WO2012153690A1 - 結合度調整回路、アンテナ装置および通信端末装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a multiband antenna device and a communication terminal device including the antenna device.
- Patent Documents 1 and 2 disclose multi-resonant antennas in which a radiating element and a radiating element are coupled for the purpose of expanding an applicable frequency band. These multi-resonant antennas are configured such that a feeding element and a parasitic element run in parallel in a region having a high magnetic field component to magnetically couple each other so that each element acts as a radiating element.
- a typical configuration of a conventional multi-resonant antenna as shown in Patent Documents 1 and 2 includes a first radiating element RE1 that is a feeding element and a first element that is a parasitic element.
- the two radiating elements RE2 are provided, and the vicinity of the power feeding portion of the first radiating element RE1 and the vicinity of the ground end of the second radiating element RE2 are brought close to each other and are parallel-coupled to each other.
- the resonance frequency of the first radiating element RE1 is f1 and the resonance frequency of the second radiating element RE2 is f2
- the first radiating element RE1 and the second radiating element RE2 are coupled.
- the second radiating element RE2 resonates at f2.
- the reflection loss characteristic of the entire multi-resonant antenna is a combination of the resonance characteristic of the first radiating element RE1 and the resonance characteristic of the second radiating element RE2, and becomes a characteristic as indicated by a solid line in FIG.
- the strength of the coupling between the first radiating element RE1 and the second radiating element RE2 is determined by the distance between the two, but the vicinity of the feeding portion of the first radiating element RE1 and the ground end of the second radiating element RE2. It is necessary to make them close and run in parallel. Therefore, the degree of freedom of the pattern of the first radiating element RE1 and the second radiating element RE2 is low.
- the feeding circuit and the multi-resonant antenna cannot be matched, and further, other than the parallel running part (magnetically coupled part). If there are parts (particularly metal objects), there arises a problem that the degree of coupling between the first radiating element RE1 and the second radiating element RE2 changes.
- the present invention solves the above-mentioned problems, and has a high degree of freedom in designing the radiating element pattern, and can set the degree of coupling between the two radiating elements regardless of whether they are close to each other.
- An object of the present invention is to provide an antenna device and a communication terminal device including the antenna device.
- the coupling degree adjusting circuit of the present invention includes a first coil element, a primary circuit to which the first radiating element is connected, a second coil element that is electromagnetically coupled to the first coil element, And a secondary side circuit to which the radiating element is connected.
- the antenna device of the present invention includes a first radiating element, a second radiating element, the first radiating element, and a coupling degree adjusting circuit connected between the second radiating element and the feeding circuit,
- the coupling degree adjustment circuit includes a first coil element, includes a primary circuit connected to the first radiating element, a second coil element that electromagnetically couples to the first coil element, and the second And a secondary circuit connected to the radiating element.
- a communication terminal apparatus includes an antenna device having a first radiating element, a second radiating element, and a coupling degree adjusting circuit connected between the first radiating element and the second radiating element and a feeding circuit.
- the coupling degree adjustment circuit includes a first coil element, includes a primary circuit connected to the first radiating element, a second coil element that electromagnetically couples to the first coil element, and the second And a secondary circuit connected to the radiating element.
- the present invention it is not necessary to run the first radiating element and the second radiating element in parallel, so that the degree of freedom in designing the patterns increases.
- the predetermined coupling degree can be determined even when the first radiating element and the second radiating element are brought closer to each other, matching between the feeding circuit and the multiple resonance antenna is facilitated.
- FIG. 1A is a diagram showing a typical configuration of a conventional multi-resonant antenna.
- FIG. 1B is a diagram showing the reflection loss characteristics of the multi-resonant antenna.
- FIG. 2 is a circuit diagram of the antenna device 101 according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the antenna device according to the first embodiment.
- FIG. 4A is a configuration diagram of the antenna device 102 according to the second embodiment.
- FIG. 4B shows the reflection loss characteristics of the antenna device 102 as viewed from the feeder circuit.
- FIG. 5 is a configuration diagram of an antenna device 103A according to the third embodiment.
- FIG. 6 is a configuration diagram of the antenna device 103B of the third embodiment.
- FIG. 7 is a configuration diagram of the antenna device 103C of the third embodiment.
- FIG. 8 is a configuration diagram of the antenna device 103D of the third embodiment.
- FIG. 9 is a circuit diagram of the antenna device 104 provided with the coupling degree adjusting circuit 24 of the fourth embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conductor pattern of each layer when the degree of coupling adjustment circuit 24 according to the fourth embodiment is configured on a multilayer substrate.
- FIG. 11 is a circuit diagram of the antenna device 105 including the coupling degree adjusting circuit 25 of the fifth embodiment.
- FIG. 12 is an exploded perspective view of the coupling degree adjusting circuit 25 of the fifth embodiment.
- FIG. 13 is a perspective view of the main part of the antenna device 106 according to the sixth embodiment.
- FIG. 14 is a circuit diagram of the antenna device 106.
- FIG. 14 is a circuit diagram of the antenna device 106.
- FIG. 15 shows the reflection loss characteristics of the antenna device 106 as viewed from the feeder circuit.
- FIG. 16 is a circuit diagram of the antenna device 107 according to the seventh embodiment.
- FIG. 17 is a circuit diagram of the antenna device 108 according to the eighth embodiment.
- FIG. 18 is a circuit diagram of an antenna device 109 according to the ninth embodiment.
- FIG. 19 is a circuit diagram of a coupling element 22A having a configuration different from that of the coupling element shown in FIG.
- FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the communication terminal apparatus of the tenth embodiment.
- FIG. 2A and 2B are circuit diagrams of the antenna device 101 according to the first embodiment.
- the coupling degree adjustment circuit 21 portion is simplified.
- FIG. 2B shows the configuration of the coupling degree adjustment circuit 21 more specifically.
- the antenna device 101 includes a coupling degree adjusting circuit 21, a first radiating element 11, and a second radiating element 12.
- the first radiating element 11 is connected to a first port (feeding port) P ⁇ b> 1 of the coupling degree adjusting circuit 21.
- the second radiating element 12 is connected to the second port P ⁇ b> 2 of the coupling degree adjusting circuit 21.
- the coupling degree adjusting circuit 21 includes a primary side circuit configured by the first coil element L1 and a secondary side circuit configured by the second coil element L2.
- the first radiating element 11 is connected to the first coil element L1
- the second radiating element 12 is connected to the second coil element L2.
- the coupling degree adjusting circuit 21 includes a first coil element L1 and a second coil element L2 that are electromagnetically coupled to each other. Therefore, the first radiating element 11 and the second radiating element 12 are coupled via the coupling degree adjusting circuit 21.
- the degree of coupling between the first radiating element 11 and the second radiating element 12 can be determined by the degree of coupling of the coupling degree adjusting circuit 21.
- the degree of coupling of the coupling degree adjusting circuit 21 can be determined by, for example, the coil interval between the first coil element L1 and the second coil element L2.
- the electromagnetic field coupling of each coil element is mainly coupling via a magnetic field, but a part of the electric field coupling may be included.
- the first coil element L1 is composed of coil elements L1a and L1b
- the second coil element L2 is composed of coil elements L2a and L2b.
- the coil element L1a and the coil element L2a share the coil winding axis, and the conductor patterns of the two coil elements run in parallel with each other in a plan view state (as viewed in the coil winding axis direction). Therefore, the magnetic field generated by the current b flowing through the coil element L1a is coupled to the coil element L2a, and the induced current d flows through the coil element L2a in the reverse direction. Similarly, since the coil element L1b and the coil element L2b share a coil winding axis and are parallel to each other, a magnetic field generated when a current c flows through the coil element L1b is coupled to the coil element L2b. The induced current e flows through the coil element L2b in the reverse direction. Then, as indicated by an arrow B in the figure, a magnetic flux passing through the closed magnetic path is formed by these currents.
- Capacitors Ca and Cb in FIG. 2B are symbols representing the coupling capacitance for the electric field coupling.
- the first coil element L1 and the second coil element L2 are strongly coupled by both the magnetic field and the electric field. That is, loss can be suppressed and high frequency energy can be propagated.
- FIG. 3 shows a more specific configuration example of the antenna device of the first embodiment.
- the first radiating element 11 is formed on the first surface PS of the rectangular parallelepiped dielectric element body 10
- the second radiating element 12 is formed on the second surface SS of the dielectric element body 10.
- the first radiating element 11 and the second radiating element 12 are L-shaped linear conductors extending from the respective first ends to the second end (open end).
- the first radiating element 11 and the second radiating element 12 run in parallel from the first end toward the second end (open end).
- the resonance frequency of the first radiating element 11 is represented by f1 and the resonance frequency of the second radiating element 12 is represented by f2, the relation of f1 ⁇ f2 is established, and therefore the second radiating element 12 is shorter than the first radiating element 11.
- the first end of the first radiating element 11 is connected to the first port P1 of the coupling degree adjusting circuit 21, and the first end of the second radiating element 12 is connected to the second port P2 of the coupling degree adjusting circuit 21.
- the coupling degree of the first radiating element 11 and the second radiating element 12 (without the coupling degree adjusting circuit 21) is 0.2 to 0.3, but the coupling degree of the coupling degree adjusting circuit 21 is 0.5 or more. (Desirably 0.7 or more).
- the degree of coupling between the primary side circuit and the secondary side circuit is higher than the degree of coupling between the first radiating element and the second radiating element that do not pass through the coupling degree adjusting circuit.
- the radiating element 12 is mainly coupled by the coupling degree adjusting circuit 21.
- the distance between the first radiating element 11 and the second radiating element 12 (dielectric)
- it can be determined by the degree of coupling between the first coil element L1 and the second coil element L2 of the coupling degree adjusting circuit 21. Therefore, the design freedom of the pattern of the first radiating element 11 and the second radiating element 12 with respect to the dielectric element body 10 and the dielectric element body 10 is high.
- FIG. 4A is a configuration diagram of the antenna device 102 according to the second embodiment.
- the antenna device 102 includes a coupling degree adjusting circuit 21, a first radiating element 11, and a second radiating element 12.
- the coupling degree adjustment circuit 21 has a primary side circuit including the first coil element L1 and a secondary side circuit including the second coil element L2, and the first coil element L1 and the second coil element L2 are electromagnetically coupled to each other. Join the field.
- the first radiating element 11 and the third radiating element 13 are formed on the first surface PS of the rectangular parallelepiped dielectric element body 10, and the second radiating element 12 is formed on the second surface SS of the dielectric element body 10. Is formed.
- the first radiating element 11 and the second radiating element 12 are conductors each having a rectangular spiral shape.
- the first radiating element 11 and the second radiating element 12 run in parallel from the first end toward the second end (open end).
- the third radiating element 13 is also a rectangular spiral conductor.
- the first end of the third radiating element 13 is disposed so as to be far from the first ends of the first radiating element 11 and the second radiating element 12.
- the third radiating element 13 is coupled to the first radiating element 11 via an electromagnetic field.
- the first radiating element 11 is connected to the first port (feeding port) P1 of the coupling degree adjusting circuit 21.
- the second radiating element 12 is connected to the second port P ⁇ b> 2 of the coupling degree adjusting circuit 21. Therefore, the first radiating element 11 and the second radiating element 12 are coupled via the coupling degree adjusting circuit 21.
- the degree of coupling between the first radiating element 11 and the second radiating element 12 is determined by the degree of coupling of the coupling degree adjusting circuit 21.
- the first radiating element 11 and the third radiating element 13 are electromagnetically coupled by being partially close to each other. And the coupling
- the resonance frequency of the first radiating element 11 is represented by f1
- the resonance frequency of the second radiating element 12 is represented by f2
- the resonance frequency of the third radiating element 13 is represented by f3, in this example, the relationship is f3 ⁇ f1 ⁇ f2.
- FIG. 4B shows the reflection loss characteristics of the antenna device 102 as viewed from the feeder circuit.
- the reflection loss characteristic of this antenna device is a combination of the resonance characteristic of the first radiating element RE1, the resonance characteristic of the second radiating element RE2, and the resonance characteristic of the third radiating element RE3, which is indicated by a broken line in FIG.
- FIG. 5 is a configuration diagram of an antenna device 103A according to the third embodiment.
- the antenna device 103A includes a coupling degree adjusting circuit 23A, a first radiating element 11, and a second radiating element 12.
- the coupling degree adjusting circuit 23A includes a primary side circuit including the first coil element L1 and a secondary side circuit including the second coil element L2, and the first coil element L1 and the second coil element L2 are electromagnetically connected to each other. Join the field.
- the first radiating element 11 is formed on the first surface PS of the rectangular parallelepiped dielectric element body 10
- the second radiating element 12 is formed on the second surface SS of the dielectric element body 10.
- the first radiating element 11 and the second radiating element 12 are L-shaped linear conductors extending from the respective first ends to the second end (open end).
- the first radiating element 11 and the second radiating element 12 run in parallel from the first end toward the second end (open end).
- a coupling degree adjusting circuit 23 ⁇ / b> A is connected between the first radiating element 11 and the second radiating element 12 and the power feeding circuit 30.
- a first matching circuit 91 is connected between the first coil element L1 and the first radiating element 11 of the coupling degree adjusting circuit 23A.
- a second matching circuit 92 is connected between the two-coil element L2 and the second radiating element 12 of the coupling degree adjusting circuit 23A.
- the first matching circuit 91 matches the impedance of the first coil element L1 of the coupling degree adjusting circuit 23A with the impedance of the first radiating element 11.
- the second matching circuit 92 matches the impedance of the second coil element L2 of the coupling degree adjusting circuit 23A with the impedance of the second radiating element 12.
- the first radiating element 11 and the second radiating element 12 are coupled via a coupling degree adjusting circuit 23A.
- the degree of coupling between the first radiating element 11 and the second radiating element 12 is determined by the degree of coupling of the coupling degree adjusting circuit 23A.
- the coupling degree adjusting circuit 23A by providing the first matching circuit 91 between the first coil element L1 and the first radiating element 11 of the coupling degree adjusting circuit 23A, the coupling degree adjusting circuit according to the characteristics of the first radiating element 11.
- the impedance of the first coil element L1 of 23A can be matched with the impedance of the first radiating element 11.
- the coupling degree adjusting circuit 23A according to the characteristics of the second radiating element 12 is provided.
- the impedance of the second coil element L2 can be matched with the impedance of the second radiating element 12.
- these matching circuits may be comprised by the single element of an inductor or a capacitor, and may be comprised by LC resonance circuit ((pi) type
- FIG. 6 is a configuration diagram of the antenna device 103B of the third embodiment.
- the antenna device 103B includes a coupling degree adjusting circuit 23B, a first radiating element 11, and a second radiating element 12.
- the coupling degree adjustment circuit 23B includes a primary side circuit including the first coil element L1 and a secondary side circuit including the second coil element L2, and the first coil element L1 and the second coil element L2 are electromagnetically coupled to each other. Join the field.
- a coupling degree adjusting circuit 23B is connected between the first radiating element 11 and the second radiating element 12 and the power feeding circuit 30.
- a first matching circuit 91 is connected between the first coil element L1 and the first radiating element 11 of the coupling degree adjusting circuit 23B.
- a second matching circuit 92 is connected between the second coil element L2 and the second radiating element 12 of the coupling degree adjusting circuit 23B.
- a third matching circuit 93 is connected between the first coil element L1 of the coupling degree adjusting circuit 23B and the power feeding circuit 30.
- the third matching circuit 93 matches the impedance of the first coil element L1 of the coupling degree adjusting circuit 23B with the impedance of the power feeding circuit 30.
- Other configurations and operations are the same as those of the antenna device 103A.
- FIG. 7 is a configuration diagram of the antenna device 103C of the third embodiment.
- the antenna device 103C includes a coupling degree adjusting circuit 23C, a first radiating element 11, and a second radiating element 12.
- the coupling degree adjusting circuit 23C includes a primary side circuit including the first coil element L1 and a secondary side circuit including the second coil element L2, and the first coil element L1 and the second coil element L2 are electromagnetically connected to each other. Join the field.
- a coupling degree adjusting circuit 23 ⁇ / b> C is connected between the first radiating element 11 and the second radiating element 12 and the power feeding circuit 30.
- a first matching circuit 91 is connected between the first coil element L1 and the first radiating element 11 of the coupling degree adjusting circuit 23C.
- a second matching circuit 92 is connected between the second coil element L2 and the second radiating element 12 of the coupling degree adjusting circuit 23C.
- a third matching circuit 93 is connected between the first coil element L1 of the coupling degree adjusting circuit 23C and the power feeding circuit 30.
- a fourth matching circuit 94 is connected between the first coil element L1 of the coupling degree adjusting circuit 23C and the ground.
- a fifth matching circuit 95 is connected between the second coil element L2 of the coupling degree adjusting circuit 23C and the ground.
- the first matching circuit 91, the third matching circuit 93, and the fourth matching circuit 94 are impedance matching between the first coil element L1 and the feeding circuit 30 of the coupling degree adjusting circuit 23C, and the first coil element L1 and the first radiating element 11. And impedance matching.
- the second matching circuit 92 and the fifth matching circuit 95 are for impedance matching between the second coil element L2 and the second radiating element 12 of the coupling degree adjusting circuit 23C.
- Other configurations and operations are the same as those of the antenna devices 103A and 103B.
- FIG. 8 is a configuration diagram of the antenna device 103D of the third embodiment.
- the antenna device 103D includes a coupling degree adjusting circuit 23D, a first radiating element 11, and a second radiating element 12.
- the coupling degree adjustment circuit 23D includes a primary side circuit including the first coil element L1 and a secondary side circuit including the second coil element L2, and the first coil element L1 and the second coil element L2 are electromagnetically connected to each other. Join the field.
- a sixth matching circuit 96 is connected between the first coil element L1 and the second coil element L2.
- a seventh matching circuit 97 is connected to the shunt between the first coil element L1 and the power feeding circuit 30.
- an eighth matching circuit 98 is connected to the shunt between the second coil element L2 and the second radiating element 12.
- the sixth matching circuit 96 matches the first coil element L1 and the second coil element L2.
- the seventh matching circuit 97 performs matching between the feeding circuit 30 and the first coil element L1 together with the matching circuits 91, 93, and 94.
- the eighth matching circuit 98 performs matching between the second coil element L2 and the second radiating element 12 together with the matching circuits 92 and 95.
- FIG. 9 is a circuit diagram of the antenna device 104 provided with the coupling degree adjusting circuit 24 of the fourth embodiment.
- the primary side coil and the secondary side coil of the coupling degree adjusting circuit 24 are each composed of two coil elements.
- the primary side circuit of the coupling degree adjustment circuit 24 is connected in series between the power feeding circuit 30 and the first radiating element 11, and the second radiating element 12 is connected to the secondary side circuit of the coupling degree adjustment circuit 24. ing.
- the primary side coil and the secondary side coil are coupled (tightly coupled) with a high degree of coupling. That is, the primary coil is composed of a coil element L1a and a coil element L1b, and these coil elements are connected in series with each other and wound so as to form a closed magnetic circuit.
- the secondary side coil is composed of a coil element L2a and a coil element L2b, and these coil elements are connected in series with each other and wound so as to form a closed magnetic circuit.
- the coil element L1a and the coil element L1b are coupled in opposite phases (additive coupling), and the coil element L2a and the coil element L2b are coupled in opposite phases (additive coupling).
- the coil element L1a and the coil element L2a are coupled in phase (depolarized coupling), and the coil element L1b and coil element L2b are coupled in phase (depolarized coupling).
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conductor pattern of each layer when the coupling degree adjustment circuit 24 according to the fourth embodiment is configured on a multilayer substrate that is a laminate of a plurality of dielectric layers or magnetic layers. .
- Each layer is composed of a dielectric sheet or a magnetic sheet, and a conductor pattern is formed on the base material layers 51a to 51f.
- the conductor pattern 74 is formed in the base material layer 51a within the range shown in FIG.
- Conductive patterns 72 are formed on the base material layer 51b, and conductive patterns 71 and 73 are formed on the base material layer 51c.
- Conductive patterns 61 and 63 are formed on the base material layer 51d, conductive patterns 62 are formed on the base material layer 51e, and a power supply terminal 41, a ground terminal 43, and a connection port for the first radiating element are provided on the lower surface of the base material layer 51f.
- An antenna terminal 42 and an antenna terminal 44 which is a connection port for the second radiating element are formed.
- a broken line extending in the vertical direction in FIG. 10 is a via electrode, and connects the conductor pattern and the conductor pattern between layers.
- the coil element L1a is constituted by the right half of the conductor pattern 72 and the conductor pattern 71.
- the left half of the conductor pattern 72 and the conductor pattern 73 constitute a coil element L1b.
- the coil element L2a is configured by the conductor pattern 61 and the right half of the conductor pattern 62. Further, the left half of the conductor pattern 62 and the conductor pattern 63 constitute a coil element L2b.
- the dashed ellipse represents a closed magnetic circuit.
- the closed magnetic circuit CM12 is linked to the coil elements L1a and L1b. Further, the closed magnetic circuit CM34 is linked to the coil elements L2a and L2b.
- coil element L1a and the coil element L2a are also coupled by an electric field.
- coil element L1b and coil element L2b are also coupled by an electric field. Therefore, when an AC signal flows through the coil element L1a and the coil element L1b, a current is excited in the coil element L2a and the coil element L2b by electric field coupling.
- L1 and L2 are strongly coupled by both a magnetic field and an electric field.
- FIG. 11 is a circuit diagram of the antenna device 105 including the coupling degree adjusting circuit 25 of the fifth embodiment.
- the primary side coil of the coupling degree adjusting circuit 25 includes four coil elements L1a, L1b, L1c, and L1d
- the secondary side coil includes two coil elements L2a and L2b.
- the primary side circuit of the coupling degree adjustment circuit 25 is connected in series between the power feeding circuit 30 and the first radiating element 11, and the second radiating element 12 is connected to the secondary side circuit of the coupling degree adjustment circuit 25. ing.
- the coil elements L1a and L1b are electromagnetically coupled in opposite phases.
- the coil elements L1c and L1d are also electromagnetically coupled in opposite phases.
- the coil elements L2a and L2b are electromagnetically coupled in opposite phases.
- the coil elements L2a and L1a are electromagnetically coupled in the same phase, and the coil elements L2a and L1c are also electromagnetically coupled in the same phase.
- the coil elements L2b and L1b are electromagnetically coupled in the same phase, and the coil elements L2b and L1d are electromagnetically coupled in the same phase.
- FIG. 12 is an exploded perspective view of the coupling degree adjusting circuit 25 of the fifth embodiment.
- the base material layers 51a to 51k are composed of magnetic sheets, and conductor patterns are formed on the base material layers 51b to 51k.
- Conductive pattern 73 is formed on base material layer 51b
- conductive patterns 72 and 74 are formed on base material layer 51c
- conductive patterns 71 and 75 are formed on base material layer 51d
- conductive pattern 83 is formed on base material layer 51e.
- the conductor patterns 82 and 84 are formed on the base material layer 51f
- the conductor patterns 81 and 85 are formed on the base material layer 51g
- the conductor patterns 61 and 65 are formed on the base material layer 51h
- the conductors are formed on the base material layer 51i.
- Patterns 62 and 64 are formed, and a conductor pattern 63 is formed on the base material layer 51j.
- a feeding terminal 41, a ground terminal 43, an antenna terminal 42 that is a connection port of the first radiating element, an antenna terminal 44 that is a connection port of the second radiating element, and the like are formed on the lower surface of the base material layer 51k.
- a line extending in the vertical direction in FIG. 12 is a via electrode, and connects the conductor pattern and the conductor pattern between the layers.
- the coil elements L1a and L1b are constituted by the conductor patterns 61 to 65, and the coil elements L1c and L1d are constituted by the conductor patterns 71 to 75. Further, the coil elements L2a and L2b are constituted by the conductor patterns 81 to 85.
- the primary side coils (L1a, L1b) are arranged by sandwiching the secondary side coils (L2a, L2b) between the primary side coils (L1a, L1b) and (L1c, L1d).
- L1c, L1d) and the secondary side coils (L2a, L2b) are more tightly coupled, that is, the leakage magnetic field is reduced and the energy transmission loss of the high-frequency signal between the primary side coil and the secondary side coil is reduced.
- FIG. 13 is a perspective view of the main part of the antenna device 106 according to the sixth embodiment.
- FIG. 14 is a circuit diagram of the antenna device 106.
- a first radiating element 11, a second radiating element 12, and a third radiating element 13 are provided.
- a coupling degree adjustment circuit 26 ⁇ / b> A is connected between the power feeding portions of these radiating elements 11, 12, and 13 and the power feeding circuit 30.
- the coupling degree adjusting circuit 26A includes a matching circuit 93, a coupling element 20, and coil elements L1 and L3.
- the coupling element 20 has a primary side circuit including the coil element L2 and a secondary side circuit including the coil element L4, and the coil element L2 and the coil element L4 are electromagnetically coupled to each other.
- a reactance element 15 is inserted between the coil element L2 and the second radiating element 12.
- a reactance element 16 is inserted between the coil element L4 and the third radiating element 13.
- a series circuit of coil elements L1 and L3 is connected between the first radiating element 11 and the matching circuit 93, and the coupling element 20 is connected between the connection point and the ground.
- the degree of coupling between the second radiating element 12 and the third radiating element 13 can be determined by the mutual induction M24 between the coil elements L2 and L4 of the coupling element 20.
- FIG. 15 shows the reflection loss characteristics of the antenna device 106 as viewed from the feeder circuit.
- “Low Band” is a reflection loss characteristic by the first radiating element 11
- “High Band” is a reflection loss characteristic by the second radiating element 12 and the third radiating element 13. That is, the first radiating element 11 covers the low band, and the second radiating element 12 and the third radiating element 13 cover the high band.
- the high-band bandwidth can be determined by the length of the second radiating element 12, the length of the third radiating element 13, the reactance of the reactance elements 15 and 16, and the degree of coupling of the coupling element 20.
- a plurality of radiating elements may be connected to the primary side circuit of the coupling degree adjusting circuit (26A).
- a plurality of radiating elements may be connected to the secondary circuit of the coupling degree adjusting circuit.
- FIG. 16 is a circuit diagram of the antenna device 107 according to the seventh embodiment.
- three radiating elements 11, 12, and 13 are provided.
- a coupling degree adjusting circuit 26 ⁇ / b> B is connected between the power feeding portions of these radiating elements 11, 12, and 13 and the power feeding circuit 30.
- the coupling degree adjusting circuit 26B includes a matching circuit 93, a coupling element 19, and coil elements L1 and L2.
- the coupling element 19 has a primary side circuit including the coil element L3 and a secondary side circuit including the coil element L4, and the coil element L3 and the coil element L4 are electromagnetically coupled to each other.
- a reactance element 16 is inserted between the coil element L4 and the third radiating element 13.
- the coil element L1 is connected between the first radiating element 11 and the coupling element 19, and the coil element L2 is connected between the second radiating element 12 and the coupling element 19.
- the first radiating element 11, the second radiating element 12, and the third radiating element 13 each cover a predetermined frequency band.
- the first radiating element 11 covers the low band
- the second radiating element 12 and the third radiating element 13 cover the high band.
- the bandwidth of the high band can be determined by the length of the second radiating element 12, the length of the third radiating element 13, the reactance of the reactance element 16, the inductance of the coil element L2, and the coupling degree of the coupling element 19.
- two or more radiating elements may be connected to the primary side circuit or the secondary side circuit of the coupling degree adjusting circuit.
- FIG. 17 is a circuit diagram of the antenna device 108 according to the eighth embodiment.
- three radiating elements 11, 12, and 13 are provided.
- a coupling degree adjusting circuit 26 ⁇ / b> C is connected between the power feeding portions of these radiating elements 11, 12, and 13 and the power feeding circuit 30.
- the coupling degree adjusting circuit 26C includes a coupling element 19 and coil elements L1, L2, and L3.
- the coupling element 19 has a primary side circuit including the coil element L5 and a secondary side circuit including the coil element L4, and the coil element L5 and the coil element L4 are electromagnetically coupled to each other.
- a reactance element 16 is inserted between the coil element L4 and the third radiating element 13.
- the coil elements L1 and L3 are connected between the first radiating element 11 and the coupling element 19, and the coil elements L2 and L3 are connected between the second radiating element 12 and the coupling element 19.
- the coil elements L1, L2, and L3 serve as a branch circuit and a matching circuit.
- the first radiating element 11, the second radiating element 12, and the third radiating element 13 each cover a predetermined frequency band.
- the first radiating element 11 covers the low band
- the second radiating element 12 and the third radiating element 13 cover the high band.
- the bandwidth of the high band can be determined by the length of the second radiating element 12, the length of the third radiating element 13, the reactance of the reactance element 16, the inductances of the coil elements L2 and L3, and the degree of coupling of the coupling element 19.
- a matching circuit may be provided on the radiation element side of the primary side circuit of the coupling degree adjusting circuit.
- FIG. 18 is a circuit diagram of an antenna device 109A according to the ninth embodiment.
- three radiating elements 11, 12, and 13 are provided.
- a coupling degree adjusting circuit 26 ⁇ / b> D is connected between the power feeding units of these radiating elements 11, 12, and 13 and the power feeding circuit 30.
- the coupling degree adjusting circuit 26D includes a coupling element 22A and coil elements L1, L2, and L3.
- the coupling element 22A has a primary side circuit including the coil elements L5 and L6 and a secondary side circuit including the coil element L4, and the coil element L6 and the coil element L4 are electromagnetically coupled to each other.
- a reactance element 16 is inserted between the coil element L4 and the third radiating element 13.
- the coil elements L1 and L3 are connected between the first radiating element 11 and the coupling element 22A, and the coil elements L2 and L3 are connected between the second radiating element 12 and the coupling element 22A.
- the coil elements L1, L2, and L3 serve as a branch circuit and a matching circuit.
- the three coil elements L4, L5, and L6 and their mutual inductions M46, M56, and M45 can determine the impedance of the primary circuit, the impedance of the secondary circuit, and the degree of coupling.
- the first radiating element 11, the second radiating element 12, and the third radiating element 13 each cover a predetermined frequency band.
- the first radiating element 11 covers the low band
- the second radiating element 12 and the third radiating element 13 cover the high band.
- the bandwidth of the high band can be determined by the length of the second radiating element 12, the length of the third radiating element 13, the reactance of the reactance element 16, the inductances of the coil elements L2 and L3, and the coupling degree of the coupling element 22A.
- the coupling element may be constituted by three or more coil elements.
- FIG. 19 is a circuit diagram of an antenna device 109B including a coupling element 22B having a configuration different from that of the coupling element 22A.
- Coil elements L6a, L6b, and L5 are provided in the primary side circuit. That is, the coil element L6 shown in FIG. 18 is divided into coil elements L6a and L6b so that the coil element L6a and the coil element L5 are coupled, and the coil element L6b and the coil element L4 are coupled. In this way, the coupling amount and the inductance may be set individually.
- FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the communication terminal apparatus of the tenth embodiment.
- the communication terminal device is, for example, a mobile phone terminal, and includes an antenna device 101, a high frequency module 7, a transmission circuit 6, a reception circuit 8, and a baseband circuit 5.
- the antenna device 101 includes a coupling degree adjusting circuit 21, a first radiating element 11, and a second radiating element 12.
- the high-frequency module 7 includes a high-frequency switch and a demultiplexing / multiplexing circuit for switching between low-band and high-band transmission signals and switching between low-band and high-band reception signals.
- the transmission circuit 6 includes a low-band transmission circuit and a high-band transmission circuit.
- the receiving circuit 8 includes a low-band receiving circuit and a high-band receiving circuit.
- the coupling degree adjusting circuit 21 is the coupling degree adjusting circuit 21 shown in the first embodiment or the second embodiment, but the coupling degree adjusting circuit shown in the third to ninth embodiments is applied in addition to this. May be.
- the high frequency module 7 may be combined with the coupling degree adjusting circuit 21 to form a single module.
- CM12, CM34 ... closed magnetic path L1 ... first coil element L2 ... second coil elements L1a, L1b, L1c, L1d ... coil element P1 ... first port P2 ... second port RE1 ... first radiating element RE2 ... second radiating element RE3 ... third radiating element 5 ... baseband circuit 6 ... transmitting circuit 7 ... high frequency module 8 ... receiving circuit 10 ... dielectric body 11 ... first radiating element 12 ... second radiating element 13 ... third radiating elements 15, 16 ... reactance elements 19, 20, 22, 22A ... coupling elements 21, 24, 25 ... coupling degree adjusting circuits 23A-23D ... coupling degree adjusting circuits 26A-26D ... coupling degree adjusting circuit 30 ...
- feeding circuit 41 feeding terminals 42, 44 ... Antenna terminal 43 ... Ground terminals 51a to 51k ... Base material layers 61 to 65 ... Conductor patterns 71 to 75 ... Conductor patterns 81 to 85 ... Conductor patterns 91 to 98 ... Adjusting Circuit 101,102,104 ⁇ 108,109A, 109B ... the antenna device 103A, 103B, 103C, 103D ... the antenna device
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
直方体形状の誘電体素体(10)の第1面に第1放射素子(11)が形成されていて、誘電体素体(10)の第2面に第2放射素子(12)が形成されている。第1放射素子(11)と第2放射素子(12)は、それぞれの第1端から第2端(開放端)まで延びるL字状の線状導体である。第1放射素子(11)および第2放射素子(12)は、それぞれの第1端から第2端(開放端)方向へ並走している。第1放射素子(11)の第1端は結合度調整回路(21)の第1ポート(P1)に接続されていて、第2放射素子(12)の第1端は結合度調整回路(21)の第2ポート(P2)に接続されている。第1放射素子(11)と第2放射素子(12)とは主に結合度調整回路(21)で結合する。
Description
本発明はマルチバンド用のアンテナ装置およびそれを備えた通信端末装置に関するものである。
適用周波数帯域を広げることを目的として、放射素子と放射素子とを結合させた複共振アンテナが特許文献1、2に開示されている。これらの複共振アンテナは、給電素子と無給電素子とを磁界成分の高い領域で並走させることにより互いに磁界結合させて、それぞれの素子を放射素子として作用させるようにしている。
特許文献1,2に示されているような従来の複共振アンテナの典型的な構成は、図1(A)に示すように、給電素子である第1放射素子RE1と無給電素子である第2放射素子RE2とを備え、第1放射素子RE1の給電部付近と第2放射素子RE2のグランド端付近とを近接させるとともに並走させることにより互いに磁界結合させるものである。
第1放射素子RE1の共振周波数をf1、第2放射素子RE2の共振周波数をf2とすると、第1放射素子RE1と第2放射素子RE2とが結合することにより、図1(B)に示すように、第2放射素子RE2はf2で共振する。この複共振アンテナ全体の反射損失特性は、第1放射素子RE1の共振特性と第2放射素子RE2の共振特性との合成であり、図1(B)の実線で示すような特性となる。
ところが、第1放射素子RE1と第2放射素子RE2との結合の強さは両者間の間隔で定めることになるが、第1放射素子RE1の給電部付近と第2放射素子RE2のグランド端付近とを近接させるとともに並走させることが条件となる。そのため、第1放射素子RE1および第2放射素子RE2のパターンの自由度が低い。また、第1放射素子RE1と第2放射素子RE2とを近づけすぎると、給電回路と複共振アンテナとの整合がとれなくなる、さらには、並走部分(磁気結合している部分)の近くに他の部品(特に金属物)があると、第1放射素子RE1と第2放射素子RE2との結合度が変化してしまう、という問題が生じる。
本発明は上記の課題を解消して、放射素子パターンの設計上の自由度が高く、二つの放射素子が近接している近接していないに関わらず両者間の結合度を設定できるようにしたアンテナ装置、およびそのアンテナ装置を備えた通信端末装置を提供することを目的としている。
本発明の結合度調整回路は、第1コイル素子を含み、第1放射素子が接続される一次側回路と、前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、第2放射素子が接続される二次側回路と、を有することを特徴とする。
本発明のアンテナ装置は、第1放射素子と、第2放射素子と、前記第1放射素子および前記第2放射素子と給電回路との間に接続される結合度調整回路とを有し、
前記結合度調整回路は、第1コイル素子を含み、前記第1放射素子に接続された一次側回路と、前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、前記第2放射素子に接続された二次側回路と、を有することを特徴とする。
前記結合度調整回路は、第1コイル素子を含み、前記第1放射素子に接続された一次側回路と、前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、前記第2放射素子に接続された二次側回路と、を有することを特徴とする。
本発明の通信端末装置は、第1放射素子と、第2放射素子と、前記第1放射素子および前記第2放射素子と給電回路との間に接続される結合度調整回路とを有するアンテナ装置を備え、
前記結合度調整回路は、第1コイル素子を含み、前記第1放射素子に接続された一次側回路と、前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、前記第2放射素子に接続された二次側回路と、を有することを特徴とする。
前記結合度調整回路は、第1コイル素子を含み、前記第1放射素子に接続された一次側回路と、前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、前記第2放射素子に接続された二次側回路と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、第1放射素子と第2放射素子とを並走させなくてもよいので、それらのパターンの設計上の自由度があがる。また、第1放射素子と第2放射素子とをより近づけても所定の結合度に定めることができるので、給電回路と複共振アンテナとの整合が容易になる。
《第1の実施形態》
図2(A)、図2(B)は第1の実施形態のアンテナ装置101の回路図である。図2(A)では結合度調整回路21部分を簡略化して表している。図2(B)では、結合度調整回路21の構成をより具体的に表している。このアンテナ装置101は結合度調整回路21、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。第1放射素子11は結合度調整回路21の第1ポート(給電ポート)P1に接続されている。第2放射素子12は結合度調整回路21の第2ポートP2に接続されている。
図2(A)、図2(B)は第1の実施形態のアンテナ装置101の回路図である。図2(A)では結合度調整回路21部分を簡略化して表している。図2(B)では、結合度調整回路21の構成をより具体的に表している。このアンテナ装置101は結合度調整回路21、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。第1放射素子11は結合度調整回路21の第1ポート(給電ポート)P1に接続されている。第2放射素子12は結合度調整回路21の第2ポートP2に接続されている。
結合度調整回路21は、第1コイル素子L1で構成される一次側回路と、第2コイル素子L2で構成される二次側回路とを有する。第1コイル素子L1には第1放射素子11が接続され、第2コイル素子L2には第2放射素子12が接続される。
結合度調整回路21は、互いに電磁界結合する第1コイル素子L1および第2コイル素子L2を含んで構成される。したがって、第1放射素子11と第2放射素子12とは結合度調整回路21を介して結合する。そして、第1放射素子11と第2放射素子12との結合度は結合度調整回路21の結合度で定めることができる。結合度調整回路21の結合度は、例えば第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とのコイル間隔で定めることができる。なお、各コイル素子の電磁界結合は主に磁界を介しての結合であるが、電界結合が一部含まれていてもよい。
ここで、特に結合度調整回路21の作用について、図2(B)を参照して説明する。
図2(B)に示すように、第1コイル素子L1はコイル素子L1a,L1bで構成されていて、第2コイル素子L2はコイル素子L2a,L2bで構成されている。給電回路30から図中矢印a方向に電流が供給されたとき、コイル素子L1aに図中矢印b方向に電流が流れるとともに、コイル素子L1bには図中矢印c方向に電流が流れる。そして、これらの電流により、図中矢印Aで示されるように、閉磁路を通る磁束が形成される。
図2(B)に示すように、第1コイル素子L1はコイル素子L1a,L1bで構成されていて、第2コイル素子L2はコイル素子L2a,L2bで構成されている。給電回路30から図中矢印a方向に電流が供給されたとき、コイル素子L1aに図中矢印b方向に電流が流れるとともに、コイル素子L1bには図中矢印c方向に電流が流れる。そして、これらの電流により、図中矢印Aで示されるように、閉磁路を通る磁束が形成される。
コイル素子L1aとコイル素子L2aは、コイル巻回軸を共有していて、且つ平面視状態(コイル巻回軸方向に見た状態)でこの二つのコイル素子の導体パターンが互いに並走しているので、コイル素子L1aに電流bが流れて生じる磁界がコイル素子L2aに結合して、コイル素子L2aに誘導電流dが逆方向に流れる。同様に、コイル素子L1bとコイル素子L2bは、コイル巻回軸を共有していて、且つ互いに並走しているので、コイル素子L1bに電流cが流れて生じる磁界がコイル素子L2bに結合して、コイル素子L2bに誘導電流eが逆方向に流れる。そして、これらの電流により、図中矢印Bで示されるように、閉磁路を通る磁束が形成される。
コイル素子L1a,L1bによる閉磁路を通る磁束と、コイル素子L2a,L2bによる閉磁路を通る磁束とは反発する関係であるので、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2との間には等価的な磁気障壁MWが生じることになる。
また、コイル素子L1aとコイル素子L2aとは電界によっても結合されている。同様に、コイル素子L1bとコイル素子L2bとは電界によっても結合されている。したがって、コイル素子L1aおよびコイル素子L1bに交流信号が流れるとき、コイル素子L2aおよびコイル素子L2bには電界結合により電流が励起される。図2(B)中のキャパシタCa,Cbは前記電界結合のための結合容量を表象的に表した記号である。
第1コイル素子L1に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により第2コイル素子L2に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により第2コイル素子L2に流れる電流の向きとは同じである。したがって、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とは磁界と電界の両方で強く結合することになる。すなわち、損失を抑え、高周波エネルギーを伝搬させることができる。
図3は第1の実施形態のアンテナ装置のより具体的な構成例を示すものである。この例では、直方体形状の誘電体素体10の第1面PSに第1放射素子11が形成されていて、誘電体素体10の第2面SSに第2放射素子12が形成されている。第1放射素子11と第2放射素子12は、それぞれの第1端から第2端(開放端)まで延びるL字状の線状導体である。第1放射素子11および第2放射素子12は、それぞれの第1端から第2端(開放端)方向へ並走している。第1放射素子11の共振周波数をf1、第2放射素子12の共振周波数をf2で表すと、f1<f2の関係であるので、第2放射素子12は第1放射素子11より短い。
第1放射素子11の第1端は結合度調整回路21の第1ポートP1に接続されていて、第2放射素子12の第1端は結合度調整回路21の第2ポートP2に接続されている。第1放射素子11と第2放射素子12との(結合度調整回路21を介さない)結合度は0.2~0.3であるが、結合度調整回路21の結合度は0.5以上(望ましくは0.7以上)である。このように一次側回路と二次側回路との結合度が、結合度調整回路を介さない第1放射素子と第2放射素子との結合度より高いことにより、第1放射素子11と第2放射素子12とは主に結合度調整回路21で結合することになる。
なお、誘電体素体10に形成した第1放射素子11と第2放射素子12との結合度を調整するために、従来技術では第1放射素子11と第2放射素子12との間隔(誘電体素体10の厚み)を調整する必要があったが、本発明によれば結合度調整回路21の第1コイル素子L1と第2コイル素子L2との結合度で定めることができる。そのため、誘電体素体10に対する第1放射素子11および第2放射素子12のパターンや誘電体素体10の設計上の自由度が高い。
《第2の実施形態》
図4(A)は第2の実施形態のアンテナ装置102の構成図である。このアンテナ装置102は、結合度調整回路21、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。結合度調整回路21は、第1コイル素子L1を含む一次側回路と、第2コイル素子L2を含む二次側回路とを有し、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とが互いに電磁界結合する。
図4(A)は第2の実施形態のアンテナ装置102の構成図である。このアンテナ装置102は、結合度調整回路21、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。結合度調整回路21は、第1コイル素子L1を含む一次側回路と、第2コイル素子L2を含む二次側回路とを有し、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とが互いに電磁界結合する。
直方体形状の誘電体素体10の第1面PSには第1放射素子11および第3放射素子13が形成されていて、誘電体素体10の第2面SSには第2放射素子12が形成されている。第1放射素子11と第2放射素子12は、それぞれの矩形の渦巻き状をなす導体である。この第1放射素子11および第2放射素子12は、それぞれの第1端から第2端(開放端)方向へ並走している。第3放射素子13も矩形の渦巻き状をなす導体である。第3放射素子13の第1端は第1放射素子11および第2放射素子12の第1端とは互いに遠い側になるように配置されている。第3放射素子13は第1放射素子11に電磁界を介して結合する。
第1放射素子11は結合度調整回路21の第1ポート(給電ポート)P1に接続されている。第2放射素子12は結合度調整回路21の第2ポートP2に接続されている。そのため、第1放射素子11と第2放射素子12とは結合度調整回路21を介して結合する。そして、第1放射素子11と第2放射素子12との結合度は結合度調整回路21の結合度で定まる。また、第1放射素子11と第3放射素子13とは互いに部分的に近接していることにより電磁界結合する。そして、第1放射素子11と第3放射素子13との結合度は、それぞれのパターンを変えないとすれば、互いの近接距離で定まる。
第1放射素子11の共振周波数をf1、第2放射素子12の共振周波数をf2、第3放射素子13の共振周波数をf3で表すと、この例ではf3<f1<f2の関係である。
図4(B)は給電回路からみたアンテナ装置102の反射損失特性である。このアンテナ装置の反射損失特性は、図4(B)中で破線で示す、第1放射素子RE1の共振特性、第2放射素子RE2の共振特性、および第3放射素子RE3の共振特性の合成であり、図4(B)の実線で示すような広帯域の周波数特性となる。
《第3の実施形態》
図5は第3の実施形態のアンテナ装置103Aの構成図である。このアンテナ装置103Aは、結合度調整回路23A、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。結合度調整回路23Aは、第1コイル素子L1を含む一次側回路と、第2コイル素子L2を含む二次側回路とを有し、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とが互いに電磁界結合する。第1放射素子11は直方体形状の誘電体素体10の第1面PSに形成されていて、第2放射素子12は誘電体素体10の第2面SSに形成されている。第1放射素子11と第2放射素子12は、それぞれの第1端から第2端(開放端)まで延びるL字状の線状導体である。第1放射素子11および第2放射素子12は、それぞれの第1端から第2端(開放端)方向へ並走している。
図5は第3の実施形態のアンテナ装置103Aの構成図である。このアンテナ装置103Aは、結合度調整回路23A、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。結合度調整回路23Aは、第1コイル素子L1を含む一次側回路と、第2コイル素子L2を含む二次側回路とを有し、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とが互いに電磁界結合する。第1放射素子11は直方体形状の誘電体素体10の第1面PSに形成されていて、第2放射素子12は誘電体素体10の第2面SSに形成されている。第1放射素子11と第2放射素子12は、それぞれの第1端から第2端(開放端)まで延びるL字状の線状導体である。第1放射素子11および第2放射素子12は、それぞれの第1端から第2端(開放端)方向へ並走している。
第1放射素子11および第2放射素子12と給電回路30との間に結合度調整回路23Aが接続されている。結合度調整回路23Aの第1コイル素子L1と第1放射素子11との間には第1整合回路91が接続されている。また、結合度調整回路23Aの2コイル素子L2と第2放射素子12との間には第2整合回路92が接続されている。第1整合回路91は結合度調整回路23Aの第1コイル素子L1のインピーダンスを第1放射素子11のインピーダンスに整合させる。第2整合回路92は結合度調整回路23Aの第2コイル素子L2のインピーダンスを第2放射素子12のインピーダンスに整合させる。
第1放射素子11と第2放射素子12とは結合度調整回路23Aを介して結合する。そして、第1放射素子11と第2放射素子12との結合度は結合度調整回路23Aの結合度で定まる。
このように、結合度調整回路23Aの第1コイル素子L1と第1放射素子11との間に第1整合回路91を備えたことにより、第1放射素子11の特性に応じて結合度調整回路23Aの第1コイル素子L1のインピーダンスを第1放射素子11のインピーダンスに整合させることができる。同様に、結合度調整回路23Aの第2コイル素子L2と第2放射素子12との間に第2整合回路92を備えたことにより、第2放射素子12の特性に応じて結合度調整回路23Aの第2コイル素子L2のインピーダンスを第2放射素子12のインピーダンスに整合させることができる。なお、これらの整合回路はインダクタやキャパシタの単独素子で構成されていてもよいし、LC共振回路(π型、T型、直列型、並列型など)で構成されていてもよい。以降に示す実施形態についても同様である。
図6は第3の実施形態のアンテナ装置103Bの構成図である。このアンテナ装置103Bは、結合度調整回路23B、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。結合度調整回路23Bは、第1コイル素子L1を含む一次側回路と、第2コイル素子L2を含む二次側回路とを有し、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とが互いに電磁界結合する。
第1放射素子11および第2放射素子12と給電回路30との間に結合度調整回路23Bが接続されている。結合度調整回路23Bの第1コイル素子L1と第1放射素子11との間には第1整合回路91が接続されている。また、結合度調整回路23Bの第2コイル素子L2と第2放射素子12との間には第2整合回路92が接続されている。さらに、結合度調整回路23Bの第1コイル素子L1と給電回路30との間には第3整合回路93が接続されている。この第3整合回路93は結合度調整回路23Bの第1コイル素子L1のインピーダンスを給電回路30のインピーダンスに整合させる。その他の構成および作用はアンテナ装置103Aと同じである。
図7は第3の実施形態のアンテナ装置103Cの構成図である。このアンテナ装置103Cは、結合度調整回路23C、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。結合度調整回路23Cは、第1コイル素子L1を含む一次側回路と、第2コイル素子L2を含む二次側回路とを有し、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とが互いに電磁界結合する。
第1放射素子11および第2放射素子12と給電回路30との間に結合度調整回路23Cが接続されている。結合度調整回路23Cの第1コイル素子L1と第1放射素子11との間には第1整合回路91が接続されている。また、結合度調整回路23Cの第2コイル素子L2と第2放射素子12との間には第2整合回路92が接続されている。また、結合度調整回路23Cの第1コイル素子L1と給電回路30との間には第3整合回路93が接続されている。また、結合度調整回路23Cの第1コイル素子L1とグランドとの間には第4整合回路94が接続されている。さらに、結合度調整回路23Cの第2コイル素子L2とグランドとの間には第5整合回路95が接続されている。第1整合回路91、第3整合回路93、第4整合回路94は結合度調整回路23Cの第1コイル素子L1と給電回路30とのインピーダンス整合、および第1コイル素子L1と第1放射素子11とのインピーダンス整合をはかっている。第2整合回路92および第5整合回路95は結合度調整回路23Cの第2コイル素子L2と第2放射素子12とのインピーダンス整合をはかっている。その他の構成および作用はアンテナ装置103A,103Bと同じである。
図8は第3の実施形態のアンテナ装置103Dの構成図である。このアンテナ装置103Dは、結合度調整回路23D、第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。結合度調整回路23Dは、第1コイル素子L1を含む一次側回路と、第2コイル素子L2を含む二次側回路とを有し、第1コイル素子L1と第2コイル素子L2とが互いに電磁界結合する。
第1コイル素子L1と第2コイル素子L2との間には第6整合回路96が接続されている。また、第1コイル素子L1と給電回路30との間には、シャントに第7の整合回路97が接続されている。さらに、第2コイル素子L2と第2放射素子12との間には、シャントに第8の整合回路98が接続されている。
第6の整合回路96は第1コイル素子L1と第2コイル素子L2との整合をはかる。第7の整合回路97は整合回路91,93,94と共に給電回路30と第1コイル素子L1との間の整合をはかる。第8の整合回路98は整合回路92,95と共に第2コイル素子L2と第2放射素子12との間の整合をはかる。
《第4の実施形態》
図9は第4の実施形態の結合度調整回路24を備えたアンテナ装置104の回路図である。
第4の実施形態は、結合度調整回路24の一次側コイルと二次側コイルとがそれぞれ二つのコイル素子で構成されている。そして、給電回路30と第1放射素子11との間に、結合度調整回路24の一次側回路がシリーズに接続され、結合度調整回路24の二次側回路に第2放射素子12が接続されている。
図9は第4の実施形態の結合度調整回路24を備えたアンテナ装置104の回路図である。
第4の実施形態は、結合度調整回路24の一次側コイルと二次側コイルとがそれぞれ二つのコイル素子で構成されている。そして、給電回路30と第1放射素子11との間に、結合度調整回路24の一次側回路がシリーズに接続され、結合度調整回路24の二次側回路に第2放射素子12が接続されている。
この例は、一次側コイルと二次側コイルとが高い結合度で結合(密結合)されたものである。すなわち、一次側コイルはコイル素子L1aおよびコイル素子L1bで構成されていて、これらのコイル素子は互いに直列的に接続され、且つ閉磁路が構成されるように巻回されている。また、二次側コイルはコイル素子L2aおよびコイル素子L2bで構成されていて、これらのコイル素子は互いに直列的に接続され、且つ閉磁路を構成するように巻回されている。換言すると、コイル素子L1aとコイル素子L1bとは逆相で結合(加極性結合)し、コイル素子L2aとコイル素子L2bとは逆相で結合(加極性結合)する。
さらに、コイル素子L1aとコイル素子L2aとは同相で結合(減極性結合)するとともに、コイル素子L1bとコイル素子L2bとは同相で結合(減極性結合)することが好ましい。
図10は、第4の実施形態に係る結合度調整回路24を、複数の誘電体層または磁性体層の積層体である多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。各層は誘電体シートまたは磁性体シートで構成され、基材層51a~51fに導体パターンが形成されている。
図10に示した範囲で、基材層51aに導体パターン74が形成されている。基材層51bには導体パターン72が形成され、基材層51cに導体パターン71,73が形成されている。基材層51dに導体パターン61,63が形成され、基材層51eに導体パターン62が形成され、基材層51fの下面に給電端子41、グランド端子43、第1放射素子の接続ポートであるアンテナ端子42および第2放射素子の接続ポートであるアンテナ端子44がそれぞれ形成されている。図10中の縦方向に延びる破線はビア電極であり、導体パターンと導体パターンとを層間で接続する。
図10において、導体パターン72の右半分と導体パターン71とによってコイル素子L1aを構成している。また、導体パターン72の左半分と導体パターン73とによってコイル素子L1bを構成している。また、導体パターン61と導体パターン62の右半分とによってコイル素子L2aを構成している。また、導体パターン62の左半分と導体パターン63とによってコイル素子L2bを構成している。
図10において破線の楕円形は閉磁路を表している。閉磁路CM12はコイル素子L1aとL1bとに鎖交する。また、閉磁路CM34はコイル素子L2aとL2bとに鎖交する。
図10において、閉磁路CM12とCM34とは磁束が反発する関係であるので、閉磁路CM12とCM34との間に磁気障壁が生じる。この磁気障壁で閉磁路CM12,CM34の磁束の閉じ込め性が高まる。そのため、結合係数の非常に大きなトランスとして作用させることができる。
また、コイル素子L1aとコイル素子L2aとは電界によっても結合されている。同様に、コイル素子L1bとコイル素子L2bとは電界によっても結合されている。したがって、コイル素子L1aおよびコイル素子L1bに交流信号が流れるとき、コイル素子L2aおよびコイル素子L2bには電界結合により電流が励起される。
L1に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合によりL2に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合によりL2に流れる電流の向きとは同じである。したがって、L1とL2とは磁界と電界の両方で強く結合することになる。
《第5の実施形態》
図11は第5の実施形態の結合度調整回路25を備えたアンテナ装置105の回路図である。
第5の実施形態は、結合度調整回路25の一次側コイルが四つのコイル素子L1a,L1b,L1c,L1d、二次側コイルが二つのコイル素子L2a,L2bで構成されている。そして、給電回路30と第1放射素子11との間に、結合度調整回路25の一次側回路がシリーズに接続され、結合度調整回路25の二次側回路に第2放射素子12が接続されている。
図11は第5の実施形態の結合度調整回路25を備えたアンテナ装置105の回路図である。
第5の実施形態は、結合度調整回路25の一次側コイルが四つのコイル素子L1a,L1b,L1c,L1d、二次側コイルが二つのコイル素子L2a,L2bで構成されている。そして、給電回路30と第1放射素子11との間に、結合度調整回路25の一次側回路がシリーズに接続され、結合度調整回路25の二次側回路に第2放射素子12が接続されている。
コイル素子L1a,L1bは逆相で電磁界結合している。また、コイル素子L1c,L1dも逆相で電磁界結合している。さらに、コイル素子L2a,L2bは逆相で電磁界結合している。コイル素子L2a,L1aは同相で電磁界結合していて、コイル素子L2a,L1cも同相で電磁界結合している。また、コイル素子L2b,L1bは同相で電磁界結合していて、コイル素子L2b,L1dも同相で電磁界結合している。
図12は第5の実施形態の結合度調整回路25の分解斜視図である。
図12に示すように、基材層51a~51kは磁性体シートで構成され、基材層51b~51kに導体パターンが形成されている。基材層51bに導体パターン73が形成され、基材層51cに導体パターン72,74が形成され、基材層51dに導体パターン71,75が形成され、基材層51eに導体パターン83が形成され、基材層51fに導体パターン82,84が形成され、基材層51gに導体パターン81,85が形成され、基材層51hに導体パターン61,65が形成され、基材層51iに導体パターン62,64が形成され、基材層51jに導体パターン63が形成されている。基材層51kの下面には、給電端子41、グランド端子43、第1放射素子の接続ポートであるアンテナ端子42、第2放射素子の接続ポートであるアンテナ端子44等が形成されている。図12中の縦方向に延びる線はビア電極であり、導体パターンと導体パターンとを層間で接続する。
図12に示すように、基材層51a~51kは磁性体シートで構成され、基材層51b~51kに導体パターンが形成されている。基材層51bに導体パターン73が形成され、基材層51cに導体パターン72,74が形成され、基材層51dに導体パターン71,75が形成され、基材層51eに導体パターン83が形成され、基材層51fに導体パターン82,84が形成され、基材層51gに導体パターン81,85が形成され、基材層51hに導体パターン61,65が形成され、基材層51iに導体パターン62,64が形成され、基材層51jに導体パターン63が形成されている。基材層51kの下面には、給電端子41、グランド端子43、第1放射素子の接続ポートであるアンテナ端子42、第2放射素子の接続ポートであるアンテナ端子44等が形成されている。図12中の縦方向に延びる線はビア電極であり、導体パターンと導体パターンとを層間で接続する。
図12において、導体パターン61~65によってコイル素子L1a,L1bを構成していて、導体パターン71~75によってコイル素子L1c,L1dを構成している。また、導体パターン81~85によってコイル素子L2a,L2bを構成している。
この第5の実施形態においては、二次側コイル(L2a,L2b)を一次側コイル(L1a,L1b)と(L1c,L1d)とで挟み込むように配置することによって、一次側コイル(L1a,L1b,L1c,L1d)と二次側コイル(L2a,L2b)とがより密結合し、つまり、漏れ磁界が少なくなり、一次側コイルと二次側コイルとの間の高周波信号のエネルギー伝達ロスが少なくなる。
《第6の実施形態》
図13は第6の実施形態に係るアンテナ装置106の主要部の斜視図である。図14はアンテナ装置106の回路図である。
図13は第6の実施形態に係るアンテナ装置106の主要部の斜視図である。図14はアンテナ装置106の回路図である。
第6の実施形態では、第1放射素子11、第2放射素子12、第3放射素子13を備えている。これらの放射素子11,12,13の給電部と給電回路30との間に結合度調整回路26Aが接続されている。
結合度調整回路26Aは、整合回路93、結合素子20、コイル素子L1,L3を備えている。結合素子20は、コイル素子L2を含む一次側回路と、コイル素子L4を含む二次側回路とを有し、コイル素子L2とコイル素子L4とが互いに電磁界結合する。コイル素子L2と第2放射素子12との間にはリアクタンス素子15が挿入されている。同様に、コイル素子L4と第3放射素子13との間にはリアクタンス素子16が挿入されている。
第1放射素子11と整合回路93との間にはコイル素子L1,L3の直列回路が接続されていて、その接続点と接地との間に結合素子20が接続されている。
図14に示した回路により、第2放射素子12と第3放射素子13との結合度は結合素子20のコイル素子L2,L4間の相互誘導M24によって定めることができる。
図15は給電回路から見た前記アンテナ装置106の反射損失特性である。図15において"Low Band" は第1放射素子11による反射損失特性、"High Band" は第2放射素子12および第3放射素子13による反射損失特性である。すなわち、第1放射素子11でローバンドをカバーし、第2放射素子12および第3放射素子13でハイバンドをカバーする。ハイバンドの帯域幅は第2放射素子12の長さ、第3放射素子13の長さ、リアクタンス素子15,16のリアクタンスおよび結合素子20の結合度によって定めることができる。
このように、複数の放射素子を結合度調整回路(26A)の一次側回路に接続してもよい。また、複数の放射素子を結合度調整回路の二次側回路に接続してもよい。
《第7の実施形態》
図16は第7の実施形態に係るアンテナ装置107の回路図である。第7の実施形態では、3つの放射素子11,12,13を備えている。これらの放射素子11,12,13の給電部と給電回路30との間に結合度調整回路26Bが接続されている。
図16は第7の実施形態に係るアンテナ装置107の回路図である。第7の実施形態では、3つの放射素子11,12,13を備えている。これらの放射素子11,12,13の給電部と給電回路30との間に結合度調整回路26Bが接続されている。
結合度調整回路26Bは、整合回路93、結合素子19、コイル素子L1,L2を備えている。結合素子19は、コイル素子L3を含む一次側回路と、コイル素子L4を含む二次側回路とを有し、コイル素子L3とコイル素子L4とが互いに電磁界結合する。コイル素子L4と第3放射素子13との間にはリアクタンス素子16が挿入されている。
第1放射素子11と結合素子19との間にはコイル素子L1が接続されていて、第2放射素子12と結合素子19との間にはコイル素子L2が接続されている。
第1放射素子11、第2放射素子12および第3放射素子13はそれぞれ所定の周波数帯域をカバーする。例えば、第1放射素子11はローバンドをカバーし、第2放射素子12および第3放射素子13はハイバンドをカバーする。ハイバンドの帯域幅は第2放射素子12の長さ、第3放射素子13の長さ、リアクタンス素子16のリアクタンス、コイル素子L2のインダクタンスおよび結合素子19の結合度によって定めることができる。
このような構成で、2つまたはそれ以上の複数の放射素子を結合度調整回路の一次側回路または二次側回路に接続してもよい。
《第8の実施形態》
図17は第8の実施形態に係るアンテナ装置108の回路図である。第8の実施形態では、3つの放射素子11,12,13を備えている。これらの放射素子11,12,13の給電部と給電回路30との間に結合度調整回路26Cが接続されている。
図17は第8の実施形態に係るアンテナ装置108の回路図である。第8の実施形態では、3つの放射素子11,12,13を備えている。これらの放射素子11,12,13の給電部と給電回路30との間に結合度調整回路26Cが接続されている。
結合度調整回路26Cは、結合素子19、コイル素子L1,L2,L3を備えている。結合素子19は、コイル素子L5を含む一次側回路と、コイル素子L4を含む二次側回路とを有し、コイル素子L5とコイル素子L4とが互いに電磁界結合する。コイル素子L4と第3放射素子13との間にはリアクタンス素子16が挿入されている。
第1放射素子11と結合素子19との間にはコイル素子L1,L3が接続されていて、第2放射素子12と結合素子19との間にはコイル素子L2,L3が接続されている。コイル素子L1,L2,L3は分岐回路と整合回路とを兼ねている。
第1放射素子11、第2放射素子12および第3放射素子13はそれぞれ所定の周波数帯域をカバーする。例えば、第1放射素子11はローバンドをカバーし、第2放射素子12および第3放射素子13はハイバンドをカバーする。ハイバンドの帯域幅は第2放射素子12の長さ、第3放射素子13の長さ、リアクタンス素子16のリアクタンス、コイル素子L2,L3のインダクタンスおよび結合素子19の結合度によって定めることができる。
このように結合度調整回路の一次側回路の放射素子側に整合回路を設けてもよい。
《第9の実施形態》
図18は第9の実施形態に係るアンテナ装置109Aの回路図である。第9の実施形態では、3つの放射素子11,12,13を備えている。これらの放射素子11,12,13の給電部と給電回路30との間に結合度調整回路26Dが接続されている。
図18は第9の実施形態に係るアンテナ装置109Aの回路図である。第9の実施形態では、3つの放射素子11,12,13を備えている。これらの放射素子11,12,13の給電部と給電回路30との間に結合度調整回路26Dが接続されている。
結合度調整回路26Dは、結合素子22A、コイル素子L1,L2,L3を備えている。結合素子22Aは、コイル素子L5,L6を含む一次側回路と、コイル素子L4を含む二次側回路とを有し、コイル素子L6とコイル素子L4とが互いに電磁界結合する。コイル素子L4と第3放射素子13との間にはリアクタンス素子16が挿入されている。
第1放射素子11と結合素子22Aとの間にはコイル素子L1,L3が接続されていて、第2放射素子12と結合素子22Aとの間にはコイル素子L2,L3が接続されている。コイル素子L1,L2,L3は分岐回路と整合回路を兼ねている。
結合素子22Aを構成する3つのコイル素子L4,L5,L6のうち、コイル素子L6-L4間の相互誘導M46、コイル素子L6-L5間の相互誘導M56、コイル素子L5-L4間の相互誘導M45が生じる。前記3つのコイル素子L4,L5,L6およびこれらの相互誘導M46,M56,M45によって一次側回路のインピーダンス、二次側回路のインピーダンスおよび結合度を定めることができる。
第1放射素子11、第2放射素子12および第3放射素子13はそれぞれ所定の周波数帯域をカバーする。例えば、第1放射素子11はローバンドをカバーし、第2放射素子12および第3放射素子13はハイバンドをカバーする。ハイバンドの帯域幅は第2放射素子12の長さ、第3放射素子13の長さ、リアクタンス素子16のリアクタンス、コイル素子L2,L3のインダクタンスおよび結合素子22Aの結合度によって定めることができる。
このように3つ以上のコイル素子で結合素子を構成してもよい。
図19は、前記結合素子22Aとは構成の異なる結合素子22Bを備えたアンテナ装置109Bの回路図である。一次側回路にはコイル素子L6a,L6b,L5が設けられている。すなわち、図18に示したコイル素子L6をコイル素子L6a,L6bに分割して、コイル素子L6aとコイル素子L5とが結合し、コイル素子L6bとコイル素子L4とが結合するようにしている。このように結合量およびインダクタンスを個別に設定するように構成してもよい。
《第10の実施形態》
図20は第10の実施形態の通信端末装置の構成を示すブロック図である。この通信端末装置は例えば携帯電話端末であり、アンテナ装置101、高周波モジュール7、送信回路6,受信回路8およびベースバンド回路5を備えている。アンテナ装置101は結合度調整回路21と第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。高周波モジュール7は、ローバンドとハイバンドの送信信号の切替、およびローバンドとハイバンドの受信信号の切替を行う高周波スイッチや分波/合波回路を備えている。送信回路6はローバンド用の送信回路とハイバンド用の送信回路で構成されている。また、受信回路8はローバンド用の受信回路とハイバンド用の受信回路で構成されている。
図20は第10の実施形態の通信端末装置の構成を示すブロック図である。この通信端末装置は例えば携帯電話端末であり、アンテナ装置101、高周波モジュール7、送信回路6,受信回路8およびベースバンド回路5を備えている。アンテナ装置101は結合度調整回路21と第1放射素子11および第2放射素子12を備えている。高周波モジュール7は、ローバンドとハイバンドの送信信号の切替、およびローバンドとハイバンドの受信信号の切替を行う高周波スイッチや分波/合波回路を備えている。送信回路6はローバンド用の送信回路とハイバンド用の送信回路で構成されている。また、受信回路8はローバンド用の受信回路とハイバンド用の受信回路で構成されている。
前記結合度調整回路21は第1の実施形態または第2の実施形態で示した結合度調整回路21であるが、これ以外に第3~第9の実施形態で示した結合度調整回路を適用してもよい。
なお、前記高周波モジュール7に結合度調整回路21を組み込んで一つのモジュールにしてもよい。
なお、前記高周波モジュール7に結合度調整回路21を組み込んで一つのモジュールにしてもよい。
CM12,CM34…閉磁路
L1…第1コイル素子
L2…第2コイル素子
L1a,L1b,L1c,L1d…コイル素子
P1…第1ポート
P2…第2ポート
RE1…第1放射素子
RE2…第2放射素子
RE3…第3放射素子
5…ベースバンド回路
6…送信回路
7…高周波モジュール
8…受信回路
10…誘電体素体
11…第1放射素子
12…第2放射素子
13…第3放射素子
15,16…リアクタンス素子
19,20,22,22A…結合素子
21,24,25…結合度調整回路
23A~23D…結合度調整回路
26A~26D…結合度調整回路
30…給電回路
41…給電端子
42,44…アンテナ端子
43…グランド端子
51a~51k…基材層
61~65…導体パターン
71~75…導体パターン
81~85…導体パターン
91~98…整合回路
101,102,104~108,109A,109B…アンテナ装置
103A,103B,103C,103D…アンテナ装置
L1…第1コイル素子
L2…第2コイル素子
L1a,L1b,L1c,L1d…コイル素子
P1…第1ポート
P2…第2ポート
RE1…第1放射素子
RE2…第2放射素子
RE3…第3放射素子
5…ベースバンド回路
6…送信回路
7…高周波モジュール
8…受信回路
10…誘電体素体
11…第1放射素子
12…第2放射素子
13…第3放射素子
15,16…リアクタンス素子
19,20,22,22A…結合素子
21,24,25…結合度調整回路
23A~23D…結合度調整回路
26A~26D…結合度調整回路
30…給電回路
41…給電端子
42,44…アンテナ端子
43…グランド端子
51a~51k…基材層
61~65…導体パターン
71~75…導体パターン
81~85…導体パターン
91~98…整合回路
101,102,104~108,109A,109B…アンテナ装置
103A,103B,103C,103D…アンテナ装置
Claims (11)
- 第1コイル素子を含み、第1放射素子が接続される一次側回路と、
前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、第2放射素子が接続される二次側回路と、を有することを特徴とする結合度調整回路。 - 前記第1コイル素子および前記第2コイル素子は、複数の誘電体層または磁性体層を積層してなる積層体に一体的に構成されている、請求項1に記載の結合度調整回路。
- 前記第1コイル素子は、直列接続されるとともに閉磁路が構成されるよう隣接配置された複数のコイル導体で構成され、前記第2コイル素子は、直列接続されるとともに閉磁路が構成されるように隣接配置された複数のコイル導体で構成された、請求項1または2に記載の結合度調整回路。
- 前記一次側回路は、前記第1コイル素子と前記第1放射素子の接続ポートとの間、または前記第2コイル素子と前記第2放射素子の接続ポートとの間に接続された整合回路を備える、請求項1~3のいずれかに記載の結合度調整回路。
- 前記一次側回路は、給電回路が接続される給電ポートと前記第2放射素子との間に接続された整合回路を備える、請求項1~4のいずれかに記載の結合度調整回路。
- 前記一次側回路は、前記第1コイル素子とグランドとの間に接続された整合回路を備える、請求項1~5のいずれかに記載の結合度調整回路。
- 前記二次側回路は、前記第2コイル素子とグランドとの間に接続された整合回路を備える、請求項1~6のいずれかに記載の結合度調整回路。
- 前記一次側回路と前記二次側回路との間に接続された整合回路を備える、請求項1~7のいずれかに記載の結合度調整回路。
- 第1放射素子と、
第2放射素子と、
前記第1放射素子および前記第2放射素子と給電回路との間に接続される結合度調整回路とを有し、
前記結合度調整回路は、
第1コイル素子を含み、前記第1放射素子に接続された一次側回路と、
前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、前記第2放射素子に接続された二次側回路と、を有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記一次側回路と前記二次側回路との結合度は、前記結合度調整回路を介さない前記第1放射素子と前記第2放射素子との結合度より高い、請求項9に記載のアンテナ装置。
- 第1放射素子と、第2放射素子と、前記第1放射素子および前記第2放射素子と給電回路との間に接続される結合度調整回路とを有するアンテナ装置を備え、
前記結合度調整回路は、
第1コイル素子を含み、前記第1放射素子に接続された一次側回路と、
前記第1コイル素子に対して電磁界結合する第2コイル素子を含み、前記第2放射素子に接続された二次側回路と、を有することを特徴とする通信端末装置。
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