DE10108859A1 - Antenna and method for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere eine integrierbare Multiband-Antenne für Mobilfunkgeräte, mit einer kombinierten Antennenstruktur, wobei mindestens eine Loop-Antennenstruktur mit mindestens einer Stab-Antennenstruktur kombiniert ist.The invention relates to an antenna, in particular an integrable multiband antenna for mobile radio devices, with a combined antenna structure, at least one loop antenna structure being combined with at least one rod antenna structure.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere zur Anwendung im Mobilfunk. The present invention relates to an antenna, in particular for use in mobile communications.
In Hinsicht auf die Entwicklung der Mobilfunktechnologie, insbesondere hinsichtlich der Auslastung der Netze und des "Roamings" im In- und Ausland, und auch generell bei funkbetriebenen Kommunikationsendgeräten werden zunehmend mehr Antennen benötigt, die in der Lage sind, mehrere Frequenzbänder gleichzeitig abzudecken. In terms of the development of cellular technology, particularly with regard to the utilization of the networks and the "Roamings" at home and abroad, and also in general radio-operated communication terminals are becoming more and more Antennas needed that are able to span multiple frequency bands cover at the same time.
Gleichzeitig verlangt der Markt nach immer kleineren und kostengünstigeren Geräten. Durch Designvorgaben werden die früher ausschließlich externen Antennen immer öfter mit ins Gerät integriert. Daher sind zunehmend Antennen gefordert, die einen geringen Platzbedarf haben, problemlos für eine Funktion in mehreren Frequenzbändern oder einem oder mehreren breitbandigen Frequenzbereichen auslegbar, kostengünstig und reproduzierbar herstellbar sind. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass die Antenne innerhalb des Gerätegehäuses und nicht wie bisher als Stummel- oder ausziehbare Antenne auf dem Gerät sitzen sollte. Dies hat zur Folge, dass die erforderliche minimale elektrische Gesamtlänge der Antenne mit den bisher geläufigen Strukturen nicht mehr realisiert werden kann. Dieses Problem gewinnt mit der weiteren Miniaturisierung der Mobilfunkgeräte und dem entsprechend verringerten Volumen der Antennen zunehmend an Bedeutung. At the same time, the market is demanding smaller and smaller ones cheaper devices. Through design specifications, the In the past only external antennas were increasingly used Integrated device. Therefore, antennas are increasingly required have a small footprint, easily for one Function in multiple frequency bands or one or more broadband frequency ranges can be interpreted, inexpensive and are reproducible. In addition it is desirable that the antenna inside the device housing and not as before as a stub or extendable antenna on the Device should sit. As a result, the required minimum total electrical length of the antenna with the previously common structures can no longer be realized. This problem wins with the further miniaturization of the Mobile devices and the correspondingly reduced volume of Antennas are becoming increasingly important.
Die bisherigen Konzepte, wie beispielsweise die F-, Inverted F-, Patch-, Mikrostreifen- und beidseitige PCB-Antennen haben alle den Nachteil, dass sie entweder einen zu hohen Platzbedarf haben oder die Abstimmbarkeit bei einer Multiband- Funktion nicht ohne weiteres möglich ist. So sind beispielsweise Multiband-Antennen bekannt, bei denen auf zumindest einer Seite einer Leiterplatte mehrere Leiterbahnen als Strahlungskörper angeordnet sind. Nur eine der Leiterbahnen ist mit einem Sender verbunden. Weitere Leiterbahnen sind nicht direkt über elektrische Leiter verbunden, sondern sind derart ausgebildet, dass sie durch eine elektromagnetische Kopplung angeregt werden. Bei Mikrostreifenleitungs-Antennen wird eine Massefläche benötigt, die die Rückseite einer gedruckten Leiterplatte (PCB) vollständig abdeckt. Durch den erforderlichen Abstand zwischen den strahlenden Elementen ist zudem ein großer Platzbedarf erforderlich. Zudem sind diese Antennen bei der Herstellung sehr kostenintensiv. The previous concepts, such as the F, inverted F, patch, microstrip and double sided PCB antennas all the disadvantage that they are either too high Have space requirements or adjustability with a multiband Function is not easily possible. So are For example, multiband antennas are known in which at least one side of a printed circuit board several conductor tracks as Radiation bodies are arranged. Only one of the traces is connected to a transmitter. There are no other traces directly connected via electrical conductors, but are such trained them through electromagnetic coupling be stimulated. In microstrip antennas, one Ground plane needed to cover the back of a printed PCB completely covered. By the required There is also a distance between the radiating elements large space required. These antennas are also included very expensive to manufacture.
Auch bei beidseitigen PCB-Antennen oder zwei PCBs mit jeweils einer strahlenden Struktur auf einer Seite der beiden PCBs und mit einer verlängerten Masse zum Abstimmen auf einer Rückseite einer der beiden PCBs, die hintereinander gelegt werden, besteht beispielsweise nur eine geringe Multibandfähigkeit und weniger Möglichkeiten zur Abstimmung. Zudem wird eine Massezuführung benötigt. Even with double-sided PCB antennas or two PCBs with each a radiating structure on one side of the two PCBs and with an extended mass to match on one Back of one of the two PCBs placed one behind the other there is, for example, only a small one Multi-band capability and fewer options for coordination. In addition, a mass supply is required.
Mehrere PCB-Multiband-Antennen sind in der Herstellung aufwendiger und haben eine geringe Reproduzierbarkeit. Several PCB multiband antennas are being manufactured more complex and have a low reproducibility.
Die Verwendung mehrerer Antennen zur Abdeckung von mehreren Bändern macht einen höheren Platzbedarf, eine zusätzliche Ansteuerung der einzelnen Antennen, eine zusätzliche Antennenkontaktierung und eine zusätzliche Antennenhalterung erforderlich. Dabei erhöht sich dementsprechend auch die Anzahl der Bauelemente. Auch diese Alternative ist bei der Herstellung sehr kostenintensiv. The use of multiple antennas to cover multiple Tapes take up more space, an additional one Control of the individual antennas, an additional Antenna contacting and an additional antenna bracket required. The number increases accordingly of the components. This alternative is also part of the Manufacturing very expensive.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antenne bereitzustellen, die in der Lage ist, mehrere Frequenzbänder gleichzeitig abzudecken und wenig Platzbedarf hat. An object of the invention is an antenna provide that is capable of multiple frequency bands at the same time cover and has little space requirement.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Antenne gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten. This task is solved by an antenna according to the independent claim 1. Further advantageous embodiments are contained in the subclaims.
Gemäß Anspruch 1 ist erfindungsgemäß eine Antenne, insbesondere eine Multiband-Antenne für Mobilfunkgeräte, mit einer kombinierten Antennenstruktur bereitgestellt, wobei mindestens eine Loop-Antennenstruktur mit mindestens einer Stab- Antennenstruktur kombiniert ist. According to claim 1 is an antenna according to the invention, in particular a multiband antenna for mobile devices, with one combined antenna structure provided, wherein at least one loop antenna structure with at least one rod Antenna structure is combined.
Dadurch wird eine Antenne realisiert, die eine derartig kombinierte Antennenstruktur aufweist, dass sie in mehreren Frequenzbändern und/oder in einem oder mehreren breitbandigen Frequenzbereichen auslegbar ist und in ein beliebiges Kommunikationsendgerät integrierbar ist. As a result, an antenna is realized which is one of these Combined antenna structure has multiple Frequency bands and / or in one or more broadband Frequency ranges can be interpreted and in any Communication terminal can be integrated.
Vorzugsweise kann die entsprechend kombinierte Antennenstruktur in ihren sämtlichen Maßen relativ zur Anpassung an die gestellten, von Gerät zu Gerät unterschiedlichen Anforderungen in ihren Werten variieren. Dabei bleiben die relativen Abmessungen der kombinierten Antennenstruktur, d. h. die Abmessungen der Loop-Antennenstruktur im Verhältnis zur Stab- Antennenstruktur erhalten. Preferably the correspondingly combined one Antenna structure in all its dimensions relative to the adaptation to the posed, different from device to device Requirements vary in their values. The relative remain Dimensions of the combined antenna structure, i. H. the Dimensions of the loop antenna structure in relation to the rod Preserved antenna structure.
Welche Form die einzelnen Abschnitte der kombinierten Antennenstruktur aufweisen ist dabei flexibel. So kann beispielsweise die Stab-Antennenstruktur als Stab oder als Mäander oder in einer beliebig anderen Form, wie beispielsweise in einer Wellenform, realisiert werden, ebenso kann die Loop- Antennenstruktur in Mäander-, in Stab- oder einer anderen geeigneten Form vorliegen. What shape the individual sections of the combined Having an antenna structure is flexible. So can for example the rod antenna structure as a rod or as a meander or in any other form, such as in a waveform, can also be realized, the loop Antenna structure in meandering, rod or other suitable form.
Vorzugsweise ist die kombinierte Antennenstruktur so ausgebildet, dass eine an das jeweilige Gerät angepasste Platzoptimierung erfolgt. The combined antenna structure is preferably such trained that one adapted to the respective device Space optimization takes place.
Vorzugsweise weist die kombinierte Antennenstruktur in dem Frequenzband mit der tiefsten Frequenz eine Loop- Antennenstruktur auf. Somit besitzt sie auch mindestens dort einen Massekontakt. Der Massekontakt kann prinzipiell an jeder beliebigen Position der Antennenstruktur angebracht werden. Vorzugsweise ist er allerdings am Ende der Struktur vorgesehen, d. h. vorzugsweise weist die kombinierte Antennenstruktur mindestens an einem ihrer Enden einen Massekontakt auf. Dadurch ist die Frequenz niedriger. The combined antenna structure preferably has in the Frequency band with the lowest frequency a loop Antenna structure. So she owns at least there a ground contact. The ground contact can in principle attached to any position of the antenna structure become. However, it is preferably at the end of the structure provided d. H. preferably the combined one Antenna structure at least at one of its ends a ground contact on. This makes the frequency lower.
Es kann auch mehr als einen Massekontakt an verschiedenen Positionen geben. Aus Platzgründen kann das strahlende Element auch in einer anderen Form ausgeführt werden. Vorzugsweise wird diese Struktur in der maximalen Distanz zum Massekontakt des zweiten strahlenden Elements ausgelegt. It can also have more than one ground contact at different Give positions. The radiating element can be used for reasons of space can also be carried out in another form. Preferably this structure becomes the maximum distance from the ground contact of the second radiating element.
Ferner kann in einer anderen bevorzugten Ausführungsform die Antenne auch aus mehreren strahlenden Strukturen als eine in Form einer Loop-Antennenstruktur und/oder einer Stab- Antennenstruktur bestehen, um eine Multibandantenne mit mehr als zwei Bändern zu realisieren. Furthermore, in another preferred embodiment, the Antenna also made of several radiating structures as one in Form of a loop antenna structure and / or a rod Antenna structure consist of a multi-band antenna with more to be realized as two bands.
Die Position der Antenne auf bzw. in dem jeweiligen Gerät ist unerheblich. Sie kann an die jeweiligen Geräteeigenschaften und die Einsatzart angepasst werden. The position of the antenna on or in the respective device is irrelevant. It can depend on the respective device properties and the type of use can be adjusted.
Vorzugsweise liegt die Stab-Antennenstruktur an der Stirnseite des Gerätes. Zu achten ist dabei stets auf den Abstand des Strahlerelementes zur Massefläche. The rod antenna structure is preferably on the Front of the device. Always pay attention to the distance of the Radiator element to the ground surface.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne weist die kombinierte Antennenstruktur als Kontaktelemente mindestens einen HF-Kontakt und mindestens einen Massekontakt auf. Prinzipiell sind auch mehrere Massekontakte möglich um ein gewünschtes Antennenverhalten einzustellen. Der HF-Kontakt ist vorzugsweise am Anfang des Mäanders angebracht, kann aber auch an einer anderen Stelle positioniert werden. In a particularly preferred embodiment of the The antenna according to the invention has the combined antenna structure as contact elements at least one RF contact and at least one ground contact. In principle there are also several Ground contacts possible around a desired antenna behavior adjust. The RF contact is preferably at the beginning of the Attached meandering, but can also be in another place be positioned.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne sind an der kombinierten Antennenstruktur Abstimmelemente vorgesehen. Diese können in der Nähe, d. h. unterhalb, oberhalb oder neben einer oder mehreren strahlenden Strukturen angebracht sein. Die Abstimmelemente können beispielsweise in Form eines Patches vorliegen. In a further preferred embodiment of the Antennas according to the invention are on the combined antenna structure Tuning elements provided. These can be nearby, i.e. H. below, above or next to one or more radiating Structures. The voting elements can for example in the form of a patch.
Die Antenne kann auch einen gestuften oder gestauchten Aufbau haben, d. h. die Höhe der Antenne über dem entsprechenden Geräte-PCB kann sowohl hinsichtlich ihrer Länge als auch ihrer Breite variieren. Vorzugsweise ist die Kontur des Strahlerelementes der erfindungsgemäßen Antenne dem Gehäuseverlauf angepasst, um das Volumen möglichst gut auszunutzen. The antenna can also have a stepped or compressed structure have, d. H. the height of the antenna above the corresponding one Device PCBs can be both length and length Vary in width. Preferably, the contour of the Radiator element of the antenna according to the invention, the course of the housing adjusted to use the volume as well as possible.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne werden die Abstrahleigenschaften verbessert und die Bandbreite erhöht, indem die Ebene der Antenne parallel zur metallischen Oberfläche des Gerätes verläuft. Sie kann aber auch in einem variablen Abstand zur metallischen EMV-Schirmung des funkbetriebenen Kommunikationsendgerätes verlaufen. In a further preferred embodiment of the The antenna properties according to the invention improve the radiation properties and the bandwidth increased by the level of the antenna runs parallel to the metallic surface of the device. she can also be at a variable distance from the metallic EMC shielding of the radio-operated communication terminal run.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne weist die Antennenstruktur geeignete dielektrische und/oder magnetische Materialien auf. Man verwendet beispielsweise eine Keramik. Dadurch können die Abstrahleigenschaften verbessert werden und gegebenenfalls auch das verfügbare Volumen optimal ausgenutzt werden. Die dielektrischen und/oder magnetischen Materialien können die Antennenstruktur teilweise oder vollständig ausfüllen. Es sind auch Kombinationen von verschiedenen dielektrischen und/oder magnetischen Stoffen bzw. Luft möglich. In another preferred embodiment of the The antenna according to the invention has a suitable antenna structure dielectric and / or magnetic materials. you uses a ceramic, for example. This allows the Radiation properties are improved and, if necessary, that available volumes can be used optimally. The dielectric and / or magnetic materials can Fill in the antenna structure partially or completely. They are too Combinations of different dielectric and / or magnetic substances or air possible.
Ferner werden erfindungsgemäß mehrere Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Antenne bereitgestellt. Furthermore, several methods for Manufacture of an antenna according to the invention provided.
In einem ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Antenne wird die Antenne auf einem PCB (Printed Circiut Board) realisiert. In a first preferred method according to the invention for Production of an antenna according to the invention becomes the antenna realized on a PCB (Printed Circiut Board).
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Antenne wird die Antenne aus einem Blech mittels einer Stanz-Biege-Technik hergestellt. In a further method according to the invention for Manufacturing an antenna according to the invention, the antenna is made from a sheet by means of a stamping and bending technique.
Ferner kann die erfindungsgemäße Antenne erfindungsgemäß als eine Folie ausgeführt werden. Man verwendet hier beispielsweise biegsames flexibles Kunststoffmaterial, insbesondere Folie aus Polycarbonat oder Polyetherimid. Auf jeder Lage kann eine Leiterbahn strukturiert sein, die einen Strahler oder ein anderes beliebiges elektrisches Element darstellt. Die Strukturierung kann mittels verschiedener Technologien, bekannt aus der selektiven Strukturierung bei den sogenannten MID-Anwendungen, erzeugt werden. Hierbei sind insbesondere das vollflächige Metallisieren mit anschließendem Laserstrukturieren, das Aufbringen eines Primerlacks zur Metallisierung durch Maskenabdeckung oder Tampondruck (Boymetec-Verfahren) und anschließender Metallisierung zu nennen. Mit Metallisierung ist hierbei das chemische Abscheiden und/oder galvanische Abscheiden von Metallen gemeint. Eine weitere Variante ist z. B. das Aufdrucken eines leitfähigen Lackes durch Stempel-, Tampon- oder Siebdruck. Furthermore, the antenna according to the invention can be used according to the invention as run a slide. One uses here for example, flexible, flexible plastic material, in particular Polycarbonate or polyetherimide film. In every situation can be structured a conductor track that a radiator or any other electrical element. The structuring can be done using different technologies, known from the selective structuring of the so-called MID applications. Here are particular full-surface metallization with subsequent Laser structuring, the application of a primer for metallization by masking or pad printing (Boymetec process) and subsequent metallization. With Metallization is chemical deposition and / or galvanic deposition of metals. Another variant is z. B. by printing a conductive varnish Stamp, tampon or screen printing.
In einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Antenne wird die Antenne in der MID-Technik (Moulded Interconnected Device) ausgeführt. In a further preferred method according to the invention for Production of an antenna according to the invention becomes the antenna in MID technology (Molded Interconnected Device) executed.
Das Material, auf dem die Struktur im Falle der PCB und der MID-Technik aufgebracht wird, ist frei wählbar. Vorzugsweise ist es hochfrequenztauglich. Es kann auch biegsames flexibles Material sein, wodurch eine Anpassung an Gehäuse- bzw. Gerätekonturen möglich ist. The material on which the structure in the case of the PCB and the MID technology is applied, is freely selectable. Preferably it is radio frequency compatible. It can also be pliable flexible Be material, which means an adaptation to housing or Device contours is possible.
Ferner umfasst die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne zum Einbau bzw. zur Integration in ein Kommunikationsendgerät, insbesondere in ein Mobilfunkgerät. Die erfindungsgemäße Antenne kann auch auf beliebige Art und Weise mit dem Kommunikationsendgerät verbunden sein, beispielsweise außen aufgesetzt oder ausklappbar sein oder sie kann auf einer herkömmlichen Leiterplatte, beispielsweise in GSM- Tischtelefonen, in Funk- oder Telekommunikationsmodulen, montiert werden. Letztlich kann sie auch als eigenständige externe Antenne betrieben werden. In allen Fällen muss auf eine geeignete Antennenmasse geachtet werden. The invention further comprises the use of the antenna according to the invention for installation or integration into a Communication terminal, especially in a mobile radio device. The antenna according to the invention can also in any way and Be connected to the communication terminal For example, be placed on the outside or fold out or it can on a conventional circuit board, for example in GSM Desk phones, in radio or telecommunications modules, to be assembled. Ultimately, it can also function as a standalone external antenna can be operated. In all cases, a suitable antenna dimensions are observed.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Further advantages and embodiments are based on the following drawings explained. Show it:
Fig. 1a Seitenansicht eines Teils eines Mobilfunkgerätes mit einer integrierten erfindungsgemäßen Antenne; FIG. 1a side view of part of a mobile device with an integrated antenna according to the invention;
Fig. 1b Draufsicht eines Teils eines Mobilfunkgerätes mit einer integrierten erfindungsgemäßen Antenne; FIG. 1b is plan view of part of a mobile device with an integrated antenna according to the invention;
Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne. Fig. 2 shows an embodiment of an antenna according to the invention.
In Fig. 1a und 1b ist eine Seiten- und eine Draufsicht eines Teils eines Mobilfunkgerätes 1 gezeigt, in welchem eine erfindungsgemäße Antenne 2 integriert ist. Dargestellt ist in Fig. 1a ein PCB 3, auf welchem ein Schirmdeckel 4 aufliegt und an dessen einem Ende eine Hörmuschel 5 angebracht ist. Die integrierte erfindungsgemäße Antenne 2 befindet sich in einem geeigneten Abstand h2 zum Schirmdeckel 4. Die Höhe der Antenne 2 über dem Geräte-PCB 3 kann innerhalb der Länge und/oder der Breite variieren. Vorzugsweise verläuft die Ebene der Antenne 2 parallel zur metallischen Oberfläche. Dadurch können die Abstrahleigenschaften verbessert werden und die Bandbreite erhöht werden. Sie kann aber auch in einem variablen Abstand zur metallischen EMV-Schirmung 4 des Mobilfunkgerätes 1 verlaufen. In Fig. 1a and 1b show a side and a plan view is shown of a part of a mobile radio apparatus 1 is integrated in which an antenna 2 according to the invention. A PCB 3 on which a shield cover 4 shown in Fig. 1a and rests at one end thereof an earpiece 5 is attached. The integrated antenna 2 according to the invention is located at a suitable distance h2 from the shield cover 4 . The height of the antenna 2 above the device PCB 3 can vary within the length and / or the width. The plane of the antenna 2 preferably runs parallel to the metallic surface. This can improve the radiation properties and increase the bandwidth. However, it can also run at a variable distance from the metallic EMC shield 4 of the mobile radio device 1 .
Fig. 1b zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines Mobilfunkgerätes 1 mit einer erfindungsgemäßen integrierten Antenne 2. Erkennbar ist hier wiederum das PCB 3 und der darauf angebrachte Schirmdeckel 4. Die Antenne 2 weist zwei Kontaktelemente auf, nämlich einen HF-Kontakt 6 und einen Massekontakt 7. Die Position der Antenne in dem Gerät ist unerheblich, kann also an die Geräteeigenschaften und die Einsatzart angepasst werden. Die Stab-Antennenstruktur liegt vorzugsweise an der Stirnseite des Gerätes. FIG. 1b shows a top view of a part of a mobile radio apparatus 1 with an inventive integrated antenna 2. The PCB 3 and the shield cover 4 attached to it can again be seen here. The antenna 2 has two contact elements, namely an RF contact 6 and a ground contact 7 . The position of the antenna in the device is irrelevant, so it can be adapted to the device properties and type of application. The rod antenna structure is preferably on the front of the device.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne 2. Sämtliche Maße können zur Anpassung an die gestellten, von Gerät zu Gerät unterschiedlichen Anforderungen in ihren Werten variieren. Fig. 2 shows the basic structure of an embodiment of an antenna 2 according to the invention. All dimensions can vary in their values to adapt to the different requirements from device to device.
Der Stab 8 kann also auch in Mäanderform, der Mäander 9 in Stabform oder in einer beliebig anderen Form realisiert werden. Wie hier dargestellt bildet vorzugsweise das Band mit der tieferen Frequenz die Loop-Antennenstruktur 10 und hat somit Masse-Kontakt 11. Der Masse-Kontakt 11 kann an jeder beliebigen Position der Loop-Antennenstruktur 10 angebracht werden. Vorzugsweise liegt er aber, wie hier dargestellt, am Ende der Struktur. Der HF-Kontakt 12 liegt hier am Anfang des Maänders 9, d. h. am Übergang von der Stab-Antennenstruktur 13 zur Loop-Antennenstruktur 10. The rod 8 can also be realized in a meander shape, the meander 9 in a rod shape or in any other shape. As shown here, the band with the lower frequency preferably forms the loop antenna structure 10 and thus has ground contact 11 . The ground contact 11 can be attached to any position of the loop antenna structure 10 . However, as shown here, it is preferably at the end of the structure. The RF contact 12 is here at the beginning of the meander 9 , ie at the transition from the rod antenna structure 13 to the loop antenna structure 10 .
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