JP2001102857A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
ンパクトで比較的小スペースに設置可能なアンテナ装置
を提供するに際し、その製作、組立を容易で、しかも電
気的特性に優れた方法を提供する。 【解決手段】 球体レンズ14とレドーム33との間に
発泡材を充填させて発泡材層34を形成することで両者
を結合し、これによって球体レンズ14をレドーム33
から保持する。発泡材層34の誘電率は、球体レンズ1
4の誘電率よりも低くする。レドーム33が球体レンズ
14を支持するので、特別な支持具を必要としない。電
気的劣化はレドーム33しかなく、支持具の劣化分がな
い。レドーム33はもとより電気的劣化が少なく、かつ
電波透過率が均一であるため、透過電波にほとんど影響
を与えない。
Description
を同時に追尾することが可能なアンテナ装置に関する。
比較的低高度において地球上を周回している。このた
め、地球上のどの地点においても、少なくとも数個の衛
星と交信することが可能である。通信用衛星を利用した
システムとして、イリジウムシステムやスカイブリッジ
システムが提案されている。
しては、パラボラアンテナ装置やフェーズトアレイアン
テナ装置が広く用いられている。
に示す。図8に示すパラボラアンテナ装置100は、地
面あるいは建物上に鉛直に設立したポスト101と、こ
のポスト101の上端部にポスト101と平行にかつポ
スト101周りに回動可能に取り付けられた回動軸10
2と、この回動軸102に外嵌された歯車102gと、
この歯車102gと噛合すると共に回動モータ(図示せ
ず)によって回転駆動される歯車103とを備えてい
る。
の上端部にブラケット111を介して上下回動自在に取
り付けられ、電波集束部120の下部が、電波集束部1
20の下部が、回動軸102の下方部に取り付けたシリ
ンダユニット112のロッド112aの先端に取り付け
られている。電波集束部120による電波集束位置に
は、給電部130が設けられている。
は、回動モータを駆動させることにより、歯車103、
102gを介して回動軸102を回動させて電波集束部
120の方位角を制御することができる。一方、シリン
ダユニット112を伸軸作動させることにより、電波集
束部120の仰角を制御することができる。これによ
り、パラボラアンテナ装置100は、通信用衛星を追尾
して、電波集束部120を通信用衛星に向け、通信用衛
星が出力する電波を良好な通信状態で受信する、あるい
は、通信用衛星に向けて電波を良好な通信状態で送信す
ることができる。
ラアンテナ装置100では、一つの電波集束部120が
一つの給電部130に対応して構成されている。したが
って、追尾する衛星の数が複数ある場合には、追尾する
衛星の数に応じた複数のパラボラアンテナ装置100が
必要である。例えば二つの衛星を追尾するためには、二
つのパラボラアンテナ装置100が必要である。
互いに、電波集束部120と衛星との間の障害物となら
ないように配置される必要がある。例えば、電波集束部
120が直径45cmの円形に構成されている場合に
は、一方の電波集束部120が他方の電波集束部120
に「影」を形成しないようにするためには、図9に示す
ように、両電波集束部120が略水平に配置されると共
に、略3m程度離して配置される必要がある。
設置に広いスペースが必要であり、一般家庭に普及しに
くいものであった。
数の通信用衛星を同時に追尾することが可能な従来のア
ンテナ装置では、設置に広いスペースが必要であった。
このため、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しかもコ
ンパクトで比較的小スペースに設置可能なアンテナ装置
が要望されているが、このようなアンテナ装置の製造に
おいて、その製作、組立を容易にする方法も要望されて
いる。
されたもので、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しか
もコンパクトで比較的小スペースに設置可能なアンテナ
装置を提供するに際し、その製作、組立を容易で、しか
も電気的特性に優れた方法を提供することを目的とす
る。
めに、本発明に係るアンテナ装置は、電波ビームを集束
するための球体レンズと、この球体レンズの下半球表面
から略一定の間隔をおいて互いに独立して移動自在に支
持される複数の給電装置と、前記複数の給電装置を任意
の位置に移動させる駆動装置と、少なくとも前記球体レ
ンズの電波ビーム形成面となる上半球表面を覆うレドー
ムとを具備し、前記球体レンズと前記レドームとを発泡
材の層を介して一体形成して、前記レドームにより前記
球体レンズを支持するようにしたものである。
数の給電部が配置可能であるため、複数の通信用衛星を
追尾することができ、かつ小スペースに設置可能となる
が、さらに球体レンズを支持具を本体内に設ける必要が
ないので、よりいっそうコンパクトなものにすることが
できる。しかも、球体レンズの支持具が不要なため、支
持具によって電波ビームが乱されることがなくなり、低
仰角まで電波ビームを振らせることが可能となり、実質
上、複数の給電装置の可動範囲を球体レンズの半球下面
のほぼ全域まで広げることが可能となる。
い材質とする。これにより、電波ビームへの影響をほぼ
なくすことができる。
層とレドームとの間の少なくともいずれか一方には、電
波ビームの波長より十分小さい深さで互いに嵌合する複
数の凹部と凸部を形成しておく。この構造によれば、電
波ビームに影響を与えることなく、球体レンズと発泡材
層との間、発泡材層とレドームとの間の接合強度を増大
することができる。
レドームの一体形成方法としては、前記球体レンズとレ
ドームを位置決めした状態で両者の空間に発泡材料を充
填する。この方法によれば、例えば設置場所にて球体レ
ンズとレドームを一定形成することができるので、各部
品の可搬性が良好であり、組み立てが容易で、現場での
作業も容易になる。
状態で球体レンズを位置決めした後に、発泡材料を充填
して球体レンズとレドームを一体形成した後、本体所定
位置にレドームを固定する。この方法によれば、充填作
業が容易になる。
明の実施の形態を詳細に説明する。
よるアンテナ装置11を示す概略構成図で、図1は一部
切断して示す斜視図、図2は部分的な断面図である。
態のアンテナ装置11は、略円形の固定ベース12と、
第1回転軸Y周りに回転可能に固定ベース12上に取り
付けられた略円形の回転ベース13と、第1回転軸Y上
に中心がくるように配置された球状レンズ14とを備え
ている。
固定される基台121に、周面側から中央に向かう数本
のアーム122を形成し、各アームの先端にプーリによ
るベアリング123を取り付けて構成される。また、基
台121には、回転ベース13を回転駆動するためのモ
ータ15と、後述の一対の自走給電装置16、17の給
電及び位置駆動制御を行う給電駆動制御装置18が載置
される。モータ15は回転軸を図中上方に向けて取り付
けられ、その回転軸にはローラ19が取り付けられる。
の底部に上記ベアリング123と勘合し、回転ベース1
3全体を回転自在に支持する突円部132が一体形成さ
れ、周面にはモータ15の回転軸に取り付けられたロー
ラ19と当接して、ローラ19の回転により回転ベース
13全体を回転させるための突円部133が一体形成さ
れる。さらに、支持体131の側面には、第1回転軸Y
を中心として対向する位置に一対のアーム134、13
5が一体形成される。これらのアーム134、135
は、支持体131から球体レンズ14の周面に沿って延
設されたU字形状であり、先端部は、球体レンズ14の
中心を通り、第1回転軸とは垂直な第2回転軸X上に位
置する。
部には、それぞれ第2回転軸X上に貫通孔が形成され
る。これらの貫通孔には、ガイドレール20の両端部に
固定された支持ピン21、22が挿通される。ガイドレ
ール20は、球体レンズ14の中心から一定の距離とな
るように半円弧状に形成されたもので、上記支持ピン2
1、22が一対のアーム134、135の貫通孔に挿通
されることによって第2回転軸X上で回動自在に軸支さ
れる。
された支持ピン21は、アーム134の貫通孔に挿通さ
れ、その端部にワッシャリング23が装着されて抜き出
されないように処理され、他方の端部に固定された支持
ピン22は、アーム135の貫通孔に挿通され、その端
部にプーリ24が装着される。また、アーム135の貫
通孔を形成した下方には、その貫通孔と平行してもう一
つの貫通孔が形成され、この貫通孔に回転軸を挿通させ
た状態で仰角調整用モータ25が装着される。このモー
タ25の回転軸先端には、上記プーリ24より径小のプ
ーリ26が装着され、プーリ24、26間はベルト27
がかけられる。これにより、モータ25の回転はプーリ
26、ベルト27、プーリ24を介して支持ピン22に
減速されて伝達され、ガイドレール20を第2回転軸X
回りに回動させる。
走給電装置16、17が自走自在に装着される。その自
走機構については、種々の方法があるが、ここでは本発
明に直接関係しないので割愛する。各自走給電装置1
6、17はそれぞれカールコード28、29によって給
電駆動制御装置18に接続され、当該制御装置18から
の駆動制御信号に応じてガイドレール20上を自走し、
指定位置で停止する。各自走給電装置16、17には、
ビーム方向が球体レンズ14の中心方向に向くようにア
ンテナ素子30、31が装着され、上記給電駆動制御装
置18からの給電により、球体レンズ14の中心点方向
に電波を放射し、その方向からの電波を受信する。
は椀型のレドーム33で覆われ、そのレドーム33の底
部は基台121の周縁部と接合される。このレドーム3
3は、電波透過性を有するとともに熱伝導率の低い材
質、例えば樹脂によって構成される。
ズとも呼ばれ、同心の球面に誘電体が積層されて構成さ
れ、これを通過する略平行な電波を一点に集束させるこ
とができるものである。図3は、球体レンズ14の作用
を示す概略図である。図3に示す場合、球体レンズ14
は4層構造であるが、誘電体の層数はこれに限定されな
い。また一般に、積層される誘電体の各誘電率は、外側
にいくほど低くなっている。このように各層の誘電率が
異なることになり、透過電波を光学系レンズと同じよう
に屈折させることができる。各層には、例えばポリスチ
レン(発泡スチロール)等による発泡材が使用され、そ
の発泡率を変えることで誘電率を変化させている。
ないホスト装置に接続され、衛星の位置に関する情報が
入力されるようになっている。
について図4及び図5を用いて説明する。図4は、自走
給電装置の位置決め制御の概略を示す斜視図であり、図
5は、自走給電装置の位置決め制御の概略を示すフロー
チャートである。
1、42の大まかな位置sl、s2が、ホスト装置から
制御装置18に入力される(STEP11)。
された2つの衛星の位置s1、s2から球体レンズ14
の中心を通って延びるa1、a2上に2つの自走給電装
置16、17の各々を配置するために、自走給電装置1
6、17(より詳細には、それらのアンテナ素子30、
31)の配置されるベき2つの位置P1、P2を演算す
る(STEP12)。
6、17の配置されるべき2つの位置P1、P2と球体
レンズ14の中心Oとを含む第1仮想平面Sと、球体レ
ンズ14の中心Oを通り回転ベース13の第1回転軸Yと
直交する第2仮想平面Hとの交線上に第2回転軸Xが配
置されるよう、回転モータ15を駆動して回転ベース1
3を回転させる(STEP13)。
回転ベース13の回転と同時に給電駆動制御装置18は
仰角調整用のモータ25を駆動させ、ガイドレール20
を第2回転軸X周りに回転させて、ガイドレール20を
位置P1、P2に重ね合わせる(STEP14)。
いは仰角調整モータ25の駆動と同時に、制御装置18
は自走給電装置16、17をガイドレール20上で自走
させ、位置P1、P2に移動させる。(STEP1
5)。これにより、自走給電装置16、17の初期位置
決めが達成される。
平線)から現れて地平線(水平線)に沈むまで約10分
という速さで、その軌道上を周回移動する。本実施の形
態によるアンテナ装置11は、このように比較的高速に
位置を変える衛星s1、s2を、以下のように追尾す
る。
41、42のうち一方の衛星、例えば衛星41のより正
確な位置(位置変化後の位置の意味を含む)が探索され
る(第1探索工程:STEP21)。衛星41の位置の
探索は、例えば以下のように行われる。
量回転させてガイドレール20を第2回転軸X周りに微
小に双方向に回転させると共に、ガイドレール20上で
衛星41に対応して位置決めされている自走給電装置1
6を双方向に微小距離移動させる。これにより、自走給
電装置16は2次元の微小球面内を移動する。
自走給電装置16との通信状態がより良好である地点Q
1を探索する。通信状態の良否は、受信信号の強度など
を監視することで判断することができる。地点Q1は、
衛星41のより正確な位置から球体レンズ14の中心O
を通って延びる軸線上の位置に対応していると考えるこ
とができる。すなわち、地点Q1の探索により、衛星4
1のより正確な位置を知ることができる。
星41の位置と第1探索工程による位置変化探索前の他
方の衛星42の位置とから球体レンズ14の中心Oを通
って延びる各軸線上の位置が演算される。この場合、2
つの位置Q1、P2が確認される(STEP22)。
置されるべき2つの位置Q1、P2と球体レンズの中心O
とを含む新たな第1仮想平面Sと、第2仮想平面Hとの
交線上に第2回転軸Xが配置されるよう回転モータ15
が駆動されて回転ベース13が回転される(STEP2
3)。
回転ベース13の回転と同時に、制御装置18は仰角調
整モータ25を駆動させ、ガイドレール20を第2回転
軸X周りに回転させて位置Q1、P2に重ね合わせる
(STEP24)。
いは仰角調整モータ25の駆動と同時に、制御装置18
は自走給電装置16、17をガイドレール20に沿って
位置Q1、P2に移動させる(STEP25)。これに
より自走給電装置17の位置P2を保存しつつ、自走給
電装置16の追尾位置決めが達成される。このような制
御形態は非干渉制御と呼ばれるものである。
れた後、2つの衛星41、42のうち他方の衛星42の
その時点のより正確な位置(位置変化後の位置の意味を
含む)が探索される(第2探素工程:STEP31)。
衛星42の位置の探索は、衛星41の位置の探索と同様
に行われる。
と第2探索工程による位置探索前(第1探索工程による
位置探索後)の衛星41の位置とから球体レンズ14の
中心Oを通って延びる各軸線上の位置が演算される。こ
の場合、2つの位置Q1、Q2が確認される。(STEP
32)。
置されるべき2つの位置Q1、Q2と球体レンズ14の中
心Oとを含む新たな第1仮想平面Sと、第2仮想平面Hと
の交線上に第2回転軸Xが配置されるよう回転モータ1
5が駆動されて回転ベース13が回転される。(STE
P33)。
回転ベース13の回転と同時に、制御装置18は仰角調
整モータ25を駆動させ、ガイドレール20を第2回転
軸X周りに回転させて、ガイドレール20を位置Q1、Q
2に重ね合わせる(STEP34)。
いは仰角調整モータ25の駆動と同時に、制御装置18
は自走給電装置16、17をガイドレール20に沿って
位置Q1、Q2に移動させる(STEP35)。これによ
り、自走給電装置16の位置Q1を保存しつつ、すなわ
ち、非干渉的に自走給電装置17の追尾位置決めが達成
される。
自走給電装置17の追尾位置決めを交互に連続に行って
いくことで、2つの衛星41、42をほぼ連続的に追尾
していくことが可能である。2つの衛星41、42が接
近し追い越していく場合には、その追い越し時点で自走
給電装置16、17間で追尾対象となる衛星を交換し合
うことで、容易に追尾制御することが可能となる。
6、17から電波が放射されると、放射電波は球体レン
ズ14の層状誘電体を順次通過することにより進行方向
をほぼ平行に変換されて、平行電波として衛星41、4
2に送信される(図3参照)。
電波は、球体レンズ14を通過することでその焦点位置
に配置された自走給電装置16、17に向けて集束さ
れ、自走給電装置16、17によって効率よく受信され
る(図3参照)。
置は、1つの球体レンズ14に対向して2つの自走給電
装置16、17が配置され、互いにその移動が干渉しな
いようになされているため、2つの衛星41、42を同
時に追尾することができると共に、小スペースに設置す
ることが可能であるという特徴を有するものである。
保持構造である。すなわち、球体レンズ14は比較的重
く、球形であるため保持しにくく、さらに、保持具が必
ず電波通過面をブロッキングするため、球体レンズ14
の電気的特性劣化を引き起こすことから、仕様環境に耐
えうる強度剛性を有し、かつ電気的特性を良好に保つ保
持構造が要求される。
ズを両側から挟んで保持するサポート方法と、球体レン
ズに心棒を挿通させ、この心棒を保持する心棒使用方法
がある。
保持するものは、たとえ電波透過性のよい材質を用いた
としても、電気的劣化がかなり大きくなってしまう。ま
た、サポートは軸対称に位置していないため、球体レン
ズの特徴である電気的軸対称性がサポートの影響に崩れ
てしまう。さらに、球体レンズは、その表面における発
泡材の発泡率が高いため、全質量を保持できるほどの表
面強度を有していない。
層と同一の材質、かつ同一の発泡率で製作することが可
能で、かつ球体レンズ全体を保持できる強度を持つこと
が可能であるが、それでも球体レンズの電気的特性を劣
化させる。また、心棒は軸対称に位置させることができ
ないため、球体レンズの特徴である電気的対称性が崩れ
る。
に位置するレドーム33に着目し、図1及び図2に示す
ように、球体レンズ14とレドーム33との間に発泡材
を充填させて発泡材層34を形成することで両者を結合
し、これによって球体レンズ14をレドーム33から保
持するようにしたものである。
チレン(発泡スチロール)の他、発泡ウレタン、発泡ポ
リエチレンなどが利用できる。レドーム33自体は、通
常、硝子繊維強化プラスチック(GFRP)が使用され
るが、場合によってはポリエチレンを使用することも可
能である。これは電気的特性と成型性、機械的特性との
兼ね合いで決まる。但し、発泡材層34の誘電率は、球
体レンズ14の誘電率よりも低くする必要がある。
らば、その曲率を必ずしも球体レンズ14に合わせる必
要はなく、楕円半断面であってもよい。
表現しているが、電波透過面外である下部は、板厚を増
大して強度を確保するようにしてもよい。
レドーム33との結合は、組立現場で行うと、球体レン
ズ14と自走給電装置16、17との位置精度を出すこ
とが可能となる。
す。
辺にレドーム33を位置固定する縁部51aが形成さ
れ、中央に球体レンズ14の位置及び高さを設定する支
持台51bが形成された位置合わせ用保持具51を用
い、支持台51bに球体レンズ14を載置し、上からレ
ドーム33をかぶせて縁部51aで位置を固定する。こ
のとき、球体レンズ14とレドーム33との間に隔壁用
の平板リング52をセットしておく。レドーム33の天
井部には予めインジェクション用の穴をあけておき、こ
の穴から発泡材を圧入する。発泡材の硬化後、平板リン
グ52を取り外し、保持具53から降ろすことで発泡材
層形成作業が完了する。これにより、球体レンズ14と
レドーム33との間に発泡材層34が形成され、両者を
結合することができる。
を逆さにして、凹面保持具53に載置し、レドーム33
の内側底部に、球体レンズ14の位置合わせ用に1個ま
たは複数個のカップ状突起部材54を配置して、その上
に球体レンズ14を載置する。そして、球体レンズ14
とレドーム33との間に隔壁用の平板リング55をセッ
トする。平板リング55の一部には予めインジェクショ
ン用の穴をあけておき、この穴から発泡材を圧入する。
発泡材の硬化後、平板リング55を取り外し、保持具5
3から降ろすことで発泡材層形成作業が完了する。これ
により、球体レンズ14とレドーム33との間に発泡材
層34が形成され、両者を結合することができる。
4内に突起部材54が残るが、その材質を電波透過性の
高いものにすると共に、カップ状とすることで、電気的
影響をよりいっそう低減することができる。
の結合、レドーム33と発泡材層34との結合を高める
ため、図7(a)に示すように、予め球体レンズ14及
びレドーム33の発泡材層接合面にそれぞれ小突起部A
を多数形成しておくと、発泡材の充填後、より強固に両
者を結合することができる。また、小突起部の代わり
に、図7(b)に示すように、予め球体レンズ14及び
レドーム33の発泡材層接合面に溝部Bを形成しておく
と、接合面の面積を増大することができ、接合強度をよ
りいっそう高めることができる。
を発泡材層34を介してレドーム33と接合すること
で、回転ベース13に何ら保持構造物を用意することな
く球体レンズ14を保持することができる。この場合、
以下の特徴的効果が得られる。
ので、特別な支持具を必要としない。電気的劣化はレド
ーム33しかなく、支持具の劣化分がない。レドーム3
3はもとより電気的劣化が少なく、かつ電波透過率が均
一であるため、透過電波にほとんど影響を与えない。
ように全体で保持する構造であるため、一部分に偏りが
生じることがなく、球体レンズの特徴である電気的軸対
称性を確保することができる。
まれる発泡材層34は、球体レンズの最外層の誘電率よ
り十分低い誘電率に設定されているので、球体レンズ1
4の電気的劣化を引き起こさない。
ム33の内面に密着されていることにより、薄板構造で
あるレドーム上半面の補強の役割を果たす。また、その
効果によって従来のものよりレドーム板厚を薄くことが
可能となるため、電気的劣化をより少なくすることがで
きる。
面を保護する役割を果たす。このことは、製造時あるい
は組立時の破損防止としての効果がある。また、球体レ
ンズ14はかなりの重量を有し、かつ球形であり、製造
時、組立時の扱いに窮するが、レドーム33と一体とす
ることにより、取り扱いが容易となる。
め、日射による内部温度の常用を抑制する効果が得られ
る。
信用衛星の追尾が可能で、しかもコンパクトで比較的小
スペースに設置可能であり、さらにその製作、組立が容
易なアンテナ装置を提供することができる。
を示す斜視図。
略図
御の概略を示す斜視図。
御の概略を示すフローチャート。
断面図。
結合、レドームと発泡材層との結合を高める手法を説明
するための断面図。
アンテナ装置の構造を示す平面図。
の通信用衛星を追尾する場合のシステム構成を示す平面
図。
Claims (6)
- 【請求項1】電波ビームを集束するための球体レンズ
と、 この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて
互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置
と、 前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置
と、 少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上
半球表面を覆うレドームとを具備し、 前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して
一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支
持するようにしたことを特徴とするアンテナ装置。 - 【請求項2】前記発泡材は、前記球体レンズの誘電率よ
り低い材質であることを特徴とする請求項1記載のアン
テナ装置。 - 【請求項3】前記球体レンズと発泡材層との間、発泡材
層とレドームとの間の少なくともいずれか一方には、前
記電波ビームの波長より十分小さい深さで互いに嵌合す
る複数の凹部と凸部を形成するようにしたことを特徴と
する請求項1記載のアンテナ装置。 - 【請求項4】電波ビームを集束するための球体レンズ
と、 この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて
互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置
と、 前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置
と、 少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上
半球表面を覆うレドームとを具備し、 前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して
一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支
持するようにしたアンテナ装置に用いられ、 前記球体レンズとレドームを位置決めした状態で両者の
空間に発泡材料を充填することで前記球体レンズとレド
ームを発泡材の層を介して一体形成することを特徴とす
るアンテナ装置の球体レンズとレドームの一体形成方
法。 - 【請求項5】前記球体レンズと発泡材層との間、発泡材
層とレドームとの間の少なくともいずれか一方に、前記
電波ビームの波長より十分小さい深さで互いに嵌合する
複数の凹部と凸部を形成しておくことを特徴とする請求
項4記載のアンテナ装置の球体レンズとレドームの一体
形成方法。 - 【請求項6】電波ビームを集束するための球体レンズ
と、 この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて
互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置
と、 前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置
と、 少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上
半球表面を覆うレドームとを具備し、 前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して
一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支
持するようにしたアンテナ装置に用いられ、 前記レドームを逆さにした状態で前記球体レンズを位置
決めし、発泡材料を充填して前記球体レンズとレドーム
を発泡材の層を介して一体形成した後、本体所定位置に
レドームを固定することを特徴とするアンテナ装置の組
立方法。
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