CN102610885A - L波段宽带多零点微型滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种L波段宽带多零点微型滤波器，包括表面安装的输入/输出接口、采用三层折叠耦合带状线实现的五个并联谐振单元、四个零点设置单元、一个Z字形交叉耦合电路及输入和输出电感，各元件均采用三层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入、输出电感均采用分布参数的带状线设计。本发明的电路拓扑设计过程简单，制造工艺简便，工作频带宽，插入损耗低，芯片面积小，相移精度高，输入和输出电压驻波比小。特别适用于相应微波频段的通信、数字雷达、单兵卫星移动、军用与民用多模和多路通信系统终端、无线通信手持终端等，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应系统中。

Description

L波段宽带多零点微型滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种L波段宽带多零点微型滤波器。

背景技术

随着微波毫米波通信、雷达等系统的发展，尤其是移动手持式无线通信终端和单兵卫星移动通信终端及军用与民用多模和多路通信系统终端、机载、弹载、宇航通信系统中，宽带多零点微型带通滤波器是该波段接收和发射支路中的关键电子部件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。描述这种部件性能的主要技术指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带输入/输出电压驻波比、通带插入损耗、阻带衰减、形状因子、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。滤波器是一种对频率具有选择性的二端口网络，在许多微波系统中被广泛应用，利用它可以分离和组合不同频率的信号。为了在器件小型化的同时降低其损耗，获得更高的品质因数，就需要寻求新的材料和技术。常规的设计和制造方法在微波频率低端（300MHz～1GHz），由于波长较长（波长0.3米到1米），滤波器的体积与工作波长成正比，因此体积较大（一般约为45mm×32mm×8 mm）；如金属谐振腔构成的滤波器、微带线滤波器、块状介质滤波器等，体积太大，不能适应小型化的要求；而采用声表面波滤波器技术，虽然体积可以减小，但其电性能却有温度漂移缺点，而且成本高、插入损耗较大，在温度稳定性要求高和插入损耗要求低的应用场合均受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、可靠性高、温度性能稳定好、电性能优异、批量电性能一致性好、成本低的L波段宽带多零点微型滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种L波段宽带多零点微型滤波器，其特征在于包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一级并联谐振单元、第一谐振耦合零点电路、第二级并联谐振单元、第二谐振耦合零点电路、第三级并联谐振单元、第三谐振耦合零点电路、第四级并联谐振单元、第四谐振耦合零点电路、第五级并联谐振单元、第五谐振耦合零点电路。输出电感、表面安装的50欧姆阻抗输出端口和接地端，输入端口与输入电感连接，输出端口与输出电感连接，该输出电感与输入电感之间并联第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元和第五级并联谐振单元，在第一级并联谐振单元与第二级并联谐振单元之间串联第一谐振耦合零点电路；第二级并联谐振单元与第三级并联谐振单元之间串联第二谐振耦合零点电路；第三级并联谐振单元与第四级并联谐振单元之间串联第三谐振耦合零点电路；第四级并联谐振单元与第五级并联谐振单元之间串联第四谐振耦合零点电路；第二级和第四级并联谐振单元与Z字形交叉耦合带状线之间串联第五谐振耦合零点电路；所述的第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元和第五级并联谐振单元分别接地。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

（1）本发明L波段宽带多零点微型滤波器利用多层低温共烧陶瓷工艺（LTCC）特点，采用立体多层叠层结构实现电路元件，大大缩小体积；

（2）利用LTCC陶瓷介质介电常数高特点同样可大幅减小元件尺寸；

（3）利用LTCC材料的低损耗特点和独特的电路结构实现优异的电性能；

（4）利用低温陶瓷材料的高温度稳定性和可靠性，使得元件具有高温度稳定性和高可靠性；

（5）利用LTCC工艺的大批量生产的一致性，获得高成品率和低成本。总之，本发明具有体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、电性能温度稳定性高、电路实现结构简单、电性能一致性好，可以用全自动贴片机安装和焊接、特别适用于火箭、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持终端中，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应系统中。

附图说明

图1是本发明L波段宽带多零点微型滤波器的电原理图；

图2是本发明L波段宽带多零点微型滤波器的外形及内部结构示意图；

图3是本发明L波段宽带多零点微型滤波器的并联谐振单元结构示意图；

图4是本发明L波段宽带多零点微型滤波器三维全波仿真性能曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2和图3，本发明是一种L波段宽带多零点微型滤波器，该滤波器包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感L6、第一级并联谐振单元L1、C1、第一谐振耦合零点电路L12、C12、第二级并联谐振单元L2、C2、第二谐振耦合零点电路L23、C23、第三级并联谐振单元L3、C3、第三谐振耦合零点电路L34、C34、第四级并联谐振单元L4、C4、第四谐振耦合零点电路L45、C45、第五谐振耦合零点电路L24、C24,输出电感L7、表面安装的50欧姆阻抗输出端口P2和接地端；表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1一端接输入信号，另一端接输入电感L6的一端，输入电感L6的另一端和第一级并联谐振单元L1、C1、第一谐振耦合零点电路L12、C12相连接，其中第一级并联谐振单元L1、C1由第一电感L1和第一电容C1并联而成，第一谐振耦合零点电路L12、C12由第一零点电感L12和第一零点电容C12串联而成；第一谐振耦合零点电路L12、C12的另一端与第二级并联谐振单元L2、C2、第二谐振耦合零点电路L23、C23和第五谐振耦合零点电路L24、C24的公共端相连接，第二级并联谐振单元L2、C2 由第二电感L2和第二电容C2并联而成，第二谐振耦合零点电路L23、C23由第二零点电感L23和第二零点电容C23串联而成，第五谐振耦合零点电路由第五零点电感L24和第五零点电容C24串联而成；第二谐振耦合零点电路L23、C23的另一端与第三级并联谐振单元L3、C3、第三谐振耦合零点电路L34、C34的公共端相连接，第三级并联谐振单元L3、C3 由第三电感L3和第三电容C3并联而成，第三谐振耦合零点电路L34、C34由第三零点电感L34和第三零点电容C34串联而成；第三谐振耦合零点电路L34、C34的另一端与第四级并联谐振单元L4、C4、第五谐振耦合零点电路L24、C24公共端相连接，第四级并联谐振单元L4、C4 由第四电感L4和第四电容C4并联而成；第四谐振耦合零点电路L45、C45的另一端与第五级并联谐振单元L5、C5、第四谐振耦合零点电路L45、C45、输出电感L7的公共端相连接，第五级并联谐振单元L5、C5由第五电感L5和第五电容C5并联而成；输出电感L7的另一端与输出端口P2的一端连接，输出端口P2的另一端接输出信号；第一级并联谐振单元L1、C1、第二级并联谐振单元L2、C2、第三级并联谐振单元L3、C3、第四级并联谐振单元L4、C4和第五级并联谐振单元L5、C5的另一端分别接地。

结合图2和图3，本发明L波段宽带多零点微型滤波器，输入端口P1、输入电感L6、第一级并联谐振单元L1、C1、第一谐振耦合零点电路L12、C12、第二级并联谐振单元L2、C2、第二谐振耦合零点电路L23、C23、第三级并联谐振单元L3、C3、第三耦合谐振零点电路L34、C34、第四级并联谐振单元L4、C4、第四谐振耦合零点电路L45、C45、第五级并联谐振单元L5、C5、第五谐振耦合零点电路L24、C24、输出电感L7、输出端口P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感L6、输出电感L7均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元L1、C1、第二级并联谐振单元L2、C2、第三级并联谐振单元L3、C3、第四级并联谐振单元L4、C4、第五级并联谐振单元L5、C5均采用三层折叠耦合带状线实现，第一零点电容C12、第二零点电容C23、第三零点电容C34、第四零点电容C45和第五零点电容C24均分别采用第一级并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2之间、第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3之间、第三级并联谐振单元L3、C3与第四级并联谐振单元L4、C4之间、第四级并联谐振单元L4、C4与第五级并联谐振单元L5、C5之间、第二级并联谐振单元L2、C2和第四级并联谐振单元L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现，第一零点电感L12、第二零点电感L23、第三零点电感L34、第四零点电感L45和第五零点电感L24均分别采用第一级并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2之间、第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3之间、第三级并联谐振单元L3、C3与第四级并联谐振单元L4、C4之间、第四级并联谐振单元L4、C4与第五级并联谐振单元L5、C5之间、第二级L2、C2和第四级并联谐振单元L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现。

结合图2、图3，本发明L波段宽带多零点微型滤波器，第一级并联谐振单元L1、C1、第二级并联谐振单元L2、C2、第三级并联谐振单元L3、C3和第四级并联谐振单元L4、C4和第五级并联谐振单元L5、C5均采用分布参数三层折叠耦合带状线结构实现，其中每层带状线一端悬空，另一端接地。

本发明L波段宽带多零点微型滤波器，第一谐振耦合零点电路L12、C12中，第一零点电感L12采用第一级并联谐振单元L1、C1和第二级并联谐振单元L2、C2之间空间耦合和分布参数电感实现，第一零点电容C12采用第一级并联谐振单元L1、C1和第二级并联谐振单元L2、C2之间空间耦合和分布参数电容实现；第二谐振耦合零点电路L23、C23中，第二零点电感L23采用第二级并联谐振单元L2、C2和第三级两个并联谐振单元L3、C3之间空间耦合和分布参数电感实现，第二零点电容C23采用第二级并联谐振单元L2、C2和第三级并联谐振单元L3、C3之间空间耦合和分布参数电容实现；第三谐振耦合零点电路L34、C34中，第三零点电感L34采用第三级并联谐振单元L3、C3和第四级并联谐振单元L4、C4之间空间耦合和分布参数电感实现，第三零点电容C34采用第三级并联谐振单元L3、C3和第四级并联谐振单元L4、C4之间空间耦合和分布参数电容实现；第四谐振耦合零点电路L45、C45中，第四零点电感L45采用第四级并联谐振单元L4、C4和第五级并联谐振单元L5、C5之间空间耦合和分布参数电感实现，第四零点电容C45采用第四级并联谐振单元L4、C4和第五级并联谐振单元L5、C5之间空间耦合和分布参数电容实现；第五谐振耦合零点电路L24、C24中，第五零点电感L24采用第二级并联谐振单元L2、C2和第四级并联谐振单元L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现，第五零点电容C24采用二级并联谐振单元L2、C2和第四级并联谐振单元L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现。

本发明L波段宽带多零点微型滤波器，其工作原理简述如下：输入的宽频带微波信号经输入端口P1通过输入电感L6到达第一级并联谐振单元L1、C1，第一电感L1和第一电容C1相连接的一端及第一谐振耦合零点电路L12、C12的一端，在第一级并联谐振单元L1、C1的一端，所述的宽频带微波信号中，在第一级并联谐振单元谐振频率附近的微波信号进入第一级并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2之间第一谐振耦合零点电路L12、C12，其余非第一级并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L1、C1中的第一电感L1和第一电容C）接地，实现第一级滤波。第一谐振耦合零点电路L12、C12的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第一零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第一零点附近的微波频率信号通过第一谐振耦合零点电路L12、C12中的第一零点电感L12和第一零点电容C12到达第二级并联谐振单元L2、C2中。第二电感L2和第二电容C2相连接的一端及第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3之间第二谐振耦合零点电路L23、C23的一端，经过第一级滤波和第一谐振耦合零点电路L12、C12的微波信号，在第二级并联谐振单元L2、C2谐振频率附近的微波信号进入第二谐振耦合零点电路L23、C23，其余非第二级并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2、C2中的第二电感L2和第二电容C2接地，实现第二级滤波。第二谐振耦合零点电路L23、C23的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第二零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第二零点附近的微波频率信号通过第二谐振耦合零点电路L23、C23中的第二零点电感L23和第二零点电容C23到达第三级并联谐振单元L3、C3中的第三电感L3和第三电容C3相连接的一端及第三谐振耦合零点电路L34、C34的一端，经过第一级、第二级滤波和第一谐振耦合零点电路L12、C12，第二谐振耦合零点电路L23、C23的微波信号，在第三并联谐振单元L3、C3谐振频率附近的微波信号进入第三级并联谐振单元L3、C3与第四级并联谐振单元L4、C4之间第三谐振耦合零点电路L34、C34，其余非第三并联谐振单元L34、C34谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3、C3中的第三电感L3和第三电容C3接地，实现第三级滤波。第三谐振耦合零点电路L34、C34的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第三零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第三零点附近的微波频率信号通过第三谐振耦合零点电路L34、C34中的第三零点电感L34和第三零点电容C34到达第四级并联谐振单元L4、C4中第四电感L4和第四电容C4相连接的一端及第二L2、C2和第四级并联谐振单元L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间第五谐振耦合零点电路L24、C24的一端，经过第一级、第二级、第三级滤波和第一、第二、第三谐振耦合零点电路的微波信号，在第四级并联谐振单元L4、C4谐振频率附近的微波信号进入第五谐振耦合零点电路L14、C14。第五谐振耦合零点电路L24、C24的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第五零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，第四并联谐振单元L4、C4谐振频率附近的微波信号与非第五零点附近的微波频率信相加之后其余非第四并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4、C4中的第四电感L4和第四电容C4接地，实现第四级滤波。第四谐振耦合零点电路L45、C45的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第四零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第四零点附近的微波频率信号通过第四谐振耦合零点电路L45、C45中的第四零点电感L45和第四零点电容C45到达第五级并联谐振单元L5、C5中。第五电感L5和第五电容C5相连接的一端及第四级并联谐振单元L4、C4与第五级并联谐振单元L5、C5之间第四谐振耦合零点电路L45、C45的一端，经过第，一，二，三，四级滤波和第四谐振耦合零点电路L45、C45的微波信号，在第四级并联谐振单元L4、C4谐振频率附近的微波信号进入第四谐振耦合零点电路L45、C45，通过输出电感L6接表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的一端，其余非第四级并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第五级并联谐振单元L5、C5中的第五电感L5和第五电容C5接地，实现第五级滤波经过第一级滤波、第二级滤波、第三级滤波、第四级滤波，第一谐振耦合零点电路L12、C12，第二谐振耦合零点电路L23、C23，第三谐振耦合零点电路L34、C34，第四谐振耦合零点电路L45、C45以及第五谐振耦合零点电路L24、C24的微波信号，通过表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的另一端输出，从而实现L波段微型带通滤波功能。

L波段宽带多零点微型滤波器由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小。

L波段宽带多零点微型滤波器实施体积为4.2mm×4.8mm×1.5mm。 该滤波器带宽为400MHz，仿真滤波器通带内插入损耗均小于3分贝，低阻带抑制优于-55分贝，高阻带抑制优于-50分贝，具有良好的滤波器性能。

Claims (4)

1.一种L波段宽带多零点微型滤波器，其特征在于：包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（L6）、第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一谐振耦合零点电路（L12，C12）、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二谐振耦合零点电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三谐振耦合零点电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元(L4，C4)、第四谐振耦合零点电路（L45，C45）、第五级并联谐振单元(L5，C5)、第五谐振耦合零点电路（L24，C24）、输出电感（L7）、表面安装的50欧姆阻抗输出端口（P2）和接地端；表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）一端接输入信号，另一端接输入电感（L6）的一端，输入电感（L6）的另一端和第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一谐振耦合零点电路（L12，C12）的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元(L1，C1)由第一电感（L1）和第一电容（C1）并联而成，第一谐振耦合零点电路（L12，C12）由第一零点电感（L12）和第一零点电容（C12）串联而成，第一谐振耦合零点电路（L12，C12）的另一端与第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二谐振耦合零点电路（L23，C23）、第五个谐振耦合零点电路（L24,C24）的公共端相连接，第二级并联谐振单元(L2，C2) 由第二电感（L2）和第二电容（C2）并联而成，第二谐振耦合零点电路（L23，C23）由第二零点电感（L23）和第二零点电容（C23）串联而成；第二谐振耦合零点电路（L23，C23）的另一端与第三级并联谐振单元（L3，C3）、第三谐振耦合零点电路（L34，C34）的公共端相连接，第三级并联谐振单元(L3，C3) 由第三电感（L3）和第三电容（C3）并联而成，第三谐振耦合零点电路（L34，C34）由第三零点电感（L34）和第三零点电容（C34）串联而成；第三谐振耦合零点电路（L34，C34）的另一端与第四级并联谐振单元（L4，C4）、第四谐振耦合零点电路（L45，C45）的一端，第五谐振耦合零点电路(L24，C24)的公共端相连接，第四级并联谐振单元由第四电感（L4）和第四电容（C4）并联而成，第四谐振耦合零点电路（L45，C45）由第四零点电感（L45）和第四零点电容（C45）串联而成；第四谐振耦合零点电路（L45，C45）的另一端与第五级并联谐振单元（L5，C5）、输出电感（L7）的公共端相连接，第五级并联谐振单元(L5，C5) 由第五电感（L5）和第五电容（C5）并联而成；输出电感（L7）的另一端与输出端口（P2）的一端连接，输出端口（P2）的另一端接输出信号；第一级并联谐振单元(L1，C1)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第四级并联谐振单元(L4，C4)和第五级并联谐振单元（L5，C5）的另一端分别接地。

2.根据权利要求1所述的L波段宽带多零点微型滤波器，其特征在于：输入端口（P1）、输入电感（L6）、第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一谐振耦合零点电路（L12，C12）、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二谐振耦合零点电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三谐振耦合零点电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元(L4，C4)、第四谐振耦合零点电路（L45，C45）、第五级并联谐振单元（L5，C5）、第五谐振耦合零点电路(L24，C24)，输出电感（L7）、输出端口（P2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感（L6）、输出电感（L7）均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元(L1，C1)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第四级并联谐振单元(L4，C4)和第五级并联谐振单元（L5,C5）均采用三层折叠耦合带状线实现，第一零点电容（C12）、第二零点电容（C23）、第三零点电容（C34）、第四零点电容（C45）和第五零点电容（C24）均分别采用第一级并联谐振单元（L1，C1）与第二级并联谐振单元(L2，C2)之间、第二级并联谐振单元（L2，C2）与第三级并联谐振单元(L3，C3)之间、第三级并联谐振单元(L3，C3)与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间、第四级并联谐振单元（L4，C4）与第五级并联谐振单元(L5，C5)之间、第二级并联谐振单元(L2,C2)与第四级并联谐振单元(L4,C4)之间均依靠空间耦合和分布参数电容实现。

3.根据权利要求要1所求的L波段宽带多零点微型滤波器，其特征在于：第一级并联谐振单元（L1，C1）、第二级并联谐振单元（L2，C2）、第三级并联谐振单元（L3，C3）、第四级并联谐振单元（L4，C4）和第五级并联谐振单元（L5.C5）均采用分布参数三层折叠耦合带状线结构实现，其中每层带状线一端悬空，另一端接地。

4.根据权利要求1所要求的L波段宽带多零点微型滤波器，其特征在于：其中第一谐振耦合零点电路（L12，C12）中，第一零点电感（L12）采用第一级并联谐振单元（L1，C1）和第二级并联谐振单元（L2，C2）之间空间耦合和分布参数电感实现，第一零点电容（C12）采用第一级并联谐振单元（L1，C1）和第二级并联谐振单元（L2，C2）之间空间耦合和分布参数电容实现；第二谐振耦合零点电路（L23，C23）中，第二零点电感（L23）采用第二级并联谐振单元（L2，C2）和第三级两个并联谐振单元（L3，C3）之间空间耦合和分布参数电感实现，第二零点电容（C23）采用第二级并联谐振单元（L2，C2）和第三级并联谐振单元（L3，C3）之间空间耦合和分布参数电容实现；第三谐振耦合零点电路（L34，C34）中，第三零点电感（L34）采用第三级并联谐振单元（L3，C3）和第四级并联谐振单元（L4，C4）之间空间耦合和分布参数电感实现，第三零点电容（C34）采用第三级并联谐振单元（L3，C3）和第四级并联谐振单元（L4，C4）之间空间耦合和分布参数电容实现；第四谐振耦合电路（L45，C45）中，第四零点电感（L45）采用第四级并联谐振单元（L4，C4）和第五级并联谐振单元（L5，C5）之间空间耦合和分布参数电感实现，第四个零点电容（C45）采用第四级并联谐振单元（L4，C4）和第五级并联谐振单元（L5，C5）之间空间耦合和分布参数电容实现；第五谐振耦合零点电路（L24，C24）中，第五零点电感（L45）采用第二级并联谐振单元（L2，C2）和第四级并联谐振单元(L4，C4)与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现，第五零点电容（C24）采用二级并联谐振单元（L2，C2）和第四级并联谐振单元(L4，C4)与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现。

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