DE971565C - Schaltungsanordnung fuer frequenzmodulierte Wellen - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer frequenzmodulierte WellenInfo
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- H04B7/165—Ground-based stations employing angle modulation
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für frequenzmodulierte Wellen, bei der
in einem von den Wellen durchlaufenen Gerät, z. B. einem Zwischenfrequenzverstärker, zum Zwecke einer
den Frequenzhub der Wellen reduzierenden Gegenkopplung eine Rückführung eines Teiles der frequenzmodulierten
Wellen vom Geräteausgang zum Geräteeingang vorgesehen ist.
Schaltungsanordnungen dieser Art werden beispielsweise bei mit Frequenzmodulation arbeitenden Sendern und Empfängern zur Reduzierung nichtlinearer Verzerrungen der zu übertragenden Nachricht benötigt. Die nichtlinearen Verzerrungen beruhen dabei im wesentlichen auf der Krümmung der Arbeitskennlinien der Frequenzmodulatoren und der Diskriminatoren sowie auf Phasen- bzw. Laufzeitverzerrungen in den von den Wellen durchlaufenen Schaltungsabschnitten. Man kann zwei Gruppen derartiger Schaltungsanordnungen unterscheiden. Die eine Gruppe der Anordnungen macht von einer Demodulation der frequenzmodulierten Wellen am Ausgang des Schaltungsteiles Gebrauch und benutzt die wiedergewonnene niederfrequente Nachricht zu einer derartigen Steuerung des Überlagerungsoszillators einer am Eingang des Schaltungsteiles befindlichen Mischstufe, daß der Frequenzhub der dem Eingang des Schaltungsteiles zugeführten Wellen reduziert wird. Das ist insofern nachteilig, als beispielsweise bei der Demodulation störende Phasenverzerrungen unvermeidbar sind und außerdem große Schwierigkeiten bestehen, die Anordnung so einzustellen, daß eine Selbsterregung üblicher Art vermieden wird. Die andere Gruppe von Anordnungen vermeidet vor allem den Nachteil zusätzlicher
Schaltungsanordnungen dieser Art werden beispielsweise bei mit Frequenzmodulation arbeitenden Sendern und Empfängern zur Reduzierung nichtlinearer Verzerrungen der zu übertragenden Nachricht benötigt. Die nichtlinearen Verzerrungen beruhen dabei im wesentlichen auf der Krümmung der Arbeitskennlinien der Frequenzmodulatoren und der Diskriminatoren sowie auf Phasen- bzw. Laufzeitverzerrungen in den von den Wellen durchlaufenen Schaltungsabschnitten. Man kann zwei Gruppen derartiger Schaltungsanordnungen unterscheiden. Die eine Gruppe der Anordnungen macht von einer Demodulation der frequenzmodulierten Wellen am Ausgang des Schaltungsteiles Gebrauch und benutzt die wiedergewonnene niederfrequente Nachricht zu einer derartigen Steuerung des Überlagerungsoszillators einer am Eingang des Schaltungsteiles befindlichen Mischstufe, daß der Frequenzhub der dem Eingang des Schaltungsteiles zugeführten Wellen reduziert wird. Das ist insofern nachteilig, als beispielsweise bei der Demodulation störende Phasenverzerrungen unvermeidbar sind und außerdem große Schwierigkeiten bestehen, die Anordnung so einzustellen, daß eine Selbsterregung üblicher Art vermieden wird. Die andere Gruppe von Anordnungen vermeidet vor allem den Nachteil zusätzlicher
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störender Phasenverzerrungen dadurch, daß auf eine Demodulation verzichtet wird und beispielsweise vom
Ausgang des mit der Gegenkopplung versehenen Schaltungsteiles die Zwischenfrequenz nach einer
Vervielfachung zur Steuerung eines Überlagerungsoszillators benutzt wird, der die Überlagerungsspannung für eine im Eingang des Schaltungsteiles
vorgesehene Mischstufe liefert, derart, daß eine Reduzierung des Frequenzhubes eintritt. Zusätzlich
ίο werden bei diesen Anordnungen meist noch ein Amplitudenbegrenzer und ein die gewünschte Harmonische
der Zwischenfrequenz ausfilterndes Frequenzsieb eingeschaltet. Obwohl die Anordnungen dieser Art
theoretisch von den Mangeln der Anordnungen frei zu sein scheinen, die mit Demodulation arbeiten,
zeigt sich jedoch in der Praxis, daß trotz allem noch störende Verzerrungen auftreten, deren Ursache nicht
ohne weiteres erkennbar ist. Besonders störend wirkt sich dies vor allem dann aus, wenn die Schaltungsanordnung
beispielsweise in einem mit Frequenzmodulation arbeitenden Richtfunksystem Anwendung
findet, daß der Übertragung größerer Bündel von Nachrichtenkanälen, wie Sprachkanälen, dient. Dort
führen nämlich geringste Verzerrungen zu oftmals untragbarem Übersprechen zwischen den einzelnen
Nachrichtenkanälen. Es wird deshalb in der Praxis bisher die Frequenzgegenkopplung praktisch nicht
angewendet und statt dessen der teilweise extrem große Aufwand einer Laufzeitkompensation in den
einzelnen Schaltungsabschnitten derartiger Geräte angewendet und beispielsweise in Zwischenstationen
der Übergang auf die niederfrequente Lage soweit als möglich vermieden.
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der einleitend beschriebenen
Art hinsichtlich der erwähnten Schwierigkeiten wesentlich zu verbessern. Es handelt sich hierbei
demnach um eine Schaltungsanordnung der zweiten Gruppe.
Gemäß der Erfindung werden zur Lösung dieser Aufgabe in dem für die Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen des Gerätes bemessenen Gegenkopplungszweig
Netzwerke vorgesehen, die allein für innerhalb des Durchlaßbereiches des frequenzselektiven
Netzwerkes gelegene kritische Modulationsfrequenzen, bei denen eine Verfälschung der Gegenkopplung in
eine Mitkopplung auftreten kann, den Frequenzhub des rückgeführten Anteils der frequenzmodulierten
Wellen auf Null reduzieren. Es wird hierbei von der Erkenntnis ausgegangen, daß im Gegenkopplungsweg
vor allem bei der Verwendung von Frequenzsieben eine zusätzliche Phasendrehung auftreten kann, die die
ursprüngliche Gegenkopplung in eine Mitkopplung verfälscht. Das wirkt sich dann, wie die der Erfindung
zugrunde liegenden Untersuchungen gezeigt haben, dahingehend aus, daß der Frequenzhub für eine
bestimmte Modulationsfrequenz sehr groß wird, praktisch also eine Selbsterregung im Sinne einer
Frequenzhubvergrößerung eintritt. Dies ist offenbar So die Ursache für die Verzerrungen bei den bekannten
Schaltungsanordnungen der zweiten Gruppe. Durch die Einschaltung des den Frequenzhub für die eine
bestimmte Modulationsfrequenz gegen Null vermindernden Netzwerkes wird somit die Schwingneigung
— denn also solche ist der Vorgang anzusprechen, auch wenn es sich um eine gänzlich andere
Anfachung als in den bisher üblichen Systemen handelt — unterbunden.
Für ein Netzwerk, welches den Frequenzhub so beeinflußt, daß zwar eine Gegenkopplung erreicht,
aber eine Schwingneigung vermieden wird, wird vorzugsweise eine Anordnung gewählt, die aus
wenigstens zwei, der Zusammenführung einer frequenzmodulierten Schwingung mit der gleichen, um die
Laufzeit τ0 verschobenen Schwingung dienenden parallelen Zweigen besteht. Die Zweige sind derart
bemessen, daß beim Zusammenfügen der beiden Schwingungen der mittleren Frequenz (f0) der
Frequenzhub (F2) für die Modulierfrequenzen (f)
abnimmt, für die infolge Verfälschung der Gegenkopplung in eine Mitkopplung der Frequenzhub (F0)
zunimmt. Hierzu wird vorzugsweise in dem einen Parallelzweig ein Laufzeitglied angeordnet, dessen
Laufzeit T0= -^- ist, wobei, k = 1, 2, 3 usw. ist. s
/0
Besondere Bedeutung kann die Anordnung nach der Erfindung insbesondere in Richtfunkzwischenämtern
erlangen. Von Bedeutung können noch Laufzeitunterschiede sein, bei denen k etwa die Werte 1J2, 3/2,5/2
usw. annimmt.
Es sind bereits aus Parallelzweigen bestehende Schaltungsanordnungen bekannt, von denen wenigstens
einer ein phasenentzerrendes Netzwerk enthält. Die Ausgänge der Zweige werden zu einem Kompensationspunkt, insbesondere zu einem Differentialübertrager
geführt, wodurch sich eine Filteranordnung mit einer Mehrzahl von schmalen Sperrbereichen erzielen läßt.
Bei den bekannten Schaltungsanordnungen wird auf gleiche Amplitudenverzerrungen in den verschiedenen
Zweigen Wert gelegt. Solche Schaltungsanordnungen wurden jedoch nie im Sinne der Erfindung verwendet.
Im folgenden wird das im Frequenzgegenkopplungszweig beispielsweise verwendete Netzwerk an Hand
der Fig. 1 näher erläutert. Eine frequenzmodulierte Schwingung S1 gelangt vom Punkt 1 über die Wege 3
und 4, über den Weg 4 jedoch mit der Verzögerung um die Laufzeit T0, an den gemeinsamen Punkt 2, so daß
sich im Punkt 2 eine frequenzmodulierte Schwingung mit der gleichen, aber um die Laufzeit T0 verschobenen
Schwingung addiert. Hat die Schwingung am Eingang S1 einen Frequenzhub F0, so ist sie, wie gezeigt
werden kann, nach Durchlaufen des Zweiwegesystems am Punkt 2 frequenz- und amplitudenmoduliert.
Die Amplitudenmodulation kann leicht durch einen Begrenzer B beseitigt werden. Der Hub F0 der
Schwingung S1 wird in den frequenzabhängigen Hub F2
verwandelt, dessen Verlauf in Fig. 2 dargestellt ist. Die Figur zeigt, daß der Hub mit zunehmender
Modulationsfrequenz durch die Nullinie geht. Auch ohne Rechnung kann man sich die Wirkung der
Zweiwegeschaltung etwa wie folgt vorstellen: Bei langsamem Wobbein der Frequenz (tiefe Modulationsfrequenz) hat die Schwingung am Ausgang des
Gliedes T0 Zeit genug, der Frequenzveränderung am Eingang zu folgen. Bei raschem Wobbein am Eingang
(hohe Modulationsfrequenz) ändert z. B. die Schwingung
über den Weg 3 ihre Frequenz schon nach höheren Werten, während am Ausgang des laufzeitbehafteten
Weges die Frequenz noch nach tieferen Werten läuft. Bei einer bestimmten Modulationsfrequenz löschen
sich beide Wirkungen gerade aus, so daß der resultierende Hub Null wird.
An Hand eines Ausführungsbeispiels, z. B. an Hand eines Zwischenverstärkers nach Fig. 3, wird der
Erfindungsgedanke näher erläutert. Die ankommende
ίο Schwingung mit der Frequenz /\ und dem Frequenzhub
F1 wird mittels der Überlagerungsfrequenz (fx — fz) in der Modulatorstufe M1 in die Zwischenfrequenz
fz umgesetzt. Diese Zwischenfrequenz gelangt an den zu linearisierenden Zwischenfrequenzverstärker
V. An diesen schließt sich der Gegenkopplungsweg an, der das Netzwerk nach Fig. 1
enthält, auf das ein die Frequenz um η vervielfachendes
Netzwerk N und ein Frequenzsieb S folgen. Die Spannung mit der Frequenz η · fz gelangt schließlich
an die zweite Modulatorstufe M2, der vom Generator G
eine Spannung mit einer Frequenz If1 —· (n + 1) · fz]
zugeführt wird. Aus dieser Modulatorstufe Ai2 wird
schließlich die Spannung mit der Frequenz If1 — fz)
gewonnen, die als Überlagerungsspannung dem Modulator M1 zugeführt wird.
Unter Zuhilfenahme der Übertragungsfaktoren μ und ß, und zwar μ als Ubertragungsf aktor des Frequenzhubes
für den Nachrichtenweg, β als Übertragungsfaktor des Hubes für den Gegenkopplungsweg, wird
der ursprüngliche Hub F1 nach dem Modulator M1
7?
auf den Wert —-γ—5, z. B. auf 1J3 F1 herabgesetzt,
ι τ ftp
Hierdurch geht die Wirkung der Nichtlinearitäten in zweifacher Weise zurück: einmal infolge der Gegenkopplung
um den Faktor (1 -f- μβ), zum. anderen Mal
infolge geringerer Aussteuerung um den Faktor (1 + μβ)"1"1, wenn η den Grad der erzeugten Harmonischen
bedeutet.
Bei Frequenzgegenkopplung geht daher im ganzen der Klirrfaktor um den Faktor (1 + μβ)η, d. h. mit
der zugehörigen Potenz der Gegenkopplung zurück. Im obigen Beispiel (Faktor 3) würde dies für den
Klirrfaktor zweiten Grades eine Verkleinerung um 32 = 9, für den dritten Grad um 33 = 27 bedeuten.
Es sind also bereits geringe Gegenkopplungen, z. B. μ β = ι, wobei Selbsterregung unmöglich ist, schon
recht wirksam. Diese Tatsache an sich ist bereits bekannt.
Da der Hub beim Durchlaufen des Verstärkers V seine Größe nicht ändert, hat der Faktor μ den Betrag 1 ;
dieser dreht jedoch die Phase um den Winkel ωT1.
Zum Unterschied von gewöhnlichen Verstärkern hat man im μ-Kreis bei Frequenzmodulation keine Verstärkung
des Frequenzhubes. Diese muß daher in den /?-Kreis in Form einer Vervielfachung des Hubes
gelegt werden.
Der Gegenkopplungsweg besteht in dem Ausführungsbeispiel aus dem als Beispiel gewählten
Zweiwegenetzwerk mit anschließendem Begrenzer, aus dem Frequenzvervielfacher N, dem Frequenzsieb
5 und der Modulatorstufe M2- Das Netzwerk
gibt dem Hub einen Frequenzgang nach Fig. 2. Die Nullstellen des Hubes legt man zweckmäßigerweise
in die Nähe der Filterkanten des Zwischenfrequenzverstärkers, also an Punkte, in denen der Phasengang
des Verstärkers sehr steil ist und daher Selbsterregung eintreten könnte. Die zusätzliche Laufzeit T0, die das
Zweigwegesystem liefert, kann im allgemeinen kleiner gehalten werden als die Laufzeit T1 des Verstärkers.
In der Begrenzer- und Frequenzvervielfacherstufe wird sowohl die Mittenfrequenz auf η · fz als auch der
Hub auf den Wert F —ίγ~Ύ gebracht. Dabei ist
. COT0
β = η cos — eim%-i,
wobei T2 im wesentlichen die Laufzeit ~-ist; hinzu
kommt ein kleiner Betrag vom Begrenzer und dem nachgeschalteten Filter, dessen Durchlaßbereich größer
ist als der des ZF-Verstärkers.
Der Modulator M% bringt die Mittenfrequenz auf
den notwendigen Wert fx — fz; der Frequenzhub
wird dabei aber nicht verändert. Dieser Hub wirkt auf den Eingangsmodulator im Sinne der vorausgesetzten
Gegenkopplung, d. h., es wird
F „ „ μβ
F „ „ μβ
τ + μβ
= F — F
μβ
wie vorausgesetzt.
Im ganzen Gegenkopplungskreis herrscht der für das Nyquist-Diagramm maßgebende Übertragungsfaktor
95 2
Dieser darf für die gefährlichen Frequenzen, bei denen / ω (T1 + T2) = i8o° wird, den Punkt 1 auf
der reellen Achse nicht umschließen, wenn die Schaltung stabil bleiben soll.
Um am Ausgang der Schaltung von Fig. 3 die ursprüngliche Frequenz fx für die Wiederausstrahlung
der Nachricht zu erhalten, kann in der Modulatorstufe M3 mit der gleichen Frequenz /Ί —■ fz moduliert
werden wie am Eingang. Dabei kann in Weiterbildung der Erfindung auch wieder der ursprüngliche
Hub F1 erreicht werden, wenn man diese Frequenz,
wie in Fig. 3 dargestellt, aus dem Gegenkopplungskreis entnimmt und die Phasendrehung μ des ZF-Verstärkers
— natürlich ohne den nichtlinearen Gang — wiederholt. Man erhält dann bei der Addition
der Frequenzen im Modulator M3, wie erwünscht:
τ+μβ τ + μβ
= F μ.
Die Ausgangsschwingung ist um die Laufzeit T1
gegenüber der Eingangsschwingung verspätet. Will man, wie üblich, die Ausgangsfrequenz um A f
verschieden machen, so braucht nur eine weitere Modulatorstufe M1 eingefügt zu werden.
Von besonderer Bedeutung kann bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung die Verwendung in
Gegenkopplungswegen mit kleinem Gegenkopplungsgrad sein, z. B. bei \μβ\ = τ. In diesem Fall können
die Begrenzerstufe, der Frequenzvervielfacher N und
das Frequenzsieb S wegfallen. Diese Schaltungsanordnung besteht dann, da die Laufzeit T0 in der
Größenordnung von T1 liegt, z. B. aus wenigen Schwingkreisen. Die störende Amplitudenmodulation
kann in den Modulatorstufen ohne weiteres beseitigt werden.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung für frequenzmodulierte Wellen, bei der in einem von den Wellen durchlaufenen
Gerät (z. B. ZF-Verstärker) zum Zwecke einer den Frequenzhub der Wellen reduzierenden
Gegenkopplung eine Rückführung eines Teiles der frequenzmodulierten Wellen vom Geräteausgang
zum Geräteeingang über frequenzselektive Netzwerke vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem für die Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen des Gerätes bemessenen Gegenkopplungszweig
Netzwerke vorgesehen sind, die allein für innerhalb des Durchlaßbereiches des frequenzselektiven Netzwerks gelegene kritische
Modulationsfrequenzen, bei denen eine Verfälschung der Gegenkopplung in eine Mitkopplung
auftreten kann, den Frequenzhub des rückgeführten Anteils der frequenzmodulierten Wellen auf Null
reduzieren.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk aus
wenigstens zwei, der Zusammenführung einer frequenzmodulierten Welle mit der gleichen, um
die Laufzeit τ0 verschobenen Welle dienenden parallelen Zweigen besteht, die derart bemessen
sind, daß sich beim Zusammenfügen der beiden Wellen die mittlere Frequenz (/"„) ergibt, deren
Frequenzhub (F2) mit zunehmendem Wert der mittleren Frequenz (f0) abnimmt (Abb. 2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den einen der
parallelen Zweige ein Laufzeitglied mit einer Lauf-
Ii
zeit τ0 = -r (k = i, 2, 3 usw oder deren halbe
zeit τ0 = -r (k = i, 2, 3 usw oder deren halbe
Ia
Werte) eingeschaltet ist.
Werte) eingeschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Netzwerk eine Amplitudenbegrenzerstufe (B) nachgeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die
Verwendung in einer Verstärkereinrichtung, insbesondere in einem Richtfunkzwisclienamt.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung
zur Frequenzgegenkopplung zwischen dem Ausgang eines Zwischenfrequenzverstärkers
und einer am Eingang des Zwischenfrequenzverstärkers liegenden Mischstufe (M1 in Fig. 3)
in der Weise, daß in den das Netzwerk enthaltenden Gegenkopplungsweg in an sich bekannter
Weise eine Begrenzerstufe (B), eine die Zwischenfrequenz (fz) um η vervielfachende
Frequenzvervielfacherstufe (N) und vorzugsweise ein Frequenzsieb (S) in Serie eingeschaltet sind,
die zu einer von einem Oszillator (G) mit der Frequenz (fx — \n + 1] · fz) beaufschlagten
zweiten, ebenfalls im Gegenkopplungsweg liegenden zweiten Modulatorstufe (M2) geführt sind, deren
Ausgangsspannung mit der Frequenz (fx — fz) als
Überlagerungsspannung der am Eingang befindlichen Mischstufe (M1) zugeführt wird.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
an den Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers eine weitere Modulatorstufe (M3) angeschaltet
ist, durch welche die Nachricht in die ursprüngliche oder angenähert die ursprüngliche Frequenzlage
versetzt wird.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Modulator
(M3) über ein Netzwerk die Ausgangsspannung des zweiten Modulators (M2) derart als Überlagerungsspannung
zugeführt wird, daß im Ausgang des weiteren Modulators (M3) wieder der ursprüngliche,
frequenzunabhängige Frequenzhub oder ein wunschgemäß verzerrter auftritt.
9. Schaltungsanordnung nach Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Verbindungsweg zwischen dem Ausgang des zweiten Modulators
(M2) und dem weiteren Modulator (M3) eine Hilfsmodulatorstufe
(M4) vorgesehen ist, der eine in der Frequenz derart bemessene Überlagerungsspannung
zugeführt wird, daß die Mittenfrequenz der weitergesendeten Wellen um die Frequenz A f gegen die
empfangenen Wellen verschieden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 702 534, 703 288;
schweizerische Patentschrift Nr. 265 360;
französische Patentschrift Nr. 945 975.
Deutsche Patentschriften Nr. 702 534, 703 288;
schweizerische Patentschrift Nr. 265 360;
französische Patentschrift Nr. 945 975.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
O 809 732/25 2,59'
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES32069A DE971565C (de) | 1953-02-05 | 1953-02-06 | Schaltungsanordnung fuer frequenzmodulierte Wellen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE322498X | 1953-02-05 | ||
DES32069A DE971565C (de) | 1953-02-05 | 1953-02-06 | Schaltungsanordnung fuer frequenzmodulierte Wellen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE971565C true DE971565C (de) | 1959-02-19 |
Family
ID=25802809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES32069A Expired DE971565C (de) | 1953-02-05 | 1953-02-06 | Schaltungsanordnung fuer frequenzmodulierte Wellen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE971565C (de) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE702534C (de) * | 1938-08-13 | 1941-02-10 | Siemens & Halske Akt Ges | Filteranordnung |
DE703288C (de) * | 1936-11-16 | 1941-03-05 | Rca Corp | nmodulierte Schwingungen |
FR945975A (fr) * | 1946-05-01 | 1949-05-19 | Philips Nv | Montage à contre-réaction de fréquence pour la réception de signaux modulés en fréquence |
CH265360A (de) * | 1948-06-25 | 1949-11-30 | Patelhold Patentverwertung | Einrichtung zur Frequenzumsetzung bei Relais-Stationen mit konstantem Frequenzverhältnis. |
-
1953
- 1953-02-06 DE DES32069A patent/DE971565C/de not_active Expired
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