CN1201429C - 电介质叠层滤波器以及使用它的天线双工器和通信设备 - Google Patents

Abstract

在使多个谐振器间互相电磁耦合构成的电介质叠层滤波器中，通过设置由与不邻接的谐振器间穿越的磁耦合并联地设置旁路电容器和传输线路的串联电路构成的旁路电路，可以不受不邻接的谐振器间穿越的磁耦合的影响，调整旁路电容器的电容量，从而可以自由地控制通带外的衰减极。

Description

电介质叠层滤波器以及使用它的 天线双工器和通信设备

技术领域

本发明主要涉及用于便携式电话机等高频无线电机器的滤波器，尤其是涉及电介质叠层滤波器。

背景技术

近年来，伴随通信设备的小型化，高频滤波器也广泛应用对小型化有效的电介质叠层滤波器，以下参照附图说明上述现有的电介质叠层滤波器的一个例子。

图4是表示现有的电介质叠层滤波器的分解透视图。在图4中，301表示电介质层，302a、302b表示屏蔽电极，303a、303b、303c，表示谐振器电极，304a、304b、305a、305b、307a、307b、307c表示电容器电极，308a、308b、308c、308d、309a、309b表示端面电极。在电介质层301内顺序地配置屏蔽电极302a、谐振器电极303a、303b、303c，电容器电极304a、304b、305a、305b、307a、307b、307c以及屏蔽电极302b，此外，电介质左右侧面的端面电极308a、308b连接屏蔽电极302a和302b，形成接地端子，电介质背面的端面电极308c连接屏蔽电极302a、302b以及谐振器电极303a、303b、303c的共通的短路端，也形成接地端子，电介质正面的端面电极308d分别连接与谐振器电极303各开放端303a、303b、303c对应的电容器电极307a、307b、307c。电介质左右侧面的端面电极309与电容器电极304a、304b连接，形成输出端子。

在图5A、5B分别用左侧视图和正视图表示如上所述构成的电介质叠层滤波器结构图。在图5A及图5B上还概略地表示在某电介质层的上面形成的电极和在另外的电介质层的上面形成的对置电极之间形成的电容器。

图4、图5A以及图5B的现有电介质叠层滤波器的等效电路如图6所示。在图6中，谐振器电极303a、303b、303c构成前端短路1/4波长谐振器R303a、R303b、R303c，该谐振器R303a、R303b、R303c的开放端分别经负载电容器元件C307a、C307b、C307c连接到接地端子，同时，谐振器R303a和R303b在其开放端经层间耦合电容器元件C305a相连，谐振器R303b和R303c经层间耦合电容器元件C305b相连，此外，外侧的谐振器R303a、R303c分别经输入输出耦合电容器元件C304a、C304b接到输入输出端子上。

因此，图4的电介质叠层滤波器起以电容器元件C304a和C304b的一端作输入输出端的带通滤波器作用。通过在谐振器R303a和R303b之间以及在R303b和R303c之间产生的磁耦合401a，401b和通过层间耦合电容器C305a，C305b形成分别构成的并联谐振电路上的两个衰减极。该衰减极通过层间耦合电容量和磁耦合的大小，即通过谐振器间隔决定其频率。

但是，在上述结构中，如401c所示，通过两端的谐振器R303a和R303c穿越中央的谐振器R303b的直接磁耦合，改变上述两个衰减极的频率特性，从而不能获得设计所要求的特性。此外，如果决定401a，401b，即确定了谐振器间隔，则唯一决定了磁耦合401c，所以存在问题是用考虑了401c的状态不能自由地控制两个衰减极。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供可以自由地控制通带外的衰减极的滤波器，尤其是电介质叠层滤波器。

为了达到此目的，本发明的滤波器，具备至少三个谐振器，使前述谐振器间相互电磁耦合构成，其特征为：由通过电容和传输线路的串联电路将邻接的谐振器间电耦合；还通过电容和传输线路的串联电路将前述串联电路的传输线路间电耦合的等价电路表示而构成。

如果采用本发明的滤波器，不受穿越不相邻的谐振器之间的磁耦合的影响，通过在调整不邻接的谐振器之间设置的电容量，可以自由地控制通带外的衰减极。

如果采用这种结构，则可以自由地控制由邻接的谐振器之间的电容耦合和电磁耦合产生的并联谐振电路的至少两个衰减极。

在前述滤波器，前述至少三个谐振器以及前述传输线路在电介质内部形成。

如果采用该结构，则把多个谐振器以及传输线路作为电极，可以容易形成作为滤波器结构元件的电容器。

本发明提供了一种滤波器，具备至少3个谐振器电极和至少3个传输线路，使前述谐振器电极间相互电磁耦合而构成，其特征为：邻接的谐振器电极之间通过至少2个第一传输线路和相互具有上下关系的前述第一传输线路和前述邻接的谐振器电极之间隔着电介体而形成的第一电容的串联电路电耦合；前述串联电路的第一传输线路之间还通过至少1个第二传输线路和相互具有上下关系的前述第二传输线路和前述第一传输线路之间隔着电介体而形成的第二电容的串联电路电耦合。

本发明还提供了一种电介体滤波器，其特征为：在大致正方体状的电介体的上下表面分别形成屏蔽电极，在前述上下表面的屏蔽电极间形成由其一端分别被共同连接而用作1/4波长的谐振器的至少3个谐振器电极，具有分别与前述谐振器电极中邻接的2个谐振器电极的一部分以上下关系配置且由介电体隔离的部分的、在与前述邻接的2个谐振器电极的一部分之间形成有电容器的多个第一传输线路电极，以及具有与前述多个第一传输线路电极的各个以上下关系配置且由介电体隔离的部分的、在与前述多个第一传输线路的各个之间形成有电容器的第二传输线路电极。

其中，使前述上下表面的屏蔽电极分别通过在前述电介质的正面和背面形成的端面电极接地。

其中，由具备与最外端的前述谐振器电极立体地重叠的部分电极构成的电容器电极，将前述电容器电极与在前述电介质的侧面上形成的端面电极连接、形成输入输出端子。

其中，形成由具备与前述谐振器电极的开放端立体地重叠的部分的前述传输线路构成的电容器电极，前述电容器电极通过在前述电介质的正面上形成的端面电极接地。

本发明还提供了一种由多个电介体层叠成的大致正方体状的电介体构成的电介体层滤波器，其特征为具有：

第一屏蔽电极形成于电介体层的上面的第一电介体层；

在前述第一电介体层之上配置的、其一端分别共同连接的、用作1/4波长的谐振器的至少3个谐振器电极形成于电介体层的上面的第二电介体层；

在前述第二电介体层之上配置的、具有分别与前述谐振器中邻接的两个谐振器电极的一部分以上下关系配置且由前述第二介电体层隔离的部分的、在与前述邻接的两个谐振器电极之间夹入前述第二介电体层而形成电容器的第一传输线路电极形成于多个介电体层的上面的第三电介体层；

在前述第三电介体层之上配置的、具有与前述多个第一传输线路电极的各个以上下关系配置且由前述第三电介体层隔离的部分的、在与前述多个第一传输线路电极的各个之间夹入前述第三电介体层而形成电容器的第二传输线路电极形成于电介体层的上面的第四电介体层；

在前述第四电介体层上配置的、具有分别与前述至少3个谐振器电极的另一端以上下关系配置且由前述第四电介体层隔离的部分的、在与前述至少3个谐振器电极的另一端之间夹入前述第四介电体层而形成电容器的电容器电极形成于至少3个电介体层的上面的第五电介体层；

在前述第五电介体层上配置的、第二屏蔽电极形成于电介体层的上面的第六电介体层。

本发明还提供了一种在发送侧和接收侧共用天线的天线双工器，其特征为具有：

与天线连接的匹配电路；和

与前述匹配电路的两端分别连接的接收滤波器和发送滤波器；

前述接收滤波器和前述发送滤波器的一方或双方是以上所述的滤波器。

如果采用本发明的电介质滤波器，则可以构成具有以下效果的电容耦合性的带通滤波器，即在邻接的谐振器电极间由与其对置的第1传输线路电极形成层间耦合电容器，在第1传输线路电极间由与其对置的第2传输线路电极形成旁路电容器，通过由该旁路电容器和第2传输线路电极的串联电路构成的旁路电路，不受在不邻接的谐振器电极间穿越的磁耦合的影响，可以通过调整层间耦合电容器的电容量，自由地控制通带外的衰减极。

其中，具有在前述第6电介质层之上层叠的第7电介质层。

其中，前述第1和第2屏蔽电极在层叠从前述第1至第6电介质层后，通过在正面和背面上形成的端面电极接地。

其中，具有由与最外端的前述谐振器电极的一部分立体地重叠的部分的传输线路构成的电容器电极，并具有在层叠从前述第1至第6介质层后在侧面上形成、与前述电容器电极连接、作为输入输出端子而作用的端面电极。

其中，在前述第5电介质层的上面形成的电容器电极在层叠从前述第1至第6电介质层后，通过在正面上形成的端面地极接地。

如果采用该结构，因为可以在接地的屏蔽电极之间配置了滤波器结构元件，所以可以不受外部电磁场的影响，如设计那样达到所希望的滤波器特性。

本发明还提供了一种在发送侧和接收侧共用天线的天线双工器，其特征为具有：

与无线连接的匹配电路；和

与前述匹配电路的两端分别连接的接收滤波器和发送滤波器；

前述接收滤波器和前述发送滤波器的一方或双方是以上所述的电介体滤波器。

本发明还提供了一种在发送侧和接收侧共用天线的天线双工器，其特征为具有：

与无线连接的匹配电路；和

与前述匹配电路的两端分别连接的接收滤波器和发送滤波器；

前述接收滤波器和前述发送滤波器的一方或双方是以上所述的电介体叠层滤波器。

本发明还提供了一种通信设备，其特征为具有：

天线；

与天线连接的双工器；

将对前述双工器的发送信号作频带限制的发送侧的射频滤波器；和

将来自前述双工器的接收信号作频带限制的接收侧射频滤波器；

在前述双工器、前述发送侧射频滤波器和前述接收侧射频滤波器中的至少一个，使用以上所述的滤波器。

本发明还提供了一种通信设备，其特征为具有：

天线；

与天线连接的双工器；

将对前述双工器的发送信号作频带限制的发送方射频滤波器；和

将来自前述双工器的接收信号作频带限制的接收方射频滤波器；

在前述双工器、前述发送方射频滤波器和前述接收方射频滤波器中的至少一个，使用以上所述的电介体滤波器。

本发明还提供了一种通信设备，其特征为具有：

天线；

与天线连接的双工器；

将对前述双工器的发送信号作频带限制的发送侧射频滤波器；和

将来自前述双工器的接收信号作频带限制的接收侧射频滤波器；

在前述双工器、前述发送方射频滤波器和前述接收侧射频滤波器中的至少一个，使用以上所述的电介体叠层滤波器。

如果采用本发明的电介质层滤波器，则可以构成具有以下效果的电容耦合性带通滤波器，即在第1电介质层邻接的谐振器电极间，由与其对置的第2电介质层的层间耦合的电容器电极形成层间耦合电容器，此外，在第2电介质层的层间耦合电容器电极间，由与其对置的第3电介质层的旁路电极形成旁路电容器，通过由该旁路电容器和旁路电极的串联电路形成的旁路电路，可以不受在未邻接的谐振器电极间穿越的磁耦合的影响，通过调整层间耦合电容器的电容量，自由地控制通带外的衰减极。

采用该结构，因为可以在接地的第1和第2屏蔽电极之间配置滤波器结构元件，所以可以不受外部电磁场的影响，如设计那样达到所希望的滤波器特性。

采用该结构，在与谐振器电极的开放端对置的电容器电极之间可以形成作为带通滤波器结构元件的负载电容器。

采用该结构，因为可以排除在天线双工器上使用的现有的占空系数大的同轴谐振器，所以使天线双工器的尺寸大幅度小型化。

采用该结构，可以在有限尺寸下实现所希望的特性，也可以对通信设备的小型化作贡献。

附图说明

图1表示本发明实施例的电介质叠层滤波器一种结构例的分解透视图。

图2A概略地表示本实施例的电介质叠层滤波器结构的左侧视图。

图2B概略地表示本实施例的电介质叠层滤波器结构的正视图。

图3是本实施例的电介质叠层滤波器的等效电路图。

图4是现有的电介质叠层滤波器的分解透视图。

图5A是概略地表示现有的电介质叠层滤波器结构的左侧视图。

图5B是概略地表示现有的电介质叠层滤波器结构的正视图。

图6是现有的电介质叠层滤波器的等效电路图。

图7表示现有的和本实施例的电介质叠层滤波器的通过特性的图。

图8是使用本实施例的电介质叠层滤波器的天线双工器的方框图。

图9是使用了本实施例的电介质叠层滤波器的通信设备的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的电介质叠层滤波器。

图1表示本发明实施例的电介质量叠层滤波器的分解透视图。在图1中，101表示电介质层，102表示屏蔽电极，103表示谐振器电极，104、105、106、107表示电容器电极，108、109表示端面电极。在这里，说明该电介质叠层滤波器的叠层结构。在第1电介质层101a上配置第1屏蔽电极102a，在该电极102a的上侧层叠第2电介质层101b，在该电介质层101b的上面配置了3个谐振器电极103a、103b及103c。此外，在其上侧层叠第3电介质层101c，在该电介质层101c的上面配置4个电容器的电极104a、104b、及105a、105b。此外，在这些电容器电极的上侧层叠第4电介质层101d，在该电介质层101d的上面配置电容器电极106，在该电极106的上面层叠第5电介质层101e，在该电介质层101e的上面配置3个电容器电极107a、107b及107c。此外，在这些电容器电极的上侧层叠第6电介质层101f，在该电介质层101f的上面配置第2屏蔽电极102b，在该电极102b的上侧层叠第7电介质层101g。这样一来，形成电介质滤波器的叠层结构。

在电介质正面设置端面电极108a、108b及108c，在电介质侧面设置端面电极108d、108e、108g、108h，在电介质背面设置端面电极108f，此外，在电介质侧面设置端面电极109a、109b，关于这些端面电极和各电介质层上形成的电极之间的连接关系说明如下。

将第1屏蔽电极102a、共同连接谐振器电极103a、103b及103c的电介质背面侧的短路端和第2屏蔽电极102b在端面电极108f上连接并接地。连接电容器电极104a和端面电极109a，连接电容器电极104b和端面电极109b。此外，第1屏蔽电极102a和电容器电极107a、107b及107c和第2屏蔽电极102b在端面电极108a、108b及108c上连接并接地。将第1屏蔽电极102a和第2屏蔽电极102b在端面电极108d、108e、108g及108b上连接，此外，将端面电极108a连接到108h，将108c连接到108d，将108e及108g连接到108f。

在图2A用左侧视图，在图2B用正视图表示如上所示构成的电介质叠层滤波器的结构图。在图2A及图2B也概略地表示在某电介质层上面形成的电极和另外的电介质层上面形成的对置电极之间形成的电容器。

图1、图2A及图2B的本发明的电介质叠层滤波器的等效电路如图3所示。在图3中，与图1、图2A及图2B对应的元件用相同标号表示。此外，在图1、图2A及图2B中，由对置的电极形成的电容量也考虑了该电极的长度，用电容量与传输线路的组合表现。以下，参照图2A及图2B的结构图及图3的等效电路，说明本发明的电介质叠层滤波器的工作。

因为谐振器103a、103b及103c经端面电极108f接地，所以起四分之一波长谐振器的作用。电容器电极107a、107b及107c分别与谐振器电极103a、103b及103c的开放端对置配置，形成调整谐振器的谐振频率的负载电容器209a、209b及209c，经与端面电极108a、108b、108c相当的传输线路208a、208b及208c接地。

电容器电极105a与谐振器电极103a的一部分和揩振器电极103b的一部分对置配置，形成起层间耦合电容器作用的电容器205a、205b，这些电容器205a、205b用不与电容器电极105a中的谐振器电极103a、103b对置的部分相当的传输线路204a连接。

同样，电容器电极105b与谐振器电极103b的一部分和谐振器电极103c的一部分对置配置，形成层间耦合电容器205c、205d，这些电容器205c、205d用不与电容器电极105b中的谐振器电极103b、103c对置的部分相当的传输线路204b连接。

旁路电极106与电容器电极105a、105b对置配置，形成旁路电容器207a、207b。这些旁路电容器207a、207b用相当于不与旁路电报106之中的电容器电极105a，105b对置的部分的传输线路206连接，起与谐振器电极103a、103c之间穿越的磁耦合201c并联的旁路电路作用。

电容器电极104a与谐振器电极103a的一部分对置配置，而电容器电极104b与谐振器电极103c的一部分对置配置，形成输入输出耦合电容器203a、203b，并将这些电容器203a、203b连接到与端面电极109a、109b相当的传输线路202a、202b上。

在这里，将由通过旁路电路和穿越的磁耦合201c构成的并联谐振电路的谐振频率设定在由并联谐振电路形成的两个衰减极的谐振频率附近，该并联谐振电路分别由在谐振器电极103a、103b之间以及在103b和103c之间分别产生的磁耦合201a、201b和对应的层间耦合电容器205a、205b及205c、205d构成。因此，在衰减极的谐振频率附近，可以使谐振器电极103a和103c之间的旁路电路的阻抗无限大。从而，通过设置用传输线路和电容器元件的串联电路表示的旁路电路，可以构成具有不受穿越磁耦合影响，可以通过层间耦合电容器的电容调整自由地控制通带外衰减极的效果的电容耦合性的带通滤波器。

图7是表示其效果的试验结果，表示了现有例和本实施例的通过特性，比较对照了通带外的衰减量。701是现有的电介质叠层滤波器的通过特性。与此不同，702是本实施例的电介质叠层滤波器的通过特性，可以看到，通过控制两个衰减极703、704，可以得到陡峭的衰减特性。

如上所述，如果采用本实施例，通过设置由对穿越磁耦合并联的电容器元件和传输线路的串联电路构成的旁路电路，可以自由地控制通带外的衰减极，从而可以实现具有设计所希望的陡峭的衰减特性的带通滤波器。

在本实施例，描述了具有3级的穿越磁耦合的带通滤波器，即使滤波器具有4级以上的结构，或者在2级穿越输入输出间的结构，也有同样的效果。

如图8所示，通过将本发明的电介质叠层滤波器作为接收滤波器82、发送滤波器83分别配置在与天线连接的匹配电路81的两端，因为可以排除在天线双工器内使用的现有的占空系数大的同轴谐振器，所以可以获得极其小型化的天线双工器80。

而且，通过在如图9所示的便携式电话等通信设备90的双工器91、RF滤波器92、93的任一个，或分别使用本发明的电介质叠层滤波器，可以用有限尺寸实现所希望的特性，也可以对通信设备的小型化作贡献。

Claims (16)

1.一种滤波器，具备至少3个谐振器电极和至少3个传输线路，使前述谐振器电极间相互电磁耦合而构成，其特征为：邻接的谐振器电极之间通过至少2个第一传输线路和相互具有上下关系的前述第一传输线路和前述邻接的谐振器电极之间隔着电介体而形成的第一电容的串联电路电耦合；前述串联电路的第一传输线路之间还通过至少1个第二传输线路和相互具有上下关系的前述第二传输线路和前述第一传输线路之间隔着电介体而形成的第二电容的串联电路电耦合。

2.一种电介体滤波器，其特征为：在大致正方体状的电介体的上下表面分别形成屏蔽电极，在前述上下表面的屏蔽电极间形成由其一端分别被共同连接而用作1/4波长的谐振器的至少3个谐振器电极，具有分别与前述谐振器电极中邻接的2个谐振器电极的一部分以上下关系配置且由介电体隔离的部分的、在与前述邻接的2个谐振器电极的一部分之间形成有电容器的多个第一传输线路电极，以及具有与前述多个第一传输线路电极的各个以上下关系配置且由介电体隔离的部分的、在与前述多个第一传输线路的各个之间形成有电容器的第二传输线路电极。

3.根据权利要求2所述的电介体滤波器，其特征为：使前述上下表面的屏蔽电极分别通过在前述电介体的正面和背面形成的端面电极接地。

4.根据权利要求2所述的电介体滤波器，其特征为：具备与最外侧的前述谐振器电极以上下关系配置且由电介体隔离的部分的电极构成的电容器电极，将前述电容器电极与在前述电介体的侧面上形成的端面电极连接而形成输入输出端子。

5.根据权利要求2所述的电介体滤波器，其特征为：形成由具有与前述谐振器电极的另一端以上下关系配置且由介电体隔离的部分的传输线路构成的电容器电极，前述电容器电极与在前述电介体的正面上形成的端面电极连接。

6.一种由多个电介体层叠成的大致正方体状的电介体构成的电介体叠层滤波器，其特征为具有：

第一屏蔽电极形成于电介体层的上面的第一电介体层；

在前述第一电介体层之上配置的、其一端分别共同连接的、用作1/4波长的谐振器的至少3个谐振器电极形成于电介体层的上面的第二电介体层；

在前述第二电介体层之上配置的、具有分别与前述谐振器中邻接的两个谐振器电极的一部分以上下关系配置且由前述第二介电体层隔离的部分的、在与前述邻接的两个谐振器电极之间夹入前述第二介电体层而形成电容器的第一传输线路电极形成于多个介电体层的上面的第三电介体层；

在前述第三电介体层之上配置的、具有与前述多个第一传输线路电极的各个以上下关系配置且由前述第三电介体层隔离的部分的、在与前述多个第一传输线路电极的各个之间夹入前述第三电介体层而形成电容器的第二传输线路电极形成于电介体层的上面的第四电介体层；

在前述第四电介体层上配置的、具有分别与前述至少3个谐振器电极的另一端以上下关系配置且由前述第四电介体层隔离的部分的、在与前述至少3个谐振器电极的另一端之间夹入前述第四介电体层而形成电容器的电容器电极形成于至少3个电介体层的上面的第五电介体层；

在前述第五电介体层上配置的、第二屏蔽电极形成于电介体层的上面的第六电介体层。

7.根据权利要求6所述的电介体叠层滤波器，其特征为：具有在前述第六电介体层上配置的保护用的第七电介体层。

8.根据权利要求6所述的电介体叠层滤波器，其特征为：前述第一屏蔽电极和第二屏蔽电极通过形成于大致正方体状的前述介电体的正面和背面的端面电极接地。

9.根据权利要求6所述的电介体叠层滤波器，其特征为：由具有与最外侧的前述谐振器电极的一部分以上下关系配置且由前述第三介电体层隔离的部分的传输线路构成的电容器电极，并设有形成于大致正方体状的前述介电体的侧面的、与前述电容器电极连接而用作输入输出端子的端面电极。

10.根据权利要求6所述的电介体叠层滤波器，其特征为：形成于前述第五电介体层上面的电容器电极，与在大致正方体状的前述电介体的正面形成的端面电极连接。

11.一种在发送侧和接收侧共用天线的天线双工器，其特征为具有：

与天线连接的匹配电路；和

与前述匹配电路的两端分别连接的接收滤波器和发送滤波器；

前述接收滤波器和前述发送滤波器的一方或双方是权利要求1所述的滤波器。

12.一种在发送侧和接收侧共用天线的天线双工器，其特征为具有：

与无线连接的匹配电路；和

与前述匹配电路的两端分别连接的接收滤波器和发送滤波器；

前述接收滤波器和前述发送滤波器的一方或双方是权利要求2所述的电介体滤波器。

13.一种在发送侧和接收侧共用天线的天线双工器，其特征为具有：

与无线连接的匹配电路；和

与前述匹配电路的两端分别连接的接收滤波器和发送滤波器；

前述接收滤波器和前述发送滤波器的一方或双方是权利要求6所述的电介体叠层滤波器。

14.一种通信设备，其特征为具有：

天线；

与天线连接的双工器；

将对前述双工器的发送信号作频带限制的发送侧的射频滤波器；和

将来自前述双工器的接收信号作频带限制的接收侧射频滤波器；

在前述双工器、前述发送侧射频滤波器和前述接收侧射频滤波器中的至少一个，使用权利要求1所述的滤波器。

15.一种通信设备，其特征为具有：

天线；

与天线连接的双工器；

将对前述双工器的发送信号作频带限制的发送方射频滤波器；和

将来自前述双工器的接收信号作频带限制的接收方射频滤波器；

在前述双工器、前述发送方射频滤波器和前述接收方射频滤波器中的至少一个，使用权利要求2所述的电介体滤波器。

16.一种通信设备，其特征为具有：

天线；

与天线连接的双工器；

将对前述双工器的发送信号作频带限制的发送侧射频滤波器；和

将来自前述双工器的接收信号作频带限制的接收侧射频滤波器；

在前述双工器、前述发送方射频滤波器和前述接收侧射频滤波器中的至少一个，使用权利要求6所述的电介体叠层滤波器。

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