CN218446695U - 一种双频标签及射频识别系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种双频标签及射频识别系统。本申请实施例可应用于物品存储管理等应用场景；该双频标签将高频吸波材料设置在金属层的上方，与高频天线的位置对应，以实现高频天线的抗金属特性，将超高频天线与金属层连接，以实现超高频天线的抗金属特性，该结构设计的双频标签在各种材质物品上的性能稳定，对工作环境的要求较低。

Description

一种双频标签及射频识别系统

技术领域

本申请涉及电子标签技术领域，尤其涉及一种双频标签及射频识别系统。

背景技术

目前，市场上应用成熟的电子标签多为单频标签，仅支持高频近场通信或者超高频射频识别，在功能实现上较为单一。

随着射频识别技术的发展，对标签功能多样的需求增多，双频标签成为发展趋势。但已有的双频标签对工作环境的要求较高，无法在多种不同材质物品上正常工作。因此，如何提供一种能在多种不同材质物品上正常工作的双频标签成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种双频标签及应用该双频标签的射频识别系统，通过双频标签的结构优化，降低双频标签对工作环境的要求，使双频标签贴合到不同材质物品上能正常工作得以实现。

第一方面，本申请提供了一种双频标签，包括天线层、金属层和高频吸波材料；其中，天线层包括高频天线和超高频天线；金属层位于天线层的下方，并连接超高频天线，金属层在天线层的投影面与超高频天线所在区域至少部分重合；高频吸波材料位于高频天线与金属层之间，高频吸波材料在天线层的投影面与高频天线所在区域至少部分重合，且与超高频天线所在区域不重合，换言之，高频吸波材料仅对高频天线起作用，避免对超高频天线造成干扰。

通过上述描述可知，该双频标签通过超高频天线和金属层的相对位置设置，并将超高频天线与金属层连接，以实现超高频天线的抗金属特性，保证双频标签在贴合到不同材质物品上时超高频天线性能的稳定性，同时，将高频吸波材料设置在金属层和高频天线之间，在实现高频天线抗金属特性的同时能够保证双频标签贴合到不同材质物品上时高频天线性能的稳定性，这样，该双频标签对工作环境的要求降低，在不同材质物品上均能正常工作，提高了双频标签的适应范围。

在一种可能的实现方式中，双频标签还包括基板，该基板弯折形成天线基板部、金属基板部和连接基板部，连接基板部连接金属基板部和天线基板部，天线基板部上设置有天线层，金属基板部上设置有金属层；换言之，天线基板部和金属基板部由同一基板折弯形成，折弯后的基板可以呈“[”形结构，天线基板部和金属基板部的同一端由连接基板部连接。这样，方便超高频天线和金属层的连接设置，也能节省成本。

在另一种可能的实现方式中，双频标签还包括柔性介质层，柔性介质层设于天线基板部和金属基板部之间，高频吸波材料位于柔性介质层和天线基板部之间，换言之，高频吸波材料设于柔性介质层朝向天线基板部的一侧，由此可更好地实现高频天线的抗金属特性。另外，同一基板可沿柔性介质层折弯来形成天线基板部和金属基板部，这样可以使得柔性介质层与天线基板部和金属基板部的贴合度更好。

在另一种可能的实现方式中，柔性介质层在靠近天线基板部的一侧具有凹陷部，高频吸波材料位于该凹陷部。这样，可以避免高频吸波材料占据双频标签在高度方向上的空间，有利于减小双频标签的厚度；具体实施时，柔性介质层的凹陷部可通过挤压形成，比如说先将高频吸波材料设在柔性介质层上，通过天线基板部朝柔性介质层所在方向挤压使得高频吸波材料所处区域的柔性介质层凹陷形成凹陷部。

在另一种可能的实现方式中，超高频天线通过金属连接段与金属层连接，金属连接段与连接基板部贴合。具体的，超高频天线、金属连接段和金属层可设为一体结构。

在另一种可能的实现方式中，高频天线包括线圈主体部分和线圈接线部分，两者分设于天线基板部的两侧，且线圈主体部分通过穿过天线基板部的过孔的连接段与线圈接线部分连接；超高频天线和线圈主体部分位于天线基板部的同侧，且并排布置。

在另一种可能的实现方式中，高频天线包括线圈主体部分和线圈接线部分，两者分设于天线基板部的两侧，且线圈主体部分通过穿过天线基板部的过孔的连接段与线圈接线部分连接；超高频天线和线圈主体部分位于天线基板部的两侧同时，高频吸波材料在天线基板部的投影区域至少部分覆盖高频天线在天线基板部的投影区域，且高频吸波材料在天线基板部的投影区域与超高频天线在天线基板部的投影区域不重合，避免对超高频天线性能产生影响。

在另一种可能的实现方式中，超高频天线和高频天线在天线基板部的投影区域不重合，换言之，高频天线的走线与超高频天线的走线不重合，以免两者之间存在干扰。

在另一种可能的实现方式中，双频标签包括一个芯片，高频天线和超高频天线均与该芯片电连接。

在另一种可能的实现方式中，双频标签包括两个芯片，分别与高频天线和超高频天线电连接，其中，与高频天线电连接的第一芯片的存储器内写入与超高频天线电连接的第二芯片的TID和/或EPC，以实现高频标签内信息与超高频标签内信息的绑定。

第二方面，本申请还提供一种射频识别系统，包括阅读器和双频标签，该双频标签采用前述双频标签，与阅读器通信连接，阅读器可读取双频标签内的信息数据。

示例性的，射频识别系统可应用于物品存储管理等场景。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的双频标签的结构框图；

图2为本申请一实施例提供的双频标签的具体结构层的示意图；

图3为本申请另一实施例提供的双频标签的正视图；

图4为本申请另一实施例提供的双频标签的具体结构层的示意图；

图5为本申请又一实施例提供的双频标签的正视图；

图6为本申请又一实施例提供的双频标签的具体结构层的示意图；

图7为本申请提供的射频识别系统的架构示意图。

具体实施方式

本申请中涉及的“上”和“下”等方位用于是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也可能随之发生变化，因此，不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

下面结合附图详细说明本申请提供的双频标签的结构。

请参考图1和图2，图1和图2分别示出了一实施例中双频标签的结构框图和具体结构层的示意图。从视角关系来说，图2为图1的A-A向视角。

该实施方式中，双频标签包括天线层10、金属层50和高频吸波材料30，天线层10包括高频天线11、超高频天线12和一个芯片13，高频天线11和超高频天线12均与该芯片13电连接，换言之，高频天线11和超高频天线12与同一个芯片13电连接，该芯片13同时支持高频天线11和超高频天线12。

其中，高频天线11和超高频天线12可以选用铜、铝或导电银浆等材料制成；芯片13为射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)芯片，芯片13与高频天线11、超高频天线12通信，可以对接收到的信号进行解调、解码等处理，并对需要返回的信号进行编码、调制等处理。

其中，高频天线11的工作频段一般在13.56MHz，超高频天线12的工作频段一般在860MHz到960MHz之间，当然，实际应用中，可以根据需求进行适当的调整。

金属层50位于天线层10的下方，并超高频天线12与金属层50连接在一起，金属层50在天线层10的投影面与超高频天线12所在区域至少部分重合；高频吸波材料30位于金属层50和高频天线11之间，高频吸波材料30在天线层10的投影面与高频天线11至少部分重合，且与超高频天线12不重合，换言之，高频吸波材料30与高频天线11的位置匹配，只对高频天线11起作用，避免对超高频天线12造成干扰。具体的，高频吸波材料30在天线层10的投影面可以部分覆盖高频天线11，也可以全部覆盖，高频吸波材料30在天线层10的投影面可以略大于高频天线11所在区域，以确保高频吸波材料30对高频天线11的抗金属特性，抗金属特性可理解为解决金属干扰的能力。

具体的，金属层50在天线层10的投影面也与高频天线11所在区域至少部分重合，对提升高频天线11的性能也有益处，当然，金属层50在天线层10的投影面不与高频天线11所在区域重合也是可行的，具体根据高频天线11的性能来。

具体的，金属层50一般与天线层10平行设置，以尽量地减小标签的厚度。

高频吸波材料30是指能吸收、衰减投射到其表面的电磁波能量并且反射、折射和散射都很小的一类材料，根据吸波机理的不同，吸波材料可分为电损耗型、介电损耗性和磁损耗型等；常见的吸波材料有铁氧体吸波材料、金属超微粉吸波材料、多晶铁纤维吸波材料及等离子体吸波材料等，可根据实际应用需求来选择，以确保高频天线11的性能为准。

该双频标签将超高频天线12与金属层50连接，以实现超高频天线12的抗金属特性，可理解金属层50相当于超高频天线12的接地层，保证双频标签在贴合到不同材质物品上时超高频天线12性能的稳定性，同时，将高频吸波材料30设置在金属层50和高频天线11之间，在实现高频天线11抗金属特性的同时能够保证双频标签贴合到不同材质物品上时高频天线性能的稳定性，通过该结构设置，降低了双频标签对工作环境的要求，使得该双频标签在不同材质物品上均能正常工作，提高了双频标签的适用范围。

该双频标签还包括天线基板部21和金属基板部22，前述天线层10设于天线基板部21，金属层50设于金属基板部22，具体的，天线基板部21和金属基板部22由同一基板折弯形成，如图2所示，同一基板折弯后形成截面大致呈“[”形的结构，位于上方的基板部分为天线基板部21，位于下方的与天线基板部21平行的基板部分为金属基板部22，两者的同一端由连接基板部23连接，以图2所示方位，连接基板部23连接天线基板部21的左端和金属基板部22的左端；在其他实施方式中，同一基板折弯后也可呈“]”形。

该方式方便加工，避免采购不同的基板，且也方便超高频天线12与金属层50的连接，具体实施时，超高频天线12通过金属连接段60与金属层50连接，可将金属连接段60与连接基板部23贴合，避免额外设置金属连接段60的安装结构。

具体的，上述基板具体可选用PI(Polyimide，聚酰亚胺)膜、PET(Polyester，聚酯纤维)膜或PTFE(Ployterafluoroethylene，聚四氟乙烯)膜等材质制成。

其中，超高频天线12、金属连接段60和金属层50可采用同一金属材料制成，三者可设为一体结构，方便加工和设置，具体的，根据实际应用需求，比如阻抗匹配需求来设置超高频天线12的形状，在金属材料上通过刻蚀等方式形成前述设置好的形状，从而形成超高频天线12的辐射体，这样，金属材料上具有辐射体的区域形成超过频天线12，其他部分可通过弯折等方式形成前述金属连接段60和金属层50；当然，在其他实施方式中，三者也可采用不完全相同的金属材质，再通过焊接等物理手段连接在一起。

该双频标签还设有柔性介质层40，该柔性介质层40设于天线基板部21和金属基板部22之间，前述高频吸波材料30位于柔性介质层40和天线基板部21之间，换言之，高频吸波材料30靠近高频天线11设置，可更好地实现高频天线11的抗金属特性，以较好地保证高频天线11的性能稳定性。

具体的，柔性介质层40可以选用具有支撑作用且介电常数较低的泡棉材质制成。

具体实施时，前述基板可沿着柔性介质层40折弯来形成天线基板部21和金属基板部22，以使得天线基板部21、金属基板部22与柔性介质层40能够更好地贴合。

具体的，柔性介质层40在朝向天线基板部21的一侧具有凹陷部，前述高频吸波材料30位于该凹陷部内，这样设置，可避免在双频标签的厚度方向上(即图2所示的上下方向上)增加一层厚度，也就是说，该设置方式有利于减少双频标签的厚度。

具体实施时，可利用柔性介质层40的柔性在组装过程中通过挤压形成凹陷部，避免增加额外的加工工序；具体来说，组装时，先将高频吸波材料30固定在柔性介质层40上，基板在折弯形成天线基板部21时，以图2所示方位，天线基板部21向下挤压柔性介质层40，使高频吸波材料30所处位置向下至天线基板部21与柔性介质层40贴合，这样，柔性介质层40的设置高频吸波材料30的区域被挤压形成凹陷部。

该实施方式中，高频天线11和超高频天线12在天线基板部21上并排布置。以图1所示来说，高频天线11和超高频天线12是左右排布的方式；在其他实施方式中，高频天线11和超高频天线12也可以是上下排布的方式，基于排布形式，双频标签的整体形状和尺寸会有变化，根据实际应用需求设置即可。

为了使高频吸波材料30只对高频天线11起作用，可以理解，设置时，高频吸波材料30在天线基板部21的投影区域至少部分覆盖高频天线11在天线基板部21的投影区域，且与超高频天线12在天线基板部21的投影区域不重合。

一般来说，高频天线11包括若干线圈，该实施方式中，为方便高频天线11的接线，将其线圈设为两层的结构形式，如图2所示，高频天线11包括线圈主体部分111和线圈接线部分112，线圈主体部分111和线圈接线部分112分设在天线基板部21的上下两侧，其中，线圈主体部分111与超高频天线12布置在天线基板部21的上侧，线圈主体部分111与超高频天线12并排布置；线圈接线部分112布置在天线基板部21的下侧，与线圈主体部分111的位置对应，天线基板部21在高频天线11所在区域具有过孔，线圈主体部分111和线圈接线部分112通过穿过过孔的连接段连接，在图2中，高频天线11的剖面以“工”字形示意，实际应用时，其剖面不一定呈“工”字形；一般来说，线圈接线部分112比线圈主体部分111小，能够满足接线需求即可，但是在具体设置时，两者的大小和线圈数量可以有多种关系。在其他实施方式中，也可将高频天线11的所有线圈部分都设置在天线基板部21的上侧。

如上设计后，对应用图1和图2所示的单芯片方案的一个双频标签进行了仿真和实验测试，具体在不同应用环境下进行了性能测试。

具体来说，将双频标签放置在自由空间(即不贴附在任何物品上)、金属材质、塑胶材质、玻璃材质、玻璃水瓶及书本上进行了测试。

测试表明，在塑胶、玻璃和书本的应用环境下，高频天线11的谐振偏量为0，在玻璃水瓶上的谐振偏量仅为0.025MHz，在金属上的谐振偏量为0.1MHz,对应地，高频天线11上方5mm平面磁通量在除金属外的各应用环境下与自由空间下差别不大，从而该双频标签在塑胶材质、玻璃材质、玻璃水瓶及书本环境下的读距能够与自由空间下保持一致，在金属材质上的表现也较好，读距相对自由空间下较小，但能够满足正常工作需求，根据测试结果可见，该双频标签的高频天线11不受工作环境限制，在不同材质上的性能较为稳定，可在不同材质上正常工作。

测试表明，在各应用环境下，超高频天线12的谐振频偏量都较小，使得谐振频率都能在工作频带(860MHz～960MHz)内，同时，超高频天线12在各应用环境下的-3dB带宽、带内辐射效率及带内总效率都能够满足正常工作需求。

根据测试结果显示，应用图1和图2所示结构设计的单芯片双频标签在各应用环境下都能正常工作，高频天线11和超高频天线12的工作性能也都相对稳定。

请参考图3和图4，图3和图4分别示出了另一实施例中双频标签的结构框图和具体结构层的示意图。从视角关系来说，图4为图3的B-B向视角。

该实施方式中，以图4所示视角，双频标签包括自上至下设置的天线层10、天线基板部21、高频吸波材料30、柔性介质层40、金属基板部22和金属层50。

天线层10包括高频天线11、超高频天线12和两个芯片；这里为方便说明，将两个芯片称之为第一芯片131和第二芯片132，可以理解，“第一”和“第二”旨在将一个和另一个具有相同名称的部件区分来开，并不表明这些部件之间存在主次关系或者先后顺序。其中，第一芯片131与高频天线11电连接，第二芯片132与超高频天线12电连接，第一芯片131的存储器内写入第二芯片132的TID(Tag identifier，标签识别码)和EPC(Electronic ProductCode，产品电子代码)中的至少一者，以实现高频标签内信息与超高频标签内信息的绑定。

参考图4，该实施方式中，天线基板部21和金属基板部22由同一基板折弯形成，超高频天线12通过金属连接段60与金属层50连接，金属连接段60可设置在由同一基板折弯形成的连接基板部23上，柔性介质层40设于天线基板部21和金属基板部22之间，高频吸波材料30位于金属层50的上方，具体设置在柔性介质层40朝向天线基板部21的一侧，且与高频天线11的位置对应。

对比可知，图3和图4所示实施例中的双频标签的结构层布置与图1和图2所示实施例中一致，两个实施例的区别仅在于：图1和图2所示实施例中天线层10只设有一个芯片13，而图3和图4所示实施例中，天线层10设有两个芯片。除此之外，图3和图4所示实施例中的具体设置均可参考前述图1和图2所示实施例的描述，此处不再重复论述。

如上设计后，对应用图3和图4所示的双芯片方案的一个双频标签进行了仿真和实验测试，具体在不同应用环境下进行了性能测试。

具体的，将双芯片的双频标签也放置在自由空间、金属材质、塑胶材质、玻璃材质、玻璃水瓶及书本上进行测试，与前述单芯片的双频标签测试的应用环境相同，可做对比。

测试表明，在各应用环境下，高频天线11的谐振偏量较小，对应地，高频天线11上方5mm平面磁通量在除金属外的各应用环境下与自由空间下的差别不大，从而该双频标签在塑胶材质、玻璃材质、玻璃水瓶及书本环境下的读距能够与自由空间下保持一致，虽然相对于其他应用环境，金属环境下的谐振偏量相对较大，但在金属材质上的表现仍然较好，读距虽然相对自由空间下有所减小，但能够满足正常工作需求，可见，该双频标签的高频天线11不受工作环境限制，在不同材质上的性能较为稳定，可在不同材质上正常工作。

测试表明，在各应用环境下，超高频天线12的谐振频偏量都较小，使得谐振频率都能在工作频带(860MHz～960MHz)内，同时，超高频天线12在各应用环境下的-3dB带宽、带内辐射效率及带内总效率都能够满足正常工作需求。

根据测试结果显示，应用图3和图4所示结构设计的双芯片双频标签在各应用环境下也都能正常工作，高频天线11和超高频天线12的工作性能也都相对稳定。

请参考图5和图6，图5和图6分别示出了又一实施例中双频标签的结构框图让具体结构层的示意图。从视角关系来说，图6为图5的C-C向视角。

该实施方式中，以图6所示视角，双频标签包括自上至下设置的天线层10、天线基板21、高频吸波材料30、柔性介质层40、金属基板部22和金属层50。

天线层10包括高频天线11、超高频天线12和一个芯片13，高频天线11和超高频天线12均与同一芯片13电连接。

该实施方式中，天线基板部21和金属基板部22也由同一基板折弯形成，超高频天线12通过金属连接段60与金属层50连接，金属连接段60可设置在由同一基板折弯形成的连接基板部23上，柔性介质层40设于天线基板部21和金属基板部22之间，高频吸波材料30位于金属层50的上方，设置在柔性介质层40朝向天线基板部21的一侧，且与高频天线11的位置对应。

对比图2和图6可知，图6所示实施例中的双频标签的结构层布置与图2所示实施例中一致，两个实施例的区别在于：高频天线11和超高频天线12在天线层10的布局不同。参考图5和图6，该实施方式中，高频天线11的线圈设为两层的结构形式以便于接线，包括线圈主体部分111和线圈接线部分112，线圈主体部分111设于天线基板部21的下侧，在图5中以虚线示意，线圈接线部分112设于天线基板部21的上侧，在图5中以实线示意，超高频天线12布置在天线基板部21的上侧，线圈接线部分112和超高频天线12并排，超高频天线12和线圈主体部分111在天线基板部21的投影区域不重合，即两者的走线不重合，避免相互干扰；当然，根据应用需求和实际设置时天线的性能，不排除线圈主体部分111在天线基板部21的投影区域与超高频天线12至少部分重合的情形。

同时，高频吸波材料30的设置只对高频天线11起作用，即高频吸波材料30在天线基板部21的投影区域至少部分覆盖高频天线11在天线基板部21的投影区域，但是与超高频天线12在天线基板部21的投影区域不重合，避免了对超高频天线12性能产生影响。除此之外，图5和图6所示实施例中双频标签的其他结构设置在不干涉和矛盾的前提下，均可参考前述图1和图2所示实施例的描述，此处不再重复论述。

可以理解，在图5和图6所示实施例的基础上，双频标签也可设为双芯片的结构形式，其双芯片的方式与前述图3和图4所示类似，此处不再重复。

除前述双频标签外，本申请实施例还提供了一种射频识别系统，包括阅读器和双频标签，两者通信连接，阅读器可以读取双频标签内的信息数据；该双频标签可以为前述各实施例所述的双频标签。

示例性的，该射频识别系统可应用于物品存储管理等场景，参考图7，其示出了一种射频识别系统的架构图，该射频识别系统包括双频标签100、UHF RFID阅读器200和手机300，应用时，可将双频标签100固定在物品的表面，双频标签100的HF NFC标签110内保存需要通过手机300读取的物品信息，该物品信息可以为物品名称等，UHF RFID标签120内保存用于物品存储管理的相关信息数据，通过手机200建立双频标签100与物品的对应关系，UHFRFID阅读器200可通过与UHF RFID标签120通信来检测物品是否存在。可以理解，在这个系统内，手机300可以用其他终端产品来替代。这里，UHF为Ultra High Frequency的缩写，表示超高频；RFID为Radio Frequency Identification的缩写，表示射频识别；NFC为NearField Communication的缩写，表示近场通信，HF为High Frequency的缩写，表示高频。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种双频标签，其特征在于，包括：

天线层，包括高频天线和超高频天线；

金属层，位于所述天线层的下方，与所述超高频天线连接；所述金属层在所述天线层的投影面与所述超高频天线所在区域至少部分重合；

高频吸波材料，位于所述高频天线和所述金属层之间，所述高频吸波材料在所述天线层的投影面与所述高频天线所在区域至少部分重合，且与所述超高频天线所在区域不重合。

2.根据权利要求1所述的双频标签，其特征在于，所述双频标签还包括基板，所述基板弯折形成天线基板部、金属基板部和连接基板部，所述连接基板部连接所述金属基板部和所述天线基板部，所述天线层设于所述天线基板部，所述金属层设于所述金属基板部。

3.根据权利要求2所述的双频标签，其特征在于，所述双频标签还包括柔性介质层，所述柔性介质层设于所述天线基板部和所述金属基板部之间，所述高频吸波材料位于所述柔性介质层和所述天线基板部之间。

4.根据权利要求3所述的双频标签，其特征在于，所述柔性介质层靠近所述天线基板部所在侧具有凹陷部，所述高频吸波材料位于所述凹陷部。

5.根据权利要求2-4任一项所述的双频标签，其特征在于，所述超高频天线通过金属连接段与所述金属层连接，所述金属连接段与所述连接基板部贴合。

6.根据权利要求2-4任一项所述的双频标签，其特征在于，所述高频天线包括线圈主体部分和线圈接线部分，两者分设于所述天线基板部的两侧，且两者通过穿过所述天线基板部的过孔的连接段连接；所述超高频天线和所述线圈主体部分位于所述天线基板部的同侧，且并排布置。

7.根据权利要求2-4任一项所述的双频标签，其特征在于，所述高频天线包括线圈主体部分和线圈接线部分，两者分设于所述天线基板部的两侧，且两者通过穿过所述天线基板部的过孔的连接段连接；所述超高频天线和所述线圈主体部分位于所述天线基板部的两侧。

8.根据权利要求6所述的双频标签，其特征在于，所述超高频天线和所述高频天线在所述天线基板部的投影区域不重合。

9.根据权利要求7所述的双频标签，其特征在于，所述超高频天线和所述高频天线在所述天线基板部的投影区域不重合。

10.根据权利要求1-4任一项所述的双频标签，其特征在于，所述双频标签还包括一个芯片，所述高频天线和所述超高频天线均与所述芯片电连接。

11.根据权利要求1-4任一项所述的双频标签，其特征在于，所述双频标签还包括两个芯片，第一芯片与所述高频天线电连接，第二芯片与所述超高频天线电连接，所述第二芯片的TID和/或EPC存储在所述第一芯片的存储器中。

12.一种射频识别系统，包括阅读器，其特征在于，还包括如权利要求1-11任一项所述的双频标签，所述阅读器与所述双频标签通信连接。

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