CN117096590B - 多频段双极化天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种多频段双极化天线，包括反射板、第一介质板、天线辐射体和馈电巴伦；所述天线辐射体印刷于第一介质板的上表面，所述反射板平行设置于第一介质板的下方；所述馈电巴伦连接于反射板和第一介质板之间，用于向天线辐射体馈电；所述天线辐射体包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂；每个辐射臂分别包括六边形主体、蚀刻于六边形主体中部的中空槽以及设置于中空槽内且与六边形主体连接的陷波枝节。本发明通过陷波枝节使得辐射臂产生的连续通带被两个阻带切分为三段不连续的频段，天线无法工作在阻带频段，消除了阻带频段的信号干扰。本发明优化了天线的多频段特性，能够更好地满足多频段通信需求。
Description
技术领域
本发明涉及通讯天线领域，具体涉及一种多频段双极化天线。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展，信道拥塞成为技术发展面临的主要问题之一，无线通信的信道分配也随之变得越来越重要。如今，很多通信系统都需要工作在多个不连续的频段，以便于缓解信道拥塞问题。特别是移动通信的终端基站，其需要同时发射2G、3G、4G、5G多个频段的信号，而为了减少天线的数量、节约空间、降低成本，多频段天线在终端基站的应用将成为主要趋势之一。
通信系统中的天线作为传输信息的关键设备，起到了收发无线电波的作用。现有的宽带天线具有较宽的带宽，尽管宽带天线可以从整体上覆盖多个不连续频段，但是对于多个不连续频段之间的无用频段的信号，宽带天线依然会进行发射和接收，存在较严重的信号干扰问题。因此，为了减少电磁干扰、缩小天线尺寸和降低成本，有必要对现有的天线进行改进，设计出能够覆盖多个不连续频段，同时能够滤除多个不连续频段之间的信号干扰的天线。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中的缺陷，提供一种多频段双极化天线，其能够覆盖多个不连续频段，同时能够滤除多个不连续频段之间的信号干扰。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多频段双极化天线，包括反射板、第一介质板、天线辐射体和馈电巴伦；所述天线辐射体印刷于第一介质板的上表面，所述反射板平行设置于第一介质板的下方；所述馈电巴伦连接于反射板和第一介质板之间，用于向天线辐射体馈电；
所述天线辐射体包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂；所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂在以第一介质板的中心为圆心的圆周方向上依次排布，相邻两个辐射臂之间的夹角为90°；第一辐射臂和第三辐射臂组成第一个半波振子，第二辐射臂和第四辐射臂组成第二个半波振子，两个半波振子形成双极化辐射；
所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂的形状和结构相同，每个辐射臂分别包括六边形主体、蚀刻于六边形主体中部的中空槽以及设置于中空槽内且与六边形主体连接的陷波枝节。
进一步地，在每个辐射臂中，所述六边形主体的其中两个对角为直角，其中一个直角朝向第一介质板的中心设置，另一个直角朝向第一介质板的边缘设置；两个直角的连线形成六边形主体的中轴线，所述六边形主体、中空槽和陷波枝节的形状均关于所述中轴线对称；相邻两个辐射臂的中轴线之间的夹角为90°。
进一步地，在每个辐射臂中，所述陷波枝节包括T形枝节和弯折U形枝节；
所述T形枝节用于使天线产生高频阻带，所述弯折U形枝节用于使天线产生低频阻带；
所述T形枝节包括主微带线和副微带线，所述主微带线设置于辐射臂的中轴线上，主微带线的一端连接于六边形主体的另一个直角内侧，主微带线的另一端垂直连接于副微带线的中点；
所述弯折U形枝节环绕于T形枝节的周围，由多个依次首尾相连的U形微带线组成；弯折U形枝节的两端分别连接于六边形主体的另一个直角内侧。
进一步地，所述T形枝节的总长度为高频阻带中心频率对应的四分之一波长。
进一步地，所述弯折U形枝节的总长度为低频阻带中心频率对应的二分之一波长。
进一步地，还包括第二介质板和四个寄生贴片，所述第二介质板通过若干个支柱平行设置于第一介质板的上方，所述四个寄生贴片印刷于第二介质板的上表面，四个寄生贴片分别对应设置于四个辐射臂的中部上方。
进一步地，所述馈电巴伦包括第一馈电巴伦和第二馈电巴伦，所述第一馈电巴伦和第二馈电巴伦互相垂直交叉连接；
所述第一馈电巴伦包括第一馈电巴伦介质板、第一微带传输线和第一缝隙传输线；所述第一微带传输线印刷在第一馈电巴伦介质板的正面；第一馈电巴伦介质板反面的左右两侧各印刷有一个金属贴片，两个金属贴片之间间隔一定缝隙，以在第一馈电巴伦介质板反面的中部形成沿竖直方向延伸的第一缝隙传输线；第一微带传输线和第一缝隙传输线在第一馈电巴伦介质板上的投影局部重叠，形成第一耦合馈电点；
所述第二馈电巴伦包括第二馈电巴伦介质板、第二微带传输线和第二缝隙传输线；所述第二微带传输线印刷在第二馈电巴伦介质板的正面；第二馈电巴伦介质板反面的左右两侧各印刷有一个金属贴片，两个金属贴片之间间隔一定缝隙，以在第二馈电巴伦介质板反面的中部形成沿竖直方向延伸的第二缝隙传输线；第二微带传输线和第二缝隙传输线在第二馈电巴伦介质板上的投影局部重叠，形成第二耦合馈电点。
进一步地，所述第一馈电巴伦介质板的上端与第一介质板垂直插接，第一馈电巴伦介质板的下端与反射板垂直插接；第一馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片的上端穿过第一介质板后分别与第一辐射臂和第三辐射臂焊接，其中一个金属贴片的下端穿过反射板后与第一同轴电缆馈电连接；所述第一同轴电缆的外导体与第一馈电巴伦介质板反面的其中一个金属贴片电性连接，第一同轴线电缆的内导体贯穿第一馈电巴伦介质板后与第一微带传输线电性连接；
所述第二馈电巴伦介质板的上端与第一介质板垂直插接，第二馈电巴伦介质板的下端与反射板垂直插接；第二馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片的上端穿过第一介质板后分别与第二辐射臂和第四辐射臂焊接，其中一个金属贴片的下端穿过反射板后与第二同轴电缆馈电连接；所述第二同轴电缆的外导体与第二馈电巴伦介质板反面的其中一个金属贴片电性连接，第二同轴线电缆的内导体贯穿第二馈电巴伦介质板后与第二微带传输线电性连接。
进一步地，所述第一馈电巴伦介质板的中部下方设有向下开口的插槽，所述第二馈电巴伦介质板的中部上方设有向上开口的插槽；所述第一馈电巴伦介质板和第二馈电巴伦介质板通过中部的插槽互相插接，使得第一馈电巴伦和第二馈电巴伦互相垂直交叉连接。
进一步地，第一馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片与第一辐射臂和第三辐射臂的焊接点，位于第一辐射臂和第三辐射臂上朝向第一介质板中心的一端；
第二馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片与第二辐射臂和第四辐射臂的焊接点，位于第二辐射臂和第四辐射臂上朝向第一介质板中心的一端。
本发明通过在辐射臂的内部开设中空槽，并且在中空槽中设置陷波枝节，使得天线产生两个阻带，进而使得辐射臂产生的连续通带被两个阻带切分为三段不连续的频段，天线无法工作在阻带频段，消除了阻带频段的信号干扰。本发明通过陷波枝节实现了天线的多频段离散式覆盖，优化了天线的多频段特性，能够更好地满足多频段通信需求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多频段双极化天线的整体结构示意图。
图2是本发明实施例中的天线辐射体的结构示意图。
图3是本发明实施例中的第一馈电巴伦的正反面结构对比图。
图4是本发明实施例中的第二馈电巴伦的正反面结构对比图。
图5是本发明实施例中的第二介质板的上表面结构示意图。
图6是本发明实施例的三个对比例的结构对比图。
图7是本发明实施例的三个对比例的电压驻波比对比图。
图8是本发明实施例的两个端口的电压驻波比图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种多频段双极化天线，包括反射板1、第一介质板31、第二介质板32、天线辐射体2、馈电巴伦、寄生贴片6和支柱7；所述天线辐射体2印刷于第一介质板31的上表面，所述反射板1平行设置于第一介质板31的下方；所述馈电巴伦连接于反射板1和第一介质板31之间，用于向天线辐射体2馈电。所述第二介质板32通过若干个支柱7平行设置于第一介质板31的上方，所述寄生贴片6印刷于第二介质板32的上表面。
如图2所示，所述天线辐射体2包括第一辐射臂201、第二辐射臂202、第三辐射臂203和第四辐射臂204；所述第一辐射臂201、第二辐射臂202、第三辐射臂203和第四辐射臂204在以第一介质板31的中心为圆心的圆周方向上依次排布，相邻两个辐射臂之间的夹角为90°；第一辐射臂201和第三辐射臂203相对设置，组成第一个半波振子；第二辐射臂202和第四辐射臂204相对设置，组成第二个半波振子；两个半波振子形成双极化辐射。
所述第一辐射臂201、第二辐射臂202、第三辐射臂203和第四辐射臂204的形状和结构相同。以图2中所示的第三辐射臂203为例，每个辐射臂分别包括六边形主体21、蚀刻于六边形主体21中部的中空槽22以及设置于中空槽22内且与六边形主体21连接的陷波枝节23。
在每个辐射臂中，所述六边形主体21的其中两个对角为直角，其中一个直角朝向第一介质板31的中心设置，另一个直角朝向第一介质板31的边缘设置；两个直角的连线形成六边形主体21的中轴线，所述六边形主体21、中空槽22和陷波枝节23的形状均关于所述中轴线对称；相邻两个辐射臂的中轴线之间的夹角为90°。
进一步地，在每个辐射臂中，所述陷波枝节23包括T形枝节231和弯折U形枝节232；
所述T形枝节231包括主微带线和副微带线，所述主微带线设置于辐射臂的中轴线上，主微带线的一端连接于六边形主体21的另一个直角内侧，主微带线的另一端垂直连接于副微带线的中点；
所述弯折U形枝节232环绕于T形枝节231的周围，由多个依次首尾相连的U形微带线组成；弯折U形枝节232的两端分别连接于六边形主体21的另一个直角内侧。
所述T形枝节231用于使天线产生高频阻带，T形枝节231的总长度为高频阻带中心频率对应的四分之一波长；其中，主微带线和副微带线的长度之比为7:3。
所述弯折U形枝节232用于使天线产生低频阻带，弯折U形枝节232的总长度为低频阻带中心频率对应的二分之一波长。
本发明实施例的天线工作时，低频阻带频率下的电流会集中在弯折U形枝节232处，高频阻带频率下的电流会集中在T形枝节231处，使得天线失配、产生阻带，从而使辐射臂无法对低频阻带和高频阻带下的电磁波进行辐射。由于陷波枝节23的滤波作用，辐射臂产生的连续通带被两个阻带（低频阻带和高频阻带）切分为三段不连续的频段，天线无法工作在阻带频段，消除了阻带频段的信号干扰。通过改变T形枝节231和弯折U形枝节232的长度，可以使高频阻带和低频阻带向高频或低频移动，以适应不同的使用场景。
在本实施例中，所述馈电巴伦包括第一馈电巴伦4和第二馈电巴伦5，所述第一馈电巴伦4和第二馈电巴伦5互相垂直交叉连接。
如图3所示，所述第一馈电巴伦4包括第一馈电巴伦介质板403、第一微带传输线401和第一缝隙传输线402；所述第一微带传输线401印刷在第一馈电巴伦介质板403的正面；第一馈电巴伦介质板403反面的左右两侧各印刷有一个金属贴片，两个金属贴片之间间隔一定缝隙，以在第一馈电巴伦介质板403反面的中部形成沿竖直方向延伸的第一缝隙传输线402；第一微带传输线401和第一缝隙传输线402在第一馈电巴伦介质板403上的投影局部重叠，形成第一耦合馈电点405。
在本实施例中，所述第一缝隙传输线402分为粗细不同的两段，其上半部分的宽度小于下半部分。
进一步地，所述第一微带传输线401包括依次连接第一段微带传输线401a、第二段微带传输线401b、第三段微带传输线401c、第四段微带传输线401d、第五段微带传输线401e和第一段微带开路线401f。其中，第一段微带传输线401a、第二段微带传输线401b、第三段微带传输线401c和第一段微带开路线401f沿竖直方向延伸，第四段微带传输线401d和第五段微带传输线401e沿水平方向延伸；所述第一段微带传输线401a的末端设有用于连接同轴电缆的过孔；第四段微带传输线401d和第五段微带传输线401e的连接处与第一缝隙传输线402重叠，形成第一耦合馈电点405。
如图4所示，所述第二馈电巴伦5包括第二馈电巴伦介质板503、第二微带传输线501和第二缝隙传输线502；所述第二微带传输线501印刷在第二馈电巴伦介质板503的正面；第二馈电巴伦介质板503反面的左右两侧各印刷有一个金属贴片，两个金属贴片之间间隔一定缝隙，以在第二馈电巴伦介质板503反面的中部形成沿竖直方向延伸的第二缝隙传输线502；第二微带传输线501和第二缝隙传输线502在第二馈电巴伦介质板503上的投影局部重叠，形成第二耦合馈电点505。
在本实施例中，所述第二缝隙传输线502分为粗细不同的两段，其上半部分的宽度小于下半部分。
进一步地，所述第二微带传输线501包括依次连接第六段微带传输线501a、第七段微带传输线501b、第八段微带传输线501c、第九段微带传输线501d、第十段微带传输线501e和第二段微带开路线501f。其中，第六段微带传输线501a、第七段微带传输线501b、第八段微带传输线501c和第二段微带开路线501f沿竖直方向延伸，第九段微带传输线501d和第十段微带传输线501e沿水平方向延伸；所述第六段微带传输线501a的末端设有用于连接同轴电缆的过孔；第九段微带传输线501d和第十段微带传输线501e的连接处与第二缝隙传输线502重叠，形成第二耦合馈电点505。
进一步地，所述第一馈电巴伦介质板403的中部下方设有向下开口的插槽，所述第二馈电巴伦介质板503的中部上方设有向上开口的插槽；所述第一馈电巴伦介质板403和第二馈电巴伦介质板503通过中部的插槽互相插接，使得第一馈电巴伦4和第二馈电巴伦5互相垂直交叉连接。
进一步地，所述第一馈电巴伦介质板403的上端与第一介质板31垂直插接，第一馈电巴伦介质板403的下端与反射板1垂直插接；第一馈电巴伦介质板403反面的两个金属贴片的上端穿过第一介质板31后分别与第一辐射臂201和第三辐射臂203焊接，焊接点分别位于第一辐射臂201和第三辐射臂203上朝向第一介质板31中心的一端。第一馈电巴伦介质板403反面的其中一个金属贴片的下端穿过反射板1后与第一同轴电缆馈电连接；所述第一同轴电缆的外导体与第一馈电巴伦介质板403反面的其中一个金属贴片电性连接，第一同轴线电缆的内导体从过孔贯穿第一馈电巴伦介质板403后与第一微带传输线401电性连接。
所述第二馈电巴伦介质板503的上端与第一介质板31垂直插接，第二馈电巴伦介质板503的下端与反射板1垂直插接；第二馈电巴伦介质板503反面的两个金属贴片的上端穿过第一介质板31后分别与第二辐射臂202和第四辐射臂204焊接，焊接点分别位于第二辐射臂202和第四辐射臂204上朝向第一介质板31中心的一端。第二馈电巴伦介质板503反面的其中一个金属贴片的下端穿过反射板1后与第二同轴电缆馈电连接；所述第二同轴电缆的外导体与第二馈电巴伦介质板503反面的其中一个金属贴片电性连接，第二同轴线电缆的内导体从过孔贯穿第二馈电巴伦介质板503后与第二微带传输线501电性连接。
如图5所示，本实施例中的寄生贴片6有四个，四个寄生贴片6印刷于第二介质板32的上表面，且分别对应设置于四个辐射臂的中部上方。寄生贴片6用于对天线高频方向图的波束宽度进行收敛，同时，寄生贴片6还能够增加天线的电容特性，抵消天线的部分电感特性，使得高频段更易获得良好的阻抗匹配，起到拓宽高频带宽的作用。
下面将提供三个不同的对比例作为参照，以电压驻波比的测试结果来体现本发明中添加的陷波枝节所产生的有益效果。如图6所示，在天线A中，辐射臂不加入陷波枝节；在天线B中，辐射臂仅加载了弯折U形枝节；在天线C中，仅加载了T形枝节。需要说明的是，图6仅展现了天线A、天线B、天线C与本发明实施例的不同之处，除此之外的其他结构均与本发明实施例相同，以确保测试对比的科学性。
图7展示了天线A、天线B、天线C的电压驻波比。从图中可以看出，天线A不具有任何阻带；天线B由于弯折U形枝节的加入，在低频产生了阻带；天线C由于T形枝节的加入，在高频产生了阻带。
本发明实施例在辐射臂的内部印刷了弯折U形枝节，天线工作时，低频阻带频率下的电流会集中在弯折U形枝节处，使得天线失配，在低频产生阻带。同时，还在弯折U形枝节的内部印刷了T形枝节，天线工作时，高频阻带频率下的电流会集中在T形枝节处，使得天线失配，在高频产生阻带。由于陷波枝节的滤波作用，辐射臂产生的连续通带被两个阻带切分为三段不连续的频段，天线无法工作在阻带频段，消除了阻带频段的信号干扰。
如图8所示，本发明实施例提供的一种多频段双极化天线，能够工作在1.70 –2.70GHz、3.20–4.00 GHz以及4.76–5.30 GHz的三个频段，相对阻抗带宽分别为45.4%，22.2%，10.7%，三个频段之间互不连续且具有较高的隔离度。同时，本发明的天线具有良好的辐射特性，电压驻波比小于2。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种多频段双极化天线，其特征在于，包括反射板、第一介质板、天线辐射体和馈电巴伦；所述天线辐射体印刷于第一介质板的上表面，所述反射板平行设置于第一介质板的下方；所述馈电巴伦连接于反射板和第一介质板之间，用于向天线辐射体馈电；
所述天线辐射体包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂；所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂在以第一介质板的中心为圆心的圆周方向上依次排布，相邻两个辐射臂之间的夹角为90°；第一辐射臂和第三辐射臂组成第一个半波振子，第二辐射臂和第四辐射臂组成第二个半波振子，两个半波振子形成双极化辐射；
所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂的形状和结构相同，每个辐射臂分别包括六边形主体、蚀刻于六边形主体中部的中空槽以及设置于中空槽内且与六边形主体连接的陷波枝节；
在每个辐射臂中，所述六边形主体的其中两个对角为直角，其中一个直角朝向第一介质板的中心设置，另一个直角朝向第一介质板的边缘设置；两个直角的连线形成六边形主体的中轴线，所述六边形主体、中空槽和陷波枝节的形状均关于所述中轴线对称；相邻两个辐射臂的中轴线之间的夹角为90°；
在每个辐射臂中，所述陷波枝节包括T形枝节和弯折U形枝节；
所述T形枝节用于使天线产生高频阻带，所述弯折U形枝节用于使天线产生低频阻带；
所述T形枝节包括主微带线和副微带线，所述主微带线设置于辐射臂的中轴线上，主微带线的一端连接于六边形主体的另一个直角内侧，主微带线的另一端垂直连接于副微带线的中点；
所述弯折U形枝节环绕于T形枝节的周围，由多个依次首尾相连的U形微带线组成；弯折U形枝节的两端分别连接于六边形主体的另一个直角内侧；
所述T形枝节的总长度为高频阻带中心频率对应的四分之一波长；
所述弯折U形枝节的总长度为低频阻带中心频率对应的二分之一波长。
2.根据权利要求1所述的多频段双极化天线，其特征在于，还包括第二介质板和四个寄生贴片，所述第二介质板通过若干个支柱平行设置于第一介质板的上方，所述四个寄生贴片印刷于第二介质板的上表面，四个寄生贴片分别对应设置于四个辐射臂的中部上方。
3.根据权利要求1所述的多频段双极化天线，其特征在于，所述馈电巴伦包括第一馈电巴伦和第二馈电巴伦，所述第一馈电巴伦和第二馈电巴伦互相垂直交叉连接；
所述第一馈电巴伦包括第一馈电巴伦介质板、第一微带传输线和第一缝隙传输线；所述第一微带传输线印刷在第一馈电巴伦介质板的正面；第一馈电巴伦介质板反面的左右两侧各印刷有一个金属贴片，两个金属贴片之间间隔一定缝隙，以在第一馈电巴伦介质板反面的中部形成沿竖直方向延伸的第一缝隙传输线；第一微带传输线和第一缝隙传输线在第一馈电巴伦介质板上的投影局部重叠，形成第一耦合馈电点；
所述第二馈电巴伦包括第二馈电巴伦介质板、第二微带传输线和第二缝隙传输线；所述第二微带传输线印刷在第二馈电巴伦介质板的正面；第二馈电巴伦介质板反面的左右两侧各印刷有一个金属贴片，两个金属贴片之间间隔一定缝隙，以在第二馈电巴伦介质板反面的中部形成沿竖直方向延伸的第二缝隙传输线；第二微带传输线和第二缝隙传输线在第二馈电巴伦介质板上的投影局部重叠，形成第二耦合馈电点。
4.根据权利要求3所述的多频段双极化天线，其特征在于，所述第一馈电巴伦介质板的上端与第一介质板垂直插接，第一馈电巴伦介质板的下端与反射板垂直插接；第一馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片的上端穿过第一介质板后分别与第一辐射臂和第三辐射臂焊接，其中一个金属贴片的下端穿过反射板后与第一同轴电缆馈电连接；所述第一同轴电缆的外导体与第一馈电巴伦介质板反面的其中一个金属贴片电性连接，第一同轴线电缆的内导体贯穿第一馈电巴伦介质板后与第一微带传输线电性连接；
所述第二馈电巴伦介质板的上端与第一介质板垂直插接，第二馈电巴伦介质板的下端与反射板垂直插接；第二馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片的上端穿过第一介质板后分别与第二辐射臂和第四辐射臂焊接，其中一个金属贴片的下端穿过反射板后与第二同轴电缆馈电连接；所述第二同轴电缆的外导体与第二馈电巴伦介质板反面的其中一个金属贴片电性连接，第二同轴线电缆的内导体贯穿第二馈电巴伦介质板后与第二微带传输线电性连接。
5.根据权利要求4所述的多频段双极化天线，其特征在于，所述第一馈电巴伦介质板的中部下方设有向下开口的插槽，所述第二馈电巴伦介质板的中部上方设有向上开口的插槽；所述第一馈电巴伦介质板和第二馈电巴伦介质板通过中部的插槽互相插接，使得第一馈电巴伦和第二馈电巴伦互相垂直交叉连接。
6.根据权利要求4所述的多频段双极化天线，其特征在于，第一馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片与第一辐射臂和第三辐射臂的焊接点，位于第一辐射臂和第三辐射臂上朝向第一介质板中心的一端；
第二馈电巴伦介质板反面的两个金属贴片与第二辐射臂和第四辐射臂的焊接点，位于第二辐射臂和第四辐射臂上朝向第一介质板中心的一端。
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