CN104205491B - 具有嵌入式无线天线的近场通信（nfc）线圈 - Google Patents

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Abstract

本文所述的是与近场耦合和WLAN双频带操作有关的技术。例如，WLAN双频带利用被用于近场通信（NFC）功能的相同的线圈天线。WLAN双频带可以被集成到NFC模块中以形成单个模块。

Description

具有嵌入式无线天线的近场通信（NFC）线圈
背景技术
允许紧密靠近彼此的设备（例如便携式电子设备、平板计算机等）之间的近场耦合（诸如无线功率传递（WPT）和近场通信（NFC））的技术已经兴起。NFC可以使用设备中的射频（RF）天线来发射和接收电磁信号。由于用户期望（和/或出于审美原因），这些设备中许多是小型的，且正在变得更小。当从侧面看时，这样的设备趋向于具有夸张的宽高比。结果，这些设备中许多包含扁平式天线（flat antenna），其可以使用导体材料的线圈作为辐射天线以用在近场耦合中。
无线（无线电）通信可能需要单独的嵌入式天线组件以用于无线局域网（WLAN）、无线广域网（WWAN）、城域网（MAN）、长期演进（LTE）、全球定位系统（GPS）等。设备的NFC和无线通信（例如WLAN、WWAN等）组件（例如，天线）可能在设备中需要显著的空间。换句话说，NFC和无线通信设备可能在设备上针对天线的非常有限的空间而竞争。从设计的角度来看，有限的空间变得更有挑战，这是由于设备变得更薄并且将嵌入式天线封装到设备中可能损害NFC和其它无线通信的性能。相应地，一种解决方案可以被实现以提供设备中的NFC和其它无线通信的高效性能。
附图说明
图1A图示用以执行近场通信（NFC）相关功能的设备之间的示例近场耦合布置。
图1B图示包括无线局域网（WLAN）双频带操作的设备之间的示例无线通信布置。
图2是使用相同线圈天线的用于无线局域网（WLAN）双频带和近场通信的示例设备的示图。
图3是包括无源设备的示例线圈天线配置的示图。
图4是使用相同线圈天线的用于无线局域网（WLAN）双频带和近场通信的方法。
参考附图提供下述具体实施方式。在附图中，附图标记的一个或多个最左侧数字通常标识其中该附图标记首次出现的附图。在不同附图中相同附图标记的使用指示类似或相同的项。
具体实施方式
本文档公开一个或多个系统、装置、方法等，用于耦合设备的天线且更特别地用于利用设备的相同线圈天线作为用于设备的无线通信和近场耦合能力的嵌入式天线。近场耦合包括（通过说明而非限制的方式）设备的近场通信（NFC）和/或无线功率传递（WPT）能力。无线通信包括（通过说明而非限制的方式）WLAN、MAN、WWAN、LTE、GPS、其它形式的WiFi和无线电通信等。例如，WLAN可以利用被用于NFC相关功能的线圈天线。在该示例中，WLAN（双频带）模块可以集成于NFC模块以形成单个模块。单个模块可以连接到接收、发射或承载用于WLAN双频带操作和NFC操作二者的电信号的线圈天线。在实现方式中，WLAN双频带操作可以以相对高频率电信号来操作，诸如在IEEE 802.11n标准下2.4GHz或5.2GHz频率电信号。NFC操作可以被配置成以低频率电信号来操作（诸如13.56MHz频率电信号）以执行NFC相关功能。在该实现方式中，线圈天线可以被配置成独立地谐振于13.56MHz、2.4GHz和5.2GHz频率电信号。
在实现方式中，线圈天线被配置成包括谐振于5.2GHz的开端中心馈电偶极子天线部分，所述5.2GHz是用于WLAN双频带操作的频率之一。因为WLAN双频带可以另外操作于2.4GHz，所以线圈天线可以被配置成通过隔离被用于NFC相关功能的线圈天线的连续环路的段而谐振于2.4GHz。换句话说，在WLAN双频带的2.4GHz频率的操作期间创建NFC线圈天线的部分迹线（trace）的重用。
在实现方式中，NFC线圈天线的隔离的段可以与中心馈电偶极子天线部分（即，用于5.2GHz频率的操作）结合利用，以谐振于WLAN双频带的2.4GHz频率的操作。对于NFC相关功能，线圈天线可以使用NFC线圈天线（即，线圈天线的连续环路）而不需要隔离段（即，部分迹线）。在其它实现方式中，诸如在WWAN、LTE、数字电视（DTV）、GPS等操作中，线圈天线可以被配置成操作于与WWAN、LTE、DTV、GPS等所需操作频率相对应的频率电信号处。
在实现方式中，无源设备或组件（例如，电感器）可以被安装以隔离WLAN双频带操作与NFC操作的电信号。在其它实现方式中，软件实现方式可以使用有源设备（例如，开关）来将WLAN双频带电信号与NFC电信号相分离。
示例系统
图1A图示用于近场耦合的设备的示例布置。更特别地，用户可能期望以某些人体工程学便捷的方式来操作启用近场耦合的设备和/或其它设备。这样的设备的示例包括（但不限于）移动电话、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理、平板计算机、上网本、笔记本计算机、膝上型计算机、多媒体回放设备、数字音乐播放器、数字视频播放器、导航设备、数码摄像机等。
在实现方式中，图1A示出所谓的“NFC碰撞（bump）”，其中两个用户（未示出）可以以边对边或头对头的方式一起“碰撞”他们的启用NFC的设备102-2和102-4以执行NFC相关功能（例如，信息共享）。图1A示出用于NFC相关功能的设备102的通常期望的并排布置。设备102-2和102-4可以包括用以执行NFC相关功能的闭端连续环路线圈天线（未示出）。NFC相关功能可以包括设备102之间的数据通信。例如，设备102-2可以通过近场耦合操作将信息传递到设备102-4。
图1B图示用于设备102-2和设备102-4之间的无线通信的示例布置。无线通信可以包括WLAN、MAN、WWAN、LTE、GPS、其它WiFi形式的通信等。例如，设备102-2和102-4可以通过采用其电路中的WLAN而彼此通信。在该示例中，设备102可以包括利用相同的连续环路线圈天线执行WLAN双频带操作的WLAN双频带电路（未示出）。连续环路线圈天线（未示出）的利用可以独立于用于NFC相关功能的线圈天线的使用而实现。与NFC频率电信号相比，WLAN双频带操作可以操作于不同的频率电信号处。
在实现方式中，设备102-2和102-4可以包括无线通信电路（未示出），其包括用于承载、发射和/或接收频率电信号的线圈天线（未示出）。无线通信电路（未示出）可以被配置成根据一个或多个无线标准来操作。例如，无线通信电路（未示出）可以被配置成在设备102-2和设备102-4之间经由无线通信链路104（通过塔106）来无线地传递信息，所述无线通信链路104是根据3G或4G或未来数字无线通信标准中的至少一个来建立的。这样的3G或4G（或未来）数字无线通信标准可以包括以下各项中的一个或多个：WiMax通信标准（例如，根据IEEE 802.16标准族，诸如IEEE 802.16-2009）、第三代合作伙伴计划（3GPP）LTE通信标准或者一个或多个其它标准或协议（当前的和未来的）。在实施例中，无线通信电路可以被配置成根据诸如IEEE 802.11标准族中的一个或多个（例如，IEEE 802.11a-1999、802.11b-1999、802.11g-2003、802.11n-2009、802.11-2007）之类的Wi-Fi WLAN标准或者一个或多个其它标准或协议（当前的和未来的）来无线地传递信息。
示例设备
图2是将相同的线圈天线用于NFC和WLAN双频带操作的设备102-2的示例实施例。在实现方式中，无线设备102-2可以包括NFC/WLAN线圈天线200、WLAN双频带模块和NFC模块联合体202、和无线通信电路204。
在实现方式中，NFC/WLAN线圈天线200可以位于设备102-2的一个边缘（例如，顶边缘206）或任何其它边缘处。在该实现方式中，NFC/WLAN线圈天线200可以充当处于WLAN频率电信号和NFC频率电信号的收发器。NFC/WLAN线圈天线200可以被配置成包括单独的开端中心馈电偶极子天线配置（未示出）以执行处于5.2GHz频率电信号的WLAN双频带操作。对于2.4GHz频率电信号，NFC/WLAN线圈天线200可以被配置成包括用于NFC相关功能的NFC/WLAN线圈天线200的部分迹线（未示出）的重用。例如，NFC/WLAN线圈天线200可以包括用于NFC相关功能（诸如，读取NFC标签、信用卡或者使用两个启用NFC的设备之间的“NFC碰撞”来传递信息）的连续环路线圈天线（未示出）。
在实现方式中，WLAN双频带模块和NFC模块联合体202可以被配置成处理来自NFC/WLAN线圈天线200的接收、发射和/或承载的电信号。WLAN双频带模块和NFC模块联合体202是包括WLAN双频带模块（未示出）和NFC模块（未示出）的单个模块。WLAN双频带模块（未示出）处理WLAN双频带电信号，诸如2.4GHz/5.2GHz频率电信号，而NFC模块（未示出）处理NFC电信号，诸如13.56MHz频率电信号。WLAN双频带模块和NFC模块联合体202可以耦合到无线通信电路204。在实现方式中，无线通信电路204可以被配置成调整设备102-2处的通信参数，诸如发射功率、放大、操作模式等。
此外，设备102-2包括一个或多个处理器208。一个或多个处理器208可以是单个处理单元或多个处理单元，其全部可以包括单个或多个计算单元或多个核。处理器208可以被实现为一个或多个微处理器、微计算机、微控制器、数字信号处理器、中央处理单元、状态机、逻辑电路和/或基于操作指令操纵信号的任何设备。除其它能力外，处理器208尤其可以被配置成取得和执行存储在存储器210或其它计算机可读储存介质中的计算机可读指令或处理器可访问指令。
在某些实现方式中，存储器组件210是用于存储指令的计算机可读储存介质的示例，其被一个或多个处理器208执行以执行上述各种功能。例如，存储器210通常可以包括易失性存储器和非易失性存储器二者（例如RAM、ROM等）。存储器210在本文中可以被称为存储器或计算机可读储存介质。存储器210能够存储计算机可读、处理器可执行的程序指令作为计算机程序代码，其可以被一个或多个处理器208执行作为被配置用于执行在本文的实现方式中描述的操作和功能的特定机器。
本文描述的示例无线设备102-2仅仅是适合于一些实现方式的示例，并非意图暗指关于可实现本文描述的过程、组件和特征的环境、架构和框架的使用或功能的范围的任何限制。
通常，参考附图描述的任何功能可以使用软件、硬件（例如，固定逻辑电路）或这些实现方式的组合而实现。程序代码可以被存储在一个或多个计算机可读存储设备或其它计算机可读储存设备中。因而，本文描述的过程和组件可以由计算机程序产品来实现。如上所述，计算机储存介质包括以用于储存信息（诸如，计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据）的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机储存介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其它光学储存器、磁带盒、磁带、磁盘储存器或其它磁储存设备、或能够用来存储信息以供计算设备访问的任何其它介质。
具有无源设备的示例NFC/WLAN线圈天线
图3是具有无源设备的NFC/WLAN线圈天线的示例实现方式300。与近场耦合相关的新兴技术实现了对设备102的用户的许多有吸引力的体验。例如，将包含NFC/WLAN线圈天线200的柔性印刷电路（FPC）集成到设备102中可以最小化设备102的厚度上的增长。
在继续参考图3（a）的情况下，附图图示了可被集成以形成单个模块（即，WLAN双频带模块和NFC模块联合体202）的WLAN双频带模块302和NFC模块304。在实现方式中，WLAN双频带模块302可以被配置成利用NFC/WLAN线圈天线200来承载、发射和/或接收WLAN双频带电信号。同时，NFC模块304可以被配置成独立地利用NFC/WLAN线圈天线200来承载、发射和/或接收NFC电信号。用于NFC相关功能的NFC模块304对NFC/WLAN线圈天线200的独立利用可以通过在NFC/WLAN线圈天线200中安装无源设备而实现。
在实现方式中，WLAN双频带模块302可以被配置成操作于高频率电信号处，诸如在WLAN双频带操作的IEEE 802.11n标准下为2.4GHz或5.2GHz电信号。在其它实现方式中，WLAN双频带模块302可以被配置成操作于可与其所需功能或操作相对应的其它频率电信号处。例如，在WWAN、LTE、DTV、GPS等操作的情况下，WLAN双频带模块302可以被配置成在用于操作WWAN、LTE、DTV、GPS等的频率上操作。在该示例中，WLAN双频带模块302可以利用（即，重用）与NFC模块304相同的NFC/WLAN线圈天线200。
在实现方式中，NFC/WLAN线圈天线200可以被配置成包括可包含两个金属线圈导体306-2和306-4的单独的中心馈电驱动元件306，这两个金属线圈导体与彼此平行和共线定向。换句话说，两个金属线圈导体306-2和306-4与彼此成一直线，诸如在偶极子天线配置中。在该实现方式中，WLAN双频带模块302可以使用中心驱动元件306来以5.2GHz频率电信号操作。例如，WLAN双频带模块302通过链路308连接到NFC/WLAN线圈天线200，其被配置成仅操作针对5.2GHz电信号的中心驱动元件306。在该示例中，用于其它NFC相关功能或用于2.4GHz频率电信号的NFC/WLAN线圈天线200的利用可以同时共存。在实现方式中，图3（b）图示当被WLAN双频带模块302操作于5.2GHz频率电信号处时的NFC/WLAN线圈天线200配置。在该实现方式中，中心馈电驱动元件306被配置成谐振于5.2GHz频率电信号处以承载、发射和/或接收WLAN频率电信号。
在实现方式中，诸如电感器310之类的无源设备可以被安装在NFC/WLAN线圈天线200处以便同时操作不同频率电信号。例如，电感器310-2、310-4和310-6可以用来实现在不同频率电信号（诸如，2.4GHz和13.56MHz频率电信号）处NFC/WLAN线圈天线200的利用。在该示例中，电感器310-6在链路316的WLAN馈电点处被安装到矩形环路线圈天线312，而电感器310-2和310-4分别被安装在矩形环路线圈天线312的外环段314-2和314-4的两端处。外环段314-2和314-4的端被定位为与链路316的WLAN馈电点相对。
在实现方式中，电感器310-2、310-4和310-6可以被配置成包括2.4GHz频率电信号处的高阻抗（即，高衰减）。在该实现方式中，电感器310-2、310-4和310-6可以几乎用作开路。为此，矩形线圈天线段312的部分被隔离，诸如外环段314-2和314-4。在实现方式中，中心馈电驱动元件306与段314-2和314-4组合以谐振于WLAN双频带模块302的2.4GHz频率电信号处。图3（c）图示NFC/WLAN线圈天线200配置，其包括在2.4GHz频率电信号WLAN双频带操作期间组合的中心馈电驱动元件306和段314。段314的长度可以被动态调整以在2.4GHz频率电信号WLAN双频带操作处谐振。
在继续参考图3（a）的情况下，电感器310-2、310-4和310-6可以被配置成包括NFC操作频率（诸如，13.56MHz频率电信号）处的低阻抗（即，低衰减）。例如，电感器310-2、310-4和310-6可以用作短路，以使得矩形线圈天线段312可以被用于NFC相关功能。在该示例中，矩形线圈天线段312通过链路316连接到NFC模块304。NFC模块304可以被配置成谐振于13.56频率电信号处，以使得仅13.56频率电信号处的NFC相关操作被NFC模块304处理。NFC/WLAN线圈天线200的中心馈电驱动元件306被配置成谐振于2.4GHz或5.16GHz，并因为这样，中心馈电驱动元件306可以在NFC相关操作期间独立于矩形线圈天线段312进行操作。在实现方式中，图3（d）图示在13.56频率电信号处的NFC相关操作期间的NFC/WLAN线圈天线200配置。在该实现方式中，矩形线圈天线段312被用于执行NFC相关操作并独立于WLAN双频带操作。
在实现方式中，平衡-不平衡变换器（balun）组件316可以被插入到链路308和316末端处的WLAN馈电处。平衡-不平衡变换器组件316可以提供平衡馈电以便最小化同轴电缆的外导体上的返回电流，所述同轴电缆可以用在链路308和316中。例如，平衡-不平衡变换器组件316用来将不平衡同轴馈电转换为平衡馈电以用于中心馈电驱动元件306。在设备102中，平衡-不平衡变换器组件316不始终被使用，在该情况下，在链路308和316处使用的同轴电缆还可以用作辐射元件，并且最终的天线辐射方向图由设备102的机架中的实际电缆路线确定。类似地，平衡-不平衡变换器组件316可以被插入到链路316末端的NFC馈电处，所述链路316可以使用如上所述的同轴电缆。
在其它实现方式中，诸如开关之类的有源设备（未示出）可以被配置成替换无源设备，诸如电感器310-2、310-4和310-6。例如，在WLAN双频带操作期间，代替电感器310-2、310-4和310-6安装的开关（未示出）可以被配置成包括开路。在另一个示例中，在NFC操作期间，代替电感器310-2、310-4和310-6安装的开关（未示出）可以被配置成包括短路。有源开关（未示出）可以被配置成被软件机制所控制，且可以基于设备102处的使用而动态控制。例如，如果中心馈电驱动元件306未被使用（例如，用于3G传输），则NFC/WLAN线圈天线200可以主要专用于NFC相关功能。与使用无源设备（即，电感器310-2、310-4和310-6）相比，有源设备（例如，开关）可以被配置成在时域中在某个时间处执行WLAN双频带操作和在另一个时间处执行NFC相关操作之间来回切换。
示例过程
图4图示了示出用于使用相同线圈天线的并发WLAN双频带和近场通信操作的示例方法的示例过程图400。描述该方法所依照的次序并非意在作为限制来解释，并且任何数目的所述方法框可以按任何次序被组合来实现该方法或可替换的方法。此外，可以在不背离本文所述的主题的精神和范围的情况下从该方法中删除个体框。此外，在不背离本发明范围的情况下，该方法可以以任何适合的硬件、软件、固件或其组合实现。例如，计算机可访问介质可以通过利用相同线圈天线来实现WLAN双频带操作和NFC操作。
在框402处，执行由线圈天线承载、发射或接收频率电信号。在实现方式中，线圈天线（例如，NFC/WLAN线圈天线200）可以包括矩形多环路线圈天线。在该实现方式中，NFC/WLAN线圈天线200可以接收、承载或发射包括WLAN双频带频率电信号和NFC频率电信号的频率电信号。例如，WLAN双频带频率电信号可以包括高频率电信号（例如，2.4GHz或5.2GHz）以实现WLAN双频带操作。另一方面，NFC电信号可以包括低频率电信号（例如，13.56MHz）以实现NFC相关操作。
在框404处，隔离WLAN双频带频率电信号与NFC频率电信号。由于NFC电信号包括与WLAN双频带频率电信号（即，2.4GHz/5.2GHz）不同的操作频率（即，13.56MHz），因此无源设备（例如，电感器310）可以被用来将WLAN双频带频率电信号与NFC频率电信号相分离。例如，安装无源设备（即，电感器310）可以提供高频率电信号（即，2.4GHz/5.2GHz）处的高衰减（即，高阻抗），以使得NFC/WLAN线圈天线200的部分重用（即，段314）可以允许WLAN双频带操作。
在实现方式中，NFC/WLAN线圈天线200的单独的中心馈电驱动元件（例如，中心馈电驱动元件306）可以被配置成谐振于5.2GHz频率电信号处。此外，与段314组合的中心馈电驱动元件306可以被配置成谐振于2.4GHz频率电信号处。在另一个示例中，安装无源设备（即，电感器310）可以在NFC相关功能期间在13.56MHz频率电信号处提供低衰减。换句话说，电感器310可以用作对13.56MHz频率电信号的低通滤波器，以使得NFC模块（例如，NFC模块304）可以独立于WLAN双频带操作的2.4GHz/5.2GHz频率电信号而处理13.56频率电信号。在其它实现方式中，代替电感器310而安装有源开关可以被配置（例如，通过软件应用）成隔离WLAN双频带频率电信号与NFC频率电信号。
在框406处，执行使用NFC频率电信号来执行NFC相关功能。
在框408处，执行使用WLAN双频带频率电信号来执行WLAN双频带功能。
已经在特定实施例的上下文中描述了根据本发明的实现。这些实施例意为说明性而非限制性的。许多变形、修改、添加和改进是可能的。相应地，多个实例可以被提供以用于本文描述为单个实例的组件。各种组件、操作和数据储存之间的界限是稍微任意性的，并且在特定说明性配置的上下文中说明了特定操作。功能的其它分配被预想到，且可以落在下述权利要求的范围内。最后，在各种配置中呈现为分立组件的结构和功能可以被实现为组合的结构或组件。这些及其它变形、修改、添加和改进可以落入如下述权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种用于将近场通信NFC线圈天线用于多个无线电信号的设备，包括：
线圈天线，其包括闭端线圈天线和单独安装的中心馈电偶极子天线，且被适配成承载、发射或接收电信号，所述电信号包括高频率电信号和NFC电信号，其中高频率电信号能够操作于双频带的任一个频率处；
一个或多个组件，其被适配成隔离高频率电信号与NFC电信号；
NFC模块，其被适配成处理NFC电信号，所述NFC模块在NFC操作期间利用闭端线圈天线；以及
双频带模块，其被适配成处理高频率电信号，所述双频带模块在双频带操作期间重用闭端线圈天线的段，
其中闭端线圈天线的段与单独安装的中心馈电偶极子天线组合以谐振于所述双频带的一个频率处。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个组件包括电感器无源设备，其被安装在闭端线圈天线的外环处，其中所述电感器无源设备被配置成当处理NFC信号时用作短路，且当处理高频率电信号时用作开路。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个组件包括电感器无源设备，其用以分离当与单独安装的中心馈电偶极子天线组合时谐振于2.4GHz WLAN双频带频率的段。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述中心馈电偶极子天线被独立地配置成谐振于5.2GHz WLAN双频带频率电信号处。
5.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的设备，其中所述双频带模块与所述NFC模块组合以形成单个模块。
6.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的设备，其中所述线圈天线与所述双频带模块和所述NFC模块组合以形成单个模块。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个组件包括有源开关，其被安装在线圈天线的外环处以允许在双频带操作期间段的重用，其中所述有源开关当处理NFC频率电信号时处于闭合状态，其中所述有源开关当处理高频率电信号时处于断开状态。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个组件包括有源开关，其被配置成在时域中在执行双频带操作和NFC操作之间来回切换。
9.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的设备，进一步包括平衡-不平衡变换器组件，其处于作为WLAN双频带模块的所述双频带模块与被适配成最小化同轴电缆链路的外导体上的返回电流的段之间的链路上。
10.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的设备，进一步包括平衡-不平衡变换器组件，其被安装在NFC模块与被适配成最小化同轴电缆链路的外导体上的返回电流的段之间的链路上。
11.一种用于将近场通信NFC线圈天线用于多个无线电信号的方法，其包括：
由包括连续环路和单独安装的中心馈电偶极子天线的线圈天线承载、发射或接收电信号，所述电信号包括高频率电信号和NFC电信号，其中高频率电信号能够操作于双频带的任一个频率处；
隔离高频率电信号与NFC电信号，所述线圈天线被配置成在双频带操作期间重用线圈天线的连续环路的部分迹线；
利用线圈天线的连续环路来执行NFC操作；以及
利用线圈天线的连续环路的部分迹线来执行双频带操作，
其中线圈天线的连续环路的部分迹线与单独安装的中心馈电偶极子天线组合以谐振于所述双频带的一个频率处。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述隔离包括线圈天线的连续环路中的电感器在双频带操作期间分离部分迹线，其中所述电感器在NFC频率处用作短路且在所述双频带的所述一个频率处用作开路。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述中心馈电偶极子天线被独立地配置成谐振于5.2GHz WLAN双频带频率电信号处。
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