate 201 including the conductive pattern 807 may have the enclosure 501 in an area adjacent to any internal coupling or antenna 117. Contact with. Although the conductive pattern 807 is preferably placed on the bottom 805 of the substrate 201 so that the pattern 807 can be invisible to the user of the electronic device 500, this position of the pattern 807 is It is not necessary in accordance with the present invention and the pattern 807 may alternatively be disposed on the top surface 803 of the substrate 201. When placed on the top surface 803 of the substrate 201, a thin transparent or opaque film (not shown) may be disposed thereon to protect the pattern 807 and provide a surface on which the identification information 809 is disposed. Can be.
도 8에 도시한 바와 같이, 전도성 패턴(807)이 인쇄되는 기판(201)의 저면(805)의 면적은 기판(201)의 저면(805)의 전체 면적에 비해 작을 수 있다. 제조자 로고, 장치 모델번호, 장치 일련번호, 혹은 기판의 상면(803) 상에 어떤 다른 추가 정보를 포함하는 비교적 큰 점착성 라벨 기판의 저면(805)에 패턴(807)이 배치될 경우가 그러할 수 있을 것이다. 대안으로, 도 9에 도시한 바와 같이, 전도성 패턴(907)이 인쇄되는 기판(201)의 표면(05)의 면적은 기판(201)의 표면(905)의 전체 면적과 거의 같을 수 있다. 기판의 상면(903)에 제조자명 혹은 장치 일련번호만을 포함하는 비교적 작은 점착성 라벨 기판(201)의 저면(905)에 패턴(907)이 배치될 경우가 그러할 수 있다.As shown in FIG. 8, the area of the bottom 805 of the substrate 201 on which the conductive pattern 807 is printed may be smaller than the total area of the bottom 805 of the substrate 201. This may be the case if the pattern 807 is placed on the bottom 805 of a relatively large adhesive label substrate that includes a manufacturer logo, device model number, device serial number, or some other additional information on the top surface 803 of the substrate. will be. Alternatively, as shown in FIG. 9, the area of the surface 05 of the substrate 201 on which the conductive pattern 907 is printed may be approximately equal to the total area of the surface 905 of the substrate 201. This may be the case when the pattern 907 is disposed on the bottom 905 of the relatively small sticky label substrate 201 containing only the manufacturer name or device serial number on the top surface 903 of the substrate.
대안으로서의 실시예에서, 도 10에 도시한 바와 같이, 상면(1003)과 저면(1005)을 구비한 기판(201)은 도 6에 도시한 바와 같이 PCMCIA 카드가 외장부(501)내 슬롯(507)에 삽입될 수 있게 하는 컷-아웃(1011)을 포함한다. 기생 안테나 소자(1007)의 구성은 전술한 바와 같다. 이를테면 제조자 로고와 같은 무선 통신 장치를 식별하는 식별정보(1009) 혹은 그 외 다른 정보는 기판(201)의 대향면에 인쇄될 수 있다(바람직하게는 상면(1003)에).In an alternative embodiment, as shown in FIG. 10, a substrate 201 having an upper surface 1003 and a lower surface 1005 is provided with a PCMCIA card slot 507 in the exterior 501 as shown in FIG. 6. Cut-out 1011 to allow insertion into The configuration of the parasitic antenna element 1007 is as described above. Identification information 1009 or other information identifying a wireless communication device, such as a manufacturer logo, for example, may be printed on the opposite side of the substrate 201 (preferably on top surface 1003).
컴퓨터 시뮬레이션 및 전파암실(anechoic chamber) 테스팅에 따르면 전술한 기생 안테나 소자(115)의 추가로 내부 안테나 소자(117)만의 효율에 비해 도 1에도시한 바와 같이 안테나 시스템(101)의 효율이 증대됨을 보였다. 도 5에 대략적으로 도시한 내부 안테나 소자(117)에서 1mm 떨어져, 도 2에 도시한 바와 같이 구성하여 무선 통신 장치의 외장부(501)의 외측 상면에 배치된 기생 안테나 소자(115)에 대해서, 한 이러한 컴퓨터 시뮬레이션에서 정규화한 주파수 대 효율의 그래프(1200)를 도 11에 도시하였다. 내부 안테나 소자(117)는 통상 PCMCIA 카드에 구현되는 전자기 루프 안테나이다. 기생 안테나 소자(115)는 공진 주파수가 980MHz이고 Q는 60이며 내부 안테나 소자(117)는 공진 주파수가 930MHz이고 무부하 Q는 60이다.Computer simulations and anechoic chamber testing show that the addition of the parasitic antenna element 115 described above increases the efficiency of the antenna system 101 as shown in FIG. 1 compared to the efficiency of the internal antenna element 117 alone. Seemed. About the parasitic antenna element 115 which is 1 mm apart from the internal antenna element 117 shown in FIG. 5 and arranged on the outer upper surface of the exterior part 501 of the radio communication apparatus, as shown in FIG. A graph 1200 of frequency vs. efficiency normalized in one such computer simulation is shown in FIG. 11. The internal antenna element 117 is an electromagnetic loop antenna typically implemented in a PCMCIA card. Parasitic antenna element 115 has a resonant frequency of 980 MHz, Q is 60, internal antenna element 117 has a resonant frequency of 930 MHz, and no-load Q of 60.
도 11에 도시한 바와 같이, 기생 안테나 소자(115)를 포함하는 안테나 시스템(101)의 정규화한 효율(1203)은 내부 안테나 소자(117)만을 포함하는 안테나 시스템의 정규화한 효율(1201)보다 6데시벨(db)만큼 컸다. 또한, 비교적 넓은 주파수 범위(980MHz의 기생 요소 공진 주파수에 대해 대략 300MHz)에 대해서도 기생 안테나 소자(115)에 의해 제공되는 효율 향상은 여전하였다.As shown in FIG. 11, the normalized efficiency 1203 of the antenna system 101 that includes the parasitic antenna element 115 is greater than the normalized efficiency 1201 of the antenna system that includes only the internal antenna element 117. It was as big as decibels (db). In addition, the efficiency improvement provided by the parasitic antenna element 115 still remains over a relatively wide frequency range (approximately 300 MHz for the parasitic element resonant frequency of 980 MHz).
전술한 바로부터, 유전체 기판에 배치된 기생 안테나 소자의 적용은 단일 요소로 한정될 필요는 없다는 것을 알 것이다. 도 12는 본 발명의 대안의 실시예에 따라 복수 주파수 기생 안테나 소자의 적어도 일부를 형성하는 전도성 트레이스들의 패턴 구성을 도시한 것이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 3개의 기생 안테나 소자들은 평탄한 유전체 기판(201) 상에 형성된다. 제1 기생 안테나 소자(1201)는 제1 주파수 범위 f1에 대해 동작하게 동조되고, 제2 기생 안테나 소자(1203)는 제2 주파수 범위 f2에 대해 동작하게 동조되고, 제3 기생 안테나 소자(1205)는 제3 주파수 범위 f3에 대해 동작하게 동조되고, 여기서 f1>f2>f3이다. 기생 안테나 소자들이 동조되는 주파수 범위들은 오버랩될 수 있고, 그럼으로써 무선 통신 장치가 동조될 수 있는 주파수 범위가 확장되고 혹은 주파수 범위들은 상이한 동작 대역들을 수용하도록 넓게 이격될 수 있다.From the foregoing, it will be appreciated that the application of parasitic antenna elements disposed on the dielectric substrate need not be limited to a single element. 12 illustrates a pattern configuration of conductive traces forming at least a portion of a multi-frequency parasitic antenna element in accordance with an alternative embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, three parasitic antenna elements are formed on the flat dielectric substrate 201. The first parasitic antenna element 1201 is tuned to operate over the first frequency range f1, the second parasitic antenna element 1203 is tuned to operate over the second frequency range f2, and the third parasitic antenna element 1205 Is tuned to operate for the third frequency range f3, where f1> f2> f3. The frequency ranges in which the parasitic antenna elements are tuned can overlap, whereby the frequency range over which the wireless communication device can be tuned can be extended or the frequency ranges can be widely spaced to accommodate different operating bands.
도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 기생 안테나 소자의 대안으로서의 실시예들을 도시한 것이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 기생 안테나 소자의 형상은 사각 형상으로 제약될 필요는 없고, 이를테면 원형(도시된 바와 같음), 혹은 타원형(도시생략)을 갖는 1 턴(turn) 기생 안테나 소자와 같이, 다른 형상도 포함할 수 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 기생 안테나 소자는 낮은 동작 주파수들에서 사용하기 위한 복수 턴으로 구성될 수 있다. 복수 턴은 비아(via)들을 통해 피드에 의해 접속되는 유전체 기판의 서로 다른 층들에 제조될 수 있다. 기생 안테나 소자는 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 넓은 도체요소들을 포함할 수 있다. 이러한 큰 폭의 루프들은 낮은 Q를 제공할 수 있고 따라서 얇은 와이어 기하구조에 의해 제공되는 것보다 넓은 대역폭들을 제공할 수 있다. 얇은 부착가능한 기판 상에 평탄한 도체 패턴들을 이용한 다른 기생 안테나 소자도 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.13 through 16 illustrate alternative embodiments of the parasitic antenna element according to the present invention. As shown in FIG. 13, the shape of the parasitic antenna element need not be restricted to a square shape, such as a one-turn parasitic antenna element having a circular shape (as shown) or an elliptical shape (not shown). It may also include other shapes. As shown in FIG. 14, the parasitic antenna element may be configured with multiple turns for use at low operating frequencies. Multiple turns can be fabricated in different layers of the dielectric substrate that are connected by a feed through vias. The parasitic antenna element may include wide conductor elements, as shown in FIGS. 15 and 16. Such wide loops can provide low Q and thus provide wider bandwidths than those provided by thin wire geometries. It will be appreciated that other parasitic antenna elements using flat conductor patterns on thin attachable substrates may also be used.
본 발명은 기생 안테나 소자 및 기생 안테나 소자를 탑재한 무선 통신 장치를 포함한다. 본 발명에 의해서, 삽입가능한 PCMCIA 카드들 상에 있는 라디오 회로를 사용하여 무선 기능을 얻는 랩탑 컴퓨터들, 팜탑 컴퓨터들, 및 PDA들과 같은 무선 통신 장치들은 향상된 안테나 성능을 얻을 수 있고, 따라서, 부착가능한 요소로서 본 발명의 기생 안테나 소자를 탑재함으로써 넓은 동작 범위를 얻을 수 있다. 이러한 기생 안테나 소자가 무선 통신 장치의 안테나 시스템에 포함될 때, 기생 안테나 소자는, 특히, 내부 안테나 소자가 상존한 애퍼처(예를 들면, PCMCIA 슬롯)의 크기 제약으로 인해 비교적 비효율적인 내부 안테나 소자를 안테나 시스템이 포함할 때, 안테나 시스템의 효율 및/또는 이득을 향상시키도록 작용한다. 내부 루프 안테나도 탑재한 다른 전자장치들에 기생 루프 요소가 활용될 수 있다는 것을 알 것이다.The present invention includes a parasitic antenna element and a wireless communication device equipped with a parasitic antenna element. According to the present invention, wireless communication devices such as laptop computers, palmtop computers, and PDAs that obtain wireless functionality using radio circuitry on insertable PCMCIA cards can obtain improved antenna performance, and thus, attach By mounting the parasitic antenna element of the present invention as a possible element, a wide operating range can be obtained. When such a parasitic antenna element is included in an antenna system of a wireless communication device, the parasitic antenna element is particularly inefficient due to the size constraints of the aperture (eg, PCMCIA slot) in which the internal antenna element resides. When included, it serves to improve the efficiency and / or gain of the antenna system. It will be appreciated that parasitic loop elements may be utilized in other electronics that also have an inner loop antenna.
더구나, 이를테면 라벨에 의해 제공되는 얇은 점착성 기판 상에 직접 배치됨으로써, 본 발명의 기생 안테나 소자는 매우 낮은 프로파일을 유지하며, 따라서, 대부분의 사용자들의 인공 환경 공학적 요건을 충족시킨다. 또한, 장치 라벨의 뒤에 배치될 때, 기생 안테나 소자는 장치 사용자에 의해 실질적으로 검출할 수 없으면서도 원하는 효율 향상을 제공한다. 또한, 본 발명의 기생 안테나 소자는 무선 통신 장치에 직접 부착될 수 있으므로, 본 발명은 종래 기술의 안테나 효율 향상 기술들과는 반대로 무선 통신 장치의 내부 안테나 소자에 가깝게 기생 안테나 소자가 놓이게 하기 위해서 외장 케이스 혹은 그 외 다른 추가 외장부의 사용을 필요로 하지 않는다. 마지막으로, 종래 기술의 수동으로 동조되는 안테나 향상 장치들과는 달리, 본 발명은 기생 안테나 소자가 기생 안테나 소자의 공진 주파수를 설정하는 분산 캐패시터를 포함함으로써 고정 동조된 광대역의 안테나 향상을 제공한다. 마지막으로, 전술한 바와 같이 기생 안테나 소자를 무선 통신 장치의 외장부 내 이미 형성된 홈 내에 놓여지는 라벨에 결합함으로써 기생 안테나 소자의 배치가 간단하게된다.Moreover, by being placed directly on a thin tacky substrate provided by a label, for example, the parasitic antenna elements of the present invention maintain a very low profile and thus meet the artificial environmental requirements of most users. In addition, when placed behind a device label, the parasitic antenna element provides the desired efficiency improvement without being substantially detectable by the device user. In addition, since the parasitic antenna element of the present invention can be directly attached to the wireless communication device, the present invention provides an external case or a case for placing the parasitic antenna element close to the internal antenna element of the wireless communication device as opposed to the antenna efficiency improving techniques of the prior art. It does not require the use of any additional enclosures. Finally, unlike the prior art manually tuned antenna enhancement devices, the present invention provides a fixed tuned broadband antenna enhancement by including a parasitic capacitor that sets the resonant frequency of the parasitic antenna element. Finally, as described above, the arrangement of the parasitic antenna elements is simplified by coupling the parasitic antenna elements to a label placed in a groove already formed in the exterior of the wireless communication device.
전술한 바는 본 발명의 바람직한 실시예 및 대안으로서의 실시예에 대한 것이지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않으며, 본 개시된 바에 비추어, 여러 가지 다른 실시예들이 이 기술에 숙련된 자들에게 명백할 것임을 알 것이다. 따라서, 첨부한 청구범위에 대한 모든 적법한 등가물들을 포함하는 것으로 해석하게 되는 이들 청구범위들에 특정하게 지적되고 구별되게 청구된 본 발명에 범위에서 일탈함이 없이 변경이 행해질 수 있음을 알 것이다.While the foregoing is directed to preferred and alternative embodiments of the invention, it is to be understood that the invention is not so limited and that various other embodiments will be apparent to those skilled in the art in light of the present disclosure. will be. It is, therefore, to be understood that modifications may be made without departing from the scope of the invention as specifically pointed out and distinctly claimed in these claims, which are to be construed as including all legal equivalents to the appended claims.
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