CN219162301U - 射频参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频参数测量装置，其包括向量信号产生器、第一混波器、信道切换装置、第二混波器与向量信号分析器。第一混波器耦接向量信号产生器，信道切换装置耦接第一混波器与第二混波器，向量信号分析器耦接第二混波器。向量信号产生器、第一混波器与信道切换装置传送高频向量信号至待测物，以形成高频反射向量信号与高频透射向量信号。第二混波器利用高频向量信号、高频反射向量信号与高频透射向量信号产生低频向量信号、低频反射向量信号与低频透射向量信号，并将此传送给向量信号分析器，以得到S参数测量值。

Description

射频参数测量装置

技术领域

本实用新型有涉及一种测量装置，尤指一种射频参数测量装置。

背景技术

高频电路的设计中使用的散射参数，即所谓的S参数(Scatter i ng Parameters)进行电路的设计，因为在高频的领域中甚难定义出绝对的开路或短路，且在网络中亦不易测量到总电压、电流。同时有些有源组件如晶体管、二极管等在开路或短路的电路环境中亦无法稳定工作。因此必须使用高频较易测量的入射与反射功率来定义电路的参数，即所谓的S参数。

一般S参数测量的仪器为向量网络分析仪(Vector network ana lyzer,VNA)，但在射频集成电路(IC)产线中，必须要测量其它射频(RF)测试项目，如一分贝压缩点输出功率(P l db)、频谱屏蔽(spectra lmask)、误差向量幅度(EVM)及相邻通道功率比(ACPR)，此为向量网络分析仪无法测量的部分。此外，向量网络分析仪虽然能支持毫米波频段的S参数测量，但价格昂贵。对于向量网络分析仪无法测量的部分，可用向量信号产生器(Vector si gna l generator,VSG)和向量信号分析器(vector s i gna l ana lyzer,VSA)进行测量。然而，向量信号产生器与向量信号分析器只能支持6十亿赫兹(GHz)以下的频率，而无法支持毫米波频段，即28～39GHz的S参数测量。

因此，本实用新型在针对上述的困扰，提出一种射频参数测量装置，以解决习知所产生的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种射频参数测量装置，其以低成本测量高频的S参数，例如毫米波频段的S参数。

在本实用新型的一实施例中，一种射频参数测量装置耦接一待测物，射频参数测量装置包括一向量信号产生器、一第一混波器、一信道切换装置、一第二混波器与一向量信号分析器。第一混波器耦接向量信号产生器，信道切换装置具有一第一端口与一第二端口，待测物耦接于第一端口与第二端口之间，信道切换装置耦接第一混波器。第二混波器耦接信道切换装置，向量信号分析器耦接第二混波器。向量信号产生器用以产生一低频向量信号。第一混波器用以接收一高频信号与低频向量信号，并利用高频信号与低频向量信号产生一高频向量信号。信道切换装置用以传送高频向量信号至待测物，待测物反射高频向量信号以形成高频反射向量信号，高频向量信号透射待测物以形成高频透射向量信号。第二混波器用以接收高频信号，并通过信道切换装置接收高频向量信号、高频反射向量信号与高频透射向量信号，以利用高频向量信号、高频反射向量信号、高频透射向量信号与高频信号产生低频向量信号、低频反射向量信号与低频透射向量信号。向量信号分析器用以接收并分析低频向量信号、低频反射向量信号与低频透射向量信号，以得到S参数测量值。

在本实用新型的一实施例中，射频参数测量装置还包括一高频信号产生器与一信号分配器。高频信号产生器用以产生高频信号，信号分配器耦接高频信号产生器、第一混波器与第二混波器。信号分配器用以接收并分配高频信号至第一混波器与第二混波器。

在本实用新型的一实施例中，高频信号产生器包括一低频信号产生器与一倍频器。低频信号产生器用以产生一低频信号，倍频器耦接低频信号产生器与信号分配器。倍频器用以接收低频信号，并据此产生高频信号。

在本实用新型的一实施例中，射频参数测量装置还包括一第一带通滤波器、一第二带通滤波器与一第三带通滤波器。第一带通滤波器耦接于第一混波器与信道切换装置之间，其中第一带通滤波器用以滤除第一混波器产生的杂散(spur i ous)信号。第二带通滤波器耦接于第二混波器与向量信号分析器之间，其中第二带通滤波器用以滤除第二混波器产生的杂散信号。第三带通滤波器耦接于高频信号产生器与信号分配器之间，其中第三带通滤波器用以滤除高频信号产生器产生的谐波。

在本实用新型的一实施例中，射频参数测量装置还包括一第一放大器、一第二放大器、一第三放大器与一第四放大器。第一放大器耦接于第一带通滤波器与信道切换装置之间，其中第一放大器用以放大高频向量信号的功率。第二放大器耦接于第二混波器与向量信号分析器之间，其中第二放大器用以放大低频向量信号、低频反射向量信号与低频透射向量信号的功率。第三放大器耦接于信号分配器与第一混波器之间，其中第三放大器用以放大高频信号的功率。第四放大器耦接于信号分配器与第二混波器之间，其中第四放大器用以放大高频信号的功率。

在本实用新型的一实施例中，信道切换装置还包括一第一通道切换开关、一第一方向性耦合器、一第二方向性耦合器与一第二通道切换开关。第一通道切换开关耦接第一混波器，第一方向性耦合器耦接第一通道切换开关与第一端口，第二方向性耦合器耦接第二端口与第一通道切换开关，第二通道切换开关耦接第一方向性耦合器、第二方向性耦合器与第二混波器。

在本实用新型的一实施例中，第一通道切换开关与第一方向性耦合器用以传送高频向量信号至待测物，第一通道切换开关、第一方向性耦合器与第二通道切换开关用以传送高频向量信号至第二混波器，第一方向性耦合器与第二通道切换开关用以传送高频反射向量信号至第二混波器，第二方向性耦合器与第二通道切换开关用以传送高频透射向量信号至第二混波器。

在本实用新型的一实施例中，第一通道切换开关与第二方向性耦合器用以传送高频向量信号至所述待测物，第一通道切换开关、第二方向性耦合器与第二通道切换开关用以传送高频向量信号至第二混波器，第二方向性耦合器与第二通道切换开关用以传送高频反射向量信号至第二混波器，第一方向性耦合器与第二通道切换开关用以传送高频透射向量信号至第二混波器。

在本实用新型的一实施例中，低频向量信号的频率属于微波(mi crowave)频段，高频信号的频率属于微波频段或毫米波(mm wave)频段。

在本实用新型的一实施例中，S参数测量值包括顺向反射参数测量值、顺向馈入参数测量值、逆向反射参数测量值与逆向馈入参数测量值。

基于上述，射频参数测量装置采用升频与降频技术，以低成本测量高频的S参数，例如毫米波频段的S参数。

附图说明

图1为本实用新型的一实施例的射频参数测量装置的电路示意图。

图2为本实用新型的一实施例的射频参数测量装置测量顺向反射参数测量值与顺向馈入参数测量值的电路示意图。

图3为本实用新型的一实施例的射频参数测量装置测量逆向反射参数测量值与逆向馈入参数测量值的电路示意图。

图4为本实用新型的射频参数测量装置与现有技术的高频向量网络分析仪的顺向反射参数测量值的振幅与频率的曲线图。

图5为本实用新型的射频参数测量装置与现有技术的高频向量网络分析仪的顺向反射参数测量值的相位与频率的曲线图。

图6为本实用新型的射频参数测量装置与现有技术的高频向量网络分析仪的误差向量幅度与输出功率的曲线图。

【符号说明】

1射频参数测量装置

10向量信号产生器

11第一混波器

12信道切换装置

120第一端口

121第二端口

122第一通道切换开关

123 第一方向性耦合器

124 第二方向性耦合器

125 第二通道切换开关

13第二混波器

14向量信号分析器

15高频信号产生器

150低频信号产生器

151倍频器

16信号分配器

17第一带通滤波器

18第二带通滤波器

19第三带通滤波器

A1第一放大器

A2第二放大器

A3第三放大器

A4第四放大器

2待测物

LV低频向量信号

H高频信号

HV 高频向量信号

HR 高频反射向量信号

HT 高频透射向量信号

LR 低频反射向量信号

LT 低频透射向量信号

L低频信号

A、B、C、D、F收发端口

具体实施方式

本实用新型的实施例将借由下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，于图式与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的组件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域技术人员可依据本实用新型的内容而进行多种的改变与修改。

当一个组件被称为“在…上”时，它可泛指所述组件直接在其他组件上，也可以是有其他组件存在于两者之中。相反地，当一个组件被称为“直接在”另一组件，它是不能有其他组件存在于两者的中间。如本文所用，词汇“及/或”包括了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。

于下文中关于“一个实施例”或“一实施例”的描述指关于至少一实施例内所相关连的一特定组件、结构或特征。因此，于下文中多处所出现的“一个实施例”或“一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。

本公开特别以下述例子加以描述，这些例子仅用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。在通篇说明书与权利要求范围中，除非内容清楚指定，否则“一”以及“所述”的意义包括这一类叙述包括“一或至少一”所述组件或成分。此外，如本公开所用，除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外，否则单数冠词亦包括复数个组件或成分的叙述。而且，应用在此描述中与下述的全部权利要求范围中时，除非内容清楚指定，否则“在其中”的意思可包括“在其中”与“在其上”。在通篇说明书与权利要求范围所使用的用词(terms)，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员(pract it ioner)在有关本公开的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包括在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅用以举例说明，当然不限制本公开或任何例示用词的范围与意义。同样地，本公开并不限于此说明书中所提出的各种实施例。

可了解如在此所使用的用词“包括(compr i s i ng)”、“包括(i nc l ud ing)”、“具有(havi ng)”、“含有(contai n i ng)”、“包括(i nvo l vi ng)”等等，为开放性的(open-ended)，即意指包括但不限于。另外，本实用新型的任一实施例或权利要求范围不须达成本实用新型所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本实用新型的权利要求范围。

此外，若使用“电(性)耦接”或“电(性)连接”一词在此包括任何直接及间接的电气连接手段。举例而言，若文中描述一第一装置电性耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接连接于所述第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地连接至所述第二装置。另外，若描述关于电信号的传输、提供，熟习此技艺者应所述可了解电信号的传递过程中可能伴随衰减或其他非理想性的变化，但电信号传输或提供的来源与接收端若无特别叙明，实质上应视为同一信号。举例而言，若由电子电路的端点A传输(或提供)电信号S给电子电路的端点B，其中可能经过一晶体管开关的源极两端及/或可能的杂散电容而产生电压降，但此设计的目的若非刻意使用传输(或提供)时产生的衰减或其他非理想性的变化而达到某些特定的技术效果，电信号S在电子电路的端点A与端点B应可视为实质上为同一信号。

除非特别说明，一些条件句或字词，例如“可以(can)”、“可能(cou l d)”、“也许(mi ght)”，或“可(may)”，通常是试图表达本案实施例具有，但是也可以解释成可能不需要的特征、组件，或步骤。在其他实施例中，这些特征、组件，或步骤可能是不需要的。

以下将提出一种本实用新型的射频参数测量装置，其采用升频与降频技术，以低成本测量高频的S参数，例如毫米波频段的S参数。

图1为本实用新型的一实施例的射频参数测量装置的电路示意图。请参阅图1，射频参数测量装置1包括一向量信号产生器10、一第一混波器11、一信道切换装置12、一第二混波器13与一向量信号分析器14。第一混波器11耦接向量信号产生器10，信道切换装置12具有一第一端口120与一第二端口121，一待测物2耦接于第一端口120与第二端口121之间，信道切换装置12耦接第一混波器11。第二混波器13耦接信道切换装置12，向量信号分析器14耦接第二混波器13。

向量信号产生器10产生一低频向量信号LV。第一混波器11接收一高频信号H与低频向量信号LV，并利用高频信号H与低频向量信号LV产生一高频向量信号HV。为了毫米波频段的S参数，低频向量信号的频率可设定属于微波(microwave)频段，高频信号的频率可设定属于微波频段或毫米波(mm wave)频段。信道切换装置12传送高频向量信号HV至待测物2，待测物2反射高频向量信号HV以形成高频反射向量信号HR，高频向量信号HV透射待测物2以形成高频透射向量信号HT。第二混波器13接收高频信号H，并通过信道切换装置12接收高频向量信号HV、高频反射向量信号HR与高频透射向量信号HT，以利用高频向量信号HV、高频反射向量信号HR、高频透射向量信号HT与高频信号H产生低频向量信号LV、低频反射向量信号LR与低频透射向量信号LT。向量信号分析器14接收并分析低频向量信号LV、低频反射向量信号LR与低频透射向量信号LT，以得到S参数测量值。S参数测量值包括顺向反射参数测量值、顺向馈入参数测量值、逆向反射参数测量值与逆向馈入参数测量值。借由测量短路、开路、负载、通过(Short Open Load and Through,SOLT)标准校正套件，以建立S参数校准误差值，利用S参数校准误差值与S参数测量值可以计算出S参数实际值。

在本实用新型的某些实施例中，射频参数测量装置1还可包括一高频信号产生器15与一信号分配器16。信号分配器16耦接高频信号产生器15、第一混波器11与第二混波器13。高频信号产生器15产生高频信号H，信号分配器16接收并分配高频信号H至第一混波器11与第二混波器13。高频信号产生器15可包括一低频信号产生器150与一倍频器151。倍频器151耦接低频信号产生器150与信号分配器16。低频信号产生器150产生一低频信号L，倍频器接收低频信号L，并据此产生高频信号H。

为了提升S参数的测量精准度，射频参数测量装置1还可包括一第一带通滤波器17、一第二带通滤波器18、一第三带通滤波器19、一第一放大器A1、一第二放大器A2、一第三放大器A3与一第四放大器A4。第一带通滤波器17耦接于第一混波器11与信道切换装置12之间，第二带通滤波器18耦接于第二混波器13与向量信号分析器14之间，第三带通滤波器19耦接于高频信号产生器15与信号分配器16之间。第一放大器A1耦接于第一带通滤波器17与信道切换装置12之间，第二放大器A2耦接于第二混波器13与向量信号分析器14之间，第三放大器A3耦接于信号分配器16与第一混波器11之间，第四放大器A4耦接于信号分配器16与第二混波器13之间。第一带通滤波器17滤除第一混波器11产生的杂散(spur i ous)信号，例如高频向量信号HV的杂散信号。第二带通滤波器18滤除第二混波器13产生的杂散信号，例如低频向量信号LV、低频反射向量信号LR与低频透射向量信号LT的杂散信号。第三带通滤波器19滤除高频信号产生器15产生的谐波，例如高频信号H的谐波。第一放大器A1放大高频向量信号HV的功率，第二放大器A2放大低频向量信号LV、低频反射向量信号LR与低频透射向量信号LT的功率，第三放大器A3与第四放大器A4皆放大高频信号H的功率。

在本实用新型的某些实施例中，信道切换装置12还可包括一第一通道切换开关122、一第一方向性耦合器123、一第二方向性耦合器124与一第二通道切换开关125。第一通道切换开关122可通过第一放大器A1与第一带通滤波器17耦接第一混波器11，第一方向性耦合器123耦接第一通道切换开关122与第一端口120。第二方向性耦合器124耦接第二端口121与第一通道切换开关122。第二通道切换开关125耦接第一方向性耦合器123、第二方向性耦合器124与第二混波器13。

图2为本实用新型的一实施例的射频参数测量装置测量顺向反射参数测量值与顺向馈入参数测量值的电路示意图。如图2所示，第一通道切换开关122的收发端口F、A与第一方向性耦合器123传送高频向量信号HV至待测物2，第一通道切换开关122的收发端口F、A、第一方向性耦合器123与第二通道切换开关125的收发端口A、F传送高频向量信号HV至第二混波器13。第一方向性耦合器123与第二通道切换开关125的收发端口B、F传送高频反射向量信号HR至第二混波器13，第二方向性耦合器124与第二通道切换开关125的收发端口D、F传送高频透射向量信号HT至第二混波器13。在此实施例中，借由低频向量信号LV与低频反射向量信号LR能计算出顺向反射参数测量值，借由低频向量信号LV与低频透射向量信号LT能计算出顺向透射参数测量值。

图3为本实用新型的一实施例的射频参数测量装置测量逆向反射参数测量值与逆向馈入参数测量值的电路示意图。如图3所示，第一通道切换开关122的收发端口F、B与第二方向性耦合器124传送高频向量信号HV至待测物2，第一通道切换开关122的收发端口F、B、第二方向性耦合器124与第二通道切换开关125的收发端口B、F传送高频向量信号HV至第二混波器13。第二方向性耦合器124与第二通道切换开关125的收发端口D、F传送高频反射向量信号HR至第二混波器13，第一方向性耦合器123与第二通道切换开关125的收发端口B、F传送高频透射向量信号HT至第二混波器13。在此实施例中，借由低频向量信号LV与低频反射向量信号LR能计算出逆向反射参数测量值，借由低频向量信号LV与低频透射向量信号LT能计算出逆向透射参数测量值。

图4为本实用新型的射频参数测量装置与现有技术的高频向量网络分析仪的顺向反射参数测量值的振幅与频率的曲线图，图5为本实用新型的射频参数测量装置与现有技术的高频向量网络分析仪的顺向反射参数测量值的相位与频率的曲线图。如图4与图5所示，待测物以10分贝衰减器为例，圆形代表本案的射频参数测量装置，方形代表现有技术的高频向量网络分析仪。本案的射频参数测量装置和现有技术的高频向量网络分析仪相比，顺向反射参数测量值的振幅的差异小于0.2分贝，顺向反射参数测量值的相位的差异小于1度。因为数据相差不大，所以本案的射频参数测量装置的精准度高。

图6为本实用新型的射频参数测量装置与现有技术的高频向量网络分析仪的误差向量幅度与输出功率的曲线图。图6与表一互相对应，待测物以低噪音放大器(LNA)为例，输出功率指待测物的输出端的功率，圆形代表本案的射频参数测量装置，方形代表现有技术的高频向量网络分析仪。本案的误差向量幅度能到-44.5分贝，此与现有技术的最低误差向量幅度相差极小，故本实用新型的射频参数测量装置具有高精准度。

表一

根据上述实施例，射频参数测量装置采用升频与降频技术，以低成本测量高频的S参数，例如毫米波频段的S参数。

以上所述，仅为本实用新型一优选实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，故举凡依本实用新型申请所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种射频参数测量装置，耦接一待测物，其特征在于，所述射频参数测量装置包括：

一向量信号产生器，用以产生一低频向量信号；

一第一混波器，耦接所述向量信号产生器，其中所述第一混波器用以接收一高频信号与所述低频向量信号，并利用所述高频信号与所述低频向量信号产生一高频向量信号；

一信道切换装置，具有一第一端口与一第二端口，所述待测物耦接于所述第一端口与所述第二端口之间，所述信道切换装置耦接所述第一混波器，其中所述信道切换装置用以传送所述高频向量信号至所述待测物，所述待测物反射所述高频向量信号以形成高频反射向量信号，所述高频向量信号透射所述待测物以形成高频透射向量信号；

一第二混波器，耦接所述信道切换装置，其中所述第二混波器用以接收所述高频信号，并通过所述信道切换装置接收所述高频向量信号、所述高频反射向量信号与所述高频透射向量信号，以利用所述高频向量信号、所述高频反射向量信号与所述高频透射向量信号与所述高频信号产生所述低频向量信号、低频反射向量信号与低频透射向量信号；以及

一向量信号分析器，耦接所述第二混波器，其中所述向量信号分析器用以接收并分析所述低频向量信号、所述低频反射向量信号与所述低频透射向量信号，以得到S参数测量值。

2.如权利要求1所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述射频参数测量装置还包括：

一高频信号产生器，用以产生所述高频信号；以及

一信号分配器，耦接所述高频信号产生器、所述第一混波器与所述第二混波器，其中所述信号分配器用以接收并分配所述高频信号至所述第一混波器与所述第二混波器。

3.如权利要求2所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述高频信号产生器包括：

一低频信号产生器，用以产生一低频信号；以及

一倍频器，耦接所述低频信号产生器与所述信号分配器，其中所述倍频器用以接收所述低频信号，并据此产生所述高频信号。

4.如权利要求2所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述射频参数测量装置还包括：

一第一带通滤波器，耦接于所述第一混波器与所述信道切换装置之间，其中所述第一带通滤波器用以滤除所述第一混波器产生的杂散信号；

一第二带通滤波器，耦接于所述第二混波器与所述向量信号分析器之间，其中所述第二带通滤波器用以滤除所述第二混波器产生的杂散信号；以及

一第三带通滤波器，耦接于所述高频信号产生器与所述信号分配器之间，其中所述第三带通滤波器用以滤除所述高频信号产生器产生的谐波。

5.如权利要求4所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述射频参数测量装置还包括：

一第一放大器，耦接于所述第一带通滤波器与所述信道切换装置之间，其中所述第一放大器用以放大所述高频向量信号的功率；

一第二放大器，耦接于所述第二混波器与所述向量信号分析器之间，其中所述第二放大器用以放大所述低频向量信号、所述低频反射向量信号与所述低频透射向量信号的功率；

一第三放大器，耦接于所述信号分配器与所述第一混波器之间，其中所述第三放大器用以放大所述高频信号的功率；以及

一第四放大器，耦接于所述信号分配器与所述第二混波器之间，其中所述第四放大器用以放大所述高频信号的功率。

6.如权利要求1所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述信道切换装置还包括：

一第一通道切换开关，耦接所述第一混波器；

一第一方向性耦合器，耦接所述第一通道切换开关与所述第一端口；

一第二方向性耦合器，耦接所述第二端口与所述第一通道切换开关；以及

一第二通道切换开关，耦接所述第一方向性耦合器、所述第二方向性耦合器与所述第二混波器。

7.如权利要求6所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述第一通道切换开关与所述第一方向性耦合器用以传送所述高频向量信号至所述待测物，所述第一通道切换开关、所述第一方向性耦合器与所述第二通道切换开关用以传送所述高频向量信号至所述第二混波器，所述第一方向性耦合器与所述第二通道切换开关用以传送所述高频反射向量信号至所述第二混波器，所述第二方向性耦合器与所述第二通道切换开关用以传送所述高频透射向量信号至所述第二混波器。

8.如权利要求6所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述第一通道切换开关与所述第二方向性耦合器用以传送所述高频向量信号至所述待测物，所述第一通道切换开关、所述第二方向性耦合器与所述第二通道切换开关用以传送所述高频向量信号至所述第二混波器，所述第二方向性耦合器与所述第二通道切换开关用以传送所述高频反射向量信号至所述第二混波器，所述第一方向性耦合器与所述第二通道切换开关用以传送所述高频透射向量信号至所述第二混波器。

9.如权利要求1所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述低频向量信号的频率属于微波频段，所述高频信号的频率属于微波频段或毫米波频段。

10.如权利要求1所述的射频参数测量装置，其特征在于，所述S参数测量值包括顺向反射参数测量值、顺向馈入参数测量值、逆向反射参数测量值与逆向馈入参数测量值。

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