CN102509822A - 双通带微带滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种双通带微带滤波器，包括两组结构相异的第一子微带滤波器和第二子微带滤波器、以及第一信号传输线和第二信号传输线，该第一信号传输线分别与该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器连接且连接信号输入端，该第二信号传输线分别与该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器连接且连接信号输出端，使该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器并联。该双通带微带滤波器的两个通带的中心频率、带宽、和带内特性均可独立调节，从而使得本发明的微带滤波器可以满足两通带之间较小阻带带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用在无线通信系统的滤波器，尤其是涉及一种双通带微带滤波器。
背景技术
作为无线通信系统的前端设备，高效的频谱利用率对具有高选择性、小体积、低成本、设计灵活的射频滤波器有着迫切需求。而如今的通信系统要求同时工作于多个通信频段以节约成本，即多通带低成本滤波器成为了这些系统中必不可少的器件。而微带滤波器在低成本方面有着绝对的优势。因此，双通带微带滤波器也在业界有着广泛的研究，如基于SIR双通带谐振器的滤波器等。
请参阅图1，其是现有技术中的一种SIR双通带微带滤波器的结构示意图。该双通带微带滤波器10包括第一谐振器30和第二谐振器40，该第一谐振器30依序由三枝节组成，第一枝节31与输入端21靠近耦合，第三枝节32与第二谐振器40的第一枝节41靠近耦合，第二枝节33连接第一枝节31和第三枝节32，其中，第二枝节33的线宽小于第一枝节31和第三枝节32。该第二谐振器40的结构与第一谐振器30的结构相同，第二谐振器40的第三枝节42与输出端22靠近耦合，第二枝节43连接第一枝节41和第三枝节42，其中，第二枝节43的线宽小于第一枝节31和第三枝节32。该两个谐振器组成一组微带滤波器，通过调节该两个谐振器的阻抗比和长度来调节两个中心频率，从而实现双通带。但图1所示的SIR双通带微带滤波器设计所能做到的频段仅能实现两个通带距离较远的情况，其两通带之间的阻带一般为40％，且通带相对带宽在10％以上。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种频段较近的双通带微带滤波器。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种双通带微带滤波器，包括两组结构相异的第一子微带滤波器和第二子微带滤波器、以及第一信号传输线和第二信号传输线，该第一信号传输线分别与该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器连接且连接信号输入端，该第二信号传输线分别与该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器连接且连接信号输出端，使该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器并联。
进一步，该第一子微带滤波器为广义切比雪夫带通滤波器，包括第一谐振器，该第一谐振器包括U型单元、第一弯折单元和第二弯折单元，该U型单元由两个左右对称的侧壁和连接该侧壁的连接部组成，以该型单元开口端的两个端点的连线自左向右作为x轴正向，与x 轴垂直向上的为y轴正向，该第一弯折单元与该U型单元的左端点连接，并沿x轴正向弯折，然后再沿y轴正向弯折，然后沿x轴正向弯折，最后沿y轴反向弯折，从而依序形成第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部和第四弯折部，该第二弯折单元与该U型单元的右端点连接，并为该第一弯折单元的镜像结构。
进一步，该第一子微带滤波器为四阶广义切比雪夫带通滤波器，还包括与该第一谐振器结构相同的第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器，该四个谐振器依序一字排开，相邻的谐振器之间的侧壁平行靠近。
进一步，该第二子微带滤波器为广义切比雪夫带通滤波器，包括第五谐振器，该第五谐振器包括U型单元、第一弯折单元和第二弯折单元，该U型单元由两个左右对称的侧壁和连接该侧壁的连接部组成，以该U型单元开口端的两个端点的连线自左向右作为x轴正向，与x轴垂直向上的为y轴正向，该第一弯折单元与该U型单元的左端点连接，并沿x轴反向弯折，然后再沿y轴反向弯折，然后沿x轴正向弯折，最后沿y轴正向弯折，依序形成第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部和第四弯折部，该第二弯折单元与该U型单元的右端点连接，并为该第一弯折单元的镜像结构。
进一步，该第二子微带滤波器为三阶广义切比雪夫带通滤波器，还包括与该第五谐振器结构相同的第六谐振器和第七谐振器，该三个谐振器依序一字排开。
进一步，还包括第一耦合馈线，其包括传输段、第一耦合段和第二耦合段，该第一耦合段与该第一谐振器的第二弯折单元的第二弯折部平行靠近，该第二耦合段与该第四谐振器的第一弯折单元的第二弯折部平行靠近，该传输段连接该第一耦合单元和第二耦合段。
进一步，还包括第二耦合馈线，其包括传输段、第一耦合段和第二耦合段，该第一耦合段与该第五谐振器的第一弯折单元的第二弯折部平行靠近，该第二耦合段与该第七谐振器的第二弯折单元的第二弯折部平行靠近，该传输段连接该第一耦合单元和第二耦合段。
进一步，该第一信号传输线包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，该第一枝节的一端与第一子微带滤波器的第一谐振器的U型单元的左侧壁连接；该第二枝节的一端与第二子微带滤波器的第五谐振器的U型单元的左侧壁连接；该第三枝节的一端与信号输入端连接；该第一枝节、第二枝节和第三枝节的另一端汇聚于一连接点。
进一步，该第二信号传输线的结构为该第一信号传输线的镜像结构，其包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，该第一枝节的一端与第一子微带滤波器的第四谐振器的U型单元的右侧壁连接；该第二枝节的一端与第二子微带滤波器的第七谐振器的U型单元的右侧壁连接；该第三枝节的一端与信号输出端连接；该第一枝节、第二枝节和第三枝节的另一端汇聚于一连接点。
相对于现有技术，本发明提供的双通带微带滤波器的两个通带的中心频率、带宽、和带内特性均可独立调节，可以很大范围的调节两个通带之间的距离，从而使得本发明的微带滤波器可以满足两通带之间较小阻带带宽。
附图说明
图1是现有技术中的一种SIR双通带微带滤波器的结构示意图。
图2是本发明双通带微带滤波器的结构示意图。
图3是图2所示的第一子微带滤波器22的结构示意图。
图4是图2所示的第二子微带滤波器24的结构示意图。
图5和图6是图2所示的双通带微带滤波器的TD-F+A频段的参数示意图。
图7是图5所示的双通带微带滤波器的响应曲线。
具体实施方式
请参阅图2，其是本发明双通带微带滤波器的结构示意图。该双通带微带滤波器20包括第一子微带滤波器22、第二子微带滤波器24、第一信号传输线26和第二信号传输线28。
请参阅图3，其是图2所示的第一子微带滤波器22的结构示意图。该第一子微带滤波器22为一四阶广义切比雪夫带通滤波器，包括第一谐振器222、第二谐振器224、第三谐振器226和第四谐振器228。该第一谐振器222包括一U型单元2221、第一弯折单元2222和第二弯折单元2223。该U型单元2221由两个左右对称的侧壁和连接该侧壁的连接部组成，以该U型单元2221开口端的两个端点的连线自左向右作为x轴正向，与x轴垂直向上的为y轴正向，该第一弯折单元2222与该U型单元2221的左端点连接，并沿x轴正向弯折，然后再沿y轴正向弯折，然后沿x轴正向弯折，最后沿y轴反向弯折，从而依序形成第一弯折部2222a、第二弯折部2222b、第三弯折部2222c和第四弯折部2222d。该第二弯折单元2223与该U型单元2221的右端点连接，并沿x轴反向弯折，然后再沿y轴正向弯折，然后沿x轴反向弯折，最后沿y轴反向弯折，从而形成与第一弯折单元2222的镜像结构，包括第一弯折部2223a、第二弯折部2223b、第三弯折部2223c和第四弯折部2223d。该第二谐振器224、第三谐振器226和第四谐振器228的结构与第一谐振器222的结构相同，该四个谐振器依序一字排开，相邻的谐振器之间的侧壁平行靠近。进一步，还包括一第一耦合馈线23，其包括传输段232、第一耦合段234和第二耦合段236。该第一耦合段234与该第一谐振器222的第二弯折单元2223的第二弯折部2223b平行靠近，该第二耦合段236与该第四谐振器228的第一弯折单元2282的第二弯折部2282b平行靠近，该传输段232连接该第一耦合单元234和第二耦合段236。
该四个谐振器的多次弯折可使得该第一子微带滤波器22的结构更加紧凑以减小其体积。该四个谐振器一字排开以避免非相邻谐振器之间的耦合。每个谐振器的第四弯折部为开路端，调整第四弯折部的长度可以对该第一子微带滤波器22的中心频率进行微调。相邻谐振器之间的边框靠近以产生耦合以传输信号。通过调整该第一子微带滤波器22相邻的谐振器的耦合缝隙间距来控制该第一子微带滤波器22的带宽，其中，缝隙越小、相邻谐振器之间的耦合越强，则该第一子微带滤波器22的带宽越宽；反之，缝隙越大、则谐振器间的耦合越弱，滤波器带宽越小。每个谐振器的U型单元、第一弯折单元和第二弯折单元的长度总和为预设通过波长的二分之一波长或四分之一波长。以及，该第一耦合馈线23使第一谐振器222与第四谐振器228之间产生弱电耦合，以改善带外抑制，在该第一子微带滤波器22带外产生一对对称的传输零点；通过调节该第一耦合馈线23的长度，可控制传输零点的位置。
请参阅图4，其是图2所示的第二子微带滤波器24的结构示意图。该第二子微带滤波器24为三阶广义切比雪夫带通滤波器，包括第五谐振器242、第六谐振器244和第七谐振器246。该第五谐振器242包括一U型单元2421、第一弯折单元2422和第二弯折单元2423。该U型单元2421由两个左右对称的侧壁和连接该侧壁的连接部组成。以该U型单元2421开口端的两个端点的连线自左向右作为x轴正向，与x轴垂直向上的为y轴正向，该第一弯折单元2422与该U型单元2421的左端点连接，并沿x轴反向弯折，然后再沿y轴反向弯折，然后沿x轴正向弯折，最后沿y轴正向弯折，从而依序形成第一弯折部2422a、第二弯折部2422b、第三弯折部2422c和第四弯折部2422d。该第二弯折单元2423与该U型单元2421的右端点连接，并沿x轴正向弯折，然后再沿y轴反向弯折，然后沿x轴反向弯折，最后沿y轴正向弯折，从而形成与该第一弯折单元2422的镜像结构，依序包括第一弯折部2423a、第二弯折部2423b、第三弯折部2423c和第四弯折部2423d。该第六谐振器244和第七谐振器246的结构与该第五谐振器242的结构相同。该三个谐振器依序一字排开，相邻的谐振器之间的侧壁平行靠近。进一步，还包括一第二耦合馈线25，其包括传输段252、第一耦合段254和第二耦合段256。该第一耦合段254与该第五谐振器242的第一弯折单元2422的第二弯折部2422b平行靠近，该第二耦合段256与该第七谐振器246的第二弯折单元2463的第二弯折部2463b平行靠近，该传输段252连接该第一耦合单元254和第二耦合段256。
该三个谐振器的多次弯折可使得该第二子微带滤波器24的结构更加紧凑以减小其体积。该三个谐振器一字排开以避免非相邻谐振器之间的耦合。每个谐振器的第四弯折部为开路端，调整第四弯折部的长度可以对该第二子微带滤波器24的中心频率进行微调。相邻谐振器之间的侧壁靠近以产生耦合进而传输信号。通过调整该第二子微带滤波器24相邻的谐振器的耦合缝隙间距来控制该第二子微带滤波器24的带宽，其中，缝隙越小、相邻谐振器之间的耦合越 强，则该第二子微带滤波器24的带宽越宽；反之，缝隙越大、则谐振器间的耦合越弱，滤波器带宽越小。每个谐振器的U型单元、第一弯折单元和第二弯折单元的长度和为预设通过波长的二分之一波长或四分之一波长。以及，该第二耦合馈线24使第五谐振器242与第七谐振器246之间产生弱电耦合，以改善带外抑制，在该第二子微带滤波器24带外产生一对对称的传输零点。通过调节该第一馈线24的长度，可控制传输零点的位置。
该第一信号传输线26包括第一枝节262、第二枝节264和第三枝节266三个枝节。该第一枝节262的一端与第一子微带滤波器22的第一谐振器222的U型单元2221的左侧壁连接；该第二枝节264的一端与第二子微带滤波器24的第五谐振器242的U型单元2421的左侧壁连接；该第三枝节266的一端与信号输入端连接。该第一枝节262、第二枝节264和第三枝节266的另一端汇聚于一连接点。其中，该第一枝节262的长度会影响该第二子微带滤波器24的传输特性，该第二枝节264的长度会影响该第一子微带滤波器22的传输特性。因此，根据所需的传输特性对该第一枝节262及第二枝节264的长度进行调整。进一步，为了使布线更加的紧凑，该第一枝节262和第二枝节264可分别具有多个弯折部。调节该第一枝节262与第一谐振器222的U型单元2221的左侧壁连接点，可使该第一谐振器222在谐振时与第一信号传输线26匹配，实现最大功率的传输；同理，调节该第二枝节264与第五谐振器242的U型单元2421的左侧壁连接点，可使该第五谐振器242在谐振时与该第一信号传输线26匹配，提高其有载品质因数。
该第二信号传输线28的结构为该第一信号传输线26的镜像结构，其包括第一枝节282、第二枝节284和第三枝节286三个枝节。该第一枝节282的一端与第一子微带滤波器22的第四谐振器228的U型单元的右侧壁连接；该第二枝节284的一端与第二子微带滤波器24的第七谐振器246的U型单元的右侧壁连接；该第三枝节286的一端与信号输出端连接。该第一枝节282、第二枝节284和第三枝节286的另一端汇聚于一连接点。其中，该第一枝节282的长度会影响该第二子微带滤波器24的传输特性，该第二枝节284的长度会影响该第一子微带滤波器22的传输特性。因此，根据所需的传输特性对该第一枝节262及第二枝节264的长度进行调整。进一步，为了使布线更加的紧凑，该第一枝节262和第二枝节264可分别具有多个弯折部。调节该第一枝节282与第四谐振器228的U型单元2281的右侧壁连接点，可使该第四谐振器228在谐振时与第二信号传输线28匹配，实现最大功率的传输；同理，调节该第二枝节284与第七谐振器246的U型单元2461的右侧壁连接点，可使该第七谐振器246在谐振时与该第二信号传输线28匹配，提高其有载品质因数。
该第一子微带滤波器22与该第二子微带滤波器24通过该第一信号传输线26和第二信号传输线28并联连接进行馈电，该第一传输线26和第二传输线28在该第一子微带滤波器22 工作的频段相对于该第一子微带滤波器22为短路，而相对于该第二子微带滤波器24为开路。反之，该第一传输线26和第二传输线28在该第二子微带滤波器24工作的频段相对于该第二子微带滤波器24为短路，而相对于该第一子微带滤波器22为开路。从而实现两个通带同时传送电磁波信号。
本发明的双通带微带滤波器可实现TD-F频段(1880MHz～1920MHz)结合TD-A频段(2010MHz～2025MHz)的传输通带。
请参阅图5，其是图2所示的双通带微带滤波器的TD-F+A频段的参数示意图。该第一子微带滤波器22为TD-F频段的滤波器。该第一谐振器222、第二谐振器224、第三谐振器226和第四谐振器228的长度均为57mm，线宽为0.5mm，该相邻谐振器之间的侧壁的耦合路径的耦合缝隙为0.8mm，该第二枝节的线宽为0.5mm。该第一耦合馈线23的长度为29.4mm，其传输段232的长度为17.8、第一耦合段234和第二耦合段236的长度为5.8mm。该第一耦合段234与该第一谐振器222的第二弯折单元2223的第二弯折部2223b耦合路径的耦合缝隙为0.2mm，该第二耦合段236与该第四谐振器228的第一弯折单元2282的第二弯折部2282b耦合路径的耦合缝隙为0.2mm。
该第二子微带滤波器24为TD-A频段滤波器。该第五谐振器242、第六谐振器244和第七谐振器246的长度为56.2mm，线宽为0.5mm。该相邻谐振器之间的侧壁的耦合路径的耦合缝隙为0.7mm，该第二枝节的线宽为0.5mm。该第二耦合馈线25的长度为36.3mm，其传输段252的长度为23.3mm、第一耦合段254和第二耦合段256的长度为6.5mm。该第一耦合段254与该第五谐振器242的第一弯折单元2421的第二弯折部2421b耦合路径的耦合缝隙为0.2mm，该第二耦合段256与该第七谐振器248的第二弯折单元2482的第二弯折部2482b耦合路径的耦合缝隙为0.2mm。
该第一信号传输线26和第二信号传输线28的线长为51.6mm，线宽为0.5mm。该第一枝节的长度为28.8mm，第二枝节的长度为19.3mm，第三枝节的长度为3.5mm。
请参阅图6，其是图5所示的双通带微带滤波器的响应曲线。该TD-F+A两个通带之间的阻带带宽仅为4.6％，即两个通带中心频率比仅为1.062，而传统的SIR双通带滤波器两个通带之间的阻带带宽最小只能做到40％左右，且通带相对带宽仅为2％和0.05％的工作频段，此外由于引入非相邻腔之间的耦合，两个通带两边都分别产生了一对传输零点，大大改善了滤波器的带外抑制特性，尤其是近端的带外抑制特性。
相对于现有技术，本发明的双通带微带滤波器包括并联的两组带通相异的广义切比雪夫微带滤波器，两个通带的中心频率、带宽、和带内特性均可独立调节，可以很大范围的调节 两个通带之间的距离，从而使得本发明的微带滤波器可以满足两通带之间较小阻带带宽。且本发明的双通带微带滤波器尺寸小、插入损耗小、带外抑制好、成本较低。进一步，本发明的双通带微带滤波器可以与现有其它多模谐振器相结合，创造出体积更小，性能更优越的双通带滤波器。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (16)
1.一种双通带微带滤波器，其特征在于：包括两组结构相异的第一子微带滤波器和第二子微带滤波器、以及第一信号传输线和第二信号传输线，该第一信号传输线分别与该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器连接且连接信号输入端，该第二信号传输线分别与该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器连接且连接信号输出端，使该第一子微带滤波器和第二子微带滤波器并联。
2.根据权利要求1所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一子微带滤波器为广义切比雪夫带通滤波器，包括第一谐振器，该第一谐振器包括U型单元、第一弯折单元和第二弯折单元，该U型单元由两个左右对称的侧壁和连接该侧壁的连接部组成，以该型单元开口端的两个端点的连线自左向右作为x轴正向，与x轴垂直向上的为y轴正向，该第一弯折单元与该U型单元的左端点连接，并沿x轴正向弯折，然后再沿y轴正向弯折，然后沿x轴正向弯折，最后沿y轴反向弯折，从而依序形成第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部和第四弯折部，该第二弯折单元与该U型单元的右端点连接，并为该第一弯折单元的镜像结构。
3.根据权利要求2所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一子微带滤波器为四阶广义切比雪夫带通滤波器，还包括与该第一谐振器结构相同的第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器，该四个谐振器依序一字排开，相邻的谐振器之间的侧壁平行靠近。
4.根据权利要求1或2或3所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第二子微带滤波器为广义切比雪夫带通滤波器，包括第五谐振器，该第五谐振器包括U型单元、第一弯折单元和第二弯折单元，该U型单元由两个左右对称的侧壁和连接该侧壁的连接部组成，以该U型单元开口端的两个端点的连线自左向右作为x轴正向，与x轴垂直向上的为y轴正向，该第一弯折单元与该U型单元的左端点连接，并沿x轴反向弯折，然后再沿y轴反向弯折，然后沿x轴正向弯折，最后沿y轴正向弯折，依序形成第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部和第四弯折部，该第二弯折单元与该U型单元的右端点连接，并为该第一弯折单元的镜像结构。
5.根据权利要求4所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第二子微带滤波器为三阶广义切比雪夫带通滤波器，还包括与该第五谐振器结构相同的第六谐振器和第七谐振器，该三个谐振器依序一字排开。
6.根据权利要求3所述的双通带微带滤波器，其特征在于：还包括第一耦合馈线，其包括传 输段、第一耦合段和第二耦合段，该第一耦合段与该第一谐振器的第二弯折单元的第二弯折部平行靠近，该第二耦合段与该第四谐振器的第一弯折单元的第二弯折部平行靠近，该传输段连接该第一耦合段和第二耦合段。
7.根据权利要求5所述的双通带微带滤波器，其特征在于：还包括第二耦合馈线，其包括传输段、第一耦合段和第二耦合段，该第一耦合段与该第五谐振器的第一弯折单元的第二弯折部平行靠近，该第二耦合段与该第七谐振器的第二弯折单元的第二弯折部平行靠近，该传输段连接该第一耦合段和第二耦合段。
8.根据权利要求5所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一信号传输线包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，该第一枝节的一端与第一子微带滤波器的第一谐振器的U型单元的左侧壁连接；该第二枝节的一端与第二子微带滤波器的第五谐振器的U型单元的左侧壁连接；该第三枝节的一端与信号输入端连接；该第一枝节、第二枝节和第三枝节的另一端汇聚于一连接点。
9.根据权利要求8所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第二信号传输线的结构为该第一信号传输线的镜像结构，其包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，该第一枝节的一端与第一子微带滤波器的第四谐振器的U型单元的右侧壁连接；该第二枝节的一端与第二子微带滤波器的第七谐振器的U型单元的右侧壁连接；该第三枝节的一端与信号输出端连接；该第一枝节、第二枝节和第三枝节的另一端汇聚于一连接点。
10.根据权利要求5所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器的长度均为57mm，线宽为0.5mm，该相邻谐振器之间的侧壁的耦合路径的耦合缝隙为0.8mm。
11.根据权利要求5所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第五谐振器、第六谐振器和第七谐振器的长度为56.2mm，线宽为0.5mm，相邻谐振器之间的侧壁的耦合路径的耦合缝隙为0.7mm。
12.根据权利要求6所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一耦合馈线的长度为29.4mm，其传输段的长度为17.8mm、第一耦合段和第二耦合段的长度为5.8mm。
13.根据权利要求12所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一耦合段与该第一谐振器的第二弯折单元的第二弯折部耦合路径的耦合缝隙为0.2mm，该第二耦合段与该第四谐振器的第一弯折单元的第二弯折部耦合路径的耦合缝隙为0.2mm。
14.根据权利要求7所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第二耦合馈线的长度为36.3mm，其传输段的长度为23.3mm、第一耦合段和第二耦合段的长度为6.5mm。
15.根据权利要求14所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一耦合段与该第五谐振器的第一弯折单元的第二弯折部耦合路径的耦合缝隙为0.2mm，该第二耦合段与该第七谐振器的第二弯折单元的第二弯折部耦合路径的耦合缝隙为0.2mm。
16.根据权利要求9所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一信号传输线和第二信号传输线的线长均为51.6mm，线宽均为0.5mm，其中，第一枝节的长度为28.8mm，第二枝节的长度为19.3mm，第三枝节的长度为3.5mm。
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