CN101490770B - 变化绞距的多对数线缆 - Google Patents

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Abstract

多对数线缆具有多对绞合导线对。每对绞合导线对具有与其他绞合导线对不同的初始绞距。多对绞合导线对限定了缆芯。芯以变化的绞合率绞合使得缆芯的平均绞距小于2.5英寸。

Description

变化绞距的多对数线缆
本申请是申请日为2007年6月6日的PCT国际专利申请，其中以美国国有企业ADC TELECOMMUNICATIONS，INC.之名，其指定国为除美国以外的所有国家，以美国公民Spring STUTZMAN，美国公民David WIEKHORST，美国公民Frederick W.JOHNSTON，美国公民Scott JUENGST之名，其指定国仅为美国，并请求申请日为2006年6月21日的美国实用新型专利申请序列号No.11/471,982的优先权。
技术领域
本发明涉及用于通信产业的线缆，以及与所述线缆有关的各种不同的方法。尤其地，本公开涉及具有绞合导线对的通信线缆线路。
背景技术
通信产业大范围地应用使用线缆线路。一些线缆线路排布包括绞合的绝缘导线对，导线对绕彼此绞合限定了绞合对的芯。绝缘护套典型地被挤出覆盖在绞合对的芯上保持芯的构造，并起到保护层的作用。所述线缆线路普遍是指多对数线缆(multi-pair cable)。
通信产业持续努力地增加信号在所述多对数线缆中传输的速度和/或容量。有关通信产业的一个问题是与高速信号传输有关的串扰现象的多发。
一般地，所找到改进方案是针对多对数线缆的排布，通常是为了通过减少串扰的发生来改进传输性能。
发明内容
本公开的一个方面涉及多对数线缆，其具有限定了缆芯的多个绞合对。缆芯是以变化的绞合率(twist rate)绞合，缆芯的平均芯绞距(lay length)小于大约2.5英寸。本公开的另一个方面涉及制造具有变化的绞合率且平均芯绞距小于大约2.5英寸的线缆的方法。而本公开的另一个方面涉及跳线(patch cord)中多对数线缆的使用，线缆被构造成减少跳线连接器组件上的串扰现象。
期望的产品特征或方法的不同实施例在下面的介绍中会提及，并部分会从介绍中显而易见，或是可通过实践本公开的各个方面而学到。本公开的方方面面可涉及独立的特征以及特征的组合。应当理解到的是在前的大体介绍和接下来的详细介绍都仅是解释性的，并且不会对请求的发明有限定作用。
附图说明
图1是依照本公开原理的一线缆实施例的透视图；
图2是沿直线2-2取的图1线缆的横剖面视图；
图3是图1线缆绞合对的示意表示图；
图4是依照本公开原理使用图1线缆的跳线的一个实施例的透视图；
图5是图4跳线的透视图，仅示出了连接器组件的一部分；
图6是图5中所示连接器组件部分的连接器外壳的透视图；
图7是图6连接器外壳的侧视图；
图8是图5跳线的部分透视图，示出了连接器组件带沟槽的插入物；
图9是图8带沟槽的插入物的透视图；
图10是图8跳线的部分透视图，示出了带沟槽的插入物连接到连接器外壳上；
图11是图10跳线的部分透视图，示出了绞合对的绝缘导线放置在带沟槽插入物的沟槽内；
图12是图11跳线的另一个部分透视图；
图13是图4跳线的透视图，示出了组装跳线的一种方法的一个步骤；
图14是不改变缆芯绞距制造的跳线测试数据的图表；
图15是依照公开的原理改变缆芯绞距制造的跳线测试数据的图表；
图16是关于图14所述的跳线测试数据的另一图表；以及
图17是关于图15所述的跳线测试数据的另一图表。
具体实施方式
现在要具体地参见本公开的各种特征，其在附图中示出。在任何可能的地方，相同的附图标记数字会在全部附图中用来表示相同或相近的部分。
图1示出了依照本公开的原理可如何实践创造性方面的示例，具有示例特征的线缆一个实施例。优选特征适于减少线缆绞合对之间的串扰现象，并减少相邻线缆之间的串扰现象。
参见图1，本公开的线缆10包括多个绞合对12。在示出的实施例中，线缆10包括四对绞合对12。四对绞合对的每一对包括沿绞合对纵轴绕彼此绞合的第一和第二绝缘导线14(看图3)。
绝缘导线14的导线可由例如铜，铝，铜包钢和镀铜制成。已经发现了铜是最理想的导线材料。在一个实施例中，导线是由编织的铜制成。可用的编织构造铜导线的一个示例在美国专利6,323,427中被更详细地介绍，其通过参考结合于此。另外地，导线可由玻璃或塑料纤维制成，比如依照公开的原理制成的光纤光缆。绝缘导线14的绝缘层可由已知材料制成，比如含氟聚合物或其他电绝缘材料。
线缆10的多个绞合对12限定了缆芯20。在图1示出的实施例中，芯20仅包括多个绞合对12。在可选实施例中，芯还可包括分离或分开绞合对12的隔离器。图2示出了星型隔离器22(用虚线表示)的一个示例，其可被用来分开四对绞合对12a-12d。其他隔离器也会被用到，比如限定了腔结构并具有能在腔结构内容纳每对绞合对的容纳部件的柔性带条或填料。其他会被用到的隔离器示例在美国专利申请号10/746,800，10/746,757，和11/318,350中有所介绍，上述申请通过参考结合于此。
现在参见图1和2，在一个实施例中，线缆10包括双护套18，其包绕绞合对12的芯20。双护套18包括第一内护套24和第二外护套26。内护套24包绕绞合对12的芯20。外护套26包绕内护套24。内外护套24，26不仅起到了维持绞合对12相对位置的作用，还起到了在不添加屏蔽的情况下减少外来串扰发生的功能。
特别地，将外护套26添加到线缆10上通过增加线缆10和相邻线缆之间中心到中心的距离的方式减少了线缆10的电容。通过增加两条相邻线缆之间中心到中心的距离的方式减少的电容会减少线缆间外来串扰发生。因此，外护套26具有将绞合对12的芯20与相邻线缆隔开的外径OD1(图2)。理想情况下，绞合对12的芯20要隔得尽可能远以便减小相邻线缆之间的电容值。
然而，对双护套18可以将一条线缆放置得离相邻线缆多远是有限制的。实际的以及经济上的局限会影响到所得到的双护套线缆的尺寸。线缆不能大到不能在预计的环境中实际应用，也不能大到不能使用现存的标准连接器。在示出的实施例中，外护套26的外径OD1(图2)是在大约.295英寸和.310英寸之间。
与单个的，特别厚的护套层不同，这里公开的双护套具有两个独立的内外护套24，26。该双护套特征通过隔开相邻线缆的芯的方式减少外来串扰，而与此同时，与现存的线缆连接器设计限制相适配。例如，本线缆10的双护套18与附接到具有特定外径的线缆护套上的线缆连接器适配。特别地，本线缆10允许使用者剥去外护套26的一部分(看图1)以便线缆连接器能够附接到内护套24的外径OD2上。在示出的实施例中，内护套24的外径OD2是在大约.236英寸和.250英寸之间。
本线缆10的内护套24和外护套26可以由类似的材料制成，或者由彼此不同的材料制成。可用来制造内护套和外护套的常用材料有塑料材料，比如含氟聚合物(例如三氟氯乙烯乙烯共聚物(ethylenechlorotrifluorothylene，ECTF)和聚全氟乙丙烯(Fluroethylenepropylene，FEP))，聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯，或其他电绝缘材料。另外地，低烟的无卤素材料，比如聚烯烃，也可被用到。尽管这些材料由于它们成本效益和/或防火防烟的特性而被用到，其他的材料依照公开的原理也可能会被用到。
在本线缆10的制造中，两条绝缘导线14被填入通常被称为对绞机的对绞机器(pair twisting machine)中。对绞机绕绞合对的纵轴以预定绞合率绞合两条绝缘导线14产生单条绞合对12。绞合对12可沿右手绞合方向或左手绞合方向上进行绞合。
现在参见图3，线缆10的每条绞合对12绕其纵轴以特定绞合率绞合(仅示出了一个代表性的绞合对)。绞合率是在单位长度的绞合对上完成的绞合数。绞合率限定了绞合对的绞距L1。绞距L1是一次完整的绞合周期的长度距离。例如，绞合率为每英寸.250绞合数的绞合对，其绞距为4.0英寸(也就是说，两条导线完成一次完全绞合，峰对峰，沿着绞合对的长度为4.0英寸)。
在示出的实施例中，线缆10的每对绞合对12a-12d的绞距L1或绞合率都与其他绞合对的不同。这有助于减少缆芯20对与对之间的串扰现象。在示出的实施例中，每对绞合对12a-12d的绞距L1一般是恒定的，在考虑到制造容许的变量的情况下。在可选的实施例中，沿着绞合对的长度绞距可有意地发生变化。
本线缆10的每对绞合对12a-12d以相同的方向绞合(也就是说，都是右手方向或者都是左手方向)。另外地，每对绞合对12a-12d的自身绞距一般在.300到.500英寸之间。在一个实施例中，每对绞合对12a-12d4被制造成具有不同绞距，以相同的方向绞合，如下面的表A所示。
表A
  绞合对   绞合率(绞合数每英寸)   绞距L1(英寸)
  12a   3.03至2.86   .330至.350
  12b   2.56至2.44   .390至.410
  12c   2.82至2.67   .355至.375
  12d   2.41至2.30   .415至.435
在示出的实施例中，第一绞合对12a(图2)绞距约为.339英寸；第二绞合对12b绞距约为.400英寸；第三绞合对12c绞距约为.365英寸；第四绞合对12d绞距约为.425英寸。如此后将更详细地介绍到的，上述的每对绞合对的绞距L1都是初始绞距。
线缆10的缆芯20是通过将多对绞合对12a-12d以线缆绞合率绞合在一起制成。生产绞合缆芯20的机器普遍地被称为成缆机(cabler)。与绞合对类似，缆芯20的线缆绞合率是在一个单位长度的线缆或缆芯上完成的绞合数。线缆绞合率限定了线缆10的芯绞距或线缆绞距。线缆绞距是完成一次绞合周期的长度距离。
在本线缆10的制造中，成缆机绕中央芯轴以与绞合对12a-12d绞合的相同方向绞合缆芯20。以与绞合对12a-12d绞合的相同方向绞合缆芯20使得绞合对12a-12d的绞合率随着成缆机绕中央芯轴绞合所述对而增加或变紧。相应地，以与绞合对绞合的相同方向绞合缆芯20使得绞合对的绞距减小或变短。
在示出的实施例中，线缆10被制造成使得线缆绞距在大约1.5英寸到大约2.5英寸之间。缆芯20变化的线缆绞距可以是递增变化或连续变化。在一个实施例中，线缆绞距在线缆10的长度上随机变化。随机变化的线缆绞距是通过成缆机器的算法程序生成的。
由于线缆10的线缆绞距变化了，以前通常为恒定值的绞合对12a-12b的绞距现在也发生了变化；这就是说，绞合对12的初始绞距现在具有了缆芯20的变化特性。在示出的实施例中，缆芯20和每对绞合对12a-12d在相同的方向上以1.5到2.5英寸之间的线缆绞距绞合，现在的每对绞合对变化的绞距落入下面的表B第3和4栏所示的数值之间。
表B
  绞合对   芯绞合之前的初始绞距(英寸)   近似绞距w/1.5的线缆绞距(英寸)   近似绞距w/2.5的线缆绞距(英寸)   芯绞合之后得到的平均绞距(英寸)
  12a   .339   .2765   .2985   .288
  12b   .400   .3158   .3448   .330
  12c   .365   .2936   .3185   .306
  12d   .425   .3312   .3632   .347
如前所述，缆芯20的线缆绞距在大约1.5到大约2.5英寸之间变化。进而，平均线缆绞距或线缆均绞距小于大约2.5英寸。在示出的实施例中，平均线缆绞距约为2.0英寸。
参见上表B，线缆10的第一绞合对12a在线缆上芯的具体绞距为1.5英寸的那点处的绞距约为.2765英寸。线缆10的第一绞合对12a在线缆上芯的具体绞距为2.5英寸的那点处的绞距约为.2985英寸。由于缆芯20的绞距在线缆10的长度上在1.5到2.5英寸之间变化，相应地，第一绞合对12a的绞距在.2765到.2985英寸之间变化。绞合所述缆芯20得到的第一绞合对12a的平均绞距为.288英寸。类似地，其他绞合对12b-12d每对都具有绞合缆芯20而得到的平均绞距。所得的其他绞合对12b-12d每对的平均绞距在表B的第5栏中示出。要理解到的是平均绞距是近似的绞距平均值或均值，并且所述平均绞距会由于制造公差而与所示的数值存在些许差异。
绞距相似的绞合对(也就是平行的绞合对)比不平行的绞合对更容易受到串扰影响。对串扰现象易感度的增加是由于第一绞合对产生的干涉场是定向于能够影响到其他与第一绞合对平行的绞合对的方向上。线缆内部的串扰通过在它们的长度上改变个体绞合对的绞距进而提供不平行的绞合对来减少。
现在介绍的使个体的绞合对具有特定公开的变化绞距的方法为减少串扰和改进线缆性能产生了有利的结果。在一个用途中，本线缆10的特征用作改进的跳线。
现在参见图4，示出了依照公开的原理制造跳线50的一个实施例。跳线50包括在前介绍过的线缆10。连接器组件或插孔30被连接在线缆10的每一端上。在示出的实施例中，每个插孔30包括连接器外壳32，插头外壳34，以及带沟槽的插入物36。连接器外壳32，插头外壳34，以及带沟槽的插入物36中的每个都包括为彼此之间提供卡合连接的结构。依照公开的原理，其他类型的插孔可被用到。一种可被用到的其他类型的插孔在美国专利申请号No.11/402,250中有所介绍；上述申请通过参考结合于此。
现在参见图5-7，所公开的插孔30的连接器外壳32具有应变消除套(boot)38，应变消除套38的尺寸被设置成围绕内护套24(图1)的外径OD2适配。在组装过程中，连接器外壳32被放置成内护套24端部与连接器外壳32的表面40(图5和6)齐平。参见图1，将外护套26从内护套24上剥除一段距离以容纳应变消除套38的长度，并允许将内护套24相对于连接器外壳32齐平地放置。多对绞合对12在连接器外壳32放置在线缆10端部时延伸通过连接器外壳32(图5)。
当连接器外壳32就位时，如图5中所示，带沟槽的插入物36(图8)与连接器外壳32卡合。连接器外壳32在内护套24的外径OD2周围有一定量的松配合。带沟槽的插入物36与连接器外壳32的卡合加固了插孔30(也就是带沟槽的插入物36与被连接的连接器外壳32)与线缆10的连接。特别地，参见图8-10，带沟槽的插入物36包括多个柔性叉臂56。连接器外壳32包括斜的内部表面58(图6)。当带沟槽的插入物36的柔性叉臂56插入连接器外壳32内时，连接器外壳32斜的内部表面58接触并向内径向推压叉臂56。这使得叉臂56夹在内护套24的外径OD2周围，并由此将插孔30固定到线缆10的端部。
参见图8和9，带沟槽的插入物36进一步限定了四个双接收孔穴42a-42d(图9)和八条沟槽44(图8)。每个双接收孔穴42a-42d接收容纳一对绞合对12。每条沟槽44容纳绞合对12的一条绝缘导线14。带沟槽的插入物36的孔穴42a-42d将每对绞合对12分开放置在沟槽44内，如图11中所示。
在示出图11的实施例中，第二绞合对12b的导线14被放置在沟槽44内的位置1-2处；第三绞合对12c的导线14被放置在沟槽44内的位置4-5处；第四绞合对12d的导线14被放置在沟槽44内的位置7-8处。第一绞合对12a已知是为劈分线对；劈分线对12a的导线14被放置在沟槽44内的位置3-6处。依照公开的原理，根据特定应用的需要可利用其他的电线放置构造。当每对绞合对12a-12d的导线14都在带沟槽的插入物36上就位的时候，导线如图12中所示进行修整。
回去参见图4，导线14被修整了，插孔30的插头外壳34卡合在连接器外壳32和带沟槽的插入物36上。插头外壳34包括定位成与绞合对12的八条绝缘导线14对应连接的八个触头(未示出)。插头外壳34的八个触头包括与导线14产生电接触的绝缘位移触头(insulationdisplacement contacts)。在示出的实施例中，第二绞合对12b的导线14终止于触头位置1-2；第一绞合对12a(劈分线对)的导线终止于触头位置3-6；第三绞合对12c的导线终止于触头位置4-5；以及第四绞合对12d的导线终止于触头位置7-8。
如前所述，插孔30通过叉臂56在内护套24外径OD2上的夹持作用力被固定到线缆10的端部。为了进一步确保插孔30和线缆10的相互固定，还要进行额外的步骤。特别地，如图6中所示，在插孔30的连接器外壳32中设有通孔46。通孔46从连接器外壳32的第一侧48延伸到第二相反侧52。在示出的实施例中，通孔46直径接近.063英寸。如图13中所示，粘合剂54施放在孔46中形成内护套24与插孔30的连接器外壳32的粘合。粘合剂确保了插孔30相对于线缆10的端部保持就位。
通常，为了提高电路密度，插孔30的触头需要彼此相当紧密得放置。因此，插孔的触头区特别容易发生串扰现象。更进一步地，某些绞合对12的触头比其他的更容易发生串扰现象。特别地，串扰问题最普遍地发生在触头位置3-6，即劈分线对(例如，12a)终止的触头位置。
绞合对12a-12b以及公开的跳线50的缆芯20的公开绞距减少了在劈分线对12a处的问题性串扰现象。在图14-17中示出了所述有利的线缆或跳线性能的测试结果。
参见图14，示出了有四个绞合对的第一跳线的性能的测试结果。第一跳线的每对绞合对的特定的初始绞合率都与其他的不同。由该第一跳线的四对绞合对限定的缆芯是以限定了恒定的2.0英寸绞距的恒定比率绞合的。测试结果显示对应于触头位置3-6(对36)的绞合对(劈分线对)经历无法接受的信号耦合水平(例如，噪声传输或串扰)。特别地，劈分线对36在486.9MHz的频率上超过图14中所示的最大限值多达2.96分贝。该信号耦合量落到了通信产业可接受性能标准以外。
图15示出了有四个绞合对的第二跳线的性能，每对绞合对的特定初始绞合率与图14中表现的第一跳线的相同。然而，依照公开的原理，该第二跳线的四个绞合对所限定的缆芯被随机地绞合使得跳线具有在1.5英寸到2.5英寸之间随机变化的绞距。测试结果表示没有一对绞合对，包括对应触头位置3-6(对36)的劈分线对，经受的信号耦合水平是无法接受的。相反，例如，劈分线对36在447.61频率处具有其最大的信号耦合。在该频率处，劈分线对36仍未达到最大限值，并且实际上离最大限值还有4.38分贝。该信号耦合量落入了通信产业可接受性能标准以内。
图16和17示出了相似的线缆性能的测试结果。图16示出了具有为2.0英寸的恒定绞距的第一跳线的整体信号传输/信号耦合性能。第一跳线在484.41MHz频率处超出了图16中所示的最大限值多达.57分贝。该信号耦合量落到了通信产业可接受性能标准以外。与之对照地，图17示出了在1.5英寸和2.5英寸之间随机变化绞距而制造的第二跳线。第二跳线在频率为446.98MHz处经历了其最大信号耦合。在该频率处，第二跳线仍未达到最大限值，并且实际上离最大限值还有3.09分贝。该信号耦合量落入了通信产业可接受性能标准以内。
本公开的跳线50减少了在插孔触头区串扰的发生，而同时适应了电路密度增加的需求。特别地，跳线50的线缆10减少了普遍在跳线插孔劈分线对触头位置3-6处发生的问题性串扰现象。在劈分线对(例如12a)和插孔30触头处串扰的减少增强并改进了跳线的整体性能。
上面的说明书为本发明提供了完整的介绍。由于本发明的许多实施例可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实现，本发明的特定方面就位于此后所附的权利要求书中。

Claims (24)

1.多对数线缆，包含：
a)具有第一平均绞距的第一绞合对；
b)具有第二平均绞距的第二绞合对；
c)具有第三平均绞距的第三绞合对；以及
d)具有第四平均绞距的第四绞合对；每对绞合对的初始绞距在.300英寸到.500英寸之间，并且每对绞合对的平均绞距都与彼此不同；
e)其中第一、第二、第三和第四绞合对限定了缆芯，缆芯具有在1.5英寸到2.5英寸之间变化的芯绞距，平均芯绞距小于2.5英寸。
2.根据权利要求1所述的线缆，其中缆芯变化的芯绞距是在1.5英寸到2.5英寸之间随机变化的。
3.根据权利要求1所述的线缆，其中第一绞合对的第一平均绞距约为.288英寸。
4.根据权利要求3所述的线缆，其中第二绞合对的第二平均绞距约为.330英寸。
5.根据权利要求4所述的线缆，其中第三绞合对的第三平均绞距约为.306英寸。
6.根据权利要求5所述的线缆，其中第四绞合对的第四平均绞距约为.347英寸。
7.根据权利要求1所述的线缆，其中在以变化的芯绞距绞合缆芯之前，每对绞合对具有初始绞距，每对绞合对的初始绞距大体为恒定绞距。
8.根据权利要求1所述的线缆，进一步包括双护套，双护套包括包绕缆芯的内护套和包绕内护套的外护套。
9.制作多对数线缆的方法，包含的步骤有：
a)提供多对每对都具有在.300英寸到.500英寸之间的初始绞距的绞合对，每对绞合对的初始绞距都与其他绞合对的初始绞距不同，多对绞合对限定了缆芯；
b)以变化的绞合率绞合缆芯使得缆芯具有在1.5英寸到2.5英寸之间变化的芯绞距，变化的绞合率限定了小于2.5英寸的平均芯绞距。
10.根据权利要求9所述的方法，其中以变化的绞合率绞合缆芯的步骤包括以变化的绞合率随机地绞合缆芯。
11.根据权利要求9所述的方法，其中绞合缆芯包括以变化的绞合率绞合第一绞合对，使得第一绞合对的第一平均绞距约为.288英寸。
12.根据权利要求11所述的方法，其中绞合缆芯包括以变化的绞合率绞合第二绞合对，使得第二绞合对的第二平均绞距约为.330英寸。
13.根据权利要求12所述的方法，其中绞合缆芯包括以变化的绞合率绞合第三绞合对，使得第三绞合对的第三平均绞距约为.306英寸。
14.根据权利要求13所述的方法，其中绞合缆芯包括以变化的绞合率绞合第四绞合对，使得第四绞合对的第四平均绞距约为.347英寸。
15.根据权利要求9所述的方法，其中提供多对绞合对的步骤包括提供初始绞距大体上恒定的绞合对。
16.根据权利要求9所述的方法，进一步包括用双护套包绕缆芯。
17.跳线，包含：
a)具有第一端部和第二端部的线缆，线缆包括：
i)在线缆的第一和第二端部之间具有第一平均绞距的第一绞合对；
ii)在线缆的第一和第二端部之间具有第二平均绞距的第二绞合对；
iii)在线缆的第一和第二端部之间具有第三平均绞距的第三绞合对；以及
iv)在线缆的第一和第二端部之间具有第四平均绞距的第四绞合对；每对绞合对的初始绞距在.300英寸到.500英寸之间，并且每对绞合对的平均绞距都彼此不同；
v)其中，第一、第二、第三和第四绞合对限定了缆芯，缆芯在线缆的第一和第二端部之间具有在1.5英寸到2.5英寸之间变化的芯绞距，平均芯绞距小于2.5英寸；
b)第一和第二连接器组件，第一连接器组件附接在线缆的第一端部，并且第二连接器组件附接在线缆的第二端部。
18.根据权利要求17所述的跳线，其中缆芯在线缆的第一和第二端部之间变化的芯绞距是在1.5英寸到2.5英寸之间随机变化的。
19.根据权利要求17所述的跳线，其中第一绞合对的第一平均绞距约为.288英寸。
20.根据权利要求19所述的跳线，其中第二绞合对的第二平均绞距约为.330英寸。
21.根据权利要求20所述的跳线，其中第三绞合对的第三平均绞距约为.306英寸。
22.根据权利要求21所述的跳线，其中第四绞合对的第四平均绞距约为.347英寸。
23.根据权利要求17所述的跳线，其中在以变化的芯绞距绞合缆芯之前，每对绞合对具有初始绞距，每对绞合对的初始绞距大体为恒定绞距。
24.根据权利要求17所述的跳线，其中线缆包括双护套，双护套包括包绕缆芯的内护套和包绕内护套的外护套。
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