CN213069164U - 一种相控阵雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相控阵雷达系统，包括：车内部分的接收天线面、发射天线面、IP接口板、232转CAN总线模块、第一功分器、调制解调器MODEM、寻星仪、第一风扇、第二波控模块、下变频模块、第六风扇、第二风扇、第三风扇、第四风扇、第五风扇、上变频模块、第一波控模块和电源管理板；车外部分的汽车14V/28V电源和ACU控制器；本实用新型解决了传统雷达系统采用的方位、俯仰、极化等转动机构造成的整机高度较高的问题。

Description

一种相控阵雷达系统

技术领域

本实用新型涉及车载雷达领域，具体涉及一种相控阵雷达系统。

背景技术

车载相控阵选用相控阵天线，能够实现电子扫描，其优势在于外形可根据运动平台要求进行设计；结构上相较于传统雷达系统中通省去了方位、俯仰、极化等转动机构可大大降低整机的高度，满足运输通过性要求；天线可赋形，满足各种辐射方向图设计要求。同时采用电扫方式，因为没有三轴驱动电机，响应速度快，同时可避免电机感性负载状态突变对电源的冲击，降低了对电源的要求。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种相控阵雷达系统解决了传统雷达系统采用的方位、俯仰、极化等转动机构造成的整机高度较高的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种相控阵雷达系统，包括：车内部分的接收天线面、发射天线面、IP接口板、232转CAN总线模块、第一功分器、调制解调器MODEM、寻星仪、第一风扇、第二波控模块、下变频模块、第六风扇、第二风扇、第三风扇、第四风扇、第五风扇、上变频模块、第一波控模块和电源管理板；车外部分的汽车14V/28V电源和ACU控制器；

所述接收天线面与发射天线面均设置在独立的电路板上；所述接收天线面下分布有第二波控模块、下变频模块、第一功分器、IP接口板、232转CAN总线模块、调制解调器MODEM和寻星仪，并通过第一风扇散热；所述第一风扇用于对接收天线面、第二波控模块、下变频模块、第一功分器、IP接口板、232转CAN总线模块、调制解调器MODEM和寻星仪进行散热；所述发射天线面下分布有上变频模块、第一波控模块和电源管理板；所述第二风扇用于对发射天线面进行散热；所述第三风扇、第四风扇和第五风扇用于上变频模块、第一波控模块和电源管理板的散热；所述汽车14V/28V电源分别与ACU控制器和电源管理板的适配器接口连接。

进一步地：电源管理板的BUC供电接口分别与上变频模块的+24V_IN接口和第一波控模块的+24V_IN接口电连接，其PWR接口与寻星仪的+24V接口电连接；

所述IP接口板的电源接口分别与调制解调器MODEM的电源接口和寻星仪上的MODEM电源+24V接口电连接；

所述电源管理板的第一风扇接口与第二风扇的电源接口电连接，其第二风扇接口分别与第三风扇、第四风扇和第五风扇的电源接口电连接；

所述寻星仪的FAN1接口分别与第一风扇和第六风扇的电源接口电连接；

所述第一波控模块的波控接口与第二波控模块的波控接口通信连接；

所述IP接口板的网口2作为RJ45接口的Debug_OUT端，其网口1分别与调制解调器MODEM的网口和寻星仪上交换机路由器的WLAN_IN无线网络输入接口连接，并作为RJ45接口的LAN_OUT端，其232串口与调制解调器MODEM的232串口连接，再通过232转CAN总线模块转为CAN总线接口；所述232转CAN总线模块的CAN总线接口分别与寻星仪的CAN通信接口和电源管理板的CAN接口通信连接；

所述上变频模块的IF_IN接口与调制解调器MODEM的TX接口连接，其连接为射频线；

所述第二波控模块的输出端与下变频模块的输入端连接；

所述下变频模块的射频输出端与第一功分器的输入端连接；

所述第一功分器的第一输出接口与调制解调器MODEM的RX接口连接，其第二输出接口与寻星仪上的DVB射频输入接口连接；

所述寻星仪上DVB的信号输出端与寻星仪上信标机的信号输入端连接。

进一步地：接收天线面包括：1024个圆极化接收天线单元，其尺寸为265mm*265mm。

进一步地：接收天线面还包括：256个接收四通道芯片；所述256个接收四通道芯片包括：1024个有源接收通道；所述1024个有源接收通道与1024个圆极化接收天线单元一一对应连接。

进一步地：发射天线面包括：1024个圆极化发射天线单元，其尺寸为165mm*165mm。

进一步地：发射天线面还包括：256个发射四通道芯片；所述256个发射四通道芯片包括：1024个有源发射通道；所述1024个有源发射通道与1024个圆极化发射天线单元一一对应连接。

进一步地：上变频模块包括：第一中频放大器IFA1、第一中频带通滤波器IF BPF1、第一数控衰减器、第一混频器、第一射频带通滤波器RF BPF1、第一射频放大器RFA1、第一锁相环PLL1、第二射频放大器RFA2和第二射频带通滤波器RF BPF2；

所述第一中频放大器IFA1的输入端与TX_IF_IN接口连接，其输出端与第一中频带通滤波器IF BPF1的输入端连接；所述TX_IF_IN接口为上变频模块的IF_IN接口；所述第一中频带通滤波器IF BPF1的输出端与第一数控衰减器的输入端连接；所述第一数控衰减器的输出端与第一混频器的第一输入端连接；所述第一锁相环PLL1的输入端输入50MHZ参考频率，其输出端与第二射频放大器RFA2的输入端连接；所述第二射频放大器RFA2的输出端与第二射频带通滤波器RF BPF2的输入端连接；所述第一混频器的第二输入端与第二射频带通滤波器RF BPF2的输出端连接；所述第一混频器的输出端与第一射频带通滤波器RFBPF1的输入端连接；所述第一射频带通滤波器RF BPF1的输出端与第一射频放大器RFA1的输入端连接；所述第一射频放大器RFA1的输出端作为上变频模块的射频输出端；所述上变频模块的射频输出端通过1分64的第二功分器与256个发射四通道芯片连接。

进一步地：下变频模块包括：第二数控衰减器、第二中频带通滤波器IF BPF2、第二中频放大器IFA2、中频低通滤波器IF LPF、第二混频器、第三射频带通滤波器RF BPF3、第三射频放大器RFA3、第四射频带通滤波器RF BPF4、第二锁相环PLL2、第四射频放大器RFA4和第五射频带通滤波器RF BPF4；

所述第四射频带通滤波器RF BPF4输入端作为下变频模块的输入端，其输出端与第三射频放大器RFA3的输入端连接；所述第三射频放大器RFA3的输出端与第三射频带通滤波器RF BPF3的输入端连接；所述第三射频带通滤波器RF BPF3的输出端与第二混频器的第一输入端连接；所述第二混频器的输出端与中频低通滤波器IF LPF的输入端连接，其第二输入端与第五射频带通滤波器RF BPF4的输出端连接；所述中频低通滤波器IF LPF的输出端与第二中频放大器IFA2的输入端连接；所述第二中频放大器IFA2的输出端与第二中频带通滤波器IF BPF2的输入端连接；所述第二中频带通滤波器IF BPF2的输出端与第二数控衰减器输入端连接；所述第二数控衰减器的输出端作为下变频模块的射频输出端；所述第二锁相环PLL2的输入端输入50MHz参考频率，其输出端与第四射频放大器RFA4的输入端连接；所述第四射频放大器RFA4的输出端与第五射频带通滤波器RF BPF5的输入端连接。

本实用新型的有益效果为：

(1)、由于多通道芯片对性能的提升(单通道噪声系数小于1.7dB，发射功率17dBm)，阵面尺寸较之前的方案缩减了很多，总体尺寸预计不超过450*285*80mm。

(2)、寻星仪通过与相控阵天线主控板通信配置每个接收通道的俯仰、方位、极化角度，跟踪DVB或者信标信号的极值或者通过OPENAMIP协议跟踪卫星信号极值，并利用天线接收俯仰、方位、极化角度等对星信息控制各个发送通道精准向目标卫星发射信号，进而实现双向通信的连续性。

(3)、通过寻星仪与相控阵天线主控板通信配置每个接收通道的俯仰、方位和极化角度，在所有模块分别位于接收天线面与发射天线面下，不采用转动机构，降低雷达系统的整机高度。

附图说明

图1为一种相控阵雷达系统的A部分布局示意图；

图2为一种相控阵雷达系统的B部分布局示意图；

图3为一种相控阵雷达系统的C部分布局示意图；

图4为上变频模块的结构示意图；

图5为下变频模块的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1～3所示，一种相控阵雷达系统，包括：车内部分的接收天线面、发射天线面、IP接口板、232转CAN总线模块、第一功分器、调制解调器MODEM、寻星仪、第一风扇、第二波控模块、下变频模块、第六风扇、第二风扇、第三风扇、第四风扇、第五风扇、上变频模块、第一波控模块和电源管理板；车外部分的汽车14V/28V电源和ACU控制器；

所述接收天线面与发射天线面均设置在独立的电路板上；所述接收天线面下分布有第二波控模块、下变频模块、第一功分器、IP接口板、232转CAN总线模块、调制解调器MODEM和寻星仪，并通过第一风扇散热；所述第一风扇用于对接收天线面、第二波控模块、下变频模块、第一功分器、IP接口板、232转CAN总线模块、调制解调器MODEM和寻星仪进行散热；所述发射天线面下分布有上变频模块、第一波控模块和电源管理板；所述第二风扇用于对发射天线面进行散热；所述第三风扇、第四风扇和第五风扇用于上变频模块、第一波控模块和电源管理板的散热。

所述汽车14V/28V电源分别与ACU控制器和电源管理板的适配器接口连接。

为减少子系统之间的线缆，特别是车内、外两部分之间的线缆，ACU控制器与车外部分只使用一根电缆进行信号传输和电源输送。

电源管理板的BUC供电接口分别与上变频模块的+24V_IN接口和第一波控模块的+24V_IN接口电连接，其PWR接口与寻星仪的+24V接口电连接；

所述IP接口板的电源接口分别与调制解调器MODEM的电源接口和寻星仪上的MODEM电源+24V接口电连接；

所述电源管理板的第一风扇接口与第二风扇的电源接口电连接，其第二风扇接口分别与第三风扇、第四风扇和第五风扇的电源接口电连接；

所述寻星仪的FAN1接口分别与第一风扇和第六风扇的电源接口电连接；

所述第一波控模块的波控接口与第二波控模块的波控接口通信连接；

所述IP接口板的网口2作为RJ45接口的Debug_OUT端，其网口1分别与调制解调器MODEM的网口和寻星仪上交换机路由器的WLAN_IN无线网络输入接口连接，并作为RJ45接口的LAN_OUT端，其232串口与调制解调器MODEM的232串口连接，再通过232转CAN总线模块转为CAN总线接口；所述232转CAN总线模块的CAN总线接口分别与寻星仪的CAN通信接口和电源管理板的CAN接口通信连接；

所述上变频模块的IF_IN接口与调制解调器MODEM的TX接口连接，其连接为射频线；

所述第二波控模块的输出端与下变频模块的输入端连接；

所述下变频模块的射频输出端与第一功分器的输入端连接；

所述第一功分器的第一输出接口与调制解调器MODEM的RX接口连接，其第二输出接口与寻星仪上的DVB射频输入接口连接；

所述寻星仪上DVB的信号输出端与寻星仪上信标机的信号输入端连接。

信标机接收L波段射频信号，并从射频信号中解调出供天线伺服使用的AGC和锁定指示以及信噪比和频偏等参数，同时可从解调后的TS流中提取卫星NID。

寻星仪的作用是车辆行驶过程中，通过与相控阵天线主控板通信配置每个接收通道的俯仰、方位、极化角度，跟踪DVB或者信标信号的极值或者通过OPENAMIP协议跟踪卫星信号极值，并利用天线接收俯仰、方位、极化角度等对星信息控制各个发送通道精准向目标卫星发射信号，进而实现双向通信的连续性。

接收天线面包括：1024个圆极化接收天线单元，其尺寸为265mm*265mm。

接收天线面还包括：256个接收四通道芯片；所述256个接收四通道芯片包括：1024个有源接收通道；所述1024个有源接收通道与1024个圆极化接收天线单元一一对应连接。

接收天线采用圆极化微带贴片形式，贴片单元增益为4dBi。接收阵列共1024个天线单元按32*32正方形排列，尺寸约为265mm*265mm，接收阵面整体增益为34dBi。1024个天线单元对应1024个有源接收通道，采用256片4通道接收多功能芯片放置于电路板背面。1024个接收通道都可以单独配置相位，相邻通道间隔按半波长排列，可以使整个相控阵列在俯仰面和方位面上满足+/-53度的波束扫描范围。接收通道的噪声系数最大为1.7dB，阵面总体噪声温度约为200K，考虑到天线罩的损耗，接收阵列的法向G/T约为10dB/K，在高温时预计还要降低近1dB。当波束扫描到偏移法向+/-53度时增益比法向要降低近5dB，比指标要求的4.2dB略高，但按照要求在此角度的G/T值为8.5-4.2＝4.3dB/K。而在此角度上的G/T值为10-5＝5dB/K，能满足要求。

发射天线面包括：1024个圆极化发射天线单元，其尺寸为165mm*165mm。

发射天线面还包括：256个发射四通道芯片；所述256个发射四通道芯片包括：1024个有源发射通道；所述1024个有源发射通道与1024个圆极化发射天线单元一一对应连接。

发射阵列采用与接收相同的整体架构，天线阵面规模为32*32，共1024个圆极化天线单元，整个辐射阵面尺寸约为165mm*165mm。每个天线单元增益为4dBi，发射天线阵面整体增益为34dBi。1024个天线单元对应1024个有源接收通道，采用256片4通道接收多功能芯片放置于电路板背面。芯片每个通道最后输出P1dB功率为17dBm，整个发射阵面输出总功率为51dBm。为了满足副瓣抑制指标要求，需要在阵列的每个通道上做幅度加权，这会使整体输出功率降低1～1.5dB，再加上天线罩的损耗，发射阵面整体的EIRP大于36.5dBW。

由于多通道芯片对性能的提升(单通道噪声系数小于1.7dB，发射功率17dBm)，阵面尺寸较之前的方案缩减了很多，产品总体尺寸预计不超过450*285*80mm。

如图4所示，上变频模块包括：第一中频放大器IFA1、第一中频带通滤波器IFBPF1、第一数控衰减器、第一混频器、第一射频带通滤波器RF BPF1、第一射频放大器RFA1、第一锁相环PLL1、第二射频放大器RFA2和第二射频带通滤波器RF BPF2；

所述第一中频放大器IFA1的输入端与TX_IF_IN接口连接，其输出端与第一中频带通滤波器IF BPF1的输入端连接；所述TX_IF_IN接口为上变频模块的IF_IN接口；所述第一中频带通滤波器IF BPF1的输出端与第一数控衰减器的输入端连接；所述第一数控衰减器的输出端与第一混频器的第一输入端连接；所述第一锁相环PLL1的输入端输入50MHZ参考频率，其输出端与第二射频放大器RFA2的输入端连接；所述第二射频放大器RFA2的输出端与第二射频带通滤波器RF BPF2的输入端连接；所述第一混频器的第二输入端与第二射频带通滤波器RF BPF2的输出端连接；所述第一混频器的输出端与第一射频带通滤波器RFBPF1的输入端连接；所述第一射频带通滤波器RF BPF1的输出端与第一射频放大器RFA1的输入端连接；所述第一射频放大器RFA1的输出端作为上变频模块的射频输出端；所述上变频模块的射频输出端通过1分64的第二功分器与256个发射四通道芯片连接。

如图5所示，下变频模块包括：第二数控衰减器、第二中频带通滤波器IF BPF2、第二中频放大器IFA2、中频低通滤波器IF LPF、第二混频器、第三射频带通滤波器RF BPF3、第三射频放大器RFA3、第四射频带通滤波器RF BPF4、第二锁相环PLL2、第四射频放大器RFA4和第五射频带通滤波器RF BPF4；

所述第四射频带通滤波器RF BPF4输入端作为下变频模块的输入端，其输出端与第三射频放大器RFA3的输入端连接；所述第三射频放大器RFA3的输出端与第三射频带通滤波器RF BPF3的输入端连接；所述第三射频带通滤波器RF BPF3的输出端与第二混频器的第一输入端连接；所述第二混频器的输出端与中频低通滤波器IF LPF的输入端连接，其第二输入端与第五射频带通滤波器RF BPF4的输出端连接；所述中频低通滤波器IF LPF的输出端与第二中频放大器IFA2的输入端连接；所述第二中频放大器IFA2的输出端与第二中频带通滤波器IF BPF2的输入端连接；所述第二中频带通滤波器IF BPF2的输出端与第二数控衰减器输入端连接；所述第二数控衰减器的输出端作为下变频模块的射频输出端；所述第二锁相环PLL2的输入端输入50MHz参考频率，其输出端与第四射频放大器RFA4的输入端连接；所述第四射频放大器RFA4的输出端与第五射频带通滤波器RF BPF5的输入端连接。

发射接收阵列和天线单元外，还需要集成上下变频模块。考虑到杂散指标要求相对容易实现，中频频率不易过低，建议在4GHz左右，此时发射和接收本振约为24.3GHz和14.15GHz。如果采用50MHz作为参考这时生成的12.8GHz本振的相噪的测试结果，在24.3GHz和14.15GHz时的相噪会分别会比12.8GHz时恶化约5.6dB和0.9dB。通过实验可以看出本振14.15GHz的相噪能满足指标要求，在最差的1KHz、10KHz和100KHz处也还有3至4dB的余量。本振24.3GHz则在1KHz、10KHz和100KHz处有1dB左右的余量，在100Hz和1MHz处都有较大的余量。如果想要更好的相噪指标可以选择性能好的参考晶振，如果参考晶振由外部供给，相噪性能则取决于外部晶振性能。

Claims (8)

1.一种相控阵雷达系统，其特征在于，包括：车内部分的接收天线面、发射天线面、IP接口板、232转CAN总线模块、第一功分器、调制解调器MODEM、寻星仪、第一风扇、第二波控模块、下变频模块、第六风扇、第二风扇、第三风扇、第四风扇、第五风扇、上变频模块、第一波控模块和电源管理板；车外部分的汽车14V/28V电源和ACU控制器；

所述接收天线面与发射天线面均设置在独立的电路板上；所述接收天线面下分布有第二波控模块、下变频模块、第一功分器、IP接口板、232转CAN总线模块、调制解调器MODEM和寻星仪，并通过第一风扇散热；所述发射天线面下分布有上变频模块、第一波控模块和电源管理板；所述第二风扇用于对发射天线面进行散热；所述第三风扇、第四风扇和第五风扇用于上变频模块、第一波控模块和电源管理板的散热；所述汽车14V/28V电源分别与ACU控制器和电源管理板的适配器接口连接。

2.根据权利要求1所述的相控阵雷达系统，其特征在于，所述电源管理板的BUC供电接口分别与上变频模块的+24V_IN接口和第一波控模块的+24V_IN接口电连接，其PWR接口与寻星仪的+24V接口电连接；

所述IP接口板的电源接口分别与调制解调器MODEM的电源接口和寻星仪上的MODEM电源+24V接口电连接；

所述电源管理板的第一风扇接口与第二风扇的电源接口电连接，其第二风扇接口分别与第三风扇、第四风扇和第五风扇的电源接口电连接；

所述寻星仪的FAN1接口分别与第一风扇和第六风扇的电源接口电连接；

所述第一波控模块的波控接口与第二波控模块的波控接口通信连接；

所述IP接口板的网口2作为RJ45接口的Debug_OUT端，其网口1分别与调制解调器MODEM的网口和寻星仪上交换机路由器的WLAN_IN无线网络输入接口连接，并作为RJ45接口的LAN_OUT端，其232串口与调制解调器MODEM的232串口连接，再通过232转CAN总线模块转为CAN总线接口；所述232转CAN总线模块的CAN总线接口分别与寻星仪的CAN通信接口和电源管理板的CAN接口通信连接；

所述上变频模块的IF_IN接口与调制解调器MODEM的TX接口连接，其连接为射频线；

所述第二波控模块的输出端与下变频模块的输入端连接；

所述下变频模块的射频输出端与第一功分器的输入端连接；

所述第一功分器的第一输出接口与调制解调器MODEM的RX接口连接，其第二输出接口与寻星仪上的DVB射频输入接口连接；

所述寻星仪上DVB的信号输出端与寻星仪上信标机的信号输入端连接。

3.根据权利要求1所述的相控阵雷达系统，其特征在于，所述接收天线面包括：1024个圆极化接收天线单元，其尺寸为265mm*265mm。

4.根据权利要求3所述的相控阵雷达系统，其特征在于，所述接收天线面还包括：256个接收四通道芯片；所述256个接收四通道芯片包括：1024个有源接收通道；所述1024个有源接收通道与1024个圆极化接收天线单元一一对应连接。

5.根据权利要求1所述的相控阵雷达系统，其特征在于，所述发射天线面包括：1024个圆极化发射天线单元，其尺寸为165mm*165mm。

6.根据权利要求5所述的相控阵雷达系统，其特征在于，所述发射天线面还包括：256个发射四通道芯片；所述256个发射四通道芯片包括：1024个有源发射通道；所述1024个有源发射通道与1024个圆极化发射天线单元一一对应连接。

7.根据权利要求6所述的相控阵雷达系统，其特征在于，所述上变频模块包括：第一中频放大器IFA1、第一中频带通滤波器IF BPF1、第一数控衰减器、第一混频器、第一射频带通滤波器RF BPF1、第一射频放大器RFA1、第一锁相环PLL1、第二射频放大器RFA2和第二射频带通滤波器RF BPF2；

所述第一中频放大器IFA1的输入端与TX_IF_IN接口连接，其输出端与第一中频带通滤波器IF BPF1的输入端连接；所述TX_IF_IN接口为上变频模块的IF_IN接口；所述第一中频带通滤波器IF BPF1的输出端与第一数控衰减器的输入端连接；所述第一数控衰减器的输出端与第一混频器的第一输入端连接；所述第一锁相环PLL1的输入端输入50MHZ参考频率，其输出端与第二射频放大器RFA2的输入端连接；所述第二射频放大器RFA2的输出端与第二射频带通滤波器RF BPF2的输入端连接；所述第一混频器的第二输入端与第二射频带通滤波器RF BPF2的输出端连接；所述第一混频器的输出端与第一射频带通滤波器RF BPF1的输入端连接；所述第一射频带通滤波器RF BPF1的输出端与第一射频放大器RFA1的输入端连接；所述第一射频放大器RFA1的输出端作为上变频模块的射频输出端；所述上变频模块的射频输出端通过1分64的第二功分器与256个发射四通道芯片连接。

8.根据权利要求1所述的相控阵雷达系统，其特征在于，所述下变频模块包括：第二数控衰减器、第二中频带通滤波器IF BPF2、第二中频放大器IFA2、中频低通滤波器IF LPF、第二混频器、第三射频带通滤波器RF BPF3、第三射频放大器RFA3、第四射频带通滤波器RFBPF4、第二锁相环PLL2、第四射频放大器RFA4和第五射频带通滤波器RF BPF4；

所述第四射频带通滤波器RF BPF4输入端作为下变频模块的输入端，其输出端与第三射频放大器RFA3的输入端连接；所述第三射频放大器RFA3的输出端与第三射频带通滤波器RF BPF3的输入端连接；所述第三射频带通滤波器RF BPF3的输出端与第二混频器的第一输入端连接；所述第二混频器的输出端与中频低通滤波器IF LPF的输入端连接，其第二输入端与第五射频带通滤波器RF BPF4的输出端连接；所述中频低通滤波器IF LPF的输出端与第二中频放大器IFA2的输入端连接；所述第二中频放大器IFA2的输出端与第二中频带通滤波器IF BPF2的输入端连接；所述第二中频带通滤波器IF BPF2的输出端与第二数控衰减器输入端连接；所述第二数控衰减器的输出端作为下变频模块的射频输出端；所述第二锁相环PLL2的输入端输入50MHz参考频率，其输出端与第四射频放大器RFA4的输入端连接；所述第四射频放大器RFA4的输出端与第五射频带通滤波器RF BPF5的输入端连接。

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