CN105247786A - 可调谐滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种既能确保低损耗和频带外衰减量又能扩大可变频带宽度的可调谐滤波器。可调谐滤波器(1)是具有串联臂谐振器(S1、S2)和并联臂谐振器(P1)的梯型电路构成的可调谐滤波器,串联臂谐振器(S1、S2)以及并联臂谐振器(P1)由弹性波谐振器构成,可变电容器(Css1、Css2)与串联臂谐振器(S1、S2)串联连接,可变电容器(Cpp1)与并联臂谐振器(P1)并联连接,与串联臂谐振器(S1、S2)串联连接有第1电感(L1a、L1b),在将串联臂谐振器(S1、S2)的谐振频率下的阻抗设为Zrs、将并联臂谐振器(P1)的谐振频率下的阻抗设为Zrp时,比Zrs/Zrp为1以下。

Description

可调谐滤波器
技术领域
本发明涉及具有多个弹性波谐振器的可调谐滤波器,更详细而言,涉及具有梯型电路构成的可调谐滤波器。
背景技术
过去,提出各种能使通频带变化的可调谐滤波器。例如在下述的专利文献1所记载的可调谐滤波器中,在连结输入端和输出端的串联臂配置有串联臂谐振器。与该串联臂谐振器串联地连接有频带宽度扩大用电感。
此外,在专利文献1中,作为其他构成,还公开了具有多个串联臂谐振器和并联臂谐振器的梯型电路构成的可调谐滤波器。在该梯型电路构成的可调谐滤波器中,与串联臂谐振器串联以及并联地连接有可变电容器。
在下述的专利文献2中也公开了梯型电路构成的可调谐滤波器。在专利文献2中,与串联臂谐振器分别串联以及并联地连接有可变电容器。同样地,也与并联臂谐振器分别串联以及并联地连接有可变电容器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:WO2011/093449A1号公报
专利文献2:JP特开2009-130831号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所记载的具有梯型电路构成的可调谐滤波器、专利文献2所记载的具有梯型电路构成的可调谐滤波器中,通过连接上述可变电容器,不仅能使通频带变化,也使得能调整频率可变频带宽度。但是,仅连接可变电容器无法使谐振器的频带变为充分的大小。
然而,在梯型滤波器中,若将串联臂谐振器的阻抗与并联臂谐振器的阻抗之比取得较大,则能谋求频带外衰减量的扩大。但是,若使串联臂谐振器的阻抗过高,则滤波器的插入损耗会变大。因此,通常串联臂谐振器的阻抗与并联臂谐振器的阻抗之比被设为3倍~6倍。
另一方面,在专利文献1所记载的可调谐滤波器中,通过与串联臂谐振器串联地连接电感,由此能谋求频带宽度的扩大。但是,如专利文献1那样,当要在串联臂、并联臂的谐振器连接电感来将谐振器的频带宽频带化的情况下,串联臂谐振器与并联臂谐振器的阻抗之比被设为3倍~6倍的谐振器中,有如下问题:该阻抗之比进一步变大,其结果,串联谐振器的谐振电阻变大,从而插入损耗会劣化,无法得到充分的特性。
本发明的目的在于,提供不仅能扩大可变频带宽度还能确保频带外衰减量的低损耗的可调谐滤波器。
用于解决课题的手段
本发明是具有连结输入端和输出端的串联臂以及连结所述串联臂和接地电位的并联臂的梯型电路构成的可调谐滤波器。本发明所涉及的可调谐滤波器具备:多个串联臂谐振器、并联臂谐振器、第1可变电容器、第2可变电容器、和第1电感。上述多个串联臂谐振器在串联臂中相互被串联地连接。上述并联臂谐振器被设于并联臂。
第1可变电容器与串联臂谐振器串联地连接。第2可变电容器与并联臂谐振器并联地连接。第1电感与各串联臂谐振器连接。在本发明中,在将串联臂谐振器的谐振频率下的谐振阻抗设为Zrs、将并联臂谐振器的谐振频率下的谐振阻抗设为Zrp时,比Zrs/Zrp为1以下。优选Zrs<Zrp。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他局面中,所述第1电感与各所述串联臂谐振器串联地连接。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的某特定的局面中,在将包含所述串联臂谐振器以及与该串联臂谐振器串联地连接的所述第1电感的串联电路部分的谐振阻抗设为Zrs0时,Zrs0处于Zrp的2倍~6倍的范围。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他特定的局面中,与所述并联臂谐振器并联地连接有第2电感。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的进一步的其他特定的局面中,在将由所述串联臂谐振器以及与该串联臂谐振器串联地连接的第1电感构成的串联电路部分的谐振阻抗设为Zrs0、将由所述并联臂谐振器以及与该并联臂谐振器并联地连接的第2电感构成的并联电路部分的谐振阻抗设为Zrp0时,Zrs0处于Zrp0的2倍~6倍的范围。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的另外的特定的局面中,在将由所述串联臂谐振器以及与该串联臂谐振器串联地连接的第1电感构成的串联电路部分的反谐振阻抗设为Zas0、将由所述并联臂谐振器以及与该并联臂谐振器并联地连接的第2电感构成的并联电路部分的反谐振阻抗设为Zap0时,Zas0大于Zap0
在本发明所涉及的可调谐滤波器的进一步的另外的特定的局面中,所述串联臂谐振器的反谐振阻抗和谐振阻抗的阻抗比为65dB以上。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的进一步的另外的特定的局面中,所述并联臂谐振器的反谐振阻抗和谐振阻抗的阻抗比为65dB以上。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他特定的局面中,所述第1电感的Q为40以上。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他特定的局面中,所述第1电感与各串联臂谐振器并联地连接。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他特定的局面中,还具备与所述并联臂谐振器并联地连接的第2电感。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他特定的局面中,在将具有所述并联臂谐振器以及所述第2电感的并联电路部分的阻抗设为Zrp0、将具有所述串联臂谐振器以及所述第1电感的串联电路部分的阻抗设为Zrs0时,Zrp0小于Zrs0
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他特定的局面中,还具备与所述并联臂谐振器串联地连接的第2电感。
在本发明所涉及的可调谐滤波器的其他特定的局面中,在将具有所述并联臂谐振器以及所述第2电感的并联电路部分的阻抗设为Zrp0、将包含所述串联臂谐振器以及所述第1电感的串联电路部分的阻抗设为Zrs0时,Zrp0小于Zrs0
发明效果
根据本发明所涉及的可调谐滤波器,由于比Zrs/Zrp为1以下,在串联臂谐振器连接有电感,因此能扩大滤波器频带,并且既能维持低损耗又能确保频带外衰减量。并且,由于在串联臂谐振器以及并联臂谐振器分别连接有上述第1可变电容器以及第2可变电容器,因此能扩大可变频带宽度。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的可调谐滤波器的电路图。
图2是表示与串联臂谐振器串联地连接了各种电感值的第1电感的情况下的串联电路部分的阻抗特性的图。
图3是表示与并联臂谐振器并联地连接了各种电感值的第2电感的情况下的并联电路部分的阻抗特性的图。
图4是表示本发明的一实施方式的可调谐滤波器中所用的串联臂谐振器以及并联臂谐振器的阻抗特性的图。
图5是表示与在图4中示出特性的串联臂谐振器串联地连接了第1电感的串联电路部分、和与在图4中示出特性的并联臂谐振器并联地连接第2电感而成的并联电路部分的阻抗特性的图。
图6是表示本发明的一实施方式所涉及的可调谐滤波器的滤波器特性的图。
图7是表示本发明的一实施方式的可调谐滤波器中所用的弹性波谐振器的俯视图。
图8是表示比较例的梯型电路构成的可调谐滤波器中所用的串联臂谐振器以及并联臂谐振器的阻抗特性的图。
图9是表示比较例的可调谐滤波器的滤波器特性的图。
图10是表示电感L1a、L1b、L2的Q为50的情况下的可调谐滤波器的插入损耗-频率特性的图。
图11是用于说明本发明的可调谐滤波器的变形例的电路图。
图12是本发明的可调谐滤波器的其他变形例的电路图。
图13是表示用于说明图11所示的可调谐滤波器中的电感器之中的扩展作用(extensioneffect)的阻抗频率特性的图。
图14是表示用于说明图12所示的可调谐滤波器中的电感器之中的扩展作用的阻抗频率特性的图。
具体实施方式
以下,通过参照附图来说明本发明的具体的实施方式,由此使本发明变得明了。
图1是本发明的一实施方式所涉及的可调谐滤波器的电路图。
可调谐滤波器1具有输入端子2和输出端子3。在连结输入端子2和输出端子3的串联臂上,串联臂谐振器S1、S2相互连接。在连结串联臂谐振器S1、S2间的连接点4和接地电位的并联臂上,设置有并联臂谐振器P1。即,构成了具有串联臂谐振器S1、S2以及并联臂谐振器P1的T型的梯型电路。
在本实施方式中,串联臂谐振器S1、S2以及并联臂谐振器P1由弹性表面波谐振器构成。然而也可以使用弹性边界波谐振器等其他弹性波谐振器。进而,不仅是弹性波谐振器,也可以是其他谐振器。
与串联臂谐振器S1串联地连接有可变电容器Css1。此外,与串联臂谐振器S1并联地连接有可变电容器Csp1。与串联臂谐振器S2串联地连接有可变电容器Css2,且并联地连接有可变电容器Csp2。
另一方面,与并联臂谐振器P1并联地连接有可变电容器Cpp1。与并联臂谐振器P1串联地连接有可变电容器Cps1。
通过使上述可变电容器Css1、Csp1、Csp2、Css2、Cpp1、Cps1的静电电容变化,从而能调整通频带宽度。这样的可调谐滤波器的基本构成在前述的专利文献1中也有记载。
可调谐滤波器1的特征在于,在将串联臂谐振器S1、S2的谐振阻抗设为Zrs、将并联臂谐振器P1的谐振阻抗设为Zrp时,即在连接可变电容器、电感之前的串联臂谐振器以及并联臂谐振器中,比Zrs/Zrp被设为1以下,更优选被设为小于1。在此,所谓谐振阻抗是指谐振器的谐振频率下的阻抗,该谐振频率是指谐振器的阻抗成为最小的频率。此外,所谓反谐振阻抗是指谐振器的反谐振频率下的阻抗,该反谐振频率是指谐振器的阻抗成为最大的频率。
如上述那样,即使将比Zrs/Zrp设为1以下,也能通过将第1电感L1a、L1b分别与串联臂谐振器S1、S2串联连接来得到频带宽度的充分扩大。进一步地,若将连接电感后的串联电路部分的谐振阻抗设为Zrs0,则由于Zrs0与Zrp之比变为2倍~6倍,因此能谋求频带外衰减量的扩大。此外,由于第2电感L2与并联臂谐振器P1并联连接,因此能更进一步扩大频带宽度。以下对其进行更具体的说明。
图2的实线A表示未连接第1电感L1a的串联臂谐振器S1的阻抗特性。虚线B、实线C以及虚线D各自表示分别与上述串联臂谐振器S1串联地连接Q=40的1nH、1.5nH以及2nH的电感值的第1电感而成的串联电路部分的阻抗特性。虽然由于连接电感而谐振器的阻抗劣化10~15dB,但在谐振器中的原本的反谐振频率与谐振频率的阻抗比为60dB以上的情况下,不会成为多大的问题。本谐振器具有65dB的阻抗比。
如从图2所明确的那样,可知在与串联臂谐振器S1串联地连接第1电感L1a而成的串联电路部分中,相比于原本的串联臂谐振器S1的谐振特性,谐振电阻变大。即,随着被连接的第1电感L1a的电感值变大,谐振频率下的阻抗变高,且谐振频率变低。
另一方面,图3的实线E表示上述并联臂谐振器P1的阻抗特性。图3的实线F、虚线G以及一点划线H分别表示与并联臂谐振器P1并联地连接Q=40的1.5nH、1.85nH以及2nH的电感值的第2电感L2而成的并联电路部分的阻抗特性。在此虽然也看到阻抗比的劣化,但若谐振器中的原本的反谐振频率与谐振频率的阻抗比为60dB以上,就不会成为问题。
如从图3所明确的那样,可知在与并联臂谐振器P2并联地连接了第2电感L2的情况下,谐振频率下的阻抗值不发生变化,反谐振频率变高。此外,反谐振频率下的阻抗值变低。
然而,可知上述第2电感L2的电感值较小会使反谐振频率变得更高。
图4是表示上述实施方式中所用的串联臂谐振器S1以及并联臂谐振器P1的阻抗特性的图。图4的虚线S1表示串联臂谐振器S1的阻抗特性,实线P1表示并联臂谐振器P1的阻抗特性。在此Zrp=0.47Ω、Zrs=0.40Ω。
如从图4所明确的那样,串联臂谐振器S1的谐振频率下的谐振阻抗Zrs小于并联臂谐振器P1的谐振频率下的谐振阻抗Zrp。因此,既能维持低损耗又能确保频带外衰减量。
另一方面,图5表示在上述串联臂谐振器S1连接电感值为1.5nH的第1电感L1a而成的串联电路部分S0以及与上述并联臂谐振器P1并联地连接了电感值为1.85nH的第2电感L2的并联电路部分P0的阻抗特性。如图5的箭头U所示那样,在串联电路部分中,提高了谐振频率附近处的阻抗。另一方面,反谐振阻抗也是串联电路部分更大,在将串联电路部分的反谐振阻抗设为Zas0、将并联电路部分的反谐振阻抗设为Zap0时,Zas0>Zap0
因此,串联电路部分的谐振频率下的阻抗高于并联电路部分的谐振频率下的阻抗。即Zrs0>Zrp0。由此,在本实施方式中,使用连接可变电容器、电感之前的比Zrs/Zrp小于1的串联臂谐振器S1以及并联臂谐振器P1,但由于连接可变电容器、电感之后的谐振阻抗的关系为Zrs0>Zrp0,因此能使频带外衰减量充分大。此外,在Zas0>Zap0下,能使频带外衰减量更大。并且,通过按照上述电路构成来调整可变电容器的电容,从而能使通频带的位置以及频带宽度变化。
另外,在本实施方式中,虽然使用第2电感L2,但也可以省略第2电感L2。然而优选具备第2电感L2,进而期望Zas0>Zap0。由此能更进一步扩大频带宽度。
图6是表示在上述实施方式的可调谐滤波器1中将可变电容器Css1、Csp1、Csp2、Css2、Cpp1、Cps1设为下述的表1的X、Y或Z的组合的情况下的滤波器特性的图。
[表1]
表1
(单位:pF) Css1 Csp1 Csp2 Css2 Cpp1 Cps1
X 50 50 40
Y 1 2.7 2.7 1 5 2
Z 0.3 0.3 1.5
另外,设为L1a=L1b=1.5nH、L2=1.85nH。
如从图6所明确的那样,可知通过调整可变电容器的静电电容,从而能得到34%的大的频率可变宽度。
为了比较,在图9中示出比较例的可调谐滤波器的滤波器特性。在该比较例的可调谐滤波器中,将串联臂谐振器S1以及并联臂谐振器P1的阻抗特性设为如图8所示那样。在此,将串联臂谐振器S1的谐振频率下的谐振阻抗Zrs设为并联臂谐振器P1的谐振频率下的谐振阻抗Zrp的4倍。此外,串联臂谐振器S1以及并联臂谐振器P1的谐振频率-反谐振频率差即频带宽度为约17%。
除了使用这样的串联臂谐振器S1以及并联臂谐振器P1且未连接第1以及第2电感L1a、L1b、L2以外,构成了与上述实施方式同样的可调谐滤波器。并且,如表2所示那样设定了可变电容器Css1、Csp1、Csp2、Css2、Cpp1、Cps1的静电电容。
[表2]
表2
(单位:pF) Css1 Csp1 Csp2 Css2 Cpp1 Cps1
X 7 3 3 7 15 15
Y 0.6 0.7 0.7 0.6 3 3
Z 0.2 0.2 1
如从图9所明确的那样,可知在该比较例的可调谐滤波器中,频率可变范围窄到约9%。
此外,如对比图6和图9所明确的那样,可知相比于比较例的可调谐滤波器的频带外衰减量,图6所示的实施方式的可调谐滤波器中的频带外衰减量大致同等。因此可知,在不是Zrs>Zrp而是比Zrs/Zrp小于1的上述实施方式的情况下,也是既能维持低损耗又能得到充分的频带外衰减量。
由此,根据上述实施方式的可调谐滤波器,既能维持低损耗又能谋求频带外衰减量的确保以及频率可变宽度的扩大。
另外,构成前述的串联臂谐振器S1、S2以及并联臂谐振器P1的弹性波谐振器并没有特别限定,例如能使用图7所示的弹性表面波谐振器来构成。在该弹性表面波谐振器中,在压电基板11上形成有IDT电极12。在IDT电极12的弹性表面波传播方向两侧形成有反射器13、14。并且,形成有由SiO2等构成的电介质层15,以覆盖IDT电极12以及反射器13、14。另外,也可以不形成电介质层15。
能使用这样的一般的单端口型弹性表面波谐振器来构成串联臂谐振器S1、并联臂谐振器P1。然而也可以使用弹性边界波谐振器等其他弹性波谐振器。
另外,在上述实施方式中,如图1所示那样使用2个串联臂谐振器S1、S2和1个并联臂谐振器P1,但梯型电路构成中的串联臂谐振器以及并联臂谐振器的数量并不限定于上述实施方式的构成。在此示出T型的梯型滤波器的电路构成,但即便为π型的梯型滤波器,在同样的条件下也能得到本申请的效果。只要具有这些梯型滤波器的构成,就能适宜变形上述实施方式。
此外,在构成上述可调谐滤波器时,也可以省略可变电容器Csp1、Csp2、可变电容器Cps1等。
另外,通过将电感L1a、L1b以及L2的电感的Q值设为某种程度的值,从而能更进一步改善插入损耗。根据本申请的发明者的实验,可知若将上述电感L1a、L1b、L2的电感的Q的值设为40以上,则能更有效果地改善插入损耗。图10表示在该电感L1a、L1b、L2的Q为50的情况下连接3个串联臂谐振器和2个并联臂谐振器的合计5个谐振器的梯型可调谐滤波器的频率特性。如从图10所明确的那样,有效果地改善了插入损耗。另外,为了改善插入损耗,Q的上限期望较大。然而实际存在的电感的Q值即便高也不过为150。
另外,图10所示的频率特性是以下述的表3所示的规格设定各电路要素的值的情况下的特性。
[表3]
表3
Css1=css2 Csp1=Csp2 L1a=L1b Cps1 Cpp1 L2
3pF 1.5pF 75nH 10pF 5pF 150nH
如上述那样,期望图1所示的电路构成,由此能确保频带衰减量。然而在重视插入损耗的情况下,期望图11所示的变形例的可调谐梯型滤波器、图12所示的其他变形例的可调谐梯型滤波器。
在图11所示的可调谐滤波器31中,电感L1a与串联臂谐振器S1并联连接,电感L1b也与串联臂谐振器S2并联连接。其他构成与图1所示的可调谐滤波器1同样。
此外,在图12所示的可调谐滤波器41中,电感L1a与串联臂谐振器S1并联连接,电感L1b也与串联臂谐振器S2并联连接。并且,电感L2被连接在连接点4与可变电容Cps1之间。关于其他构成,可调谐滤波器41与可调谐滤波器1同样。
图13是用于说明图11所示的可调谐滤波器31的频率特性的图。图13的虚线L示出的谐振特性由于电感L2的扩展作用而变化到实线所示的特性,一点划线M所示的谐振特性由于电感L1a、L1b的扩展作用而变化到虚线N所示的特性,由此得到图13中实线所示的频率特性。
图14是表示用于说明图12所示的可调谐滤波器中的电感的扩展作用的频率特性的图。如图14所示,在可调谐滤波器41中,一点划线W所示的谐振特性如箭头所示那样,由于电感L2的扩展作用而移位到实线所示的谐振点附近的特性。此外,一点划线X所示的特性如箭头所示那样,由于电感L1a、L1b的扩展作用而移位到虚线Y所示的特性。在可调谐滤波器31、41中,相比于可调谐滤波器1,插入损耗更难影响到电感L1a、L1b、L2的Q的值。在这种情况下,关于串联臂与并联臂的阻抗关系,也期望Zrp0小于Zrs0
符号说明
1可调谐滤波器
2输入端子
3输出端子
4连接点
11压电基板
12IDT电极
13、14反射器
15电介质层
L1a、L1b、L2电感
S1、S2串联臂谐振器
P1并联臂谐振器
Css1、Csp1、Csp2、Css2、Cpp1、Cps1可变电容器

Claims (15)

1.一种可调谐滤波器,是具有连结输入端和输出端的串联臂以及连结所述串联臂和接地电位的并联臂的梯型电路构成的可调谐滤波器,其中,
所述可调谐滤波器具备:
多个串联臂谐振器,在所述串联臂中相互被串联地连接;
并联臂谐振器,被设于所述并联臂;
第1可变电容器,与所述串联臂谐振器串联地连接;
第2可变电容器,与所述并联臂谐振器并联地连接;和
第1电感,与各所述串联臂谐振器连接,
在将所述串联臂谐振器的谐振阻抗设为Zrs、将并联臂谐振器的谐振阻抗设为Zrp时,比Zrs/Zrp为1以下。
2.根据权利要求1所述的可调谐滤波器,其中,
所述第1电感与各所述串联臂谐振器串联地连接。
3.根据权利要求1或2所述的可调谐滤波器,其中,
Zrs<Zrp。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的可调谐滤波器,其中,
在将包含所述串联臂谐振器以及与该串联臂谐振器串联地连接的所述第1电感的串联电路部分的谐振阻抗设为Zrs0时,Zrs0处于Zrp的2倍~6倍的范围。
5.根据权利要求2所述的可调谐滤波器,其中,
与所述并联臂谐振器并联地连接有第2电感。
6.根据权利要求5所述的可调谐滤波器,其中,
在将由所述串联臂谐振器以及与该串联臂谐振器串联地连接的第1电感构成的串联电路部分的谐振阻抗设为Zrs0、将由所述并联臂谐振器以及与该并联臂谐振器并联地连接的第2电感构成的并联电路部分的谐振阻抗设为Zrp0时,Zrs0处于Zrp0的2倍~6倍的范围。
7.根据权利要求5所述的可调谐滤波器,其中,
在将由所述串联臂谐振器以及与该串联臂谐振器串联地连接的第1电感构成的串联电路部分的反谐振阻抗设为Zas0、将由所述并联臂谐振器以及与该并联臂谐振器并联地连接的第2电感构成的并联电路部分的反谐振阻抗设为Zap0时,Zas0大于Zap0
8.根据权利要求1~7中任一项所述的可调谐滤波器,其中,
所述串联臂谐振器的反谐振阻抗和谐振阻抗的阻抗比为65dB以上。
9.根据权利要求1~7中任一项所述的可调谐滤波器,其中,
所述并联臂谐振器的反谐振阻抗和谐振阻抗的阻抗比为65dB以上。
10.根据权利要求1~3中任一项所述的可调谐滤波器,其中,
所述第1电感的Q为40以上。
11.根据权利要求1所述的可调谐滤波器,其中,
所述第1电感与各串联臂谐振器并联地连接。
12.根据权利要求11所述的可调谐滤波器,其中,
所述可调谐滤波器还具备与所述并联臂谐振器并联地连接的第2电感。
13.根据权利要求12所述的可调谐滤波器,其中,
在将具有所述并联臂谐振器以及所述第2电感的并联电路部分的阻抗设为Zrp0、将具有所述串联臂谐振器以及所述第1电感的串联电路部分的阻抗设为Zrs0时,Zrp0小于Zrs0
14.根据权利要求11所述的可调谐滤波器,其中,
所述可调谐滤波器还具备与所述并联臂谐振器串联地连接的第2电感。
15.根据权利要求14所述的可调谐滤波器,其中,
在将具有所述并联臂谐振器以及所述第2电感的并联电路部分的阻抗设为Zrp0、将包含所述串联臂谐振器以及所述第1电感的串联电路部分的阻抗设为Zrs0时,Zrp0小于Zrs0
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