DE1086306B - Vorrichtung zur Einstellung der Elliptizitaet der Polarisation der von einem Radargeraet ausgesandten Strahlung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei Radargeräten hat man bereits verschiedene Formen polarisierter Signale, z. B. horizontal oder vertikal polarisierte Signale wie auch zirkulär polarisierte Signale, für die Sendung verwandt.

Wenn zirkulär polarisierte Signale mit beispielsweise rechtsgängiger Drehrichtung von einer ebenen Fläche reflektiert werden, würden sie als Signale mit linksgängiger Drehrichtung zum Radargerät zurückgeleitet und als solche von einer Antenne, die rechtsgängige zirkuläre Polarisation überträgt, nicht aufgenommen werden. Wenn andererseits die Signale von einer aus zwei unter einem Winkel zueinander stehenden Ebenen gebildeten Fläche reflektiert werden, so daß eine zweifache Reflexion stattfindet, so würden die Signale mit einer rechtsgängigen Drehrichtung zum Radargerät zurückgeführt und von einer Antenne, durch welche die Rechtsdrehung übertragen wird, aufgenommen werden. Die meisten der mittels Radargeräten, zu erfassenden Ziele, z. B. Schiffe oder Flugzeuge, besitzen komplexe reflektierende Flächen, von denen mit links- und rechtsgängiger Drehrichtung polarisierte Signale zurückgeworfen werden. Andererseits haben Regenfälle — runde Gestalt der Tropfen vorausgesetzt — eine ähnliche Wirkung wie eine ebene Fläche, so daß sie lediglich Signale mit Linksdrehung zurückwerfen. Aus diesen theoretischen Betrachtungen ergibt sich, daß ein Radargerät, welches polarisierte Signale ausstrahlt und einen Empfänger besitzt, der so ausgebildet ist, daß er lediglich Signale der gleichen Polarisation aufnimmt, in der Lage sein würde, Ziele mit komplexen reflektierenden Flächen vom Regen zu unterscheiden. Aus diesem Grunde sind Radargeräte konstruiert worden, die zirkulär polarisierte Signale aussenden. Obgleich große Sorgfalt aufgewendet wurde, um zu gewährleisten, daß die ausgestrahlten Signale genau zirkulär polarisiert sind, haben sich derartige Geräte jedoch im Hinblick auf ihre Fähigkeit, komplexe Ziele vom Regen zu unterscheiden, nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen.

Man hat in der Radartechnik ferner auch bereits elliptisch polarisierte Wellen mit einstellbarer Elliptizität verwandt. Dabei wurde indessen die Einstellung der Elliptizität der Polarisation in Wellenleitern, die dielektrische Lamellen enthielten, mittels rotierender Glieder vorgenommen, die eine komplizierte Ausbildung der Konstruktion und der Steuerung erforderlich machten. Die Elliptizität kann zwischen den Grenzwerten einer linearen und einer zirkulären Polarisation verändert werden.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die zur Einstellung der Elliptizität der Polarisation dienende Einrichtung ohne solche rotierenden Glieder mit Hilfe eines an sich bekannten einstellbaren Phasenschiebers auszubilden, der eine Lamelle aus dielektrischem

Vorrichtung zur Einstellung

der Elliptizität der Polarisation

der von einem Radargerät

ausgesandten Strahlung

Anmelder:

The Decca Record Company Limited,
London

Vertreter: Dr. M. Herzfeld, Patentanwalt,
Düsseldorf, Kreuzstr. 32

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. November 1955 und 17. Mai 1956

Maurice Henry Easy und Adam Bronislaw Schneider,

London,
sind als Erfinder genannt worden

Material enthält, die in dem Wellenleiter derart angeordnet ist, daß ihre Ebene parallel zu einer der Seiten des Leiters liegt, wobei die dielektrische Lamelle in einer quer zu ihrer Ebene verlaufenden Richtung verstellbar ist. Die Einrichtung zur Einstellung der Elliptizität der Polarisation der von einem Radargerät ausgesandten Strahlung besteht erfindungsgemäß darin, daß in der vom Sender zur Antenne gehenden Zuführung ein rechteckiger Wellenleiter enthalten ist, der durch eine Übergangsstrecke mit einem koaxialen, aber um 45° verdrehten quadratischen Wellenleiter verbunden ist, derart, daß durch ein linear polarisiertes Signal in dem rechteckigen Leiter Signale in zwei Polarisationsebenen unter rechtem Winkel zueinander in dem quadratischen Leiter erzeugt werden, und daß ferner in dem quadratischen Leiter eine aus dielektrischem Material bestehende Lamelle parallel zu einer der Seiten des Leiters liegend und quer dazu in Richtung zur Leiterachse verstellbar vorgesehen ist, derart, daß damit die Phase des Signals in einer Polarisationsebene in bezug auf die Phase des Signals in der anderen Polarisationsebene im Sinne einer Veränderung der Elliptizität der Strahlung einstellbar ist. Die Erfindung soll ausdrücklich nur in der Anwendung auf ein Radargerät gesehen werden.

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Vorzugsweise wird die Elliptizität in einem derartigen Bereich variabel ausgebildet, daß das ausgesandte Signal von linearer Polarisation bis zu zirkularer Polarisation abgewandelt werden kann. Es kann aber auch das Signal über den ganzen Bereich von der linearen Polarisation in einer ersten Richtung über die zirkuläre Polarisation bis zu einer linearen Polarisation unter rechtem Winkel zu der ersten Richtung veränderlich ausgebildet werden. Für jeden einzelnen Regenfall gibt es nämlich eine bestimmte Einstellung, bei welcher ein vom dem Regen ausgehendes Minimalsignal empfangen wird. Dieser Umstand mag auf der Tatsache beruhen, daß die Regentropfen nicht genau kugelförmig sind, und daß bei nicht kugelförmigen Tropfen — je nach ihrer Gestalt — ein besonderer Grad an Elliptizität ein Minimalsignal ergibt.

Die vorerwähnte Übergangsstrecke kann einen Übergang zu einem ersten quadratischen Leiterteil, dessen Wände parallel zu den Wänden des rechteckigen Leiters verlaufen, einschließen nebst einem Übergang, um diesen ersten quadratischen Wellenleiterteil mit dem vorstehend erwähnten quadratischen Wellenleiter zu verbinden, dessen Wände in Ebenen unter einem Winkel von 45° zu den Wänden des rechteckigen Wellenleiters stehen. Dabei kann für den Fall der gleichzeitigen Benutzung der ganzen Vorrichtung auch zum Empfang der reflektierten Strahlung in dem genannten ersten quadratischen Leiterteil eine Einrichtung vorgesehen sein, die dazu dient, alle empfangenen Wellen, deren elektrischer Vektor parallel zu der längeren Seite des reckteckigen Wellenleiters verläuft, abzudämpfen, um zu gewährleisten, daß die Ausgangsleitung desselben nur die Wellen mit Sendepolarisation umfaßt. Diese Dämpfungsvorrichtung kann aus einem quer durch den Wellenleiter gelegten Paralleldrahtgitter und/oder einem Hilfsleiter mit einer Scheinbelastung oder -belastungen bestehen, wobei der erwähnte Hilfsleiter mit dem ersten quadratischen Leiterteil durch einen Schlitz gekoppelt ist, der so ausgebildet ist, daß die Kopplung nur bei Wellen bewirkt wird, deren elektrischer Vektor sich in der unerwünschten Ebene befindet.

Das dielektrische Material des Phasenschiebers wird in genügender Länge ausgebildet, um die erforderliche Phasenverschiebung zu gewährleisten; die Enden können dabei für die optimale Anpassung gestaltet sein. Um die zirkuläre Polarisation zu erzeugen, ist eine Phasendrehung von 90° in einem der Signale in bezug auf das andere notwendig. Die größte Phasendrehung ergibt sich, wenn das dielektrische Material sich in der Mitte des Leiters befindet, und die geringste Phasendrehung erfolgt, wenn es sich an einer der Seiten des Leiters befindet. Unter der Voraussetzung, daß eine hinreichende Phasendrehung erzielt wird, ist das maximale Maß der Phasendrehung, welches durch das dielektrische Material bewirkt werden kann, nicht kritisch, da beim Gebrauch das Material derart durch die Weite des Leiters bewegt wird, daß es sich jeweils in der richtigen Lage befindet, um die erforderliche Phasendrehung in jedem einzelnen Falle zu bewirken. Durch Verschieben des dielektrischen Materials auf eine Seite des Leiters wird eine Phasendrehung zwischen den beiden Signalen verschiedener Polaritätsebenen vermieden, so daß also ein linear polarisiertes Signal ausgesandt wird. Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, ein linear polarisiertes Signal auszusenden, um den natürlichen Verlust von 3 Dezibel zu verhindern, der beim Empfang von zirkulär polarisierten Signalen von komplexen Zielen auftritt, wenn ein Empfänger benutzt wird, der gegenüber zirkulär polarisierten Signalen nur einer Drehrichtung empfindlich ist. Dieser Verlust ergibt sich, weil — wie vorstehend erläutert — die Signale von komplexen Zielen als Signale, die in beiden Drehrichtungen polarisiert sind, reflektiert werden.

Bei dem mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Radargerät wird zweckmäßig ein gemeinsames Sende- und Empfangssystem

ίο benutzt, so daß eine einzige Vorrichtung für die Umwandlung einer von der Sendeeinheit ausgehenden linear polarisierten Ausgangsleistung in ein auszustrahlendes, elliptisch polarisiertes Signal sowie für die Umwandlung der eingehenden Empfangssignale in eine linear polarisierte Eingangsleistung für den Empfänger verwandt werden kann. Man kann indessen auch eine gesonderte Empfangsantenne benutzen, in welchem Falle eine getrennte, verstellbare Einrichtung zur Umwandlung der Polarisation vorzusehen

so ist. Die beiden Phasenschieber von Sender und Empfänger werden vorzugsweise derart gekoppelt, daß sie sich synchron bewegen.

Zweckmäßig wird für den Phasenschieber (oder die Phasenschieber) eine Fernsteuerung vorgesehen, so daß der Bedienungsmann den Grad der Elliptizität jeweils auf Grund des Radarbildes steuern kann. Die Lamelle des Phasenschiebers kann beispielsweie an Federn befestigt sein, welche bestrebt sind, die Lamelle in einer Richtung durch den Leiter zu lenken, während ein servogesteuerter Elektromotor vorgesehen ist, um eine Nockenscheibe zu betätigen, die dazu dient, die Lamelle in die entgegengesetzte Richtung zu schieben.

Nachstehend soll eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des gesamten Impulsradargerätes;

Fig. 2 ist eine bildliche Darstellung, in welcher ein Teil des Radargerätes gemäß Fig. 1 im einzelnen gezeigt wird;

Fig. 3, 4 und 5 sind Schaubilder, die den Wellenleiter im Schnitt nach Linien 3-3, 4-4 und 5-5 gemäß Fig. 2 zeigen.

4-5 In Fig. 1 ist ein Impulssender 10 zur Erzeugung von Hochfrequenzimpulsen dargestellt, die über einen Duplexer (Entkopplungsglied) 11 einer Antenne 12 zugeführt werden. Von der Antenne 12 aufgenommene Echosignale werden nach Durchlaufen des Duplexers 11 einer Empfangs- und Bildeinheit 13 zugeleitet. Zwischen dem Duplexer 11 und der Antenne 12 ist eine verstellbare Polarisationseinheit 14 vorgesehen, die später im einzelnen beschrieben werden soll. Diese Einheit wird durch ein Fernsteuerungssystem 15 gesteuert.

In Fig. 2 bis 5 sind Einzelheiten der verstellbaren Polarisationseinheit 14 dargestellt. Die ausgesandten Signale werden von dem Duplexer 11 in einen Wellenleiter 20 geführt, der — wie in Fig. 3 gezeigt — rechteckigen Querschnitt besitzt. Bei diesen Signalen handelt es sich um querverlaufende elektrische Signale, deren elektrischer Vektor parallel zu den kürzeren Seiten des Leiters verläuft, wie in Fig. 3 durch den Pfeil 21 angedeutet ist. Der rechteckige Wellenleiter 20 erweitert sich zu einer Übergangsstrecke 22, die den reckteckigen Leiter 20 mit einem quadratischen Wellenleiter 23 verbindet, welcher koaxial mit dem rechteckigen Wellenleiter 20 verläuft und einen aus Fig. 4 ersichtlichen Querschnitt besitzt. Die Polarisation der ausgesandten Signale in dem quadratischen

Claims (8)

1. 5 6

   Wellenleiter 23 ist die gleiche wie die Polarisation der Der Phasenschieber kann ferngesteuert werden. In

   Signale in dem rechteckigen Leiter 20. In diesem qua- Fig. 2 ist schematisch eine Steuervorrichtung darge-

   dratischen Wellenleiter 23 ist aus späterhin zu erläu- stellt, die eine auf einer Welle 39 angebrachte Nocken -

   ternden Gründen ein Gitter 24 vorgesehen, das aus einer scheibe 38 umfaßt, welche gegen einen an den Stäben

   Anzahl dünner Drähte in der Querrichtung zu der 5 36 befestigten Nockenstößel 40 drückt, so daß durch

   Polarisationseinrichtung der ausgesandten Signale Drehung der Welle 39 das dielektrische Material 35

   besteht. Der quadratische Wellenleiter-23 weist ferner nach innen zur Mitte des Wellenleiters, und möglichst

   an einer seiner Wände einen rechteckigen Schlitz 25 darüber hinaus, geschoben wird. Federn 41 dienen

   auf, der sich zu der Länge eines rechteckigen Wellen- dazu, den Nockenstößel 40 in Berührung mit der

   leiters 26 hin öffnet, wobei dieser Schlitz derart aus- io Nockenscheibe 38 zu halten. Von dem Phasenschieber

   gebildet ist, daß er bei Signalen der Sendepolarisation aus -werden die-Signale in einen Trichter 42 geleitet

   nichtstrahlend wirkt, während er Signale der quer- und können dann in üblicher Weise den Reflektor

   verlaufenden Polarisation stark an den reckteckigen eines Antennensystems anstraHlen.

   Wellenleiter 26 koppelt, wo sie von den Schein- Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dient

   belastungen 27, 28 absorbiert werden. Der quadra- 15. die unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 erläuterte

   tische Wellenleiter 23 ist mittels der Übergangsstrecke verstellbare Polarisationseinheit nicht nur dazu, in

   29 mit einem weiteren quadratischen Wellenleiter 30 den rechteckigen Wellenleiter 20 eingeführte, linear von gleichem Querschnitt wie der Leiter 23 verbun- polarisierte Signale in Signale von veränderlicher den, wobei jedoch die Ebenen seiner Wände gegen·- elliptischer Polarisation umzuwandeln. Vielmehr werüber den Ebenen der Wände des Wellenleiters 23 um 20 den durch diese Einheit ebenso am Trichter 42 auf-45° gedreht sind, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Die genommene Empfangssignale entsprechender ellip-Polarisationsebene der dem Wellenleiter 30 zugeführ- tischer Polarisation in linear polarisierte Signale in ten Signale liegt somit in einem Winkel von 45° zu dem rechteckigen Wellenleiter 20 zurückverwandelt, den Ebenen der Wände, wie durch den Pfeil 31 in wobei sie in der Richtung des Pfeiles 21 gemäß Fig. 5 angedeutet ist. Man kann sich diese Signale aus 25 Fig. 3 polarisiert werden. Falls irgendwelche anders-Komponenten 32, 33 zusammengesetzt denken, welche artig polarisierten Signale empfangen werden, würden in den beiden parallel zu den Wänden verlaufenden sie auf Grund des Phasenschiebers und der Über-Ebenen polarisiert sind. Der quadratische Wellenleiter gangsstrecken das Bestreben haben, in dem Leiter 23

   30 setzt sich über die gezeichnete Unterbrechungsstelle Signale zu erzeugen, die mindestens eine Komponente in Fig. 2 hinaus fort; jedoch wurde — zwecks Ver- 30 besitzen, welche im rechten Winkel zu der durch den deutlichung der Zeichnung—der rechts liegende Teil Pfeil 21 angedeuteten Richtung polarisiert ist. Eine im Schnitt parallel zu einer seiner Wände dargestellt. derartige Komponente würde jedoch durch das Gitter Der Leiter weist jedoch keine Verdrehung auf, und die 24 daran gehindert werden, den Leiter 20 zu erreichen Signale sind auch weiterhin in der durch den Pfeil 31 und würde in den Leiter 26 gekoppelt werden zwecks in Fig. 5 angedeuteten Weise polarisiert. In dem 35 Absorption durch die Scheinbelastungen 27, 28.
   rechts liegenden Teil des Wellenleiters 30 ist ein an Gemäß einer anderen Ausführungsform können die sich bekannter dielektrischer Phasenschieber vorge-; Scheinbelastungen durch einen weiteren Empfänger sehen, der eine aus dielektrischem Material bestehende ersetzt werden, der dazu dient, Signale von entgegenLamelle 35 umfaßt, die derart in dem Leiter angeord- gesetzt gerichteter zirkularer oder elliptischer Polarinet ist, daß ihre Ebene parallel zu einer der Seiten 4° sation aufzunehmen, wobei die sich ergebenden des Leiters verläuft. Diese Lamelle aus dielektrischem Signale zum Vergleich mit oder zusätzlich zu den dem Material ist auf dielektrischen Stäben 36 derart be- Hauptempfänger 13 zugeführten Signalen verwandt festigt, daß sie in einer quer zu ihrer Ebene verlaufen- werden.

   den Richtung quer durch den Leiter in ihrer Lage ver- Wenn es während des Betriebes erforderlich ist, von stellt werden kann. Durch einen solchen Phasen- 45 Regenechos herrührende Signale abzuschwächen,

   schieber wird in einer der Komponenten 32, 33 eine wird der Phasenschieber in der verstellbaren Polari-

   Phasendrehung eingeleitet, jedoch nicht in der an- sationseinheit 14 verstellt, bis die unerwünschten

   deren, wobei das Maß der Phasendrehung von der Signale auf ein Minimum reduziert sind. Es ist dabei

   Stellung der Lamelle 35 in dem Leiter abhängig ist. keineswegs notwendig, daß der Phasenschieber geeicht

   Die maximale Phasendrehung tritt ein, wenn die La- 50 ist oder etwa, daß der Bedienungsmann weiß, in wel-

   melle 35 sich in zentraler Lage in dem Leiter befindet, eher Weise die ausgestrahlten Signale polarisiert sind,

   während die minimale Phasendrehung sich ergibt, Die verstellbare Polarisationseinheit braucht also

   wenn die Lamelle sich auf der einen oder anderen lediglich eingestellt zu werden, um die unerwünschten

   Seite befindet. Dieser Phasenschieber ermöglicht es Signale auf ein Minimum abzuschwächen. Wie jedoch

   somit, die relative Phase der Komponenten 32, 33 zu 55 bereits ausgeführt wurde, wird man unter gewissen

   verändern; daher kann das Ausgangssignal nach Pas- Umständen vorzugsweise ein linear polarisiertes

   sieren dieses Phasenschiebers im allgemeinen als ein Signal ausstrahlen, um den natürlichen Verlust von

   elliptisch polarisiertes Signal angesehen werden. Wenn 3 Dezibel zu verhüten, der beim Empfang von zirkulär

   die Lamelle 35 sich auf einer Seite des Leiters 30 be- polarisierten Signalen von komplexen Zielen auftritt,

   findet, wird keine Phasendrehung eingeleitet, so daß 60 wenn ein Empfänger benutzt wird, der gegenüber zir-

   sich als Ausgangsleistung ein linear polarisiertes kular polarisierten Signalen nur einer Drehrichtung

   Signal ergibt. Der Phasenschieber ist tunlichst derart empfindlich ist. Vorzugsweise wird daher die Steue-

   konstruiert, daß er eine Phasendrehung von min- rung des Phasenschiebers wenigstens so weit geeicht,

   destens 90° und vorzugsweise von 180° bewirkt, so um so einstellen zu können, daß —wenn gewünscht —

   daß die Ausgangsleistung von der linearen Polari- 65 lineare Polarisation erhalten wird,

   sation zumindest in die zirkuläre Polarisation und ^

   — falls eine Phasendrehung von 180° erzielt werden Patentansprüche =

   kann — weiter in die lineare Polarisation in einer 1. Vorrichtung zur Einstellung der Elliptizität

   Richtung unter rechtem Winkel zu der früheren PoIa- der Polarisation der von einem Radargerät ausge-

   risation umgewandelt werden kann. 70 sandten Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß in

   der vom Sender zur Antenne gehenden Zuführung ein rechteckiger Wellenleiter enthalten ist, der durch eine Übergangsstrecke mit einem koaxialen, aber um 45° verdrehten quadratischen Wellenleiter verbunden ist, derart, daß durch ein linear polarisiertes Signal in dem rechteckigen Leiter Signale in zwei Polarisationsebenen unter rechtem Winkel zueinander in dem quadratischen Leiter erzeugt werden und daß ferner in dem quadratischen Leiter eine aus dielektrischem Material bestehende Lamelle parallel zu einer der Seiten des Leiters liegend und quer dazu in Richtung zur Leiterachse verstellbar vorgesehen ist, derart, daß damit die Phase des Signals in einer Polarisationsebene in bezug auf die Phase des Signals in< der anderen Polarisationsebene im Sinne einer Veränderung der Elliptizität der Strahlung einstellbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phaseneinstellglied derart bemessen ist, daß die Polarisation des ausgesandten Signals von linearer Polarisation bis zu zirkularer Polarisation abgewandelt werden kann.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phaseneinstellglied derart bemessen ist, daß die Polarisation des ausgesandten Signals von der linearen Polarisation in einer ersten Richtung über zirkuläre Polarisation bis zu linearer Polarisation unter rechtem Winkel zu der ersten Richtung verändert werden kann.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstrecke einen Übergang zu einem ersten quadratischen Leiterteil, dessen Wände parallel zu den Wänden des rechteckigen Leiters verlaufen, einschließt nebst einem Übergang, um diesen ersten quadratischen Wellenleiterteil mit dem quadratischen Wellenleiter zu verbinden, dessen Wände in Ebenen unter einem Winkel von 45° zu den Wänden des rechteckigen Wellenleiters stehen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Benutzung zum Empfang der reflektierten Strahlung in dem ersten quadratischen Leiterteil Mittel vorgesehen sind, um alle empfangenen Wellen, deren elektrischer Vektor parallel zu der längeren Seitenwand des rechteckigen Wellenleiters verläuft, abzudämpfen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung aus einem sich quer durch den Wellenleiter erstreckenden Paralleldrahtgitter besteht.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung einen Hilfsleiter mit einer Scheinbelastung oder Scheinbelastungen enthält, der mit dem ersten quadratischen Leiterteil durch einen Schlitz gekoppelt ist, und daß die Kopplung so ausgebildet ist, daß sie nur bei Wellen erfolgt, deren elektrischer Vektor parallel zu der längeren Seitenwand des rechteckigen Wellenleiters verläuft,
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fernsteuerung für den Phasenschieber vorgesehen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 1 098 087;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 629 773;
   L'Onde Electrique, 35 (Mai 1955), S. 506 bis 514.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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