JP2010004257A - Loop antenna, and radio transmitting/receiving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動改札システムなどにおいて、定期券として用いられる非接触型ICカードと非接触で送受信を行うループアンテナ及び無線送受信装置に関する。 The present invention relates to a loop antenna and a wireless transmission / reception apparatus that perform non-contact transmission / reception with a non-contact type IC card used as a commuter pass in an automatic ticket gate system or the like.
近年、駅務機器における自動改札装置や係員処理装置などには、定期券として用いられる非接触型ICカード(以下、ICカードと称する。)と送受信を行い、通行の可否を判別する無線送受信装置としての非接触型ICカードリーダ・ライタ(以下、R/W装置と称する。)が備えられている場合が多い。 2. Description of the Related Art In recent years, a wireless transmission / reception device that performs transmission / reception with a non-contact type IC card (hereinafter referred to as an IC card) used as a commuter pass for an automatic ticket gate device or a clerk processing device in a station service device, and determines whether or not traffic is allowed. In many cases, a non-contact type IC card reader / writer (hereinafter referred to as an R / W device) is provided.
このR/W装置は、装置の内部に配置したループアンテナから磁界を発生することによって上記ICカードと非接触で通信を行う(例えば、特許文献1参照。)。 This R / W device communicates with the IC card in a non-contact manner by generating a magnetic field from a loop antenna disposed inside the device (see, for example, Patent Document 1).
このループアンテナは、送信用ループアンテナと受信用ループアンテナが同一平面状に配置されて構成されている。この種のループアンテナは、自動改札装置に搭載されて用いられることから、通過する利用客が当該自動改札装置の読取・書込部(R/W装置のアンテナ部)にかざしたICカードとは安定して通信が可能であるが、その他の利用客が携帯するICカードとは通信しないことが望ましい。 This loop antenna is configured by arranging a transmission loop antenna and a reception loop antenna on the same plane. Since this type of loop antenna is mounted on and used in an automatic ticket gate device, what is an IC card in which a passing customer is held over the reading / writing unit (the antenna unit of the R / W device) of the automatic ticket gate device? Although stable communication is possible, it is desirable not to communicate with an IC card carried by other users.
そのためには、ICカードとR/W装置との通信距離を延ばし、通信可能領域を広げることが望ましい。その理由は、近年、ICカードの発行メーカが増え、特性の異なるICカードが出回っており、これらのICカードに対応するためには、通信距離を大きく(通信可能領域を大きく)しながら、通信不能領域を少なくし、通信特性を向上することが課題になっている。特に、カードを2枚重ねて使用した場合に通信性能が低下するという課題がある。
上述したように、近年、ICカードを2枚重ねて使用するシステムが増えてきている。このICカードを2枚重ねて使用した場合、上記R/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が1枚のみの場合と比べて極端に小さくなり、この受信信号を正常に復調できない場合には、通信不良が発生するという課題があった。 As described above, in recent years, an increasing number of systems use two IC cards. When two IC cards are used in an overlapping manner, the amplitude of the return signal from the IC card received by the R / W device becomes extremely small compared to the case where only one IC card is received, and the received signal cannot be demodulated normally. In this case, there is a problem that communication failure occurs.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ICカードを2枚重ねて使用した場合であってもR/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が十分確保でき、通信不良の発生を低減することが可能なるループアンテナ及びループアンテナを備えた無線送受装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and even when two IC cards are used in an overlapping manner, the amplitude of a return signal from the IC card received by the R / W device can be sufficiently secured, It is an object of the present invention to provide a loop antenna and a wireless transmission / reception device including the loop antenna that can reduce the occurrence of communication failure.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1記載の無線送受信装置は、磁界を発生することによってICカードとの通信を非接触で行う無線送受信装置であって、ICカードのサイズより大きく、そのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、前記送信用ループアンテナと接続され、この送信用ループアンテナにキャリア周波数の電圧を供給することによって、当該送信用ループアンテナからキャリア周波数の磁界を輻射する駆動回路と、前記受信用ループアンテナで受信した信号を処理する処理回路と、を備え、前記送信用ループアンテナは、第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記受信用ループアンテナは、第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記自己共振用ループアンテナ部は、外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第4の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振ループアンテナと、を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wireless transmission / reception apparatus according to
また、本発明の請求項3記載のループアンテナは、磁界を発生することによってICカードとの通信を非接触で行う無線送受信装置のループアンテナであって、ICカードのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、前記送信用ループアンテナは、第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記受信用ループアンテナは、第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記自己共振用ループアンテナ部は、外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振用ループアンテナと、を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とする。
A loop antenna according to
本発明によれば、ICカードを2枚重ねて使用した場合であってもR/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が十分確保でき通信不良の発生を低減することが可能なループアンテナ及び無線送受装置を提供することを目的とする。 According to the present invention, even when two IC cards are used in an overlapping manner, the amplitude of the return signal from the IC card received by the R / W device can be sufficiently secured, and the occurrence of communication failure can be reduced. An object of the present invention is to provide a loop antenna and a wireless transmission / reception device.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るループアンテナを備えた無線送受信装置100である。この無線送受信装置100は、ループアンテナを構成するアンテナ部1、送信部2、受信部3を有して構成される。
FIG. 1 is a wireless transmission /
図2は、アンテナ部1の構成をわかりやすく表現した説明図である。以下、この図も参照して説明する。
FIG. 2 is an explanatory diagram expressing the configuration of the
アンテナ部1は、受信用ループアンテナ10(ループアンテナ10)、送信用ループアンテナ11(ループアンテナ11)及び自己共振用ループアンテナ部で構成される。
The
自己協信用ループアンテナ部は、自己共振用ループアンテナ12(第1の自己共振用ループアンテナ)及び自己共振用ループアンテナ13(第2の自己共振用ループアンテナ)を有し、同一平面基板上に配置して構成される。本実施例では、プリント板配線基板によって実現している。 The self-collaborative loop antenna unit has a self-resonant loop antenna 12 (first self-resonant loop antenna) and a self-resonant loop antenna 13 (second self-resonant loop antenna) on the same plane substrate. Arranged and configured. In this embodiment, this is realized by a printed circuit board.
なお、プリント配線基板のサイズはICカードと磁界による通信を行うためそのサイズと同程度であることが好ましい。その理由は、受信用ループアンテナの外周がICカードより小さいと、受信用ループアンテナからの距離に対して変化が大きくなり不特定多数の利用客が携帯して利用する場合には通信の安定性が悪くなる場合がある。一方大きすぎる場合には、受信ループ内で均一な受信をすることが困難になる。以上の理由により、本実施例では、プリント基板配線のサイズをICカードのサイズよりは大きくその2倍よりは小さい平面基基板に設定してある。 Note that the size of the printed wiring board is preferably approximately the same as the size of the printed circuit board in order to communicate with the IC card using a magnetic field. The reason is that if the outer circumference of the receiving loop antenna is smaller than the IC card, the change will be larger with respect to the distance from the receiving loop antenna, and the communication stability will be improved when many unspecified customers carry it. May get worse. On the other hand, when it is too large, it becomes difficult to perform uniform reception within the reception loop. For the above reasons, in this embodiment, the size of the printed circuit board wiring is set to be a flat base substrate that is larger than the size of the IC card and smaller than twice that.
ループアンテナ10は、アンテナ部1の最外周に、104mm×67mmの四角形に配置し、コイルの巻数nはn=1に設定してある(第1の巻数)。アンテナを構成するコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間には、コンデンサC2が配置され、受信した信号に対して共振回路(第1の共振回路)が形成されている。
The
ループアンテナ11は、アンテナ10の内側に配置され、コイルの巻数nはn=2に設定してある(第2の巻数)。アンテナを構成するコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間には、コンデンサC1が接続され、送信信号に対して共振回路(第2の共振回路)が形成されている。このように構成されたループアンテナ11は、駆動回路2に接続されており、キャリア発生器(図示しない)から出力された13.56MHzのキャリアを磁界として発生させる。
The
ループアンテナ12及び13は、ループアンテナ10及びループアンテナ11の内側に並置されて配置される。ループアンテナ12は、外側に配置されたループアンテナ12a及び内側に配置された12bで構成される。同様にループアンテナ13は、外側に配置されたループアンテナ13a及び内側に配置された13bで構成される。
The
外側に配置されたループアンテナ12a及び13aは同様に構成あされ、ループアンテナを構成するコイルの巻数n=3(第3の巻数)に設定され、前者はコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間にコンデンサC3が接続されて第3の共振回路が形成され、後者はコンデンサC5が接続されて第4の共振回路が形成される。これらは共に、ループアンテナ11の共振周波数(13.56MHzの近傍に設定された周波数)より数MHz高い約20MHzで共振する。
The
内側に配置されたループアンテナ12b及び13bは同様に構成され、ループアンテナを構成するコイルの巻数n=4(第4の巻数)に設定され、前者はコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間にコンデンサC4が接続されて第5の共振回路が形成され、後者はコンデンサC6が接続されて第6の共振回路が形成される。これらは共に、ループアンテナ11の共振周波数(13.56MHz)より数MHz高い約20MHzで共振する。
The
図3は、図1に示すアンテナ部1の受信時の概略等価回路である。ループアンテナ10が受ける磁界(鎖交磁束数)は同一平面上に形成されたループアンテナ11及びアンテナ12、13も受けることになる。
FIG. 3 is a schematic equivalent circuit at the time of reception of the
この結果、ループアンテナ10のコイルのインダクタンスL1、コンデンサC1、電流I1、誘起された起電力をU1とすると、等価回路は概略下式(1)で示すことができる。受信回路に誘導起電力以外の電源がないため、下式(2)で示すU1=0となる。受信部のインピーダンスをZとするとき、このZに取り出される電圧は下式(3)で示すことができる。ここで、相互インダクタンスM12、M13、M14、M15、M16はそれぞれループアンテナ10のコイルL1に対するコイルL2、L3、L4、L5との相互インダクタンスである。
ここで、ループアンテナ10が誘起する起電力L1(dI1/dt)に対して、ループアンテナ12、13は、それぞれ閉回路からなる共振回路を構成する。また、磁界の中にあるコイルの特性上、そのときの磁界を打ち消す方向に起電力が発生する(逆起電力)ため、見かけ上アンテナ12、13があることによって磁界の強さが弱められる。
Here, with respect to the electromotive force L 1 (dI 1 / dt) induced by the
アンテナ12、13は上述したように直列共振回路を構成している。従って、共振時回路のインピーダンスが低下し、電流値が増加することにより、当該共振周波数の磁界を弱める効果がある。
The
本実施例では、この共振周波数を約20MHzに設定してあり、基準となる搬送波13.56MHzに対して良好であることが確かめられている。 In this embodiment, the resonance frequency is set to about 20 MHz, and it is confirmed that the resonance frequency is good with respect to the reference carrier wave 13.56 MHz.
次に、自己共振用ループアンテナが複数あることの効果を説明する。受信アンテナが例えば1個のみの場合には、ICカード4をアンテナ部1に近づけると、ICカードとループアンテナ10との距離の二乗に反比例して磁界の強さが変化するのは知られている。ここで、ICカード4と無線通信する場合には、磁界の強さが上記距離に応じて大きく変化するため、安定した通信を行うためには、設定した通信範囲及び通信距離の間で、距離に応じて磁界が急激な変化を行わないことが望ましい。
Next, the effect of having a plurality of self-resonant loop antennas will be described. For example, when there is only one receiving antenna, it is known that when the IC card 4 is brought close to the
そのためには、ICカード4に対して受信ループアンテナ10の感度を上げると共に、このループアンテナ10で通信できる範囲を広げながら安定した受信を行うことが望まれる。本実施例では、そのために、ループアンテナ10の内側を2分割にし、空間磁界に対して共振点を複数配置(実施例では4箇所)し、広い範囲で磁界の強さの変動を低減するようにした。
For this purpose, it is desired to increase the sensitivity of the
また、自己共振用アンテナ12、13を複数にすることにより、各ループアンテナのインダクタンスL3、L4,L5、L6の値を小さくすることができるため、コンデンサC3、C4、C5、C6の値を実務上選択しやすい値にする効果がある。
Moreover, by a plurality of self-
図4は、図1に示すアンテナ部1の送信時の概略等価回路である。ループアンテナ11による磁界はループアンテナ10及びループアンテナ12、13と一部共通の磁束鎖交数を有する。
FIG. 4 is a schematic equivalent circuit at the time of transmission of the
この結果、ループアンテナ11のコイルのインダクタンスL2,コンデンサC2、電流I2、各コイル間の相互インダクタンスをM21、M23、M24、M25、M26とし、ドライバから供給される電源U=Eとすると、下式(4)で示すことができる。
この場合の動作は、電磁気学で一般的に知られているため、詳細の説明は省略するが、そのエッセンスのみ説明すると以下のようになる。 Since the operation in this case is generally known in electromagnetism, the detailed description is omitted, but only the essence will be described as follows.
ループアンテナ10及びループアンテナ12、13はそれぞれ閉回路からなる共振回路を構成する。上述したように、これらのループアンテナはアンテナ11による磁束を打ち消す方向に発生する(逆起電力)、しかしながら、ドライバの供給能力が十分である場合には、この磁束を補うように電流が供給される。結果的には、ループアンテナ10及びアンテナ12、13による逆起電力の効果は考慮しなくてもよいことになる。すなわち、自己共振用ループアンテナが複数ある場合の効果は、受信時には効果が得られるが、送信するときには送信回路の系に影響を与えない。
The
図5は、以上説明したアンテナ部1に係るプリント配線基板の実体配線図である。本実施例では、ICカードサイズ(54mm×85mm)に対してプリント配線基板サイズ(67mm×104mm)とし、ICカードサイズの2倍以内とし、従来に比べて小型のプリント配線基板により要求される機能を達成している。
FIG. 5 is a substantial wiring diagram of the printed wiring board according to the
以上説明したように、本発明の自己共振用ループアンテナを分割することにより受信距離によって磁界の強度が急激な変化をした場合であっても、安定した受信信号を確保することができる。この結果、ICカードを2枚重ねて使用した場合であってもR/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が十分確保でき通信不良の発生を低減することが可能なループアンテナ及びループアンテナを備えた無線送受信装置を提供することができる。 As described above, by dividing the self-resonant loop antenna of the present invention, a stable received signal can be secured even when the strength of the magnetic field changes suddenly depending on the reception distance. As a result, even when two IC cards are used in an overlapping manner, a loop antenna capable of sufficiently ensuring the amplitude of a return signal from the IC card received by the R / W device and reducing the occurrence of communication failure, and A wireless transmission / reception apparatus including a loop antenna can be provided.
L1〜L6 インダクタンス
C1〜C6 容量
Z1、Z2 インピーダンス
1 アンテナ部
10 受信用ループアンテナ
11 送信用ループアンテナ
12〜15 自己共振用ループアンテナ
2 送信部
21 駆動回路
3 受信部
100 無線送受信装置
L1 to L6 Inductances C1 to C6 Capacitances Z1 and
Claims (4)
ICカードのサイズより大きくそのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、
この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、
この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、
前記送信用ループアンテナと接続され、この送信用ループアンテナにキャリア周波数の電圧を供給することによって、当該送信用ループアンテナからキャリア周波数の磁界を輻射する駆動回路と、
前記受信用ループアンテナで受信した信号を処理する処理回路と、
を備え、
前記送信用ループアンテナは、
第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記受信用ループアンテナは、
第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記自己共振用ループアンテナ部は、
外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、
この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第4の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振ループアンテナと、
を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とする無線送受信装置。 A wireless transmission / reception device that performs non-contact communication with an IC card by generating a magnetic field,
A receiving loop antenna disposed on the outermost periphery of the planar substrate that is larger than the size of the IC card and smaller than twice the size;
A transmission loop antenna disposed inside the reception loop antenna;
Two self-resonant loop antenna portions arranged in parallel inside the transmitting antenna;
A drive circuit connected to the transmission loop antenna and radiating a carrier frequency magnetic field from the transmission loop antenna by supplying a carrier frequency voltage to the transmission loop antenna;
A processing circuit for processing a signal received by the reception loop antenna;
With
The transmission loop antenna is
A coil having a first number of turns and a capacitor connected between the beginning and end of winding of the coil to form a first resonant circuit;
The reception loop antenna is
A coil having a second number of turns and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil to form a second resonant circuit;
The self-resonant loop antenna unit is
A first self-resonant that forms an endless loop by a coil having a third number of turns arranged outside and a capacitor that is connected between the start and end of winding of the coil and forms a third resonance circuit Loop antenna for
A coil having a fourth number of turns disposed inside the first self-resonant loop antenna and a capacitor connected between the winding start and the winding end of the coil and forming a fourth resonance circuit; A second self-resonant loop antenna forming an endless loop;
A radio transmitting / receiving apparatus comprising: a resonance frequency of the first self-resonance loop antenna and the second self-resonance loop antenna set to a frequency several MHz higher than a resonance frequency of the transmission loop antenna .
前記第1の自己共振用ループアンテナに係る第3の共振回路及び第2の自己共振用ループアンテナに係る第4の共振回路の共振周波数が20MHzであることを特徴とする請求項1記載の無線送受信装置。 The resonance frequency of the first resonance circuit of the transmission loop antenna is set in the vicinity of the transmission carrier frequency of 13.56 MHz,
2. The radio according to claim 1, wherein a resonance frequency of the third resonance circuit related to the first self-resonance loop antenna and the fourth resonance circuit related to the second self-resonance loop antenna is 20 MHz. Transmitter / receiver.
ICカードのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、
この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、
この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、
前記送信用ループアンテナは、
第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記受信用ループアンテナは、
第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記自己共振用ループアンテナ部は、
外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、
この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振用ループアンテナと、
を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とするループアンテナ。 A loop antenna of a wireless transmission / reception device that performs non-contact communication with an IC card by generating a magnetic field,
A receiving loop antenna disposed on the outermost periphery of the planar substrate smaller than twice the size of the IC card;
A transmission loop antenna disposed inside the reception loop antenna;
Two self-resonant loop antenna portions arranged in parallel inside the transmitting antenna;
The transmission loop antenna is
A coil having a first number of turns and a capacitor connected between the beginning and end of winding of the coil to form a first resonant circuit;
The reception loop antenna is
A coil having a second number of turns and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil to form a second resonant circuit;
The self-resonant loop antenna unit is
A first self-resonant that forms an endless loop by a coil having a third number of turns arranged outside and a capacitor that is connected between the start and end of winding of the coil and forms a third resonance circuit Loop antenna for
A coil having a second number of turns disposed inside the first self-resonant loop antenna and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil to form a fourth resonance circuit; A second self-resonant loop antenna forming an endless loop;
And a resonance frequency of the first self-resonance loop antenna and the second self-resonance loop antenna is set to a frequency several MHz higher than the resonance frequency of the transmission loop antenna.
前記第1の自己共振用ループアンテナに係る第3の共振回路及び第2の自己共振用ループアンテナに係る第4の共振回路の共振周波数が20MHzであることを特徴とする請求項3記載のループアンテナ。 The resonance frequency of the first resonance circuit of the transmission loop antenna is set in the vicinity of the transmission carrier frequency of 13.56 MHz,
4. The loop according to claim 3, wherein a resonance frequency of the third resonance circuit according to the first self-resonance loop antenna and the fourth resonance circuit according to the second self-resonance loop antenna is 20 MHz. antenna.
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