CN210745149U - 射频传输电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频传输电路。其中，该电路包括：输入端电路，包括信号输入电路和电源输入电路，信号输入电路用于输入待传输信号，电源输入电路用于输入电能；射频同轴线缆，连接于输入端电路与输出端电路之间，用于将待传输信号和电能由输入端电路传输至输出端电路；输出端电路，包括信号输出电路和电源输出电路，信号输出电路用于接收并输出待传输信号，电源输出电路用于接收电能并为后端负载供电。本实用新型解决了现有技术中射频信号采用五类线传输导致衰减较大的技术问题。

Description

射频传输电路

技术领域

本实用新型涉及电路领域，具体而言，涉及一种射频传输电路。

背景技术

目前，对于射频信号的传输，通常采用五类线的方式实现。图1是现有技术中五类线传输数据通信及供电和射频信号的链路图，该链路图包括数据通信及供电部分和射频信号传输部分，结合图1进行说明。

数据通信及供电由供电端PSE(Power Sourcing Equipment)，五类线(CAT.5)，受电端PD(Powered Device)组成。通过直流电源48V+给PSE供电，用五类线的2对差分线(1&2，3&6)将PSE连接到PD，按照以太网电源标准IEEE 802.3af/at，PD实现给负载供电，其中以功率划分有af标准12.95W，at标准25.4W，非标功率最大可达90W。而数据通信以五类线的另外2对差分线(4&5，7&8)为传输介质，实现近100米的100M网络通信。

在射频信号传输部分，射频信号RFin先用功率放大器PA放大信号(补偿线缆插损)，再连接到耦合器实现由50Ω到100Ω的阻抗变换，通过传输介质CAT.5，再由耦合器的阻抗变换恢复50Ω，实现射频信号在五类线上的传输。射频信号在五类线中传输具有较大的衰减，结合实际测试的结果，在频率≤300MHz的场景应用中较为理想。

由此可见，现有技术中的上述方案的主要缺点有：1、衰减较大，在频率上受到极大的限制；2、抗扰能力相对于射频同轴线缆较差。

针对现有技术中射频信号采用五类线传输导致衰减较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种射频传输电路，以至少解决现有技术中射频信号采用五类线传输导致衰减较大的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种射频传输电路，包括：输入端电路，包括信号输入电路和电源输入电路，信号输入电路用于输入待传输信号，电源输入电路用于输入电能；射频同轴线缆，连接于输入端电路与输出端电路之间，用于将待传输信号和电能由输入端电路传输至输出端电路；输出端电路，包括信号输出电路和电源输出电路，信号输出电路用于接收并输出待传输信号，电源输出电路用于接收电能并为后端负载供电。

进一步地，电源输出电路包括：比较器，比较器的第一端接入基准电压，比较器的第二端接入对电能进行分压得到的第一分压电压，其中，在第一分压电压大于基准电压的情况下，比较器输出高电平；控制元件，控制元件的输入端与比较器的输出端相连，控制元件的输出端与后端负载相连，用于在比较器输出高电平的情况下开启，在比较器输出电平的情况下关闭。

进一步地，电源输出电路还包括：第一电阻，第一电阻的第一端接入射频同轴线缆，第一电阻的第二端通过电压基准芯片接入比较器的第一端，用于对电能进行分压得到第二分压电压；电压基准芯片，用于将第二分压电压转换为基准电压。

进一步地，电源输出电路还包括：第二电阻和第三电阻，第二电阻和第三电阻串联接入射频同轴线缆和地之间，比较器的第二输入端接入第二电阻和第三电阻之间，第一分压电压由第二电阻和第三电阻对电能进行分压得到。

进一步地，电源输入电路包括：电压控制端，接入电源，用于根据控制元件的控制输出预设电压的电能；电流采样电路，与电压控制端相连，并接入射频同轴线缆，用于对电源输入电路中的电流进行采样；控制元件，接入电流采样电路和电压控制端之间，用于根据电流采样电路采样的电流输出控制信号，控制信号用于控制电压控制端调整输出的电压。

进一步地，控制元件包括：模/数转换端，用于将采样的电流转换为数字信号；数/模转换端，用于根据数字信号输出模拟的控制信号，其中，当电流采样电路采样的电流为0时，控制信号控制电压控制端升高输出的电压。

进一步地，输入端电路还包括：第一电容，第一电容的第一端接入电压控制端和电流采样电路之间，第一电容的第二端接地，用于对电能进行滤波；第一电感，第一电感的第一端接入电流采样电路，第一电感的第二端接入射频同轴线缆和信号输入端，用于将电能与输入的待传输信号进行隔离。

进一步地，输出端电路还包括：第二电容，第二电容的第一端接入第二电阻与控制元件之间，第二电容的第二端接地，用于对电能进行滤波；第二电感，第二电感的第一端接入第一电阻与第二电阻之间，第二电感的第二端与射频同轴线缆和后端负载相连，用于将电能与输出的待传输信号进行隔离。

进一步地，信号输入电路包括：功率放大器，接入信号输入端与射频同轴线缆之间，用于对待传输信号进行放大；第三电容，连接于功率放大器与射频同轴线缆之间，用于将待传输信号与电能进行隔离并对待传输信号进行耦合。

进一步地，信号输出电路包括：高通滤波器，接入射频同轴线缆与信号输出端之间，用于对待传输信号进行高通滤波；第四电容，连接于射频同轴线缆与高通滤波器之间，用于将待传输信号与电能进行隔离并对待传输信号进行耦合。

在本实用新型实施例中，输入端电路包括信号输入电路和电源输入电路，信号输入电路用于输入待传输信号，电源输入电路用于输入电能；射频同轴线缆，连接于输入端电路与输出端电路之间，用于将待传输信号和电能由输入端电路传输至输出端电路；输出端电路包括信号输出电路和电源输出电路，信号输出电路用于接收并输出待传输信号，电源输出电路用于接收电能并为后端负载供电。上述方案在输入端电路和输出端电路之间设置射频同轴线缆，通过射频同轴线缆传输电能和待传输信号，从而起到了提升抗干扰能力，实现更小的线上衰减的效果，极大的突破了传输线在频率大小的限制，进而解决了现有技术中射频信号采用五类线传输导致衰减较大的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中五类线传输数据通信及供电和射频信号的链路图；

图2是根据本实用新型实施例的一种射频传输电路的示意图；

图3a是射频信号分别在五类线和射频同轴线缆那中传输时的衰减曲线；

图3b是在100m的射频同轴线缆中射频信号的衰减与传输频率的对应关系的示意图；

图4是根据本实用新型的一种可选的射频信号传输电路的结构图；以及

图5是根据本实用新型实施的一种通过DCDC改变输出电压的原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本实用新型实施例，提供了一种射频传输电路的实施例，图2是根据本实用新型实施例的一种射频传输电路的示意图，如图2所示，该射频传输电路包括如：

输入端电路10，包括信号输入电路11和电源输入电路12，信号输入电路11用于输入待传输信号，电源输入电路12用于输入电能；

射频同轴线缆20，连接于输入端电路与输出端电路之间，用于将待传输信号和电能由输入端电路传输至输出端电路；

输出端电路30，包括信号输出电路31和电源输出电路32，信号输出电路31用于接收并输出待传输信号，电源输出电路32用于接收电能并为后端负载供电。

具体的，上述信号输入电路与信号源相连，用于输入待传输的射频信号，电源输入电路与电源相连，用于接收电能。信号输入电路和电源输入电路都连接至射频同轴线缆相连，由射频同轴线缆进行传输。

上述信号输出电路和电源输出电路通过射频同轴线缆接收电能和待传输信号，并接入后端负载，为后端负载提供电能的同时向后端负载输出待传输信号

上述射频同轴线缆是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆，具体的，上述射频同轴线缆为50Ω射频同轴线缆，传输带宽为1～20MHz。

本实用新型上述方案中，输入端电路10包括信号输入电路11和电源输入电路12，信号输入电路11用于输入待传输信号，电源输入电路12用于输入电能；射频同轴线缆20，连接于输入端电路与输出端电路之间，用于将待传输信号和电能由输入端电路传输至输出端电路；输出端电路30包括信号输出电路31和电源输出电路32，信号输出电路31用于接收并输出待传输信号，电源输出电路32用于接收电能并为后端负载供电。上述方案在输入端电路和输出端电路之间设置射频同轴线缆，通过射频同轴线缆传输电能和待传输信号，从而起到了提升抗干扰能力，实现更小的线上衰减的效果，极大的突破了传输线在频率大小的限制，进而解决了现有技术中射频信号采用五类线传输导致衰减较大的技术问题。

下面对射频信号在介质中传输衰减对比进行说明，取直径5mm、长度100m的五类线和射频同轴线缆分别为传输介质，在常温条件下，分析射频信号在介质中传输的衰减曲线。图3a是射频信号分别在五类线和射频同轴线缆那中传输时的衰减曲线，结合图3a所示，蓝色虚线表示介质五类线的衰减曲线，橙色实线表示介质射频同轴线缆的衰减曲线，同频率下射频信号在五类线中传输时的衰减远远高于射频信号在射频同轴线缆中传输时的衰减，即射频同轴线缆的衰减远远小于五类线。图3b是在100m的射频同轴线缆中射频信号的衰减与传输频率的对应关系的示意图，结合图3a和图3b所示，同样的衰减值，射频同轴线缆频率较五类线几乎高出一个数量级，由此可以说明射频同轴线缆具有更优的频率特性。

作为一种可选的实施例，电源输出电路包括：比较器，比较器的第一端接入基准电压，比较器的第二端接入对电能进行分压得到的第一分压电压，其中，在第一分压电压大于基准电压的情况下，比较器输出高电平；控制元件，控制元件的输入端与比较器的输出端相连，控制元件的输出端与后端负载相连，用于在比较器输出高电平的情况下开启，在比较器输出电平的情况下关闭。

上述比较器用于根据比较器第一端电压和第二端电压的比较结果来输出对应的高低电平，而比较器输出的高低电平用于对控制元件进行控制，以确定控制元件是否开启。

比较器第一端接入的基准电压可以是在电源输出电路的输出电压能够为后端负载提供其所需要的供电电压的情况下，第一分压电压所应该达到的电压，也即，当比较器第二端的第一分压电压大于该基准电压时，电源输出电路的输出电压能够为后端负载提供其所需要的供电电压。

图4是根据本实用新型的一种可选的射频信号传输电路的结构图，结合图4所示，比较器的V-为第一端，V+为第二端，V_EN为输出端，LDO为控制元件，该控制元件为一DC-DC元件，V_EN输入值LDO的EN引脚，用于对LDO进行控制。电能经过LDO后通过Vout输出至后端负载，因此LDO即可控制后端负载的供电，当LDO开启时为后端负载供电，当LDO关闭时停止为后端负载供电。

通过上述电路结构，实现了当线路中的电能由于衰减导致无法满足后端负载的需求时，线路完全断开，不再为后端负载进行供电的目的。

作为一种可选的实施例，上述电源输出电路还包括：第一电阻，第一电阻的第一端接入射频同轴线缆，第一电阻的第二端通过电压基准芯片接入比较器的第一端，用于对电能进行分压得到第二分压电压；电压基准芯片，用于将第二分压电压转换为基准电压。

具体的，上述第一电阻连接至射频同轴线缆，并通过电压基准芯片接入比较器的第一端，从而为比较器提供基准电压。结合图4所示，第一电阻R1通过电压基准芯片后接入比较器的第一端V-，为比较器提供基准电压。

作为一种可选的实施例，上述电源输出电路还包括：第二电阻和第三电阻，第二电阻和第三电阻串联接入射频同轴线缆和地之间，比较器的第二输入端接入第二电阻和第三电阻之间，第一分压电压由第二电阻和第三电阻对电能进行分压得到。

仍结合图4所示，第二电阻R2和第三电阻R3构成分压电路，对从射频同轴线缆传输的电压VDD1进行分压得到的第一分压电压，并将第一分压电压输入至比较器的V+端，用于与V-端的基准电压进行比较。

在一种可选的实施例中，如图4所示的电路，电源输出电路汇总，电压“VDD1”一分为二，一路经过分压电阻R1到电压基准芯片后输出电压“V-”，一路经过R2/R3构成的分压电路输出电压“V+”，两路电压通过电压比较器进行比较。当V+＞V-时，电压比较器的输出端电压“V_EN”为高电平，送到LDO(或DCDC)的使能脚，LDO处于开启状态，负载供电；当V+＞V-时，“V_EN”为低电平，LDO处于关闭状态，负载不供电。也即当“VDD1”满足一定的电压值时，此供电系统才会提供供电。

作为一种可选的实施例，上述电源输入电路包括：电压控制端，接入电源，用于根据控制元件的控制输出预设电压的电能；电流采样电路，与电压控制端相连，并接入射频同轴线缆，用于对电源输入电路中的电流进行采样；控制元件，接入电流采样电路和电压控制端之间，用于根据电流采样电路采样的电流输出控制信号，控制信号用于控制电压控制端调整输出的电压。

上述电压控制端与电源相连，可以为DC转DC电路，用于根据控制元件的控制调整输出的电压。电流采样电路用于对电源输入电路中的电流进行采样，并将采样结果输入至控制元件，控制元件根据采样结果输出用于控制电压控制端的控制信号，从而形成了电源输入端的反馈。

在一种可选的实施例中，仍结合图4所示，电压控制端DCDC通过电源输入端Vin接入电源，电源提供的电能VC通过电流采样电路ACS720接入射频同轴线缆。电流采样电路进行电流检测，并将检测结果VFB1输入至控制元件MCU，控制元件MCU根据检测结果向电压控制端DCDC的输入端FB输出控制信号VFB2，电压控制端DCDC根据控制信号VFB2调整输出的电压大小。

作为一种可选的实施例，上述控制元件包括：模/数转换端，用于将采样的电流转换为数字信号；数/模转换端，用于根据数字信号输出模拟的控制信号，其中，当电流采样电路采样的电流为0时，控制信号控制电压控制端升高输出的电压。

在一种可选的实施例中，结合图4所示的电路，电源输入端路中，电源“Vin”输入到DCDC后输出电压“VC”，经过电流检测实现闭环反馈链路：电压“VC”经过电流检测，输出成正比关系的电压VFB1到主控MCU的模/数转换端ADC，根据采样值调整数/模转换端DAC输出的电压值到DCDC的FB引脚，进而改变输出电压“VC”的大小。图5是根据本实用新型实施的一种通过DCDC改变输出电压的原理图，结合如图5所示，“VC”输出电压值计算公式为：VDD＝0.75(1+R4/R7)+(0.75-VDAC)R4/R6，其中，0.75为DCDC的FB引脚的反馈电压值。

仍结合图4进行说明，初始状态，主控MCU的DAC输出为0V，及DCDC的输出电压“VC”为默认的最小电压值，设定值以保证接入0.5m射频同轴线缆时，“V+”＞“V-”，LDO处于开启状态；当接入更长的线缆后，由于线缆本身阻抗的影响，“V+”会降低，从而导致“V+”＜“V-”，此时LDO处于关闭状态，线缆内部无电流通过，即MCU采样电流检测IC的输出电压“VFB1”为0，此时调整并依次升高电压“VFB1”，以保证“V+”＞“V-”，此时“VFB1”为一特定的电压值，保持此时“VFB1”的电压值。通过上述反馈调节的方式，从而能够在不同长度射频同轴线缆接入系统时，闭环自动调控而使输出电压保持一个稳定值，进而开放了传输线的长度限制。

作为一种可选的实施例，上述输入端电路还包括：第一电容，第一电容的第一端接入电压控制端和电流采样电路之间，第一电容的第二端接地，用于对电能进行滤波；第一电感，第一电感的第一端接入电流采样电路，第一电感的第二端接入射频同轴线缆和信号输入端，用于将电能与输入的待传输信号进行隔离。

仍结合图4所示，第一电容C2起到滤波的作用，第一电感L1起到了隔离的作用，从而实现了远距离供电。需要注意的是，在电源输入端Vin与DCDC之间还连接有C1的一端，C1的另一端接地，也用于起到滤波的作用。

作为一种可选的实施例，上述输出端电路还包括：第二电容，第二电容的第一端接入第二电阻与控制元件之间，第二电容的第二端接地，用于对电能进行滤波；第二电感，第二电感的第一端接入第一电阻与第二电阻之间，第二电感的第二端与射频同轴线缆和后端负载相连，用于将电能与输出的待传输信号进行隔离。

仍结合图4所示，第二电容C3起到滤波的作用，第二电感L2起到了隔离的作用，从而实现了远距离供电。需要注意的是，在LDO与Vout之间还连接有C4的一端，C4的另一端接地，也用于起到滤波的作用。

在上述方案中，由供电端直流电源转换DCDC(或者低压差线性稳压器LDO)，射频同轴线缆，负载端组成。电源输入至DCDC，经过C2滤波，起隔离射频信号的电感L1，通过传输介质50Ω射频同轴线缆，再经过L2的隔离，C3滤波，最后通过LDO的电压变换，输出负载需要的供电电压，以较为简单的电路设计，实现远距离供电，同时保证对射频信号进行有效的隔离，避免了电路中的干扰。

作为一种可选的实施例，上述信号输入电路包括：功率放大器，接入信号输入端与射频同轴线缆之间，用于对待传输信号进行放大；第三电容，连接于功率放大器与射频同轴线缆之间，用于将待传输信号与电能进行隔离并对待传输信号进行耦合。

作为一种可选的实施例，上述信号输出电路包括：高通滤波器，接入射频同轴线缆与信号输出端之间，用于对待传输信号进行高通滤波；第四电容，连接于射频同轴线缆与高通滤波器之间，用于将待传输信号与电能进行隔离并对待传输信号进行耦合。

仍结合图4所示，射频信号RFin先用功率放大器PA放大信号，用于补偿线缆插损，再接到起隔直及耦合作用的电容C9，通过传输介质50Ω射频同轴线缆，经过起隔直及耦合作用的电容C10，通过高通滤波器HPF(High-pass Filter)抑制低频率部分的噪声(如电源噪声等)，最后由RFout输出，便于在不同频率应用时信号分离后的高度还原。

上述方案采用电容的通交流隔直流、电感的通直流隔交流的特性，引入第三电容/第四电容，第一电感/第二电感，实现射频链路(信号传输电路)和电源链路(电源传输电路)的分离；考虑到电感和电容的频率特性，第三电容/第四电容，第一电感/第二电感的取值会直接影响电路的分离性能，下面通过表一提供一种可选的取值。

表一

频率(MHz)

50

500

900

1900

2400

3000

4000

第三电容/第四电容

0.18uF

1000pF

100pF

68pF

57pF

18pF

10pF

第一电感/第二电感

820nH

220nH

68nH

27nH

20nH

12nH

10nH

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种射频传输电路，其特征在于，包括：

输入端电路，包括信号输入电路和电源输入电路，所述信号输入电路用于输入待传输信号，所述电源输入电路用于输入电能；

射频同轴线缆，连接于所述输入端电路与输出端电路之间，用于将所述待传输信号和电能由所述输入端电路传输至所述输出端电路；

所述输出端电路，包括信号输出电路和电源输出电路，所述信号输出电路用于接收并输出所述待传输信号，所述电源输出电路用于接收所述电能并为后端负载供电。

2.根据权利要求1所述的射频传输电路，其特征在于，所述电源输出电路包括：

比较器，所述比较器的第一端接入基准电压，所述比较器的第二端接入对所述电能进行分压得到的第一分压电压，其中，在所述第一分压电压大于所述基准电压的情况下，所述比较器输出高电平；

控制元件，所述控制元件的输入端与所述比较器的输出端相连，所述控制元件的输出端与所述后端负载相连，用于在所述比较器输出高电平的情况下开启，在所述比较器输出电平的情况下关闭。

3.根据权利要求2所述的射频传输电路，其特征在于，所述电源输出电路还包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端接入所述射频同轴线缆，所述第一电阻的第二端通过电压基准芯片接入所述比较器的第一端，用于对所述电能进行分压得到第二分压电压；

所述电压基准芯片，用于将所述第二分压电压转换为基准电压。

4.根据权利要求3所述的射频传输电路，其特征在于，所述电源输出电路还包括：

第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和所述第三电阻串联接入所述射频同轴线缆和地之间，所述比较器的第二输入端接入所述第二电阻和所述第三电阻之间，所述第一分压电压由所述第二电阻和所述第三电阻对所述电能进行分压得到。

5.根据权利要求2所述的射频传输电路，其特征在于，所述电源输入电路包括：

电压控制端，接入电源，用于根据控制元件的控制输出预设电压的电能；

电流采样电路，与所述电压控制端相连，并接入所述射频同轴线缆，用于对所述电源输入电路中的电流进行采样；

所述控制元件，接入所述电流采样电路和所述电压控制端之间，用于根据所述电流采样电路采样的电流输出控制信号，所述控制信号用于控制所述电压控制端调整输出的电压。

6.根据权利要求5所述的射频传输电路，其特征在于，所述控制元件包括：

模/数转换端，用于将采样的电流转换为数字信号；

数/模转换端，用于根据所述数字信号输出模拟的所述控制信号，其中，当所述电流采样电路采样的电流为0时，所述控制信号控制所述电压控制端升高输出的电压。

7.根据权利要求5所述的射频传输电路，其特征在于，所述输入端电路还包括：

第一电容，所述第一电容的第一端接入所述电压控制端和所述电流采样电路之间，所述第一电容的第二端接地，用于对所述电能进行滤波；

第一电感，所述第一电感的第一端接入所述电流采样电路，所述第一电感的第二端接入所述射频同轴线缆和信号输入端，用于将所述电能与输入的所述待传输信号进行隔离。

8.根据权利要求4所述的射频传输电路，其特征在于，所述输出端电路还包括：

第二电容，所述第二电容的第一端接入所述第二电阻与所述控制元件之间，所述第二电容的第二端接地，用于对所述电能进行滤波；

第二电感，所述第二电感的第一端接入所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述第二电感的第二端与所述射频同轴线缆和所述后端负载相连，用于将所述电能与输出的所述待传输信号进行隔离。

9.根据权利要求1所述的射频传输电路，其特征在于，所述信号输入电路包括：

功率放大器，接入信号输入端与所述射频同轴线缆之间，用于对所述待传输信号进行放大；

第三电容，连接于所述功率放大器与所述射频同轴线缆之间，用于将所述待传输信号与电能进行隔离并对所述待传输信号进行耦合。

10.根据权利要求1所述的射频传输电路，其特征在于，所述信号输出电路包括：

高通滤波器，接入所述射频同轴线缆与信号输出端之间，用于对所述待传输信号进行高通滤波；

第四电容，连接于所述射频同轴线缆与所述高通滤波器之间，用于将所述待传输信号与电能进行隔离并对所述待传输信号进行耦合。

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