CN108398816B - 一种液晶移相器及其制作方法、移相方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种液晶移相器及其制作方法、移相方法，涉及光电技术领域，以增加液晶移相器的应用范围。所述液晶移相器包括相对设置的第一衬底基板和第二衬底基板，第一衬底基板和第二衬底基板之间设有至少两个独立的液晶调制部；每个液晶调制部用于对电磁波相位进行调制；各个所述调制液晶部所调制的电磁波频段不同，液晶移相器还包括用于传输电磁波的电磁波传输层，所述电磁波传输层设在所述第一衬底基板接触液晶调制部的表面。所述液晶移相器的制作方法用于制作上述液晶移相器。本发明提供的液晶移相器及其制作方法、移相方法用于至少两个频段的电磁波相位调制中。

Description

一种液晶移相器及其制作方法、移相方法
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种液晶移相器及其制作方法、移相方法。
背景技术
移相器(Phaser)是一种对电磁波相位进行调整的装置，其在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表等领域都有着广泛的应用。
液晶移相器是一种基于现有液晶光栅的基本原理设计而成的移相器，通过向液晶移相器的电极施加电压，调谐液晶移相器的液晶分子偏转方向，进而控制液晶分子的折射率，从而使得液晶移相器能够调制电磁波相位。
然而，现有液晶移相器只能处理一个波段的电磁波相位，无法处理两个甚至多个波段的电磁波相位，导致液晶移相器的应用范围比较窄。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶移相器及其制作方法、移相方法，以增加液晶移相器的应用范围。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种液晶移相器，该液晶移相器包括相对设置的第一衬底基板和第二衬底基板，所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间设有至少两个独立的液晶调制部；所述液晶移相器还包括用于传输电磁波的电磁波传输层，所述电磁波传输层设在所述第一衬底基板接触液晶调制部的表面；每个所述液晶调制部用于对电磁波相位进行调制；各个所述调制液晶部所调制的电磁波频段不同。
与现有技术相比，本发明提供的液晶移相器中，第一衬底基板和第二衬底基板之间设有至少两个独立的液晶调制部，且每个液晶调制部用于对电磁波相位进行调制，而各个调制液晶部所调制的电磁波频段不同，而由于第一衬底基板接触液晶调制部的表面设有用于传输电磁波的电磁波传输层，这使得电磁波传输层在传输电磁波时，可以对至少两个频段的电磁波进行相位调制，从而增加了液晶移相器的应用范围。
本发明还提供了一种液晶移相器的制作方法，该液晶移相器的制作方法，包括：
提供第一衬底基板和第二衬底基板；
在所述第一衬底基板的表面形成用于传输电磁波的电磁波传输层；
在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成至少两个独立的液晶调制部；每个所述液晶调制部用于对电磁波相位进行调制；各个所述调制液晶部所调制的电磁波频段不同。
与现有技术相比，本发明提供的液晶移相器的制作方法的有益效果与上述技术方案提供的液晶移相器的有益效果相同，在此不做赘述。
本发明还提供了一种移相方法，该移相方法应用上述技术方案所述的液晶移相器，所述移相方法包括：
根据电磁波所处频段，从至少两个独立的液晶调制部获取目标液晶调制部；
根据电磁波所需目标相位，控制所述目标液晶调制部的液晶分子偏转；
利用电磁波传输层传输电磁波，所述目标液晶调制部的液晶分子对所述电磁波传输层传输的电磁波进行相位调制。
与现有技术相比，本发明提供的液晶方法的有益效果与上述技术方案提供的液晶移相器的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的液晶移相器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的液晶移相器的频段切换原理图；
图3为本发明实施例提供的液晶移相器的制作方法流程图；
图4为本发明实施例提供的移相方法的流程图；
图5为本发明实施例中控制目标液晶调制部的液晶分子偏转流程图。
附图标记：
10-隔离壁， 100-绝缘层；
11-第一衬底基板， 12-第二衬底基板；
20-液晶调制部， 200-液晶层；
201-信号电极， 201a-第一信号电极；
201b-第二信号电极， 202-接地电极；
203-第一配向层， 204-第二配向层；
21-第一液晶调制部， 22-第二液晶调制部；
30-电磁波传输层， 301-第一微带线；
302-第二微带线， 40-信号发生单元；
50-公共走线， 60-信号切换单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中液晶移相器一般只能够对一个波段的电磁波进行信号调制，导致液晶移相器的应用范围比较窄。而考虑到液晶分子所具有的各向异性特性，通过对液晶加载不同的电压，使得液晶发生分子偏转，从而使得液晶移相器能够电磁波相位调制，本发明实施例提供了一种液晶移相器，可实现对多个波段的电磁波相位的调制，如图1所示，该液晶移相器包括相对设置的第一衬底基板11和第二衬底基板12，第一衬底基板11和第二衬底基板12之间设有至少两个独立的液晶调制部20；液晶移相器还包括用于传输电磁波的电磁波传输层30，电磁波传输层30设在第一衬底基板11接触液晶调制部20的表面，每个液晶调制部20用于对电磁波相位进行调制；各个调制液晶部所调制的电磁波频段不同。其中，液晶调制部20的数量最少为两个，并且可根据实际情况设定液晶调制部20的数量。
下面结合图4对本发明实施例提供的液晶移相器的移相过程进行详细说明。
步骤S310:根据电磁波所处频段，从至少两个独立的液晶调制部20获取目标液晶调制部20；
步骤S320：根据电磁波所需目标相位，控制目标液晶调制部的液晶分子偏转；
步骤S330：利用电磁波传输层20传输电磁波，目标液晶调制部的液晶分子对电磁波传输层20传输的电磁波进行相位调制。
基于上述过程可以发现，本发明实施例提供的液晶移相器中，第一衬底基板11和第二衬底基板12之间设有至少两个独立的液晶调制部20，且每个液晶调制部20用于对电磁波相位进行调制，而各个调制液晶部所调制的电磁波频段不同，而由于第一衬底基板11接触液晶调制部20的表面设有用于传输电磁波的电磁波传输层，这使得电磁波传输层在传输电磁波时，可以对这使得在液晶移相器能够对至少两个频段的电磁波进行相位调制，从而增加了液晶移相器的应用范围。
需要说明的是，本发明实施例所提供的液晶移相器可应用于雷达、天线等需要使用移相器的设备中。
为了保证相邻两个液晶调制部20的隔离性，如图1和图2所示，本发明实施例中相邻两个液晶调制部20之间设有隔离壁10，隔离壁10的材料如封框胶制成的隔离壁10。
值得注意的是，如图1和图3所示，本发明实施例中液晶移相器还包括用于与信号发生单元40连接的信号切换单元60，信号切换单元60与各个液晶调制部20连接，以利用信号切换单元60根据实际需要实现不同液晶调制部20与信号发生单元40的电连接，保证信号发生单元40所产生的驱动信号能够通过信号切换单元60传输至目标液晶调制部，以实现对目标液晶调制部的液晶进行偏转控制。其中，信号发生单元40所发生的驱动信号的具体形式多种多样，如正弦驱动信号，方波驱动信号等。信号切换单元60的功能可以由多开多控开关，逻辑电路或基于程序控制的单片机实现。
信号切换单元60可以为普通的多控开关，也可以包括开关模块和用于控制开关模块的控制模块，此时液晶移相器还可以包括频段检测器，频段检测器与控制模块连接，以将所检测的电磁波频段数据发送给控制模块，使得控制模块根据电磁波频段数据控制开关模块，使得驱动信号能够传输至与电磁波频段相适应的液晶调制部20。
例如：当液晶调制部20的数量为2个，如图1和图3所示，分别为第一液晶调制部21和第二液晶调制部22，则信号切换单元60应当为双刀双掷开关，或含有双刀双掷开关的控制器。当需要第一液晶调制部21调制电磁波相位时，利用双刀双掷开关接通信号发生单元40与第一液晶调制部21；当需要第二液晶调制部22调制电磁波相位时，利用双刀双掷开关接通信号发生单元40与第二液晶调制部22。
当信号切换单元60为含有双刀双掷开关的控制器时，可设置电磁波频段检测器，用以检测电磁波频段，控制器根据所检测的电磁波频段，控制双刀双掷开关接通对应的液晶调制部20与信号发生单元40。
可选的，如图1和图2所示，本发明每个液晶调制部20包括信号电极201和接地电极202，每个液晶调制部20所包括的信号电极201与信号切换单元60连接。
其中，信号电极201与接地电极202使用透光导电材料制作，一般为氧化铟锡材料。
进一步，如图1和图2所示，信号电极201设在第一衬底基板11接触液晶调制部20的表面，信号电极201背离第一衬底基板11的表面形成有第一配向层203；接地电极202设在第二衬底基板12接触液晶调制部20的表面，接地电极202背离第二衬底基板12的表面形成有第二配向层204；第一配向层203和第二配向层204之间设有液晶层200。其中，各个液晶调制部20所包括的接地电极202可以为一体式结构，也可以为分体设置，考虑到制作的方便性，各个液晶调制部20所包括接地电极202为一体式结构。同理，各个液晶调制部20所包括的第一配向层203可以为一体式结构，也可以为分体设置，考虑到制作的方便性，各个液晶调制部20所包括的第一配向层203为一体式结构。各个液晶调制部20所包括的第二配向层204可以为一体式结构，也可以为分体设置，考虑到制作的方便性，各个液晶调制部20所包括的第二配向层204为一体式结构。
如图1和图2所示，每个液晶调制部20所包括的信号电极201与信号切换单元60的连接可以通过如下方式实现：在第一衬底基板11表面形成信号切换单元60以及与信号切换单元60连接的公共走线50；信号切换单元60和公共走线50在第一衬底基板11的正投影位于隔离壁10在第一衬底基板11的正投影内，信号发生单元40与信号切换单元60通过公共走线50连接，信号切换单元60与各个液晶调制部20所包括的信号电极201连接，这样就保证了信号切换单元60和公共走线50不会影响电磁波传输。
值得一提的是，每个液晶调制部20之所以能够实现对特定频段的电磁波相位调制，其原因在于：每个液晶调制部20所包含的液晶层200的液晶分子特性决定了所调制的电磁波频段；液晶分子特征可包括介电常数、响应时间、介电损耗等参数，本领域技术人员可以根据每个液晶调制部20所调制的电磁波频段，选择合适的液晶分子制作液晶调制部20所包括的液晶层200即可。
例如：液晶移相器应用于微波调制，每个液晶调制部20所包含的液晶层200中的液晶分子应当能够对不同微波频段的电磁波具有相位调制功能，将这类液晶分子称之为微波液晶，这种微波液晶的性质与TN(Twisted Nematic，缩写为TN)型液晶分子的性质比较像，可通过电信号驱动液晶分子偏转。
需要强调的是，本发明实施例提供的液晶移相器中，电磁波进入电磁波传输层的方向与电磁波传输层的入口有关。一般而言，由于无机材料对电磁波有一定的影响，而由于衬底基板一般为玻璃材质，因此，本发明实施例中电磁波传输层的入口位于液晶移相器的侧面，电磁波传输层的出口位于液晶移相器的另一侧。
具体而言，如图1所示，发明实施例中电磁波传输层包括与至少两个液晶调制部一一对应的至少两组传输部。其中，每组传输部内各个传输部可以连接在一起，也可以独立，当各个传输部连接在一起时，第一个传输部的入口作为电磁波入口，最后一个传输部的出口作为电磁波出口。当各个传输部独立时，每个传输部的入口均可以作为电磁波入口，每个传输部的出口均作为进入对应传输部的电磁波的出口。
而各组传输部之间可以连接，也可以不连接。当各组传输部之间相互连接时，只能控制所需的液晶调制部，实现对相适应频段的电磁波的传输；也就是说，各组传输部之间连接时，液晶移相器只能对一个频段的电磁波进行处理。当各组传输部之间相互独立，则可以同时控制各个液晶调制部，使得液晶调制器在同一时段同时对多个频段的电磁波进行处理。
需要说明的是，每组传输部包括至少一个传输部，传输部为波导层或微带线层等，不仅限于此。具体种类可根据所传输的电磁波的频段进行适应性调整。
例如：当每个传输部为微带线时，如图1所示，微带线的入口可以与同轴电缆等电磁波传输器件连接，微带线可以以镀膜工艺制作在第一衬底基板11上，材料为金属铜，也可以为其他可实现微带线功能的导电性材料，其应具有导电率高、稳定性好、与第一衬底基板11的粘附性强等特点。
进一步，如图2所示，当液晶调制部的数量为2个，分别为第一液晶调制部21和第二液晶调制部22，第一液晶调制部21包括两个条形电极所组成的第一信号电极201a，电磁波传输层包括两组组传输部，每组传输部包括一个微带线，此时定义第一信号电极201a所对应的一组传输部所包括的一个微带线为第一微带线301，第二液晶调制部22包括两个条形电极所组成的第二信号电极201b，此时定义第二液晶调制部22所对应的一组传输部所包括的微带线为第二微带线302。
考虑到电磁场对电磁波的相位调制有着不利的影响，为了避免信号电极影响电磁波传输层所传输的电磁波，如图1所示，电磁波传输层与至少两个液晶调制部所包括的信号电极201之间相互绝缘，以防止液晶调制部所包括的信号电极201对电磁波传输层30所传输的电磁波的影响。具体可通过绝缘层100使得电磁波传输层30与信号电极绝缘；其中，电磁波传输层30是否与信号电极201同层设置，则根据具体工艺决定。
另外，由于信号电极201一般采用氧化铟锡制作，其为无机材料，如果液晶调制部的液晶对电磁波进行相位调制时，信号电极201对电磁波的相位调制会产生干扰，而考虑到第一配向层203采用聚酰亚胺制作，对电磁波没有影响，因此，本发明实施例中应当保证电磁波传输层30与信号电极201在第一衬底基板11的正投影错开。
例如：当信号电极201为多个条形电极组成，且相邻两个条状电极之间具有电极空隙，电磁波传输层包括的每组传输部为微带线；此时，每组传输部所包括的微带线在第一衬底基板11的正投影应当与对应液晶调制部的多个条状电极在第一衬底基板11的正投影相互错开，使得每组传输部所包括的微带线在第一衬底基板11的正投影与对应液晶调制部所具有的电极空隙在第一衬底基板11的正投影重合，或者每组传输部所包括的微带线在第一衬底基板11的正投影位于对应液晶调制部所具有的电极空隙在第一衬底基板11的正投影内，这样就能够避免电磁波受信号电极201的影响。
本发明实施例还提供了一种液晶移相器的制作方法，如图3所示，该液晶移相器的制作方法包括：
步骤S110：提供第一衬底基板11和第二衬底基板12；
步骤S120：在第一衬底基板11的表面形成用于传输电磁波的电磁波传输层30；
步骤S130：在第一衬底基板11和第二衬底基板12之间形成至少两个独立的液晶调制部20；每个液晶调制部20用于对电磁波相位进行调制；各个调制液晶部所调制的电磁波频段不同。
与现有技术相比，本发明实施例提供的液晶移相器的制作方法的有益效果与上述实施例提供的液晶移相器的有益效果相同，在此不做赘述。
可选的，如图1和图2所示，在第一衬底基板11和所述第二衬底基板12之间形成至少两个独立的液晶调制部20包括：
在第一衬底基板11的表面形成至少两个信号电极201；在至少两个信号电极201背离第一衬底基板11的表面形成第一配向层203；电磁波传输层30在第一衬底基板11的正投影与每个液晶调制部所包括的信号电极在第一衬底基板11的正投影相互错开。
在第二衬底基板12的表面形成接地电极202；在信号电极201背离第一衬底基板11的表面形成第二配向层204。
在第一配向层203和第二配向层204之间形成至少一个含有导电颗粒的隔离壁10，使得相邻两个信号电极201在第一衬底基板11的正投影之间具有一个隔离壁10在所述第一衬底基板11的正投影。
将至少两个信号电极201与信号切换单元60连接；在第一衬底基板11上形成与信号发生单元40连接的公共走线50；如，当信号电极201的数量为两个时，具体为第一信号电极201a和第二信号电极201b，则公共走线50设在第一信号电极201a和第二信号电极201b之间最佳，且公共走线50在第一衬底基板11的正投影位于隔离壁10在第一衬底基板11的正投影内。
采用液晶灌注工艺和封框工艺将第一衬底基板11和第二衬底基板12封框，使得第一衬底基板11和第二衬底基板12之间形成至少两个独立的液晶调制部20，至少两个信号电极201通过至少一个隔离壁10含有的导电微粒与接地电极202连接。
在至少两个信号电极201背离第一衬底基板11的表面形成第一配向层203前，如图1所示，本发明实施例在第一衬底基板11和第二衬底基板12之间形成至少两个独立的液晶调制部20还包括：
在电磁波传输层30与至少两个信号电极之间形成绝缘层100。
本发明实施例还提供了一种移相方法，该移相方法应用上述实施例提供的液晶移相器，如图1和图4所示，该移相方法包括：
步骤S210：根据电磁波所处频段，从至少两个独立的液晶调制部20获取目标液晶调制部；
步骤S220：根据电磁波所需目标相位，控制目标液晶调制部的液晶分子偏转；
步骤S230：利用电磁波传输层传输电磁波，目标液晶调制部的液晶分子对电磁波传输层30传输的电磁波进行相位调制。
与现有技术相比，本发明实施例提供的移相方法的有益效果与上述实施例提供的液晶移相器的有益效果相同，在此不做赘述。
具体的，当上述实施例所提供的液晶移相器还包括用于与信号发生单元40连接的信号切换单元60，如图1和图5所示，根据电磁波所需目标相位，控制目标液晶调制部的液晶分子偏转包括：
步骤S221：信号切换单元60控制信号发生单元40的驱动信号传输至目标液晶调制部；
步骤S222：目标液晶调制部的液晶分子在所述驱动信号控制下偏转。
可选的，本发明实施例中将电磁波传输至目标液晶调制部包括：电磁波通过第一衬底基板11传输至目标液晶调制部；或，电磁波从第二衬底基板12传输至所述目标液晶调制部。
可选的，如图1所示，目标液晶调制部的液晶分子对所述电磁波传输层传输的电磁波进行相位调制包括：
电磁波传输层30中传输的电磁波射向目标液晶调制部的液晶分子；
目标液晶调制部的液晶分子在驱动信号的控制下对电磁波进行相位调制。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种液晶移相器，其特征在于，包括相对设置的第一衬底基板和第二衬底基板，所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间设有至少两个独立的液晶调制部；所述液晶移相器还包括用于传输电磁波的电磁波传输层，所述电磁波传输层设在所述第一衬底基板接触液晶调制部的表面；每个所述液晶调制部用于对电磁波相位进行调制；各个所述液晶调制部所调制的电磁波频段不同；
所述液晶移相器还包括用于与信号发生单元连接的信号切换单元，所述信号切换单元与各个所述液晶调制部连接；
每个所述液晶调制部包括信号电极和接地电极，每个所述液晶调制部所包括的信号电极与所述信号切换单元连接；
所述电磁波传输层在所述第一衬底基板的正投影与每个所述液晶调制部所包括的信号电极在所述第一衬底基板的正投影相互错开。
2.根据权利要求1所述的液晶移相器，其特征在于，相邻两个所述液晶调制部之间设有隔离壁。
3.根据权利要求1所述的液晶移相器，其特征在于，所述信号切换单元包括开关模块以及用于控制开关模块的控制模块，所述液晶移相器还包括频段检测器，所述频段检测器与所述控制模块连接。
4.根据权利要求1所述的液晶移相器，其特征在于，
所述信号电极设在所述第一衬底基板接触液晶调制部的表面，所述信号电极背离所述第一衬底基板的表面形成有第一配向层；所述接地电极设在所述第二衬底基板接触液晶调制部的表面，所述接地电极背离第二衬底基板的表面形成有第二配向层；所述第一配向层和所述第二配向层之间设有液晶层。
5.根据权利要求1～4任一项所述的液晶移相器，其特征在于，所述电磁波传输层与至少两个液晶调制部之间相互绝缘，所述电磁波传输层包括与至少两个液晶调制部一一对应的至少两组传输部，每组传输部包括至少一个传输部，所述传输部为波导层或微带线层。
6.一种液晶移相器的制作方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底基板和第二衬底基板；
在所述第一衬底基板的表面形成用于传输电磁波的电磁波传输层；
在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成至少两个独立的液晶调制部；每个所述液晶调制部用于对电磁波相位进行调制；各个所述液晶调制部所调制的电磁波频段不同；
所述在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成至少两个独立的液晶调制部包括：在所述第一衬底基板的表面形成至少两个信号电极；
所述电磁波传输层在所述第一衬底基板的正投影与每个所述液晶调制部所包括的信号电极在所述第一衬底基板的正投影相互错开。
7.根据权利要求6所述的液晶移相器的制作方法，其特征在于，所述在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成至少两个独立的液晶调制部还包括：
在至少两个所述信号电极背离第一衬底基板的表面形成第一配向层；
在所述第二衬底基板的表面形成接地电极；
在所述信号电极背离第一衬底基板的表面形成第二配向层；
在所述第一配向层和第二配向层之间形成至少一个隔离壁，使得相邻两个所述信号电极在第一衬底基板的正投影之间具有一个所述隔离壁在所述第一衬底基板的正投影；
将至少两个所述信号电极与信号切换单元连接；在所述第一衬底基板上形成与信号发生单元连接的公共走线；
采用液晶灌注工艺和封框工艺将所述第一衬底基板和所述第二衬底基板封框，使得所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成至少两个独立的液晶调制部。
8.根据权利要求7所述的液晶移相器的制作方法，其特征在于，所述在至少两个所述信号电极背离第一衬底基板的表面形成第一配向层前，所述在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成至少两个独立的液晶调制部包括：
在所述电磁波传输层与至少两个所述信号电极之间形成绝缘层。
9.一种移相方法，其特征在于，应用权利要求1～5任一项所述的液晶移相器，所述移相方法包括：
根据电磁波所处频段，从至少两个独立的液晶调制部获取目标液晶调制部；
根据电磁波所需目标相位，控制所述目标液晶调制部的液晶分子偏转；
利用电磁波传输层传输电磁波，所述目标液晶调制部的液晶分子对所述电磁波传输层传输的电磁波进行相位调制。
10.根据权利要求9所述的移相方法，其特征在于，当所述液晶移相器还包括用于与信号发生单元连接的信号切换单元，所述根据电磁波所需目标相位，控制所述目标液晶调制部的液晶分子偏转包括：
所述信号切换单元控制信号发生单元的驱动信号传输至所述目标液晶调制部；
所述目标液晶调制部的液晶分子在所述驱动信号控制下偏转。
11.根据权利要求9所述的移相方法，其特征在于，所述目标液晶调制部的液晶分子对所述电磁波传输层传输的电磁波进行相位调制包括：
所述电磁波传输层中传输的电磁波射向所述目标液晶调制部的液晶分子；
所述目标液晶调制部的液晶分子在驱动信号的控制下对电磁波进行相位调制。
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