JP4133928B2 - アンテナおよびそれを用いた無線通信機 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ及びそれを用いた無線通信機に関し、より詳細には、複数の周波数帯を使用する無線通信機用のアンテナに関する。

無線通信技術が発展には著しいものがあり、１つの無線通信機において複数の周波数帯を用いる無線システムに対応する無線通信機が多くなってきている。特に携帯電話機などの移動体無線通信機においてはこの傾向は強くなっている。図９は、２つのアンテナを有する移動体無線通信機の構成例を示す図である。液晶ディスプレイ５４とキー基板５５とを有しており、２つのアンテナである、第１のアンテナ５１と第２のアンテナ５２とは、筐体５３に内蔵されている。第１のアンテナ５１と第２のアンテナ５２とは異なる周波数において共振し、２つのアンテナ間の結合が小さくなるように空間的に離した状態で配置されている。そのため、複数の異なる周波数帯を使用するシステムを用いた通信を同時に行う場合でも、お互いの電波がそれほど干渉し合わず、快適な通信を行なうことができる。

上記のように、複数アンテナを搭載した無線通信機においてアンテナ間のアイソレーションを確保するために、アンテナ間の距離を離して配置する対策が取られてきた。しかしながら、近年の無線通信機、特に移動体通信で使用される携帯電話などにおいては小型化の要求が強く、このような観点から限られたスペースにアンテナを配置することが好ましい。

本発明は、複数のアンテナを近くに配置しても良好なアイソレーション特性が得られるアンテナ及びそれを用いた無線通信機を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第１の放射導体板と、該第１の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第１の放射導体板を励振させるための第１の給電部と、を備えた第１のアンテナと、前記第１の給電部と前記短絡部との間に設けられた第２の給電部を有する第２の放射導体板と、を備えた第２のアンテナとを有するアンテナが提供される。また、接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第１の放射導体板と、該第１の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第１の放射導体板を励振させるための第１の給電部と、を備えた第１のアンテナと、前記第１の給電部と前記短絡部を結ぶ仮想線を含む近傍の領域に設けられ第２の給電部を有する第２の放射導体板と、を備えた第２のアンテナとを有するアンテナが提供される。

前記第１の放射導体に切り欠け領域が形成されており、前記第２の放射導体の少なくとも一部が前記切り欠け領域内に入り込んでいることを特徴とする。また、前記第１のアンテナは、前記第１の給電部と前記短絡部とを前記第１の放射導体板の外周の略１／６以上の距離だけ離して配置するとともに、前記第１の給電部に接続され前記第１のアンテナのインピーダンスを調整する第１の整合回路を有することを特徴とする。第１の給電部と前記短絡部を結ぶ仮想線を含む近傍の領域において第１のアンテナの電界強度が弱くなる。

従って、上記配置により第１及び第２のそれぞれのアンテナの通信にそれぞれ影響を与えないように両アンテナ間のアイソレーションを確保しつつ、近接して配置することが可能となり、アンテナの小型化が可能になる。さらに、例えば無線通信機に適用した場合に、無線通信機の小型化が可能となる。

前記第１のアンテナは、前記第１の給電部と前記短絡部とを前記第１の放射導体板の外周の略１／６以上の距離だけ離して配置するとともに、前記第１の給電部に接続され前記第１のアンテナのインピーダンスを調整する第１の整合回路を有することを特徴とする。
これにより、前記第２のアンテナを配置するスペースを広く確保することが可能となる。

前記第１のアンテナが使用周波数帯で共振しないように前記第１の給電部と前記短絡部とを配置するとともに、前記第１の給電部に接続され前記第１のアンテナのインピーダンスを調整する第１の整合回路を有することを特徴とする。これにより、前記整合回路を最適化することにより、さらに良好なアイソレーション特性得ることが可能となる。

前記第２の給電部に接続される第２の整合回路を有することを特徴とする。前記第１の整合回路に接続される第１のＲＦ回路と、前記第２の整合回路に接続される第２のＲＦ回路と、を有することを特徴とする。これにより、前記第1のアンテナが複数の周波数帯で共振している場合であっても、すべての使用帯域において良好なアイソレーション特性を得ることが可能となる。

前記第１の放射導体板を形成する面と前記第２の放射導体板を形成する面とを互いに交差する位置に配置したことを特徴とする。前記第１の放射導体板を形成する面と前記第２の放射導体板を形成する面とが互いに略直交する位置に配置するのがより好ましい。これにより、さらに良好なアイソレーション特性を得ることが可能となる。

前記第２の放射導体を、少なくとも一部が、Ｌ形、ジグザグ形またはメアンダ形に形成されていることを特徴とする。これにより、前記第2のアンテナを小型化することが可能となり、前記第1の給電点と前記短絡点の距離が近い場合においても、前記第2のアンテナを配置することが可能となる。

前記第１の放射導体板と、前記第２の放射導体板を例えばフレキシブル基板などの支持基板と一体に形成していることを特徴とする。これにより、部品数の削減、コストダウンの実現も可能となる。従って、無線通信機を小型化することができるという利点がある。

以上のように、本発明のアンテナおよびそれを用いた無線通信機においては、小さいスペースで高いアイソレーションをもつ複数のアンテナを配置することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の実施の形態によるアンテナを用いた無線通信機の概要について携帯電話機を例にして図面を参照しながら説明する。
図１は、携帯電話機の外観構成例を示す斜視図である。
図２は、図１に示す携帯電話機の内部構成例を示す機能ブロック図である。
図３は、携帯電話機の内部構成例を示す図である。ここでは、折り畳み型携帯電話機を例にして説明するが、他の形態の携帯電話機、例えばストレート型の携帯電話機にも本発明は適用可能である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態による携帯電話機１０は、例えば、第１の筐体（上筐体）１０ａと、第２の筐体（下筐体）１０ｂと、これらを互いに回動可能に取り付けるためのヒンジ２１と、を有している。さらに、第１の筐体１０ａ側にＬＣＤ表示部１１５と、スピーカ１２３とが設けられている。一方、第２の筐体１０ｂ側には、第２の筐体１０ｂ内に配置され図示しない第１のアンテナ１１１と第２のアンテナ１１２と、各種操作ボタン類１２２と、マイクロフォン１２４と、が設けられている。携帯電話機１０の裏面側には、カメラ１１３ａと、カメラ使用時の照明としても用いられるライト１１３ｂと、が設けられているのが一般的である。

図２に示すように、本実施の形態による携帯電話機１０には、全体の制御を行う制御部２３１が設けられ、この制御部２３１により、記憶メモリ２３２と、表示部１１５と、スピーカ１１４と、マイク１２４と、キー入力部１２２と、音声出力部１２３と、カメラ１１３ａ及びライト１１３ｂと、第１のアンテナ１１１及び第２のアンテナ１１２と、それぞれのアンテナ１１１、１１２に対応する第１の無線部２３８ａ及び第２の無線部２３８ｂと、に関する制御が行われる。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態による携帯電話機１０は、第１の筐体（上筐体）１０ａ内に配置されている第１の回路部材１５ａであって、数層の基板と基板間に設けられた配線層と回路素子とを有し、全体として導電性を有する第１の回路部材１５ａと、第２の筐体１０ｂ内に配置されている第２の回路部材１５ｂであって、同じく数層の基板と基板間に設けられた配線層と回路素子とを有し、全体として導電性を有する第２の回路部材１５ｂと、を有している。第１の筐体（上筐体）１０ａと第２の筐体１０ｂとの間には、それらを回転可能に接続するヒンジ部２１が設けられている。例えばヒンジ部２１の近傍には、例えば第２の回路部材１５ｂに接続され、後述する第１のアンテナ１１１及び第２のアンテナ１１２が設けられている。

次に、本発明の第１の実施の形態によるアンテナの詳細について図面を参照しつつ説明を行う。図４は、例えば上述の無線通信機に適用可能な本発明の第１の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態によるアンテナのうち、第１のアンテナ１１１は、平板状の地導体（接地導体板）１６と、この地導体１６に対向する位置に配置され例えば銅箔からなる第１の放射導体１１と、地導体１６と第１の放射導体１１とを短絡する短絡部１４と、短絡部１４から平板状の地導体１６の面内方向にある距離ｄだけ離れた位置において地導体１６に設けられた第１の給電部１３と、を有している。第１又は第２の回路部材１５ａ、１５ｂの少なくともいずれかが、地導体１６を兼ねるのが一般的である。図４に示す例では、図３に示す第２の回路部材１５ｂが、地導体１６を兼ねている。

第１のアンテナ１１１の第１の給電部１３と短絡部１４との間の距離ｄは、第１の放射導体１１の外周の長さ（外周全長）に対して１／６以上であるのが好ましい。第１の給電部１３は、地導体１６に形成されている整合回路を通り、第１のＲＦ回路に接続されている（図５参照）。第１の放射導体１１には、凹領域を形成するように切り欠け部が形成されている。

第２のアンテナ１１２は、例えば第１のアンテナ１１１と共通の平板状の地導体１６と、地導体１６に対向する位置に配置され第１の放射導体１１とは異なる位置に設けられ例えば銅箔からなる第２の放射導体１２とを有し、第２の給電部１５によって地導体１６上に形成されている第２の整合回路を通り、第２のＲＦ回路に接続されている（図５参照）。第２の放射導体１２は、第１の給電部１３と短絡部１４とを結ぶ仮想線を含むその近傍の領域に設けられている。第２の給電部１５も上記の近傍領域に配置されるのが好ましい。

より具体的には、第２の放射導体１２と例えば、第１の給電部１３と短絡部１４との間の第１の放射導体１１の上記切り欠け領域内に配置されおり、第２の給電部は、例えば第１の給電部１３と短絡部１４とを結ぶ仮想線上に設けられている。尚、詳細は図示を省略しているが、給電部１３・１５、短絡部１４は、第１又は第２の筐体１０ａ・１０ｂ内に設けられた地導体１６を兼ねる第１又は第２の回路基板１５ａ・１５ｂ（図３）上に設けられたランドに例えばＳＰＣ（Ｓｐｒｉｎｇ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）などのバネが半田付けにより固定されており、給電部１３・１５、短絡部１４の先端を放射導体に当接させて、給電し、或いは地導体１６のグランドに接地されている。符号１７で示す部材は、第１の放射導体１１又は第２の放射導体１２を載せるフレキシブル基板（誘電体）からなる板状部材である。この板状部材については後述する。尚、第２の放射導体にも別に短絡部を設けても良い。

図５は、第１のアンテナ１１１と、第２のアンテナ１１２と、にそれぞれ接続される整合回路の構成例を示す図である。図５においては、第１のアンテナ１１１とそれに接続される第１の整合回路２２を例に示しているが、第２のアンテナ１１２とそれに接続する第２の整合回路も同様に構成されるため、図示を省略している。以下、図４も参照しつつ第１のアンテナ１１１を例にして説明を行なう。

第１のアンテナ１１１において、放射導体１１から第１の給電部１３に設けられたバネを通って地導体１６上の整合回路２２（図５）に接続されている。整合回路２２が接続されていない状態での第１の放射導体１１の共振周波数は、所望の使用周波数では共振しておらず、整合回路２２に接続することにより、所望の複数の周波数、例えば、８００ＭＨｚ帯と１７００〜１９００ＭＨｚ帯との２つの周波数帯においてアンテナの効率が大きくなるように調整する。第１又は第２の整合回路２２は、例えば、以下のように構成されている。すなわち、放射導体１１と第１の接地部ＧＮＤ１とに接続され第１のインダクタＬ１が設けられ、放射導体１１と第１のインダクタとの間から分岐された配線に第１のキャパシタＣ１が設けられ、その先で分岐された一方の配線は、第２のキャパシタＣ２を介して第２の接地部ＧＮＤ２に接続されている。分岐された他方の配線は、第２のインダクタＬ２を介して第１又は第２のＲＦ回路に接続されている。尚、整合回路部は、ジャンパーのみで形成されても良く、マイクロストリップやトリプレートなどのラインのみで形成されていてもよい。一方、第２のアンテナ１１２は、例えば、ブルートゥースなどで使用されているＩＳＭ帯（２．４ＧＨｚ帯）などの周波数が高く、エレメント長が短くてすむアンテナが好ましい。

第１のアンテナ１１１における第１の放射導体１１からの電界強度は、第１の給電部１３と短絡部１４との間において最も弱くなる傾向にあるため、第２のアンテナ１１２における第２の放射導体１２を上記仮想線を含む第１の給電部１３と短絡部１４との間に形成された切り込み領域に配置することにより、第１のアンテナ１１１を含む第１の通信システムと第２のアンテナ１１２を含む第１の通信システムとが異なる第２の通信システムとが、お互いの通信システムに悪影響を及ぼさないような良好なアイソレーション特性を得ることが可能となる。従って、２つのアンテナ１１１、１１２を省スペースで配置することができるため、無線通信機の小型化が可能になる。

また、上記の例では、第１のアンテナ１１１が複数の使用周波数帯を有する場合について説明をしたが、単一の周波数帯で使用する場合についても適用可能である。また、図４においては、第１のアンテナ１１１の第１の放射導体１１の切り込み内に第２のアンテナ１１２の第２の放射導体１２が設けられるとともに、第１の放射導体１１の給電部１３と短絡部１４とを結ぶ直線上に第２の放射導体１２の第２の給電部１５が位置している例について説明したが、これらの位置関係は基本的には維持されるものの、直線から少しずれた位置に第２の給電部１５が設けられていても良いし、第２の放射導体１２も第１の放射導体１１の切り込み内から少し外れていても良い。第１の放射導体１１に切り込みがない場合には、給電部１３と短絡部１４とを結ぶ直線からこの直線と交差する方向に少し外れた位置に配置されるようにすれば良い。また、第１の放射板１１、第２の放射板１２は、１枚のフレキシブル基板を用いて作成することにより、部品数の削減、コストダウンの実現も可能となる。

次に、本発明の実施の形態によるアンテナについて図面を参照しつつ説明を行う。図６は、無線通信機に搭載された本発明の第２の実施の形態によるアンテナを示す図である。図６に示す第１のアンテナ１３１と第２のアンテナ１３２のうち第２のアンテナ１３２は、上述の実施の形態１に示す第２のアンテナ１１２の第２の放射導体１２の配置を変化させたものである。すなわち、本実施の形態による第１及び第２のアンテナ１３１、１３２のうち、第１のアンテナ１３１は、平板状の地導体３６と、この地導体３６に対向する位置に配置された第１の放射導体３１と、地導体３６と第１の放射導体３１とを短絡する短絡部３４と、短絡部３４から平板状の地導体３６の面内方向にある距離ｄだけ離れた位置において地導体３６に設けられた第１の給電部３３と、を有している。第１の給電部３３と短絡部３４との間の距離ｄは、第１の放射導体３１の外周の長さ（外周全長）に対して１／６以上であるのが好ましいのは第１の実施の形態によるアンテナと同様である。第１の給電部３３は、例えば回路部材が兼ねている地導体３６に形成されている整合回路を通り、第１のＲＦ回路に接続されている（図５参照）。

第２のアンテナ１３２における第２の放射導体３２は、例えば、携帯電話機の筐体の底面に配置されている。一方、第１の放射導体３１は筐体の例えば背面に沿って配置されており、この２つの放射導体３１、３２を形成する面は互いに交差する面を形成しており、図では略直交する面を形成している。第２の放射導体３２は、第２の給電部３５によって地導体３６上に形成されている第２の整合回路を通り、第２のＲＦ回路に接続されている（図５参照）。第２の給電部３５は、例えば、第１の給電部３３と短絡部３４との間の第１の放射導体３１の切り込み部分に配置されている。また、地導体３６に接触する第１面と、この第１面と続き地導体３６から垂直方向に立ち上がる第２面（後述）と、この第２面に続きある高さにおいて地導体３６と略平行な面を形成する第３面（後述）とを有し誘電体により形成されるフレキシブル基板３７（第１の実施の形態のおけるフレキシブル基板１７と同様）が設けられている。第２面には第２の放射導体３２が、第３面には第１の放射導体３１が載せられている。

このように、第１のアンテナ１３１の第１の放射導体３１と、第２のアンテナ１３２の第２の放射導体３２とを略直交する面に配置することにより、放射導体３１、３２間の距離を所望の値だけ離すことができるとともに、放射導体３１、３２のそれぞれが互いに対向する面の広さが狭くなるため、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２との間の電界強度が弱まる。従って、第１のアンテナ１３１と第２のアンテナ１３２との間におけるより一層良好なアイソレーション特性を得ることができる。

尚、第２の給電部３５と、第１の給電部３３及び短絡部３４の間の位置関係に関しては、第１の実施の形態においても説明した通り、図６に示した位置から少しだけ外れた位置関係を有していても良い。

図７は組み立て前のアンテナの構造を示す図である。図７に示すように、フレキシブル基板３７は、２つの組み込み時折り返し線ＤＬ１及びＤＬ２を基準にして、地導体３６（図６）に面接触する第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１に対して組み込み時折り返し線ＤＬ１から垂直に立ち上がる第２面Ｓ２と、第２面Ｓ２に対して組み込み時折り返し線ＤＬ２と垂直であり地導体３６と平行に配置された第３面と、を有している。第１のアンテナ１３１の第１の給電部３１と、第２のアンテナ１３２の第２の給電部３５と短絡部３４とは、第１面Ｓ１に配置されている。第２の放射導体３２と第１の放射導体３１の一部である接続部とは第２面Ｓ２に配置されている。接続部を介して形成された第１の放射導体３１は第３面Ｓ３に配置されている。図７に示すようにフレキシブル基板３７と第１の放射導体３１と第２の放射導体３２とが一体に形成されている。従って、製造時及び組み込み時の工程が簡単になる。

次に、本発明の第３の実施の形態によるアンテナについて図面を参照しつつ説明を行う。図８は、本実施の形態によるアンテナの一構成例を示す図である。図８に示す第１及び第２のアンテナ１４１、１４２は、上述の第２の実施の形態による第１及び第２のアンテナ１３１、１３２（図６）とほぼ同様の配置を有しており、同様の構成に関しては、図６における符号に１０を加算した符号を付してその説明を省略する。本実施の形態によるアンテナ１４１、１４２の特徴は、図７に示すように、第２のアンテナ１４２の第２の放射導体４２の形状がメアンダ状になっている点である。第２の放射導体４２はメアンダラインで形成してあるため、第１のアンテナ１４１の第１の給電部４３と短絡部４４との間の距離がそれほど離れていない場合においても第２の放射導体４２を所望の長さで配置することが可能となる。

尚、第２の放射導体４２の形状は、ジグザク状など曲がり部分を有する形状であり、長さに対して占有面積又は占有領域の長い方の距離を短くした形状であれば、上記形状に限定されるものではない。以上に説明したように、本実施の形態によるアンテナおよびそれを用いた携帯電話機によれば、例えば第１のアンテナの給電部と短絡部との間に第２のアンテナの放射導体及び給電部を配置することにより、小さいスペースで高いアイソレーションをもつ２つのアンテナを配置することが可能となる。

尚、本実施の形態においては、携帯電話機を例にしてそれに用いるアンテナについて説明したが、他の無線通信機、例えば、ＰＤＡやＰＣなどの情報端末や、通信機能を有する種々の電子機器に用いることが可能である。

本発明は、無線通信機用のアンテナに利用可能である。また、本発明のアンテナを利用されば小型無線通信機を製造することができる。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態による携帯電話機の外観構成例を示す斜視図である。 図１に示す携帯電話機の内部構成例を示す機能ブロック図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、携帯電話機の内部構成例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。 本実施の形態によるアンテナに接続する整合回路の一構成例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。 図６に示すフレキシブル基板と放射導体とが一体成型された組み立て前の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。 図９（Ａ）、（Ｂ）は、従来の無線通信機に搭載されたアンテナを示す図である。

符号の説明

１０…携帯電話機（無線通信機）、１１，３１，４１…第１の放射導体、１２，３２，４２…第２のアンテ放射導体、１３，３３，４３…第１の給電部、１４，３４，４４…短絡部、１５，３５，４５…第２の給電部、１６，３６，４６…地導体（接地導体板）、２２…整合回路部、５１…第１のアンテナ、５２…第２のアンテナ、５３…筐体
５４…液晶ディスプレイ、５５…操作キー、１１１、１３１、１４１…第１のアンテナ、１１２、１３２、１４２…第２のアンテナ。

Claims (15)

1. 接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第１の放射導体板と、該第１の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第１の放射導体板を励振させるための第１の給電部と、を備えた第１のアンテナと、
   前記第１の給電部と前記短絡部との間に設けられ第２の給電部を有する第２の放射導体板と、を備えた第２のアンテナと
   を有するアンテナ。
2. 接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第１の放射導体板と、該第１の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第１の放射導体板を励振させるための第１の給電部と、を備えた第１のアンテナと、
   前記第１の給電部と前記短絡部を結ぶ仮想線を含む近傍の領域に設けられ第２の給電部を有する第２の放射導体板と、を備えた第２のアンテナと
   を有するアンテナ。
3. 前記第１の放射導体に切り欠け領域が形成されており、前記第２の放射導体の少なくとも一部が前記切り欠け領域内に入り込んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. 前記第１のアンテナは、前記第１の給電部と前記短絡部とを前記第１の放射導体板の外周の略１／６以上の距離だけ離して配置するとともに、前記第１の給電部に接続され前記第１のアンテナのインピーダンスを調整する第１の整合回路を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のアンテナ。
5. 前記第１のアンテナが使用周波数帯において共振しないよう前記第１の給電部と前記短絡部とを配置するとともに、前記第１の給電部に接続され前記第１のアンテナのインピーダンスを調整する第１の整合回路を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のアンテナ。
6. 前記第２の給電部に接続される第２の整合回路を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンテナ。
7. 前記第１の整合回路に接続される第１のＲＦ回路と、前記第２の整合回路に接続される第２のＲＦ回路と、を有することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記第２の放射導体が、前記接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載のアンテナ。
9. 前記第１の放射導体板を形成する面と前記第２の放射導体板を形成する面とを互いに交差する位置に配置したことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載のアンテナ。
10. 前記第１の放射導体板を形成する面と前記第２の放射導体板を形成する面とが互いに略直交する位置に配置したことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載のアンテナ。
11. 前記第２の放射導体は、少なくとも一部に曲がり部分を有することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載のアンテナ。
12. 前記第２の放射導体を、少なくとも一部が、Ｌ形、ジグザグ形またはメアンダ形に形成されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載のアンテナ。
13. 前記第１の放射導体板と前記第２の放射導体板とが、これらを支持する支持基板と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載のアンテナ。
14. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとが異なる使用周波数帯を有することを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載のアンテナ。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載のアンテナを備えた無線通信機。

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