CN1159803C - 表面安装天线和使用它的通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表面安装天线，包含具有长方体形状的介质基片，以及设置在介质基片的表面上并具有弯曲图案的辐射电极。辐射电极包含至少两个弯曲的电极单元，它们形成有不同的曲折节距，至少两个弯曲的电极单元串联，并且辐射电极形成在介质基片的前表面、主表面和端面中的至少两个表面上。通过上述安排，允许辐射电极在至少两个不同的频带中发射和接收电磁波。

Description

表面安装天线和使用它的通信设备

技术领域

本发明涉及一种结合在诸如便携式电话之类的通信设备中的表面安装天线，并涉及使用这种表面安装天线的通信设备。

背景技术

图16示出一例结合在诸如便携式电话之类的通信设备中的表面安装天线。表面安装天线1包括介质基片2，在其表面上形成有辐射电极3、接地电极4、馈电电极5。辐射电极3形成在介质基片2的侧表面2a、2b和2c上。接地电极4形成在介质基片2的整个侧表面2d上，以便与辐射电极3建立电气连接。馈电电极5形成在侧表面2a上，从而在馈电电极5和辐射电极3之间保持预定的距离。

将馈电电极5连接到电源6。当功率从电源6施加到馈电电极5上时，通过电容耦合，将功率从馈电电极5施加到辐射电极3。当施加的功率驱动辐射电极3时，表面安装天线1发射或接收在单一的预定频带中的电磁波。

目前将900MHz频带和1.9GHz频带用作便携式电话的工作频率。当需要通信设备象这些情况一样，使用两个不同的工作频带时，单个表面安装天线必须在两个不同的频带中发射和接收电磁波。但是，图16中的表面安装天线1只能在单个频带中发射和接收电磁波。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种能够在多于一个的频带中发射和接收电磁波的表面安装天线，以及使用这种表面安装天线的通信设备。

本发明的一个较佳实施例提供了一种表面安装天线，包含：包含第一主表面、第二主表面、第一侧表面、第二侧表面、第一端面和第二端面的长方体形介质基片；辐射电极，该辐射电极具有设置在介质基片的第一主表面、第一侧表面和第二侧表面中至少两个表面上的弯曲的图案，并至少包含串联的第一弯曲电极单元和第二弯曲电极单元；连接至所述辐射电极的一端的馈电电极；并且，第一弯曲电极单元具有第一曲折节矩，第二弯曲电极单元具有比第一曲折节矩窄的第二曲折节矩；由此，辐射电极能够在至少两个不同的频带中发射和接收电磁波。

由于将弯曲的辐射电极设置成使至少两个具有不同的曲折节矩的弯曲的电极单元相串联，辐射电极具有多个对应于至少两个弯曲的电极单元的谐振频率。由此，表面安装天线可以发射和接收在至少两个不同频带中的电磁波。

上述表面安装天线可以还包含设置在介质基片的表面上，并与辐射电极电磁耦合的无源辐射电极，由此，这个无源辐射电极在表面安装天线的至少两个不同频带中的至少一个频带中引起产生双谐振。

当无法仅仅通过驱动辐射电极得到频带的理想带宽时，无源辐射电极在频带中引起双谐振，由此，可以将频带的带宽扩展到理想的带宽。由此，可以使表面安装天线的带宽更宽。

在上述表面安装天线中，无源辐射电极可以具有弯曲的图案。

在上述表面安装天线中，可以将该无源辐射电极设置在介质基片的第一主表面、第一侧表面和第二侧表面中的至少两个表面上。

由于将辐射电极或无源辐射电极设置在长方体介质基片的多于一个的表面上，所以和将辐射电极或无源辐射电极设置在介质基片的单个表面上的情况相比，可以得到其更大的设置区域。不论辐射电极或无源辐射电极的尺寸如何，都可以实现介质基片的超小型化。

在上述表面安装天线中，可以至少在介质基片的第一主表面上设置无源辐射电极，其设置位置不同于辐射电极的设置位置；并且无源辐射电极的弯曲图案垂直于辐射电极的弯曲图案。

由于将无源辐射电极的弯曲图案和辐射电极的弯曲图案设置得大致上相互垂直，故可以避免辐射电极的驱动负面影响无源辐射电极的驱动的干扰问题。具体地说，当无源辐射电极的不连接端与地端由于电容耦合而间接耦合时，该电容耦合可以更有效地防止上述干扰问题。辐射电极的驱动和无源辐射电极的驱动可以独立地执行，并引起预定频带中的双谐振。相应地，可以防止辐射电极和无源辐射电极之间上述干扰引起天线特性的恶化。

上述表面安装天线还可以包含与介质基片关联的匹配电路，电源通过匹配电路对馈电电极馈电，并且辐射电极通过馈电电极与电源耦合。

当将匹配电路设置在介质基片中时，不需要在要设置表面安装天线的电路基板上形成匹配电路。相应地，由于可以减小电路基板部件的构成区域以及部件的数量，故可以减小部件的成本和构制的成本。

本发明的另一个较佳实施例提供了用于在至少两个不同的频带中发射和接收电磁波的表面安装天线，表面安装天线包含用于拓宽带宽的装置，从而在至少两个不同的频带中至少在一个频带中引起双谐振。

本发明的还有一个较佳实施例提供了一种具有安装在电路基板上的上述表面安装天线的通信设备。

在使用根据本发明的表面安装天线的通信设备中，由于可以使用单个表面安装天线覆盖多个频带，故可以使通信设备超小型化。

附图说明

图1A和1B是对根据本发明的第一实施例的表面安装天线的说明。

图2是说明图1中的表面安装天线可以发射和接收电磁波的频带的一个例子的曲线图。

图3是设置有根据第一实施例的表面安装天线的电路基板的执行例子。

图4是根据本发明的第二实施例的表面安装天线的说明。

图5A和5B是说明图4中的表面安装天线可以发射和接收电磁波的频带的例子的曲线图。

图6是设置有根据第二实施例的表面安装天线的电路基板的执行例子。

图7是根据本发明的第三实施例的表面安装天线的说明。

图8A、8B和8C是说明图7中的表面安装天线可以发射和接收电磁波的频带的例子的曲线图。

图9是设置有根据第三实施例的表面安装天线的电路基板一个执行例子。

图10A和10B是在使用电容器实现匹配的第四实施例中的表面安装天线中的匹配电路的一个例子的说明。

图11A和11B是在使用电感器实现匹配的第四实施例中的表面安装天线的匹配电路的一个例子的说明。

图12是设置有表面安装天线的电路基板的接地电极的一个例子的说明。

图13A和13B是对另一个实施例的说明。

图14A、14B和14C是另一些实施例的说明。

图15是设置有表面安装天线的通信设备的一个例子的说明。

图16是传统的表面安装天线的说明。

具体实施方式

图1A示出根据本发明的第一实施例的表面安装天线的透视图，图1B示出形成图1A中的表面安装天线1的介质基片2的表面(处于扩大的状态)。

如图1A和1B所示，表面安装天线1包含介质基片2，在其前表面2a、主表面2e和端面2c上形成有弯曲的辐射电极3。

弯曲的辐射电极3如此构成，其中，将具有不同弯曲节距的第一电极单元3a和第二电极3b串联。第一电极单元3a的弯曲节距d1(第一弯曲节距)比第二电极单元3b的弯曲节距d2(第二弯曲节距)更宽。

第一弯曲节距d1、第一电极单元3a的弯折数、第二弯曲节距d2和第二电极单元3b的弯折数如下地确定。作为一个例子，示出一种情况，其中，表面安装天线1需要在频率为f1的第一频带处(例如900MHz频带)，以及在频率为f2的第二频带(例如，1.9GHz频带)处具有低的回波损耗，如图2所示。换句话说，表面安装天线1需要在频率f1和f2处的频带中发射和接收电磁波。在这种情况下，第二电极单元3b的弯曲节距d2和弯折数如此确定，从而第二电极单元3b(它具有更窄的弯曲节距d2)可以具有如图2所示的谐振频率f2。

如图2所示，第一弯曲节距d1与第二弯曲节距d2的比值与频率f1和f2之间的频率差H之间具有相关性，该相关性是可以预先计算的。相应地，第一电极单元3a的第一弯曲节距d1根据上述相关性和第二弯曲节距d2确定。第一电极单元3a的弯折数如此确定，从而在第一电极单元3a与第二电极单元3b的谐振频率f1处可以发生谐振。

如图1B所示，在介质基片2的端面2c上形成馈电电极5，以便与辐射电极3的第一电极单元3a建立电气连接。在介质基片2的端面2c上形成固定电极7a。固定电极7a的位置与辐射电极3和馈电电极5的位置不同。

固定电极7b和7c形成在前表面2a上，面对辐射电极3的开路端。馈电电极5和固定电极7a、7b和7c都形成得覆盖介质基片2的底面部分。

根据第一实施例的表面安装天线1形成有上述结构，并且，例如，如图3所示，将其安装到通信设备的电路基板8上。电路基板8使用印刷电路板(PCB)之类的材料构成，并且包含在其表面上形成有接地电极10的主单元8a，以及在其表面上未形成接地电极的不接地单元8b。在图3中，表面安装天线1安装到不接地单元8b上。

电路基板8包含驱动表面安装天线1的电源6以及匹配电路11。当表面安装天线1表面安装到不接地单元8b的预定位置时，馈电电极5和电源6通过匹配电路11建立电气连接。电力依次通过匹配电路11以及馈电电极5，从电源6提供给辐射电极3。

根据第一实施例，由于辐射电极3构成得其中具有不同的曲折节距的第一电极单元3a和第二电极单元3b串联，辐射电极3可以具有两个不同的谐振频率。相应地，表面安装天线1可以在两个不同的频带中发射和接收电磁波。

另外，由于辐射电极3形成在介质基片2的多于一个的表面上，故和辐射电极3形成在介质基片2的单个表面上的情况相比，可以得到更大的辐射电极3形成区域。为此，在某种程度上，表面安装天线1的设计自由度不受介质电极3的长度限制，并且可以实现介质基片2的超小型化。在图1A和1B中，具有更窄的弯曲节距d2的第二电极单元3b形成在介质基片2的两个表面上。但是，第二电极单元3b可以限定在介质基片2的单个表面上(这里为2a)。当第二电极单元3b形成得限定在单个表面中时，可以容易地控制谐振频率f1和f2。

下面描述根据本发明的第二实施例的表面安装天线。和第一实施例中相应的元件相同的元件具有相同的标号，并且省略了对相同元件的重复的描述。

如在第一实施例中描述的，表面安装天线1包含具有两个电极单元3a和3b，并具有不同曲折节距的辐射电极3。相应地，表面安装天线1可以在频率f1和f2处的两个不同频带中发射和接收电磁波。但是，有一种情况，即，频率f1和f2处的一个频带的带宽比理想的带宽短。

在第二实施例中，为了将这种带宽扩展到理想的频带，提供了下面的结构。图4以扩大的状态示出形成根据第二实施例的表面安装天线1的介质基片2的表面。根据第二实施例的表面安装天线1的特征是，如图4所示的无源辐射电极12形成在介质基片2上。无源辐射电极12形成得在主表面2e上具有弯曲的形状，从侧表面2d朝侧表面2b延伸。引入图案12a形成在底面2f和侧表面2d上。将弯曲的无源辐射电极12的一端连接到引入图案12a，并使其另一端不连接。

无源辐射电极12的弯曲节距和弯折数确定如下。例如，在频率f1和f2处的频带中，希望扩展频率f1处的带宽。无源辐射电极12的弯曲节距和弯折数如此确定，从而无源辐射电极12的谐振频率是频率f1’，如图5A所示，该频率从辐射电极3的谐振频率f1处稍有偏离。当无源辐射电极12形成得具有如此确定的弯曲节距和确定的弯折数时，辐射电极3具有由图5A中频率f1处的频带中实线表示的回波损耗特性。无源辐射电极12具有由图5A中的虚线表示的回波损耗特性。由此，无源辐射电极12具有由图5A中的虚线表示的回波损耗。由此，辐射电极3和无源辐射电极12的组合在频率f1处的频带中引起双谐振发生，如图5B所示。

当希望扩展频率f2处的带宽时，无源辐射电极12的弯曲节距和弯折数如此确定，从而无源辐射电极12的谐振频率是f2’，该频率从辐射电极3的谐振频率f2处稍有偏离，如图5A所示。当无源辐射电极12形成得具有如此确定的弯曲节距以及确定的弯折数时，辐射电极3和无源辐射电极12的组合在频率f2的频带中引起双谐振。

如图4所示，将馈电电极5设置在介质基片2的侧表面2d和底面2f上，使之在引入图案12a的附近。按照和第一实施例中相同的方法，在主表面2e和侧表面2a上形成辐射电极3，其中，具有不同曲折节距的第一电极单元3a和第二电极单元3b串联。介质基片3的弯曲图案和无源辐射电极12的弯曲图案形成得保持它们之间有一定距离，并且一般相互垂直。将辐射电极3的一端连接到馈电电极5，使其另一端不连接。

如图4所示，在介质基片2的侧表面2b上形成固定电极7a和7b，以便保持它们之间有一定距离，并且固定电极7c和7d形成在侧表面2d上。固定电极7a、7b、7c和7d都形成在相应的侧表面和底面2f上。

根据第二实施例的表面安装天线1以上述结构形成。例如，如图6中所示，表面安装天线1以第一实施例相同的方式，在电路基板8的不接地单元8b中实现。

电路基板8中这样实现的表面安装天线1，允许辐射电极3通过馈电电极5和匹配电路11连接到电源6。固定电极7a、7b、7c和7d以及引入图案12a连接到电路基板8的接地电极10，由此接地。

当电源6通过匹配电路11将电力提供给表面安装天线1的馈电电极5时，电源从馈电电极5提供给辐射电极3，并且通过电磁耦合提供给引入图案12a。由于所提供的电源驱动了辐射电极3，表面安装天线1可以在频率f1和f2的频带中发射和接收电磁波。另外，当根据所提供的电源驱动无源辐射电极12时，在频率f1或f2处发生双谐振，扩展了理想的频带的带宽。

将无源辐射电极12设置在介质基片2的表面上，从而在频率f1和f2处的一个频带中发生双谐振，其中这两个频率f1和f2都允许表面安装天线1发射和接收电磁波。相应地，可以扩展频率f1和f2处的理想的频带的带宽，实现了对天线1的带宽的扩展。

辐射电极3的弯曲图案和无源电极12的弯曲图案形成得大致上相互垂直。因此，对辐射电极3的驱动会负面地影响对无源辐射电极12的驱动的这种干扰问题就得以避免。为此，可以防止由于辐射电极3与无源辐射电极12之间的上述干扰引起的天线特性的恶化。

下面描述根据本发明的第三实施例的表面安装天线1。和上述实施例相应的元件相同的元件具有相同的标号，并省略了对相同的元件的重复的描述。

图7以扩展的状态示出形成根据第三实施例的表面安装天线1的介质基片2的表面。第三实施例的特征是，第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14形成为图7所示。

在第三实施例中，弯曲的辐射电极3形成在主表面2e和侧表面2b上，如图7所示。第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14形成得位于辐射电极3的侧面。第一无源辐射电极13以弯曲的图案形成在主表面2e和侧表面2a上，第二无源辐射电极14以弯曲的图案形成在主表面2e和侧表面2c上。第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14的这些弯曲的图案形成得大致上相互垂直，同时，在它们之间保持某一个距离。

第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14中的每一个的弯曲节距和弯折数确定如下。例如，当需要表面安装天线1在频率f1和f2处的两个不同频带中发射和接收电磁波时，希望扩展频率f1和f2处的频带的带宽。在这种情况下，无源辐射电极13和第二无源辐射电极14中的一个的弯曲节距和弯折数如此确定，从而其谐振频率f1’从辐射电极3的谐振频率f1处稍有偏离，如图8所示。另一个无源辐射电极的弯曲节距和弯折数如此确定，从而其谐振频率f2’从辐射电极的谐振频率f2处稍有偏离。

例如，希望扩展频率f1和f2处的频带中在频率f1处的频带的带宽。在这种情况下，如此确定第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14中的一个的弯曲节距和弯折数，从而如图8B所示，其谐振频率f1’从辐射电极3的谐振频率f1处偏离一预定的偏离Δf。如此确定另一个无源辐射电极的弯曲节距和弯折数，从而其谐振频率f1”从谐振频率f1偏离了偏离Δf1’，它不等于偏离Δf。

例如，希望扩展频率f2处频带的带宽。同样地，如图8C所示，第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14中的一个的弯曲节距和弯折数如此确定，从而其谐振频率f2’从辐射电极3的谐振频率f2偏离了一预定的偏离Δf。另一个无源辐射电极的弯曲节距和弯折数如此确定，从而其谐振频率f2”从谐振频率f2偏离Δf’，它不等于偏离Δf。

当如上所述地确定第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14中的每一个的弯曲节距和弯折数时，可以在频率f1和f2处频带中的理想频带中发生双谐振。相应地，表面安装天线1的频带的带宽可以得到扩展。

如图7所示，馈电电极5形成在侧表面2d和底面2f上，并且固定电极7a和7b形成在介质基片2的侧表面2b上，以便在它们之间保持某一距离。固定电极7c和7d形成在侧表面2d上。另外，引入图案13a和14a形成在侧表面2d上，使之在馈电电极5的附近。

固定电极7a、7b、7c和7d以及引入图案13a和14a都覆盖介质基片2的底面2f的部分。表面安装天线1形成有上述结构，并且在如图9所示的电路基板8的不接地单元8b中实现。由此，表面安装天线1的实现允许辐射电极3通过馈电电极5和匹配电路11连接到电源6。固定电极7a、7b、7c和7d以及引入图案13a和14a连接到电路基板8的接地电极10，由此接地。

如此构成第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14，其中在频率f1和f2的两个不同频带中的至少一个频带中发生双谐振。这种结构使表面安装天线1的频带的带宽能够扩展到理想的带宽，这通过只驱动辐射电极3是无法实现的。因此，可以实现对表面安装天线1的带宽的扩展。

辐射电极3的弯曲图案和第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14每一个的弯曲图案形成得大致上相互垂直。另外，由于第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14中的每一个的不连接的一端形成在介质基片2相应的侧表面上，故增强了这些无源电极和地端之间的电容耦合。相应地，可以更有效地避免辐射电极3的驱动负面影响第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14的驱动的干扰问题，由此，可以得到理想的双谐振。由此，可以防止由于辐射电极3、第一无源辐射电极13和第二无源辐射电极14之间的干扰引起的天线特性的恶化。

下面描述根据第四实施例的表面安装天线1。第四实施例的特征是，匹配电路11形成在介质基片2的表面上。另外，其结构和根据上述诸实施例的那些结构一样。和第一实施例中相应元件相同的元件具有相同的标号，并且省略了对相同的元件的重复的描述。

在第四实施例中，如图10A和11A所示，匹配电路11形成在介质基片2的表面上，并且连接到馈电电极5。

图10B示出图10A中的匹配电路11的等效电路。通过使用图10B中的电容器C，在匹配电路11中得到匹配。如图10A所示，匹配电路11具有电容器C，该电容器C含有与馈电电极5连接的导电图案11a，和面对导电图案11a的导电图案11b，并且在它们之间保持有某一距离。

图11B示出如图11A所示的匹配电路11的等效电路。通过使用如图11B所示的电感器L，在匹配电路11中实现匹配。如图11A所示，匹配电路11具有包含弯曲的导电图案11c的电感器L。

在介质基片2中设置匹配电路11能够基本上得到如在上述诸实施例中要得到的相同的优点。另外，由于不需要在电路基板8上设置匹配电路11，故可以减小电路基板8的尺寸。

匹配电路11包含导电图案11a和11b，或导电图案11c。相应地，通过印刷等技术，在介质基片2的表面上简单地形成导电图案11a和11b或导电图案11c，可以容易地形成匹配电路11。为此，减少了匹配电路11需要的部件的数量，这减小了制造成本。

下面描述根据本发明的第五实施例的通信设备。第五实施例的特征是，通信设备具有上述实施例之一示出的表面安装天线1。和上述实施例中相应的元件相同的元件具有相同的标号，并且省略了对相同的元件的重复描述。

图15示出便携式电话20的一个例子，它是根据第五实施例的典型的通信设备。如图15所示，便携式电话20具有设置有电路基板8的罩子21。电路基板8包含电源6、接地电极10和设置在接地电极10上的表面安装天线1。电源6通过转换电路22连接到发送电路23和接收电路24。

在通信设备20中，电力从电源6提供给表面安装天线1，其中，执行上述天线操作。根据转换电路22的操作，平滑地切换信号的发送和接收。

根据第五实施例，由于便携式电话20设置有表面安装天线1，故可以用单个天线发射和接收两个不同频带中的电磁波。相应地，可以使通信设备(这里是便携式电话)20超小型化。

本发明不限于上述实施例，并可以采用各种其它实施例的形式。例如，虽然在上述实施例中介质基片2是长方体，但是它可以是圆柱形的。

根据第一到第四实施例，在电路基板8的不接地单元8b中实现表面安装天线1。本发明可以应用于在如图12所示的电路基板8的接地电极10上实现的表面安装天线1。

在上述实施例中，辐射电极3如此构成，从而具有不同曲折节距的两个电极单元3a和3b串联。但是，辐射电极3可以构成得具有多于两个串联的具有不同曲折节距的电极单元。例如，如图13A所示的辐射电极3如此构成，其中，三个分别具有不同的曲折节距d1、d2和d3的电极单元3a、3b和3c串联。在这种情况下，由于辐射电极3，表面安装天线1的回波损耗在频率f1、f2和f3的三个不同频带中的每一个频带中都减小，如图13B所示，其中，每个频带都可以发射和接收电磁波。

可以在介质基片2中设置孔部分17或腔部分18，如图14A、14B和14C所示。孔部分17或腔部分18的这种设置导致了轻型的介质基片2。

另外，由于地端和辐射电极3之间的介电常数减小，并且电场的强度减弱，可以得到具有宽广的频带和高增益的表面安装天线1。

在上述实施例中，辐射电极3形成在介质基片2的多于一个的表面上。当第一电极单元3a和第二电极单元3b中的每一个的弯曲节距、弯折数允许时，辐射电极3可以形成得限定在介质基片2的一个表面上。

在第五实施例中，便携式电话20设置有表面安装天线1。根据本发明的表面安装天线1可以设置在便携式电话20以外的通信设备中。如上所述，可以实现通信设备的超小型化。

虽然已经参照本发明的较佳实施例，具体地示出和描述了本发明，熟悉本领域的技术人员应该知道，在不背离本发明的主旨的条件下可以有上述和其它形式和细节上的变化。

Claims (7)

1.一种表面安装天线，其特征在于包含：

长方体形状的介质基片，其具有第一主表面、第二主表面、第一侧表面、第二侧表面、第一端面和第二端面；

具有弯曲图案的辐射电极，所述辐射电极设置在所述介质基片的所述第一主表面、第一侧表面和第二侧表面中的至少两个表面上，并且包含串联的至少一个第一弯曲电极单元和一个第二弯曲电极单元；

连接至所述辐射电极的一端的馈电电极；

所述第一弯曲电极单元具有第一曲折节距，所述第二弯曲电极单元具有比所述第一曲折节距更窄的第二曲折节距。

2.如权利要求1所述的表面安装天线，其特征在于还包含至少一个无源辐射电极，所述无源辐射电极设置在所述介质基片的表面上，并与辐射电极电磁耦合。

3.如权利要求2所述的表面安装天线，其特征在于无源辐射电极具有弯曲的图案。

4.如权利要求2所述的表面安装天线，其特征在于无源辐射电极设置在介质基片的第一主表面、第一侧表面和第二侧表面中的至少两个表面上。

5.如权利要求3所述的表面安装天线，其特征在于，

无源辐射电极至少设置在介质基片的第一主表面上，其设置的位置不同于辐射电极的设置位置；并且

所述无源辐射电极的弯曲图案垂直于辐射电极的弯曲图案。

6.如权利要求1所述的表面安装天线，其特征在于还包含形成在介质基片的表面上的匹配电路，电源通过匹配电路对馈电电极进行馈电，辐射电极通过馈电电极与电源耦合。

7.一种通信设备，其特征在于具有如权利要求1所述的表面安装天线，所述表面安装天线安装在电路基板上。

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