CN111786091B - 一种天线模组和终端 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种天线模组和终端，涉及天线技术领域。所述天线模组包括：接地平面；主辐射体，设置于接地平面一侧，主辐射体的一端与接地平面连接，另一端形成第一开口端；寄生辐射体，设置于接地平面相背于主辐射体的一侧，寄生辐射体的一端与接地平面连接，另一端形成第二开口端；馈源，与主辐射体电连接，用于向主辐射体馈入激励电流，激励电流用于激励寄生辐射体、接地平面及主辐射体共同谐振于第一辐射模式，并用于激励主辐射体谐振于第二辐射模式。本申请实施例在实现了支持双辐射模式的情况下，节省了主辐射体附近的空间，为其它频段的天线的放置提供了可用空间。

Description

一种天线模组和终端

技术领域

本申请实施例涉及天线技术领域，特别涉及一种天线模组和终端。

背景技术

在5G NR(New Radio，新空口)移动通信中，终端的低频天线需要覆盖双频段。

在相关技术中，通过在低频主辐射天线的相邻位置处增加一个寄生辐射天线来实现低频天线覆盖双频段。

然而，上述相关技术会导致在一个区域内，低频天线所占空间较大，从而导致其余天线没有空间放置。

发明内容

本申请实施例提供一种天线模组和终端。所述技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供一种天线模组，所述天线模组包括：

接地平面；

主辐射体，设置于所述接地平面一侧，所述主辐射体的一端与所述接地平面连接，另一端形成第一开口端；

寄生辐射体，设置于所述接地平面相背于所述主辐射体的一侧，所述寄生辐射体的一端与所述接地平面连接，另一端形成第二开口端；

馈源，与所述主辐射体电连接，用于向所述主辐射体馈入激励电流，所述激励电流用于激励所述寄生辐射体、所述接地平面及所述主辐射体共同谐振于第一辐射模式，并用于激励所述主辐射体谐振于第二辐射模式。

另一方面，本申请实施例提供一种终端，其特征在于，所述终端包括如上述方面所述的天线模组。

本申请实施例提供的技术方案可以带来如下有益效果：

通过将主辐射体和寄生辐射体相对设置在接地平面的两侧，且主辐射体与寄生辐射体电磁耦合，主辐射体与馈源相连，本申请实施例中的天线模组能被激励产生两种辐射模式，且主辐射体与寄生辐射体相互远离，本申请在实现了支持双辐射模式的情况下，节省了主辐射体附近的空间，为其它频段的天线的放置提供了可用空间。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的天线模组的结构示意图；

图2是本申请另一个实施例提供的天线模组的结构示意图；

图3是本申请一个实施例提供的模式因子的示意图；

图4是本申请一个实施例提供的天线模组的反射系数的示意图；

图5是本申请一个实施例提供的第一辐射模式工作时的电流的示意图；

图6是本申请一个实施例提供的第二辐射模式工作时的电流的示意图；

图7是本申请一个实施例提供的天线模组的辐射效率的示意图；

图8是本申请另一个实施例提供的天线模组的结构示意图；

图9是本申请一个实施例提供的终端的示意图；

图10是本申请另一个实施例提供的终端的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供了一种应用于终端的天线模组，该天线模组能够同时支持两种辐射模式，从而有利于终端整机MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入输出)天线方案的设计。

MIMO技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线进行空间分集的技术，其采用的是分立式多天线，可以将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而提高发送或者接收信号的容量。MIMO技术能够充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势。

在本申请实施例中，终端可以是各种具有无线通信功能的手持设备(如手机、平板电脑)、车载设备、可穿戴设备、计算设备、智能家居设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备，以及各种形式的用户设备(User Equipment，UE)，移动台(Mobile Station，MS)，终端设备(terminl device)等等。为方便描述，本申请实施例中，上面提到的设备统称为终端。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的天线模组的结构示意图。上述天线模组100包括：接地平面110、主辐射体120、寄生辐射体130和馈源140。

在可能的实现方式中，接地平面110上形成有至少一个接地点111，接地点 111用于实现将主辐射体120和寄生辐射体130接地。寄生辐射体130的一端(末端)通过接地点111与接地平面110相连，主辐射体120的一端(末端)通过接地点111与接地平面110相连。

主辐射体120，设置于接地平面110一侧，主辐射体120的一端与接地平面 110连接，另一端形成第一开口端121。

主辐射体120也可以称之为主辐射枝节或主辐射臂，是用于向外辐射电磁波的部分。在本申请实施例中，主辐射体120通过第一开口端121向外辐射信号。

在可能的实现方式中，主辐射体120是由金属材料制成，或者，主辐射体 120是由导电陶瓷材料制成，或者，主辐射体120是由其它能够实现射频信号收发的材料制成，本申请实施例对此不作限定。

寄生辐射体130，设置于接地平面110相背于主辐射体120的一侧，寄生辐射体130的一端与接地平面110连接，另一端形成第二开口端131。

寄生辐射体130也可以称之为寄生辐射枝节或寄生辐射臂，是用于向外辐射电磁波的部分。在本申请实施例中，寄生辐射体130通过第二开口端120向外辐射信号。因为主辐射体120的电流会流到接地平面110上，而寄生辐射体 130与接地平面110相连，所以电流也会经过寄生辐射体130。

在可能的实现方式中，寄生辐射体130是由金属材料制成，或者，寄生辐射体130是由导电陶瓷材料制成，或者，寄生辐射体130是由其它能够实现射频信号收发的材料制成，本申请实施例对此不作限定。

馈源140，与主辐射体120电连接，用于向主辐射体120馈入激励电流，激励电流用于激励寄生辐射体130、接地平面110及主辐射体120共同谐振于第一辐射模式，并用于激励主辐射体120谐振于第二辐射模式。

馈源140也可以称之为馈电部，其可以用于实现向主辐射体120馈入射频信号。在可能的实现方式中，天线模组100还包括天线PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)，馈源140可以设置在上述天线PCB上。

在可能的实现方式中，主辐射体120上设置有馈电点122，馈电点122也可以称之为供电点，馈电点122用于实现给主辐射体120馈入射频信号，例如，馈源140可以通过馈电点122与主辐射体120相连，馈电点122从馈源140接收射频信号，并将该射频信号通过主辐射体120发送出去。当天线模组100工作时，馈源140通过该馈电点122向主辐射体120传输电流。

在可能的实现方式中，主辐射体120用于辐射低频信号，例如，主辐射体 120可以用于支持辐射5G频段中的低频信号，或者，主辐射体120可以用于支持辐射4G频段中的低频信号，本申请实施例对此不作限定。在本申请实施例中， 4G即为第四代移动通信技术(the4th Generation mobile communication technology)的简称，4G通信系统也可称为LTE(Long Term Evolution，长期演进)系统。5G即为第五代移动通信技术(the 5thGeneration mobile communication technology)的简称，5G通信系统也称为NR(NewRadio，新空口)系统或5G NR系统。

在可能的实现方式中，寄生辐射体130用于辐射低频信号，例如，寄生辐射体130可以用于支持辐射5G频段中的低频信号，或者，寄生辐射体130可以用于支持辐射4G频段中的低频信号，本申请实施例对此不作限定。

主辐射体120本身的谐振频率与寄生辐射体130的谐振频率相互作用产生双谐振频率，可以达到拓展天线模组100频段带宽的目的。在可能的实现方式中，通过调整寄生辐射体130的长度，和/或，调整寄生辐射体130的位置，和/ 或，调整寄生辐射体130与主辐射体120之间的距离，来实现调整天线模组100 频段带宽的范围，技术人员可根据对主辐射体120和寄生辐射体130的工作频段的实际设计需求，进行相应地设计。

在可能的实现方式中，在馈源140馈入第一频段的信号时，也即，馈源140 向主辐射体120馈入第一频段的信号对应的激励电流时，激励电流用于激励寄生辐射体130、接地平面110及主辐射体120共同谐振于第一辐射模式，此时，天线模组100工作在第一辐射模式下；在馈源140馈入第二频段的信号时，也即，馈源140向主辐射体120馈入第二频段的信号对应的激励电流时，激励电流用于激励主辐射体120谐振于第二辐射模式，此时，天线模组100工作在第二辐射模式下。第一频段和第二频段是两个不同的频段，第一辐射模式不同于第二辐射模式。例如，第一辐射模式的工作频段小于第二辐射模式的工作频段。在可能的实现方式中，第一辐射模式和第二辐射模式的工作频率为低频(例如，频率小于1GHz)。第一辐射模式的工作频段的中心频率为0.8GHz，第二辐射模式的工作频段的中心频率为0.9GHz。

在可能的实现方式中，主辐射体120的第一开口端121和寄生辐射体130 的第二开口端131的开口方向相反。例如，主辐射体120的第一开口端121的开口方向向下，寄生辐射体130的第二开口端131的开口方向向上，此时，第一辐射模式更容易被激发出来。

在可能的实现方式中，寄生辐射体130的位置和/或长度是通过特征模分析方法设计确定的。特征模分析方法是应用较为广泛的矩量法结合解析本征模理论求解电磁问题的一类方法。特征模理论是建立在矩量法基础之上的，特征模理论为任意形状的导体定义了一系列相互正交的特征模式，而这些相互正交的特征模式是导体的固有属性，本身具有收敛性和完备性，可以精确的表示电磁问题的解，特征模理论可以明确给出电磁结构体的工作机理，同时特征模式仅与电磁结构体的形状、尺寸和工作频率有关，与馈源无关，因此便于指导工程设计。在实际应用中，技术人员利用分析得到的不同模式信息，掌握其谐振特性以及不同模式的辐射特性等，并借助于不同模式特征电流的分布来选择最佳的馈电位置以激发出需要的模式，也有助于指导技术人员对天线进行开槽来微调其谐振位置。

本申请实施例通过特征模理论分析一种带有寄生辐射体130的天线模组 100，从而可以在远离主辐射体120的接地平面140的另一侧可利用的空间内增加一个寄生辐射体130，从而扩展了该天线模组100的工作带宽。

另外，因为5G通信系统中还需要其它很多频段的天线，所以在主辐射体 120附近的空间内还需要放置上述其它频段的天线。因此，本申请实施例通过将主辐射体120与寄生辐射体130分别设置在接地平面110的两侧，节省了主辐射体120附近的空间，为其它频段的天线的放置提供了可用空间。

需要说明的是，本申请实施例仅以天线模组100包括一个主辐射体120和一个寄生辐射体130为例进行介绍说明。在可能的实现方式中，天线模组100 还包括多个主辐射体120和/或多个寄生辐射体130，本申请实施例对此不作限定。

综上所述，本申请实施例提供的技术方案中，通过将主辐射体和寄生辐射体相对设置在接地平面的两侧，且主辐射体与寄生辐射体电磁耦合，主辐射体与馈源相连，本申请实施例中的天线模组能被激励产生两种辐射模式，且主辐射体与寄生辐射体相互远离，本申请在实现了支持双辐射模式的情况下，节省了主辐射体附近的空间，为其它频段的天线的放置提供了可用空间。

在实际应用中，可能存在馈源140的阻抗与主辐射体120的阻抗不匹配的情况。此时，需要在天线模组100中增加匹配电路，以使得馈源140的阻抗与主辐射体120的阻抗匹配。请参考图2，其示出了本申请另一个实施例提供的天线模组的结构示意图。该天线模组100还包括：第一匹配电路150。

馈源140与第一匹配电路150的输入端相连，第一匹配电路150的输出端与主辐射体120相连。

在本申请实施例中，第一匹配电路150用于实现主辐射体120与馈源140 之间的阻抗匹配。

在可能的实现方式中，第一匹配电路150中包括电感和/或电容。示例性地，第一匹配电路150中还包括开关电路，上述电感为可变电感，上述电容为可变电容，开关电路可用于调节上述电感的电感值和/或电容的电容值。

综上所述，本申请实施例提供的技术方案中，通过在天线模组中增加第一匹配电路，使得主辐射体的阻抗与馈源的阻抗匹配，进而提升天线模组的性能。

如图3所示，其示出了本申请一个实施例提供的模式因子的示意图。MS (ModalSignificance，模式因子)表示天线各个模式的谐振情况。MS的取值范围为(0，1]，当MS越接近1时，表明该模式越接近谐振状态；当MS越接近 0时，表明该模式远离谐振状态，难以被激励而有效辐射。由图3可以看出，天线模组100在低频(频率小于1GHz)处有两个辐射模式：mode(模式)1和mode 4。特征模分析结果表明天线模组100有潜在的两个可以激发的模式。

天线模组100经过馈源140激励后，天线模组100的反射系数S₁₁随频率的变化曲线如图4所示，由图4可以看出，天线模组100(e1)产生了两个谐振，第一个为寄生辐射体130-接地平面110-主辐射体120辐射模式(第一辐射模式)，第二个为主辐射体120辐射模式(第二辐射模式)；而不包括寄生辐射体的天线 (e2)仅产生了一个谐振，即第二辐射模式。由图4可以看出，e1比e2的工作频段更宽，多了一个谐振模式(第一辐射模式)。

在可能的实现方式中，在天线模组100工作在第一辐射模式下时，电流从寄生辐射体130流经接地平面110至主辐射体120；在天线模组100工作在第二辐射模式下时，电流流过主辐射体120。

在可能的实现方式中，第一辐射模式为一倍波长谐振的辐射模式，第二辐射模式为四分之一波长的IFA(Invented F Antenna，倒F型天线)模式。寄生辐射体130与主辐射体120电磁耦合。接地点111、馈源140与主辐射体120之间的走线呈F型构造，从而实现与主辐射体120形成一IFA模式。

在本申请实施例中，第一辐射模式的工作频率对应的电磁波波长是电流从寄生辐射体130流经接地平面110至主辐射体120末端的路径长度，因此，第一辐射模式的工作频率可以由上述路径长度计算得到。

如图5所示，其示出了本申请一个实施例提供的第一辐射模式工作时的电流的示意图，此时，第一辐射模式工作在0.8GHz，由图5可以看出，在第一辐射模式下，寄生辐射体130处的电流很大，激励电流从寄生辐射体130流经接地平面110至主辐射体120，第一辐射模式相当于整个电流路径的一倍波长谐振的辐射模式。

在本申请实施例中，第二辐射模式的工作频率对应的电磁波波长是主辐射体120的长度的四倍，因此，第二辐射模式的工作频率可以由主辐射体120的长度计算得到。

如图6所示，其示出了本申请一个实施例提供的第二辐射模式工作时的电流的示意图，此时，第二辐射模式工作在0.9GHz，由图6可以看出，在第二辐射模式下，激励电流主要集中在主辐射体120上，第二辐射模式相当于四分之一波长的IFA模式。假设第二辐射模式的工作频段为0.9GHz，则主辐射体120 的长度可以设置为0.9GHz工作频段的电磁波波长的四分之一。

如图7所示，其示出了本申请一个实施例提供的天线模组的辐射效率的示意图。由图7可以看出，本申请实施例中的天线模组的系统总效率和系统辐射效率在0.758-1.02GHz内都大于-4dB，性能优良。

请参考图8，其示出了本申请另一个实施例提供的天线模组的结构示意图。该天线模组100还包括：第二匹配电路160。

第二匹配电路160的输入端与寄生辐射体130相连，第二匹配电路160的输出端与接地平面110相连。

在本申请实施例中，第二匹配电路160用于实现改变第一辐射模式下电流路径的等效长度。

在可能的实现方式中，第二匹配电路包括电感和/或电容。通过配置不同的电容值和/或电感值可以调控第一辐射模式的谐振。

请参考图9，其示出了本申请一个实施例提供的终端的示意图，该终端900 包括如图1至图8实施例介绍的天线模组100。

在本申请实施例中，天线模组100包括：接地平面110。主辐射体120，设置于接地平面110一侧，主辐射体120的一端与接地平面110连接，另一端形成第一开口端121。寄生辐射体130，设置于接地平面110相背于主辐射体120 的一侧，寄生辐射体130的一端与接地平面110连接，另一端形成第二开口端 131。馈源140，与主辐射体120电连接，用于向主辐射体120馈入激励电流，激励电流用于激励寄生辐射体130、接地平面110及主辐射体120共同谐振于第一辐射模式，并用于激励主辐射体120谐振于第二辐射模式。

在可能的实现方式中，在第一辐射模式下，激励电流从寄生辐射体130流经接地平面110至主辐射体120。

在可能的实现方式中，在第二辐射模式下，激励电流流过主辐射体120。

在可能的实现方式中，第一辐射模式为一倍波长谐振的辐射模式，第二辐射模式为四分之一波长的IFA模式。

在可能的实现方式中，第一辐射模式的工作频率为低频，第二辐射模式的工作频率为低频。

在可能的实现方式中，主辐射体120的第一开口端121和寄生辐射体130 的第二开口端131的开口方向相反。

在可能的实现方式中，天线模组100还包括：第一匹配电路150。馈源140 与第一匹配电路150的输入端相连，第一匹配电路150的输出端与主辐射体120 相连。第一匹配电路150用于实现主辐射体120与馈源140之间的阻抗匹配。

在可能的实现方式中，天线模组100还包括：第二匹配电路160。第二匹配电路160的输入端与寄生辐射体130相连，第二匹配电路160的输出端与接地平面110相连。第二匹配电路160用于实现改变第一辐射模式下电流路径的等效长度。

有关天线模组100的介绍说明可参见上文实施例，此处不再赘述。

在可能的实现方式中，终端900包括背盖910，背盖910上设置有接地平面 110，或者，背盖910的至少部分形成接地平面110。在可能的实现方式中，背盖910是由金属材料制成，或者，背盖910是由导电陶瓷材料制成，或者，背盖910是由其它能够导电的材料制成，本申请实施例对此不作限定。

综上所述，本申请实施例提供的技术方案中，通过将主辐射体和寄生辐射体相对设置在接地平面的两侧，且主辐射体与寄生辐射体电磁耦合，主辐射体与馈源相连，本申请实施例中的天线模组能被激励产生两种辐射模式，且主辐射体与寄生辐射体相互远离，本申请在实现了支持双辐射模式的情况下，节省了主辐射体附近的空间，为其它频段的天线的放置提供了可用空间。

在可能的实现方式中，终端900包括金属中框920，金属中框920包括承载板(图中未示出)、第一侧边921和第二侧边922，第一侧边921和第二侧边922 相对设置于承载板两侧。

承载板上设置有接地平面110，或者，承载板的至少部分形成有接地平面 110。在可能的实现方式中，承载板的部分或全部是由金属材料制成，或者，承载板的部分或全部是由导电陶瓷材料制成，或者，承载板的部分或全部是由其它能够导电的材料制成，本申请实施例对此不作限定。

在本申请实施例中，主辐射体120设置在第一侧边921上，或者，第一侧边921的至少部分形成主辐射体120。

在本申请实施例中，寄生辐射体130设置在第二侧边922上，或者第二侧边922的至少部分形成寄生辐射体130。

在可能的实现方式中，金属中框920还包括第三侧边923和第四侧边924，第三侧边923和第四侧边924相对设置。第一侧边921与第三侧边923和第四侧边924相交，第二侧边922与第三侧边923和第四侧边924相交。主辐射体 120的末端设置在距离第一侧边921和第三侧边923的交点附近，例如，主辐射体120的末端设置在距离第一侧边921和第三侧边923的交点5毫米以内。

结合参考图9和图10，其示出了本申请实施例提供的终端的示意图。图9 是第二侧边视角下的终端的示意图，图10是第一侧边视角下的终端的示意图。如图9所示，本申请实施例结合直角坐标系以更直观地对金属中框920的各个侧边的位置进行介绍说明，以背盖910的左上角顶点为坐标原点，则x轴的正方向为沿第一侧边921的方向，y轴的正方向为沿第三侧边923的方向，z轴的正方向为垂直于背盖910的方向。图9和图10中带斜线的部分表示主辐射体120 和寄生浮生体130。此时，主辐射体120和寄生辐射体130分别位于左右两侧的金属中框920上，通过将主辐射体120和寄生辐射体130相对设置在金属中框 920的左右两侧，相较于设置在金属中框920的上下两侧，更容易激发出第一辐射模式。

在可能的实现方式中，终端900中还包括RFIC(Radio Frequency IntegratedCircuit，射频集成电路)930，RFIC930是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。在本申请实施例中，上述射频集成电路930是向主辐射体120发射射频信号的电子元器件，射频集成电路930上可以设置有馈源140。

需要说明的是，在本申请实施例中，对天线模组100在终端900内部的设置位置不作限定。例如，天线模组100可以设置在终端900的顶部区域；在其它示例性实施例中，天线模组100还可以设置在终端900的其它位置，技术人员可以结合终端900的整机设计需求，为天线模组100选择合适的位置。

应当理解的是，在本文中提及的“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅为本申请的示例性实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天线模组，其特征在于，所述天线模组包括：

接地平面；

主辐射体，设置于所述接地平面一侧，所述主辐射体的一端与所述接地平面连接，另一端形成第一开口端；

寄生辐射体，设置于所述接地平面相背于所述主辐射体的一侧，所述寄生辐射体的一端与所述接地平面连接，另一端形成第二开口端；

馈源，与所述主辐射体电连接，用于向所述主辐射体馈入激励电流，所述激励电流用于激励所述寄生辐射体、所述接地平面及所述主辐射体共同谐振于第一辐射模式，并用于激励所述主辐射体谐振于第二辐射模式；

其中，所述主辐射体的第一开口端和所述寄生辐射体的第二开口端的开口方向相反，并且，所述主辐射体和所述寄生辐射体在所述接地平面所在的平面上的正投影分别位于所述接地平面的两侧；

所述第一辐射模式和所述第二辐射模式的工作频率均为小于1GHz的低频；所述第一辐射模式为一倍波长谐振的辐射模式；所述第二辐射模式为四分之一波长的倒F型天线IFA模式。

2.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，

在所述第一辐射模式下，所述激励电流从所述寄生辐射体流经所述接地平面至所述主辐射体；

在所述第二辐射模式下，所述激励电流流过所述主辐射体。

3.根据权利要求1或2所述的天线模组，其特征在于，

所述第一辐射模式的工作频段的中心频率为0.8GHz，所述第二辐射模式的工作频段的中心频率为0.9GHz。

4.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述天线模组还包括第一匹配电路；

所述馈源与所述第一匹配电路的输入端相连，所述第一匹配电路的输出端与所述主辐射体相连；所述第一匹配电路用于实现所述主辐射体与所述馈源之间的阻抗匹配。

5.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述天线模组还包括第二匹配电路；

所述第二匹配电路的输入端与所述寄生辐射体相连，所述第二匹配电路的输出端与所述接地平面相连；所述第二匹配电路用于实现改变所述第一辐射模式下电流路径的等效长度。

6.一种终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求1至5任一项所述的天线模组。

7.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述终端包括背盖；

所述背盖上设置有所述接地平面；或者，所述背盖的至少部分形成所述接地平面。

8.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述终端包括金属中框，所述金属中框包括承载板、第一侧边和第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边相对设置于所述承载板两侧；

所述承载板上设置有所述接地平面，或者，所述承载板的至少部分形成所述接地平面；

所述主辐射体设置在所述第一侧边上，或者，所述第一侧边的至少部分形成所述主辐射体；

所述寄生辐射体设置在所述第二侧边上，或者，所述第二侧边的至少部分形成所述寄生辐射体。

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