JP4509956B2 - Rotary joint - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナを回転制御する際に用いられるロータリージョイントに関する。 The present invention relates to a rotary joint used for controlling rotation of an antenna.
アンテナ装置の回転部分には、通常、ロータリージョイントが用いられる。回転による特性劣化を生じさせないために、従来のロータリージョイントでは、伝送波にはTEMモード、TE01モード、TM01モード等の回転対称なモード、あるいは円偏波発生器を用いて変換された円偏波の電波が用いられる(例えば、特許文献1、2参照)。 A rotary joint is usually used for the rotating part of the antenna device. In order to prevent characteristic deterioration due to rotation, in a conventional rotary joint, a circularly polarized wave converted by a rotationally symmetric mode such as a TEM mode, a TE01 mode, and a TM01 mode or a circularly polarized wave generator is used for a transmission wave. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。近年の電波法の改正等により、アンテナ装置の不要放射抑圧に対する要求が大きくなっている。従来のロータリージョイントでは、ロータリージョイント内部にフィルタ機能を付与することが困難であるため、このような要求に対応するためには、ロータリージョイントとは別に、フィルタを設ける必要がある。そのため、部品点数の増加によるコストの増加、構造の肥大化等の問題がある。 However, the prior art has the following problems. Due to recent revisions to the Radio Law, there has been an increasing demand for unnecessary radiation suppression of antenna devices. In the conventional rotary joint, it is difficult to provide a filter function inside the rotary joint. Therefore, in order to meet such a demand, it is necessary to provide a filter separately from the rotary joint. Therefore, there are problems such as an increase in cost due to an increase in the number of parts and an enlargement of the structure.
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合に、フィルタの設置を不要とすることのできる、あるいはフィルタを併用するときでも構成の簡単な小型なフィルタで済ますことのできるロータリージョイントを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and when it is necessary to suppress unnecessary waves of the antenna device, it is not necessary to install a filter, or even when a filter is used in combination. The object is to obtain a rotary joint that can be completed with a small filter with a simple structure.
本発明に係るロータリージョイントは、内部に回転機構を有するオーバーサイズ円形導波管と、入出力端を構成する同軸線路とを備えたロータリージョイントにおいて、同軸線路は、オーバーサイズ円形導波管を介して入力端の同軸線路と出力端の同軸線路とが対向配置され、入力端の同軸線路および出力端の同軸線路のそれぞれの内導体が、阻止帯域の周波数が通過帯域の周波数よりも高い通過特性での所望の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略1/4波長の長さでオーバーサイズ円形導波管内に延伸した構造を有するものである。
A rotary joint according to the present invention includes an oversized circular waveguide having a rotation mechanism therein and a coaxial line constituting an input / output end. The coaxial line is interposed between the oversized circular waveguide. The coaxial line at the input end and the coaxial line at the output end are opposed to each other, and the inner conductors of the coaxial line at the input end and the coaxial line at the output end have a passband characteristic in which the stopband frequency is higher than the passband frequency. In the desired stopband, a length of about 1/4 wavelength of the higher-order mode of the coaxial line is extended into the oversized circular waveguide.
本発明によれば、同軸線路に備えられた内導体を、通過特性の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略1/4波長の長さで導波管内に延伸させて帯域阻止フィルタの機能を持たせることにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合に、フィルタの設置を不要とすることのできる、あるいはフィルタを併用するときでも構成の簡単な小型なフィルタで済ますことのできるロータリージョイントを得ることができる。 According to the present invention, the inner conductor provided in the coaxial line is extended into the waveguide with a length of about ¼ wavelength of the higher-order mode of the coaxial line in the stop band of the pass characteristic, thereby functioning as a band stop filter. If it is necessary to suppress unwanted waves of the antenna device, it is possible to eliminate the need for a filter, or to use a small filter with a simple configuration even when using a filter. A rotary joint can be obtained.
以下、本発明のロータリージョイントの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the rotary joint of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるロータリージョイントの断面図である。図1のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路11a、11b、オーバーサイズ円形導波管12a、12b、プローブ13a、13b、および接続部14で構成される。さらに、接続部14は、チョーク溝14aおよびベアリング14bを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部14を介して回転可能である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a cross-sectional view of a rotary joint according to Embodiment 1 of the present invention. The rotary joint shown in FIG. 1 includes
ここで、同軸線路11a、11bの内導体であるプローブ13a、13bのそれぞれは、図1に示すように、同軸線路11a、11bからオーバーサイズ円形導波管12a、12b内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ13a、13bの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路TM01モードの略1/4波長となっている。
Here, each of the
次に、動作原理について示す。阻止帯域においては、入力端子である同軸線路11aにTEMモードで入射された電波は、プローブ13aの先端において、TEMモードの一部が同軸線路TM01モードに結合する。
Next, the operation principle will be described. In the stop band, a part of the TEM mode of the radio wave incident on the
TM01モード同軸線路から入力端子側を見た場合に、同軸線路TM01モードにおいて、入力端子である同軸線路13aは、カットオフとなるため、その先端の殆どは、外導体により電気的に短絡されている状態とみなせる。このことから、オーバーサイズ円形導波管12a、12b内部に延伸した同軸線路13a、13bの部分において、TM01モードからなる直列の1/4波長先端短絡スタブが形成されることとなる。その結果、この直列の1/4波長先端短絡スタブの反共振により帯域阻止特性が生じ、ロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができる。
When the input terminal side is viewed from the TM01 mode coaxial line, in the coaxial line TM01 mode, the
一方、通過帯域において、入力端子である同軸線路11aにTEMモードで入射された電波は、プローブ13aの先端において円形導波管TM01モードに結合し、オーバーサイズ円形導波管12a、12bを伝搬する。さらに、オーバーサイズ円形導波管12bに伝搬した電波は、プローブ13bの先端において、再びTEMモードと結合し、出力端である同軸線路11bにTEMモードとなって出力される。ここで、円形導波管TM01モードは、軸対称なモードであり、接続部14における回転による通過特性の劣化がないため、ロータリージョイントとして動作する。
On the other hand, in the pass band, the radio wave incident on the
この効果を、有限要素法を用いた数値計算例により示す。図2は、本発明の実施の形態1におけるロータリージョイントの反射特性および通過特性の周波数との関係を示す図である。実線が通過特性(S21)を示し、点線が反射特性(S11)を示している。図2より、プローブの長さが同軸線路のTM01モードのおよそ1/4波長となる周波数fc付近において、帯域阻止特性が見られる。これより、図1の構成を有するロータリージョイントが、帯域阻止フィルタとして動作していることがわかる。 This effect is shown by a numerical calculation example using the finite element method. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the reflection characteristics and the pass characteristics of the rotary joint according to Embodiment 1 of the present invention. The solid line indicates the pass characteristic (S21), and the dotted line indicates the reflection characteristic (S11). As shown in FIG. 2, the band rejection characteristic is observed in the vicinity of the frequency fc where the length of the probe is about ¼ wavelength of the TM01 mode of the coaxial line. From this, it can be seen that the rotary joint having the configuration of FIG. 1 operates as a band rejection filter.
以上のように、実施の形態1によれば、同軸線路に備えられた内導体を、通過特性の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略1/4波長の長さで導波管内に延伸させることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができる。これにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合にも、フィルタの設置が不要となり、部品点数の削減による低コスト化、小型化を可能とするロータリージョイントが実現できる。 As described above, according to the first embodiment, the inner conductor provided in the coaxial line is extended into the waveguide with a length of approximately ¼ wavelength of the higher-order mode of the coaxial line in the stop band of the pass characteristic. By doing so, the rotary joint can be operated as a band rejection filter with a rotating function. Thereby, even when it is necessary to suppress unnecessary waves of the antenna device, it is not necessary to install a filter, and a rotary joint that can be reduced in cost and size by reducing the number of components can be realized.
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2におけるロータリージョイントの断面図である。図3のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路21a、21b、オーバーサイズ円形導波管22a、22b、プローブ23a、23b、および接続部24で構成される。さらに、接続部24は、チョーク溝24aおよびベアリング24bを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部24を介して回転可能である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotary joint according to the second embodiment of the present invention. The rotary joint in FIG. 3 includes
ここで、同軸線路21a、21bの内導体であるプローブ23a、23bのそれぞれは、図3に示すように、同軸線路21a、21bからオーバーサイズ円形導波管22a、22b内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ23a、23bの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路TM01モードの略1/4波長となっている。
Here, the
また、本実施の形態2におけるロータリージョイントは、図3に示すように、同軸線路21a、21bとオーバーサイズ円形導波管22a、22bとの不連続面にステップ25a、25bをさらに設けたことを特徴としている。
Further, as shown in FIG. 3, the rotary joint in the second embodiment is further provided with
本実施の形態2におけるロータリージョイントは、ステップ25a、25bを有している点を除けば、実施の形態1におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態1と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。
The rotary joint according to the second embodiment has the same structure as the rotary joint according to the first embodiment except that the
さらに、本実施の形態2におけるロータリージョイントは、ステップ25a、25bを有することにより、同軸線路21a、21bとオーバーサイズ円形導波管22a、22bとの接続面において、インピーダンスの変化量を小さくすることができ、帯域阻止フィルタの反射特性を改善することができる。
Furthermore, the rotary joint according to the second embodiment has
以上のように、実施の形態2によれば、入出力同軸線路とオーバーサイズ円形導波管の接続面(不連続面)にステップ形状を設けることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、帯域阻止フィルタの反射特性を改善することが可能となる。これにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合にも、フィルタの設置が不要となり、部品点数の削減による低コスト化、小型化を可能とするロータリージョイントが実現できる。 As described above, according to the second embodiment, by providing a step shape on the connection surface (discontinuous surface) of the input / output coaxial line and the oversized circular waveguide, the rotary joint can be mounted in a state having a rotation function. While being able to operate as a band rejection filter, it is possible to improve the reflection characteristics of the band rejection filter. Thereby, even when it is necessary to suppress unnecessary waves of the antenna device, it is not necessary to install a filter, and a rotary joint that can be reduced in cost and size by reducing the number of components can be realized.
なお、上述の説明においては、入出力同軸線路とオーバーサイズ円形導波管の接続する不連続面にステップ形状を設ける場合について示したが、テーパ形状にすることによっても、インピーダンスの変化量を小さくすることができ、このような形状によっても反射特性の改善が可能となる。 In the above description, the case where the step shape is provided on the discontinuous surface connecting the input / output coaxial line and the oversized circular waveguide has been described. However, the amount of change in impedance can be reduced by using the tapered shape. Such a shape can also improve the reflection characteristics.
実施の形態3.
図4は、本発明の実施の形態3におけるロータリージョイントの断面図である。図4のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路31a、31b、オーバーサイズ円形導波管32、プローブ33a、33b、および接続部34で構成される。さらに、接続部34は、チョーク溝34aおよびベアリング34bを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部34を介して回転可能である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotary joint according to Embodiment 3 of the present invention. The rotary joint shown in FIG. 4 includes
ここで、同軸線路31a、31bの内導体であるプローブ33a、33bのそれぞれは、図4に示すように、同軸線路31a、31bからオーバーサイズ円形導波管32内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ33a、33bの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路TM01モードの略1/4波長となっている。
Here, each of the
また、本実施の形態3におけるロータリージョイントは、所望の周波数における略1/4波長の長さの溝35が、オーバーサイズ円形導波管32の管壁に少なくとも1つ以上設けられたことを特徴としている。
The rotary joint according to the third embodiment is characterized in that at least one or
実施の形態3に示すロータリージョイントは、基本的には実施の形態1におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態1と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。 The rotary joint shown in the third embodiment basically has the same structure as the rotary joint in the first embodiment, and operates as a band rejection filter as in the first embodiment.
さらに、本実施の形態3におけるロータリージョイントは、オーバーサイズ円形導波管32の管壁に溝35を有することにより、例えば、この溝35の深さを、所望の帯域における1/4波長にした場合には、溝35の入り口付近では、擬似的に磁気壁に見えるため、その帯域において阻止帯域として働くこととなる。これにより、阻止帯域を増やすことが可能となる。
Furthermore, the rotary joint according to the third embodiment has the
以上のように、実施の形態3によれば、オーバーサイズ円形導波管の管壁に溝を設けることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、実施の形態1におけるロータリージョイントと比べて、阻止帯域を増やすことがでる。これにより、複数の周波数帯の不要波を抑圧する必要がある場合等に、さらなる部品点数の削減およびコスト低減を可能とするロータリージョイントが実現できる。 As described above, according to the third embodiment, by providing a groove on the tube wall of the oversized circular waveguide, the rotary joint can be operated as a band rejection filter with a rotation function. Compared with the rotary joint in the first embodiment, the stop band can be increased. Thereby, when it is necessary to suppress unnecessary waves in a plurality of frequency bands, it is possible to realize a rotary joint that can further reduce the number of parts and cost.
実施の形態4.
図5は、本発明の実施の形態4におけるロータリージョイントの断面図である。図5のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路41a、41b、オーバーサイズ円形導波管42、プローブ43a、43b、および接続部44で構成される。さらに、接続部44は、チョーク溝44aおよびベアリング44bを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部44を介して回転可能である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a rotary joint according to Embodiment 4 of the present invention. The rotary joint in FIG. 5 includes coaxial lines 41 a and 41 b that are input / output terminals, an oversized
ここで、同軸線路41a、41bの内導体であるプローブ43a、43bのそれぞれは、図5に示すように、同軸線路41a、41bからオーバーサイズ円形導波管42内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ43a、43bの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路TM01モードの略1/4波長となっている。
Here, each of the
また、本実施の形態4におけるロータリージョイントは、オーバーサイズ円形導波管42に、オーバーサイズ円形導波管42の内側に向かって円周上に突起45が少なくとも1つ以上設けられたことを特徴としている。
The rotary joint according to the fourth embodiment is characterized in that at least one or
実施の形態4に示すロータリージョイントは、基本的には実施の形態1におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態1と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。 The rotary joint shown in the fourth embodiment basically has the same structure as the rotary joint in the first embodiment, and operates as a band rejection filter as in the first embodiment.
さらに、本実施の形態4におけるロータリージョイントは、オーバーサイズ円形導波管32内部に飛び出す突起45を有しており、この突起は、コルゲート構造となっている。従って、導波管における所望のコルゲート構造は、低域通過形等のフィルタ特性を有することとなる。
Further, the rotary joint according to the fourth embodiment has a
以上のように、実施の形態4によれば、オーバーサイズ円形導波管内部に突起を設けることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、実施の形態1におけるロータリージョイントと比べて、阻止帯域を増やすことがでる。これにより、複数の周波数帯の不要波を抑圧する必要がある場合等に、さらなる部品点数の削減およびコスト低減を可能とするロータリージョイントが実現できる。 As described above, according to the fourth embodiment, by providing a protrusion inside the oversized circular waveguide, the rotary joint can be operated as a band rejection filter with a rotation function. Compared with the rotary joint in the form 1, the stop band can be increased. Thereby, when it is necessary to suppress unnecessary waves in a plurality of frequency bands, it is possible to realize a rotary joint that can further reduce the number of parts and cost.
実施の形態5.
図6は、本発明の実施の形態5におけるロータリージョイントの断面図である。図6のロータリージョイントは、入出力端子である同軸線路51a、51b、オーバーサイズ円形導波管52、プローブ53a、53b、および接続部54で構成される。さらに、接続部54は、チョーク溝54aおよびベアリング54bを有している。このような構成のロータリージョイントは、接続部54を介して回転可能である。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the rotary joint according to the fifth embodiment of the present invention. The rotary joint shown in FIG. 6 includes
ここで、同軸線路51a、51bの内導体であるプローブ53a、53bのそれぞれは、図6に示すように、同軸線路51a、51bからオーバーサイズ円形導波管52内部に延伸した構成を有している。さらに、このプローブ53a、53bの長さは、所望の阻止帯域における同軸線路TM01モードの略1/4波長となっている。
Here, each of the
また、本実施の形態5におけるロータリージョイントは、図6に示すように、プローブ53a、53bの太さが、オーバーサイズ円形導波管52内の先端に向かうほど細くなっていることを特徴としている。
In addition, the rotary joint according to the fifth embodiment is characterized in that the thickness of the
実施の形態5に示すロータリージョイントは、基本的には実施の形態1におけるロータリージョイントと同様の構造を有しており、実施の形態1と同様に帯域阻止フィルタとして動作する。 The rotary joint shown in the fifth embodiment basically has the same structure as the rotary joint in the first embodiment, and operates as a band rejection filter as in the first embodiment.
さらに、本実施の形態5におけるロータリージョイントは、入出力同軸線路51a、51bから延伸されたプローブ53a、53bが先端に向かうほど細くなっているため、同軸線路TM01モードのインピーダンスが高くなる。従って,阻止特性の要因となる同軸線路TM01モードへのTEMモードからの結合が大きくなり,阻止帯域の広帯域化が実現できる。
Further, the rotary joint according to the fifth embodiment is so thin that the
この効果を、有限要素法を用いた数値計算例により示す。図7は、本発明の実施の形態5におけるプローブ形状の違いによる通過特性の比較を示した図である。プローブ53a、53bを、図6に示すように、テーパ状に細くしたロータリージョイントの通過特性が実線で示されている。また、プローブ53a、53bを、図1に示すように、直線状に延伸したロータリージョイントの通過特性が破線で示されている。
This effect is shown by a numerical calculation example using the finite element method. FIG. 7 is a diagram showing a comparison of pass characteristics due to differences in probe shape according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the passage characteristics of a rotary joint in which the
これら2つの通過特性を比較すると、プローブ53a、53bをテーパ状に細くすることにより、プローブ53a、53bの長さが同軸線路のTM01モードの略1/4波長となる周波数fc付近における阻止帯域が広がっていることがわかる。
Comparing these two pass characteristics, by making the
以上のように、実施の形態5によれば、プローブ形状をテーパ状に細くすることにより、回転機能を有した状態でロータリージョイントを帯域阻止フィルタとして動作させることができるとともに、帯域阻止フィルタの阻止帯域の広帯域化が可能となる。これにより、アンテナ装置の不要波を抑圧する必要がある場合にも、フィルタの設置が不要となり、あるいはフィルタを併用するときでも構成の簡単な小型なフィルタで済ますことのでき、部品点数の削減による低コスト化、小型化を可能とするロータリージョイントが実現できる。 As described above, according to the fifth embodiment, by reducing the probe shape into a tapered shape, the rotary joint can be operated as a band rejection filter with a rotation function, and the band rejection filter is blocked. The bandwidth can be increased. This makes it unnecessary to install a filter even when it is necessary to suppress unwanted waves from the antenna device, or even when using a filter, a small filter with a simple configuration can be used. A rotary joint that can be reduced in cost and size can be realized.
なお,上述の説明においては、プローブ53a、53bの形状をテーパ状に細くした場合の効果について示したが,階段状に細くした場合にも同様の効果が得られる。
In the above description, the effect when the shape of the
11a、21a、31a、41a、51a 入力同軸線路、11b、21b、31b、41b、51b 出力同軸線路、12a、12b、22a、22b、32、42、52 オーバーサイズ円形導波管、13a、13b、23a、23b、33a、33b、43a、43b、53a、53b プローブ(内導体)、14、24、34、44、54 接続部、14a、24a、34a、44a、54a チョーク溝、14b、24b、34b、44b、54b ベアリング、25a、25b ステップ、35 溝、45 突起。
11a, 21a, 31a, 41a, 51a Input coaxial line, 11b, 21b, 31b, 41b, 51b Output coaxial line, 12a, 12b, 22a, 22b, 32, 42, 52 Oversized circular waveguide, 13a, 13b, 23a, 23b, 33a, 33b, 43a, 43b, 53a, 53b Probe (inner conductor), 14, 24, 34, 44, 54 Connection part, 14a, 24a, 34a, 44a, 54a Choke groove, 14b, 24b,
Claims (5)
入出力端を構成する同軸線路と
を備えたロータリージョイントにおいて、
前記同軸線路は、前記オーバーサイズ円形導波管を介して入力端の同軸線路と出力端の同軸線路とが対向配置され、前記入力端の同軸線路および前記出力端の同軸線路のそれぞれの内導体が、阻止帯域の周波数が通過帯域の周波数よりも高い通過特性での所望の阻止帯域における同軸線路の高次モードの略1/4波長の長さで前記オーバーサイズ円形導波管内に延伸した構造を有する
ことを特徴とするロータリージョイント。 An oversized circular waveguide having a rotation mechanism inside;
In a rotary joint equipped with a coaxial line constituting the input / output end,
In the coaxial line, the coaxial line at the input end and the coaxial line at the output end are arranged to face each other via the oversized circular waveguide, and the inner conductors of the coaxial line at the input end and the coaxial line at the output end are arranged. Is a structure that extends into the oversized circular waveguide with a length of approximately ¼ wavelength of the higher-order mode of the coaxial line in a desired stopband with a passband frequency higher than that of the passband. A rotary joint characterized by having.
前記オーバーサイズ円形導波管および前記同軸線路は、前記オーバーサイズ円形導波管と前記同軸線路との不連続面においてステップ形状またはテーパ形状を有することを特徴とするロータリージョイント。 The rotary joint according to claim 1,
The oversized circular waveguide and the coaxial line have a step shape or a tapered shape at a discontinuous surface between the oversized circular waveguide and the coaxial line.
前記オーバーサイズ円形導波管は、内部管壁に少なくとも1つの円周状の溝を有することを特徴とするロータリージョイント。 The rotary joint according to claim 1 or 2,
The oversized circular waveguide has at least one circumferential groove on an inner tube wall.
前記オーバーサイズ円形導波管は、内部管壁に少なくとも1つの円周状の突起を有することを特徴とするロータリージョイント。 The rotary joint according to claim 1 or 2,
The oversized circular waveguide has at least one circumferential protrusion on an inner tube wall.
前記同軸線路は、前記オーバーサイズ円形導波管に延伸された前記同軸線路の内導体の形状をテーパ状または階段状にしたことを特徴とするロータリージョイント。 The rotary joint according to any one of claims 1 to 4,
In the coaxial line, the shape of the inner conductor of the coaxial line extended to the oversized circular waveguide is tapered or stepped.
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