DE2354550A1

DE2354550A1 - Doppelrundstrahlantenne

Info

Publication number: DE2354550A1
Application number: DE19732354550
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl Ing Brunner; Nikolaus Willburger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-10-31
Filing date: 1973-10-31
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3945013A; FR2250210A1; IT1025370B; FR2250210B1; GB1446999A; DE2354550C2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 3 1. OKT. 1973

Berlin und München . Witteisbacherplatz 2

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Doppelrundstrahlantenne

Die Erfindung bezieht sich auf eine Doppelrundstrahlantenne für elektromagnetische Wellen zweier verschiedener Frequenzbänder.

Zum gleichzeitigen Empfang und zur gleichzeitigen Abstralilung elektromagnetischer Wellen zweier verschiedener Frequenzbänder in zwei bestimmten linearen, zueinander senkrechten Polarisationen, wobei in der horizontalen Ebene ein RundStrahldiagramm und in der Vertikalebene ein breites Strahlungsdiagramm entsteht, ist es bekannt, zwei nebeneinander 'aufgestellte, für die jeweils gewünschte Polarisation ausgewählte Einzelstrahler zu verwenden. Bei dieser Anordnung treten jedoch zwischen den beiden Antennen gegenseitige Beeinflussungen und damit Störungen ^auf, die bei den meisten Anwendungsfällen, inbesondere jedoch bei der Verwendung für Sekundärradar-Transpondergeräte, die einen Kennungsbetrieb bei zwei Frequenzen gleichzeitig durchführen sollen, nicht in Kauf genommen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Doppelrundstrahlantenne zur Verwendung jeder der beiden Antennen entweder für vertikal oder horizontal polarisierte Wellen ohne die angegebenen Nachteile der zwei nebeneinander angeordneten Antennen zu schaffen. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Doppelrundstrahlantenne für elektromagnetische Wellen zweier verschiedener Frequenzbänder bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine mit einem inneren, einem mittleren und einem äußeren Leiter versehene Doppelkoaxialleitung vorgesehen ist, die bei senkrech-

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ter Stellung für das niedrigere Frequenzband einen unteren, durch den mittleren und äußeren Leiter gebildeten, als Strahler wirksamen Koaxialleitungsabschnitt aufweist, so daß der mittlere Leiter dessen Innenleiter und der äußere Leiter dessen Außenleiter darstellt, und die für das höhere Frequenzband mit einem oberen, durch den inneren und den mittleren Leiter gebildeten, als Strahler wirksamen Koaxialleitungsabschnitt versehen ist, so daß der innere Leiter dessen Innenleiter und der mittlere Leiter dessen Außenleiter darstellt, und daß jeder Koaxialleitungsabschnitt entweder als an sich bekannter Unipol zum Einsatz für vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen, bei dem der Außenleiter des jeweiligen Koaxialleitungsabschnitt als Grundplatte abgewinkelt und der dazugehörige Innenleiter als Viertelwellen-Strabstrahler ausgeformt ist, oder zum Einsatz für horizontal polarisierte elektromagnetische Wellen als an sich bekannter Strahler ausgebildet ist, der im Außenleiter des jeweiligen Koaxialleitungsabschnitts mit einem in Axialrichtung verlaufenden Schlitz versehen ist, welcher eine Länge von etwa eineijhalben Wellenlänge der für den jeweiligen Koaxialleitung sab schnitt vorgesehenen elektromagnetischen Wellen aufweist und an dessen Rand etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung ein KurzSchlußstift zwischen dem Außenleiter· und dem Innenleiter des jeweiligen Koaxialleitungsabschnitts angebracht ist. Je nach der für ein Frequenzband geforderten Polarisation wird entweder ein für sich bekannter Unipolstrahler oder ein ebenfalls lediglich für sich allein bekannter geschlitzter Koaxialleitungsstrahler (Techn. Bericht des Forschungsinstituts des FTZ: Mikrowellenantennen kleiner Abmessungen mit Rundstrahldiagramm, H. Hollmann, Deutsche Bundespost, FTZ 454/T Br 6, Februar 1969) für den zugeordneten Koaxialleitungsabschnitt verwendet. Das Rundstrahlverhalten der beiden auf einer Achse angeordneten, integrierten Strahler wird im Vergleich zu einer Aufstellung zweier einzelner Strahler nebeneinander nicht gestört. Die in eine Doppelleitung integrierte Speisung der beiden Antennen ermöglicht es, daß die Außenwand des Fahrzeugs

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oder" Flugobjekts, an dem die Antenne angebracht wird, nur an einer Stelle aufgebohrt werden muß.

Weitere Einzelhei-ten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in sieben Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine im Schnitt dargestellte Transponder-Doppel-

rundstrahlantenne für elektromagnetische Wellen eines unteren Frequenzbandes in vertikaler Polarisation und eines höheren Frequenzbandes in horizontaler Polarisation,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Antenne nach

. Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer funktionsmäßig mit der Antenne nach Fig. 1 übereinstimmenden Doppelantenne, die jedoch aus Zwecken .. . des Einsatzes bei Flugzeugen strömungsgünstiger ist,

Fig. 4 bis 6 andere, hinsichtlich der Polarisierungskombination unterschiedlich ausgebildete Transponder-Doppelrundstrahlantennen in perspektivischer Ansicht, und

Fig. 7 die Ausführung eines Sperrtopfes bei Verwendung

eines Unipols für die höhere Frequenz.

In. Fig. 1 ist eine aus zwei übereinander aufgebauten Rundstrahlantennen bestehende, durch eine Doppelkoaxialleitung gespeiste Doppelantenne zur Verwendung für einen Transponder, mit dem ein Kennungsbetrieb (Zivil oder Freund-Feind-Identifizierung) bei zwei Frequenzen durchgeführt werden soll, dargestellt. Die

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Rundstrahlantenne für das untere Frequenzband, beispielsweise das L-Band, wird dabei von einem die untere Antenne darstellenden Unipol gebildet. Dieser Unipol wird von einer äußeren, radial eingeführten Zuführungs-Koaxialleitung gespeist, welche aus einem Außenleiter 1 und einem Innenleiter 2 besteht. Der Innenleiter 2 bildet eine T-Verzweigung mit dem Innenleiter 5 einer äußeren Koaxialleitung 13, welcher in einen Stabstrahler 3 über- · geht, während der Außenleiter 1 nach der Verzweigung über den

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Außenleiter 6 der äußeren Koaxialleitung 13/ei,ne kreisrunde Grundplatte 4 übergeht. Die aus der Grundplatte 4 herausragende Länge des Stabstrahlers 3 beträgt etwa ein Viertel der Wellenlänge X 1 der elektromagnetischen Wellen des unteren Frequenzbandes. Innerhalb des aufgebohrten, den Innenleiter der äußeren Koaxialleitung 13 bildenden mittleren Leiters 5 der Doppelkoaxialleitung verläuft der dünne innere Leiter 9 der Doppelkoaxialleitung, so daß elektromagnetische Wellen mit' einer höheren Frequenz, z.B. im Ku-Band, auf der durch den inneren Leiter 9 und den mittleren Leiter 5 bzw. 8 gebildeten, inneren Koaxialleitung 10 durchgeführt werden können. Die innere Koaxialleitung 10 weist einen wirksamen Durchmesser von etv/a einem Sechstel der Wellenlänge /l2 der elektromagnetischen Wellen mit der höheren Frequenz auf. Diese innere Koaxialleitung 10 weist im über den Stabstrahler 3 hinausragenden Bereich 8 einen axial verlaufenden Schlitz 11 im Außenleiter auf, an dessen Rand in der Mitte seiner Längsausdehnung innen ein Kurzschlußstift 12 zum inneren Leiter 9 hin angebracht ist. Der Schlitz 11 besitzt etwa die Länge einer halben Wellenlänge A 2 der elektromagnetischen Wellen des höheren Frequenzbandes. Durch die Anbringung des KurzschlußStiftes 12 wird der Schlitz 11 der inneren Koaxialleitung 10 so angeregt, daß ein Rundstrahldiagramm abgestrahlt wird. Die Welligkeit des Rundstrahldiagramms läßt sich durch einen weiteren, um 180° am Umfang versetzten, gleich dimensionierten Schlitz, für den kein weiterer Kurzschlußstift erforderlich ist, noch verringern. Dieser Schltiz ist in Fig. nicht dargestellt. Bei vertikaler Stellung der inneren Koaxialleitung 10 werden elektromagnetische Wellen des höheren Frequenz-

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bandes in horizontaler Polarisation abgestrahlt. Der durch die Grundplatte 4 und den Stabstrahler 3 gebildete Unipol darunter strahlt demgegsüber bei vertikaler Stellung des Stabstrahlers *3 ein Rundstrahldiagramm von elektromagnetischen Wellen des unteren Frequenzbandes in vertikaler Polarisation ab.

Zur Verhinderung einer Anregung des Außenleiters 8 der inneren Koaxialleitung 10 durch elektromagnetische Wellen des unteren Frequenzbandes ist im Stabstrahler 3 eine etwa eine Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen Λΐ -des unteren Freqeunzbandes tiefe topfartige Ausweitung 7 vorgesehen, welche als Stromsperre wirkt. ^:

Die Trennung der Einspeisestellen für die beiden Frequenzbänder wird dadurch erreicht, daß die für das höhere Frequenzband zuständige innere Koaxialleitung 10 axial und die durch die Leiter 5 und 6 gegebene, für das untere Frequenzband zuständige äußere Leitung 13 der Doppelkoaxialleitung durch die radiale Abzweigung des Außenleiters 1 und des Innenleiters 2 nach außen durchgeführt wird. Die radiale Abzweigung der für das untere Frequenzband zuständigen, aus dem Innenleiter 2 und dem Außenleiter 1 bestehenden Zuführungskoaxialleitung erfolgt in einem Abstand von etwa einer Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen λ 1 des unteren Frequenzbandes über einem Kurzschluß zwischen dem mittleren Leiter 5 und dem äußeren Leiter Durch diesen Kurzschluß wird ein Sperrtopf 14 gebildet, der den Kurzschluß nach einer Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen λ 1 des unteren Frequenzbandes in einen Leerlauf an der A.bzweigstelle transformiert, so daß die Energie der aus dem Innenleiter 1 und dem Außenleiter 2 bestehenden Zuführungsleitung in die gewünschte Abzweigrichtung, d.h. nach oben, fließt.

Die Dämpfung entlang der inneren Koaxialleitung 10 liegt in einer Größenordnung von einigen Zehntel Dezibel. Für die weiterführende Leitung der Energie,insbesondere der höheren Frequenz kann auch ein Hohlleiter verwendet werden.

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Eine perspektivische Ansicht der integrierten Doppelantenne für Transponderzwecke nach Fig. 1 zeigt Fig. 2.Diese Antenne ist mit Ausnahme der radialen Abzweigung der koaxialen Zuführungsleitung mit dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 2 rotationssymmetrisch aufgebaut und ist deshalb insbesondere für Bodenfahrzeuge und Schiffe geeignet.

Ist ein Einsatz für schnellere Fahrzeuge, z.B. Flugzeuge, vorgesehen, so wird zweckmäßig eine stromlinienförmige Ausführungsform nach Art einer Schwertantenne entsprechend der in Fig. 3 perspektivisch dargestellten Antenne vorgezogen. Diese Antenne hat dieselbe Funktion wie die Antenne nach Fig. und 2. Der Stabstrahler 3 ist nicht rotationssymmetrisch, sondern länglich und flach gestaltet. Die Grundplatte 4 weist ebenfalls einen 'länglichen Umriß in Anpassung an die Ausdehnungsrichtung des Stabstrahlers 3 auf. Sie wird durch die Oberfläche des Flugzeugs vergrößert. In den länglichen Stabstrahler 3 ist die oben als geschlitzter Koaxialstrahler herausragende innere Koaxialleitung 10 eingesetzt, die zusammen mit dem Stabstrahler von einem Kunststoffschwert 15 verkleidet ist, welches in seiner Formgebung derjenigen des Stabstrahlers 3 angepaßt ist.

Bei den Anordnungen nach Fig. 2 und 3 erfolgt die Versorgung der inneren Koaxialleitung 10 aus Dämpfungsgründen über einen weiterführenden Hohlleiter 16.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen andere Doppelrundstrahlantennen in perspektivischer Ansicht, mit denen andere Polarisationskombinationen der unteren, für das niedrigere Frequenzband zuständigen und der oberen, für das höhere Frequenzband zuständigen Antenne ermöglicht 'werden.

In Fig. 4 sind zwei Unipole übereinander aufgebaut. Dabei entsteht im Falle einer senkrechten Aufstellung bei beiden Strahlern eine vertikale Polarisation. Der untere, für das niedrigere Frequenzband zuständige Unipol besteht aus der Grundplat-

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te 1.7-und dem Stabstrahler 18, welche potentialmäßig mit dem äußeren bzw. dem mittleren Leiter einer Doppelkoaxialleitung 21 verbunden sind, während der für das höhere Frequenzband zuständige Unipol aus der Grundplatte 19 und dem Stabstrahler 20 zusammengesetzt ist. Die Grundplatte 19 entsteht durch die Deckfläche des den Stabstrahler 18 bildenden mittleren Leiters der Doppelkoaxialleitung 21 nach innen und der Stabstrahler 20 durch Verlängerung des inneren Leiters der Doppelkoaxialleitung 21 nach oben. ,

In Fig. 5 sind zwei· geschlitzte Koaxialleitungsstrahler übereinander aufgebaut. Dabei entsteht im Falle einer senkrechten Aufstellung bei beiden Strahlern eine horizontale Polarisation. Der untere, für das niedrigere Frequenzband zuständige Strahler besteht aus einer Grundplatte 22, die potentialmäßig mit dem äußeren Leiter 23 einer Doppelkoaxialleitung 24 verbunden ist, und dem innerhalb des äußeren Leiters 23 geführten und in dessen Bereich in Fig. 5 nicht sichtbaren mittleren Leiter 25 der Doppelkoaxialleitung 24. Der äußere Leiter 23 weist in Axialrichtung einen Schlitz 26 auf, an dessen Mitte ein Kurzschlußstift 27 zum mittleren Leiter 25 hin angebracht ist. Der obere, für das höhere Frequenzband zuständige Strahler besteht aus einer auf den äußeren Leiter 23 aufgesetzten Grundplatte 28, die potentialmäßig mit dem mittleren Leiter 25 der Doppelkoaxialleitung 24 verbunden ist, und dem innerhalb des mittleren Lei-'ters 25 geführten und in diesem Bereich in Fig. 5 nicht sichtbaren inneren Leiter 29 der Doppelkoaxialleitung 24. Der mittlere Leiter 25 weist in Axialrichtung einen Schlitz 30 auf, an dessen Mitte ein KurzSchlußstift 31 zum inneren Leiter 29 hin angebracht ist. Die Schlitzlänge beträgt jeweils etwa die Hälfte der vom zugehörigen Koaxialleitungsstrahler abgestrahlten Wellenlänge.

In Fig. 6 ist über einem geschlitzten Koaxialleitungsstrahler ein Unipolstrahler aufgebaut. Dabei entsteht im Falle einer

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senkrechten Aufstellung beim unteren Strahler eine horizontale und beim oberen Strahler eine vertikale Polarisation. Der untere, für das niedrigere Frequenzband zuständige Strahler besteht aus einer Grundplatte 32, die potentialmäßig mit dem äußeren Leiter 33 einer Doppelkoaxialleitung 34 verbunden ist, und dem innerhalb des äußeren Leiters 33 geführten und in dessen Bereich in Fig. 6 nicht sichtbaren mittleren Leiter 35 der Doppelkoaxialleitung 34. Der äußere Leiter 33 weist in Axialriclrtung einen Schlitz 36 auf, an dessen Mitte ein KurzSchlußstift 37 zum mittleren Leiter 35 hin angebracht ist. Die Schlitzlänge beträgt etwa die Hälfte der von diesem Strahler abgestrahlten Wellenlänge. Der für das höhere Frequenzband zuständige, auf den geschlitzten Koaxialleitungsstrahler aufgesetzte Unipol besteht aus einer Grundplatte 38, die durch Abwinkelung des mittleren Leiters 35 nach außen entsteht, und einem Stabstrahler 39, der durch V/eiterführung des inneren Leiters 40 der Doppelkoaxialleitung 34 nach oben gebildet wird.

Wie Fig. 7 im Querschnitt zeigt, läßt sich die Grundplatte so gestalten, daß unter ihr ein etwa eine Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen λ 2 des höheren Frequenzbandes tiefer, rotationssymmetrischer Sperrtopf 41 entsteht, durch welchen die Anregung des Außenleiters 33 durch den bei der höheren Frequenz arbeitenden Unipol mit dem Stabstrahler 39 vermindert wird. Eine entsprechende konstruktive Ausbildung eines Sperrtopfes läßt sich auch bei der Grundplatte 19 der Antennenanordnung nach Fig. 4 realisieren.

Das Vertikaldiagramm läßt sich durch Variation der Grundplatten, auch der auf den jeweils unteren Strahler aufgesetzten Grundplatten, individuell gestalten.

7 Figuren
10 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Doppelrundstrahlantenne für elektromagnetische Wellen zweier verschiedener Frequenzbänder, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem inneren (9), einem mittleren (5, 3> 8) und einem äußeren Leiter (6) versehene Doppelkoaxialleitung vorgesehen ist, die bei senkrechter Stellung für das niedrigere Frequenzband einen unteren, durch den mittleren (3, 5) und äußeren Leiter (6) gebildeten, als Strahler wirksamen Koaxialleitungsabschnitt aufweist, so daß der mittlere Leiter (5) dessen Innenleiter und der äußere Leiter dessen Außenleiter darstellt, und die für das höhere Frequenzband mit einem oberen, durch den inneren (9) und den mittleren Leiter (8) gebildeten, als Strahler wirksamen Koaxialleitungsabschnitt versehen ist, so daß der innere Leiter (9) dessen Innenleiter und der mittlere Leiter (S) dessen Außenleiter darstellt, und daß jeder Koaxialleitungsabschnitt entweder als an sich bekannter Unipol zum Einsatz für vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen, bei dem der Außenleiter (6) des jeweiligen Koaxialleitungsabschnitt^als Grundplatte (4) abgewinkelt und der dazugehörige Innenleiter als Viertelwellen-Stabstrahler (3) ausgeformt ist, oder zum Einsatz für horizontal polarisierte elektromagnetische Wellen als an sich bekannter Strahler ausgebildet ist, der im Außenleiter (8) des jeweiligen Koaxialleitungsabschnitts mit einem in Axialrichtung verlaufenden Schlitz (11) versehen ist, welcher eine Länge von etwa einer halben Wellenlänge der für den jeweiligen Koaxialleitungsabschnitt vorgesehenen elektromagnetischen Wellen aufweist und an dessen Rand etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung ein KurzSchlußstift (12) zwischen dem Außenleiter (8) und dem Innenleiter (9) des jeweiligen Koaxialleitungsabschnitts angebracht ist.

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2. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenleiter (8) eines mit Schlitz (11) 'und KurzSchlußstift (12) versehenen Koaxialleitungsabschnitts noch zusätzlich ein zweiter Schlitz, jedoch mit oder ohne KurzSchlußstift, vorgesehen ist, der am Umfang dieses Außenleiters um 180° gegenüber dem ersten Schlitz (11) versetzt ist.

3. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der untere Koaxialleitungsabschnitt als Unipol (3> 4) und der obere Koaxialleitungsabschnitt als mit S_chlitz (11) und KurzSchlußstift (12) versehener Strahler ausgebildet ist und daß der den Innenleiter des unteren KoaxialleitungsabSchnitts bildende und als Stabstrahler (3) des Unipols wirksame mittlere Leiter der Doppelkoaxialleitung über der abgewinkelten Grundplatte (4) des Unipols als Viertelwellenlängensperrtopf (7) für die elektromange&schen Wellen (.^1) des niedrigeren Frequenzbandes ausgebildet ist.

4. Doppelrundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung zum oberen Koaxialleitungsabschnitt axial von unten her mittels einer Verbindung des inneren (9) und mittleren Leiters (5) der Doppelkoaxialleitung mit einer koaxialen Zuführungsleitung erfolgt und die Zuführung zum unteren Koaxialleitungsabschnitt radial von der Seite her mittels einer Verbindung des mittleren (5) und äußeren Leiters (6) der Doppelkoaxialleitung mit einer anderen koaxialen Zuführungsleitung vorgenommen ist.

5.Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß von der radialen Zuführungsstelle (1, 2) nach unten hin ein Viertelwellenlängensperrtopf (14) für die elektromagnetischen Wellen (^ 1) des unteren Frequenzbandes vorgesehen ist, derart, daß im Abstand

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von einer Viertelv/ellenlänge eine KurzschlußverMndung zwischen dem äußeren (6) und dem mittleren Leiter (5) besteht.·

6. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 4 oder 5₉ dadurch gekennzei chnet, daß zumindest die koaxiale ■ Zuführungsleitung (10) für die elektromagnetischen Wellen des höheren Frequenzbandes in einen Hohlleiter (16) übergeführt ist.

7ο Doppelrundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine rotationssymmetrische Ausführung (Fig. 2).

8. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 6 , gekennzeichnet durch eine längliche, flache Ausbildung des Stabstrahlers (3) des Unipols und eine angepaßte längliehe Formgebung von dessen Grundplatte (4 in Fig. 3).

9. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 8₉ dadurch gekennzeichnet , daß der länglich und flach ausgebildete Stabstrahler (3) sowie der darauf aufgesetzte obere Koaxialleitungsabschnitt (8) in einem formmäßig angepaßten Kunststoffschwert (15) eingebettet ist.

10. Doppelrundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Grundplatte (19, 38) des für die obere Frequenz zuständigen Unipols ein rotationssymmetrischer Viertelwellensperrtopf (41) vorgesehen ist.

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