JPH08154007A - アダプティブアンテナ整合回路網 - Google Patents
アダプティブアンテナ整合回路網Info
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- JPH08154007A JPH08154007A JP7126278A JP12627895A JPH08154007A JP H08154007 A JPH08154007 A JP H08154007A JP 7126278 A JP7126278 A JP 7126278A JP 12627895 A JP12627895 A JP 12627895A JP H08154007 A JPH08154007 A JP H08154007A
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- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
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Abstract
るアダプティブアンテナ整合回路網を提供することにあ
る。 【構成】 移動無線電話において、送信電力増幅器(2
4)と二重通信回路(18)との間にアダプインピーダ
ンス整合回路(25)が配置されている。アダプティブ
整合回路(25)はアンテナ(17)を関連電子回路に
整合させ、これにより、基地局との通信を維持するとき
の電力伝達を最適化し且つ装置自体の内部電力消費を最
小にする。アダプテーションアルゴリズムは、反射係数
が大きいと識別されると、アイドル期間中に選択され且
つ実行される。受動π形回路網のリアクタンスは増分的
に変更され、且つ最適整合を達成するセッティングが次
回の使用のために記憶される。
Description
ls of power transfer) を改善するため、アンテナイン
ピーダンスの変化が整合(マッチング)されるように構
成されたアダプティブアンテナ整合回路網に関する。
号と電気信号との間の変換を行う応答が可能である。こ
のようにして放射するのに充分な高い周波数を有する電
気信号は、通常、「無線周波数(RF)」信号と呼ばれ
ており、当業界では、信号の固有能力を再放射できるよ
うにするには、この種類の信号を送信及び処理するとき
に注意しなければならないことが良く知られている。ア
ンテナを設計するときに考察すべき重要なパラメータは
特性インピーダンスであり、アンテナと該アンテナに接
続される回路との間に最大の電力伝達が得られるように
するには、アンテナの特性インピーダンスと関連回路の
特性インピーダンスとを整合させることが重要である。
実際に、回路は、最大電力伝達を達成するのに必要なイ
ンピーダンスをアンテナに与えるように設計される。し
かしながら、アンテナの特性インピーダンスも作動条件
に従って変化する。例えば、移動セルラー電話は、使用
者の近くで使用されるときに、しばしば車両の計器盤の
近くの台上に置かれる。これらの各位置はアンテナの特
性インピーダンスに変化をもたらし、この変化は、多か
れ少なかれ電話の正常作動を妨げる。
のインピーダンスとの間に不整合が生じると、両装置間
の電力伝達が最適にはならない。従って、送信の間、出
力電力増幅器により発生された信号がアンテナに供給さ
れる。しかしながら、不整合が存在すると、アンテナに
より全ての信号が送信される訳ではなく、一部は増幅器
に反射して戻される。同様に、信号を受信するときで
も、全ての信号がアンテナから受信回路に伝達される訳
ではなく、幾分かの信号はアンテナに反射して戻され、
この場合にも、アンテナと関連回路との間の電力伝達は
最適にはならない。また、増幅器とアンテナとの間の非
最適整合は、増幅器の性能を低下させ、このため、増幅
器の直線性、効率及び他の重要性能に影響を及ぼす。正
常な作動中、アンテナの作動インピーダンスに変化が生
じることが認められる。従って、インピーダンスのこれ
らの変化を無くすため、これらの変化を補償するアダプ
ティブアンテナ整合回路網を設けることができる。この
形式の回路網は、国際特許出願WO88/05214に
開示されている。この開示によれば、装置は到来信号の
信号強度をモニタリングし、従来技術において良く知ら
れているような信号強度の視覚表示を与える。また、信
号強度レベルは、アンテナのインピーダンス変化を補償
するように構成されたアダプティブ回路網に適合させる
のにも使用される。したがって、この開示によれば、信
号強度の低下が識別される場合には、この低下はアンテ
ナの不整合によるものであると考え、アンテナの整合特
性を改善するための手順が実施される。
下がアンテナ不整合以外の理由により生じた場合に、ア
ンテナ整合回路網のアダプテーション(適合化)が、信
号強度の低下に応答して行われることである。従って、
アダプテーションはせいぜいアンテナ不整合以外の理由
によるものに対して行われ、送信特性を改善するもので
はなく、且つ最悪の場合には送信特性を悪化させてしま
う。かくして、信号強度が低下し、送信の悪化をもたら
す状況が、整合回路へのアダプテーションに影響を与
え、これが送信特性を悪化させ、最悪の場合には送信不
能になってしまう。
技術の上記欠点を解消することにある。
ば、アダプティブアンテナ整合回路網のインピーダンス
がアンテナの作動環境に応答して調節されるアダプティ
ブアンテナ整合回路網において、反射された信号のレベ
ルを直接測定する手段と、該手段に応答して整合回路網
のインピーダンスを調節する手段とを有することを特徴
とするアダプティブアンテナ整合回路網が提供される。
従って、本発明では、アダプテーションは、アンテナの
不整合により直接反射される信号のレベルに直接応答し
て制御される。従って、例えば信号強度が他の原因によ
り低下される場合にはアダプテーションの変更は行なわ
れない。
を説明する。図1には、基地局16と通信する無線セル
ラー電話15が示されている。無線電話は、割当てられ
たタイムスロット中にデータが送信されるTDMA形式
である。また、電話が送信も受信も行っていないアイド
ル期間を利用できる。電話は、地理的位置に基づいて、
基地局16のような複数の基地局のうちの1つと通信で
きるように配置されている。また、通常、電話は隣接セ
ル内に移動されるため、電話は、前記アイドル期間中、
他の基地局と良い通信が行えるか否かを探査した後、前
の基地局との通信が終了され、より明瞭な送信特性が得
られる基地局と再通信される。送信信号及び受信信号は
更に、周波数分割多重通信により互いに分離される。従
って、送出信号(out-going signals)は、第1周波数の
キャリヤを有するタイムスロット内で送信され、一方、
到来信号(in-coming)は異なる周波数のキャリヤ上に受
信される。この方法において、アンテナ17は送信及び
受信の両方に使用され、且つ二重通信機能を得るための
周波数検知回路が設けられる。
されている。アンテナ17は、本質的に第1バンドパス
フィルタ19及び第2バンドパスフィルタ20を備えて
いる二重通信回路18に接続されている。アンテナ17
により受信された信号はバンドパスフィルタ19を通る
ことができ、次に、入力増幅器22を介して入力処理回
路21に供給される。同様に、出力回路23は、出力電
力増幅器24、アダプティブアンテナ整合回路網25及
び出力バンドパスフィルタ20を介してアンテナ17に
供給される信号を発生する。この実施例では、無線電話
により送信される信号を考察することによりアンテナの
整合が行われる。別の実施例では、入力バンドパスフィ
ルタ19と入力増幅器22との間に、アダプティブアン
テナ整合回路網又は別の整合回路網を設けることができ
る。しかしながら、受信経路に優先して、送信経路では
非常に高い信号レベルを利用できることが理解されよ
う。更に別の実施例では、送信信号及び受信信号の両方
に応答してアダプテーションが行われるように、アンテ
ナ17と二重通信回路18との間にアダプティブアンテ
ナ整合回路網25を設けることができる。しかしなが
ら、前述のように、後で詳述する好ましい実施例では、
アダプティブアンテナ整合回路網25は、出力増幅器2
4と二重通信回路18との間に設けられている。
25が詳細に示されている。デジタルプロセッサ32か
ら受信した信号に応答する受動可変リアクタンス部品の
適合可能な受動整合回路網31により、インピーダンス
の整合が行われる。出力電力増幅器24からの出力信号
はカプラ33を介して整合回路31に供給され、カプラ
33は、前記信号の一部を、検出器34及びAD変換器
35を介してプロセッサ32に伝達するように構成され
ている。検出器34は、本質的にダイオードからなり且
つカプラ33から受信した信号の電力に比例する電圧を
発生するように構成されている。この電圧は、次に、該
電圧のデジタル表示をプロセッサ32に供給するように
構成されたAD変換器35に供給される。従って、カプ
ラ33、検出器34及びAD変換器35は、デジタル表
示を、アンテナに供給される順方向送信信号のプロセッ
サ32に供給する。一般に、無線電話が送信レベルを決
定すると、直接測定を必要とすることなく、送信レベル
のデジタル表示を与えることができる。デジタルプロセ
ッサ32の代わりに、アナログプロセッサを使用でき、
この場合にはAD変換器35、37が不要になる(図4
参照)。別のオプションとして、2つの検出器34、3
6を単一の検出器134に置換できる。この場合には、
スイッチ136を設けて、順方向波及び逆方向波を個々
にサンプリングできるようにする(図5参照)。この構
成は、アナログ又はデジタルプロセッサ132で実施で
きる。プロセッサは、順方向波をサンプリングして送信
された出力電力を決定し、次に、整合回路網の変化に応
答して逆方向波を測定する。
の間にインピーダンス不整合がある場合には、アンテナ
17に供給される送出信号の一部が関連回路にリフレク
トバックされる。かくして、カプラ33を介してその右
側から左側に送信され、その後アンテナに送信される順
方向信号に加え、信号は、また、アンテナから、カプラ
33を介してその左側から右側にリフレクトバックされ
る。カプラ33は、これらの戻り経路信号の一部を、第
1検出器34と実質的に同じである第2検出器36及び
第1AD変換器35と実質的に同じである第2AD変換
器37を介してプロセッサ32に導くように構成されて
いる。かくして、送信中に、順方向経路信号の強度のデ
ジタル表示を受信することに加え、プロセッサ32に
は、また、戻り経路の信号強度のデジタル表示が与えら
れる。その後、順方向経路及び戻り方向経路の両方につ
いての信号強度の表示を受信し、プロセッサ32は、ア
ンテナからカプラ33にリフレクトバックされる順方向
経路信号の一部を計算する。これらの2つの表示に応答
して、プロセッサ32は、戻された信号強度を表す値を
順方向信号強度で除し、電力反射係数(power reflecti
on coefficient)として識別される値を得るように構成
されている。順方向信号強度を表す値は、送信された信
号レベルでもよいし、或いは送信された信号の何らかの
他の測定値でもよい。整合回路網31の目的は、反射係
数の値を減少させることである。かくして、プロセッサ
32は、整合回路網31の作動特性を変更し、反射係数
を再計算し、前の反射係数に対して新しい反射係数を比
較し、且つこの比較に応答して整合回路網31を更に変
更するように構成されている。
おり、該整合回路網31は、第1可変リアクタンス回路
41、第2可変リアクタンス回路42及び第3可変リア
クタンス回路43を有している。第1ポート44は、順
方向の入力ポート及び戻り方向の出力ポートを形成す
る。同様に、第2ポート45は、順方向の出力ポート及
び戻り方向の入力ポートを形成する。可変リアクタンス
回路41、42、43はπ形回路網に構成されている。
しかしながら、この代わりに、T形回路網を使用でき
る。各可変リアクタンス回路41、42、43は、それ
ぞれの制御ポート46、47、48からそれぞれの制御
信号を受信する。プロセッサ32はデジタル制御信号を
発生し、該信号は、制御信号をポート46、47、48
にそれぞれ供給するAD変換器38、39、40により
アナログ制御信号に変換される。アナログプロセッサを
使用する場合には、AD変換器38、39、40は不要
である。信号ポート45は、DC減結合コンデンサ49
により、可変リアクタンス回路41からDC遮断されて
いる。同様に、結合コンデンサ50は、可変リアクタン
ス回路43から信号ポート44をDC遮断する。制御ポ
ート46に加えられる制御信号は、バラクタダイオード
51にバイアスを加え、これにより、インダクタ52及
び抵抗器53を介して前記装置のキャパシタンスを調節
する。同様なバラクタダイオード54が、ポート47に
供給される制御信号により、インダクタ55及び及び抵
抗器56を介して制御される。同様に、バラクタダイオ
ード57は、制御ポート48に供給される制御信号を、
インダクタ58及び直列に接続された抵抗器59を介し
て受信する。
はコンデンサ60と直列に接続され、該コンデンサ60
はインダクタ61、コンデンサ62及びバラクタダイオ
ード54と直列に接続されている。該バラクタダイオー
ド54の反対側には別のコンデンサ63が直列に接続さ
れ、該コンデンサ63自体はコンデンサ50と直列に接
続されている。コンデンサ49とコンデンサ60との間
の相互接続部は、インダクタ64を介して接地されてい
る。同様なインダクタ65が、バラクタダイオード54
とコンデンサ63との間の相互接続部を接地している。
各可変リアクタンス回路41、42、43は、それぞれ
の制御ポート46、47、48に供給される適当な信号
に応答して、各可変リアクタンス回路が共振し、これに
より有効な透過性をもつように構成される。また、制御
信号を前記制御部品に供給して、これらのそれぞれのリ
アクタンス回路を、キャパシティブ(容量性)又はイン
ダクティブ(誘導性)にすることができる。従って、ア
ンテナの特性インピーダンスに生じることがある殆どの
リーズナブルな変化を補償すべく、前記制御部品に適当
な制御信号を適用することにより、図6に示す回路の全
リアクタンスを調節することができる。また、図3〜図
5に示す回路には、アンテナの特性インピーダンスが非
常に大きく変化して、図4に示す回路が事実上この変化
を補償できなくなった場合に警告信号を発生する手段を
設けることができる。このような変化は、例えば、アン
テナに損傷が生じた場合に生じることがある。
ての変更は、スミスチャート上の位置としてとして表す
ことができ、これ以上の詳細については当該分野の標準
テキストを参照されたい。しかしながら、本発明の開示
の目的からは、3つのリアクタンス回路(reactive cir
cuits)が、補償すべきアンテナの特性インピーダンスの
実際のあらゆる変化に充分な自由度を与え、適当な調節
をすることにより、アンテナとその関連回路との間に満
足できる整合を達成できるということを述べておくだけ
で充分であろう。補償は、並列リアクタンス回路(回路
41又は回路43)のうちの一方を共振させる(すなわ
ち、インピーダンスの観点から有効に透過性にする)こ
とにより達成される。その後、直列回路42がキャパシ
ティブ又はインダクティブ(すなわち、所定のリアクタ
ンス値)にセットされ、その後、他の並列回路のリアク
タンス(すなわち、キャパシティブな値及びインダクテ
ィブな値の範囲)について変更がなされた後に、前記回
路についての最適値が選択される。これらの変更は増分
的に行うことができる。図4に示す回路の適合中の作動
が、図7、図8、図9及び図10に示されている。好ま
しい実施例では、アダプテーションはアイドル期間中に
行われ、このため、悪化される不整合をもたらすインピ
ーダンス値が送信特性に事実上影響を与えることはな
い。送信が連続的に行われる別の実施例(例えばアナロ
グ装置)では、変更は極めて迅速に行われ、これによ
り、送信が認知できる程の影響を受けることはない。別
の方法として、有害な効果を最小に留めるべく、一定範
囲に限定して変更を行なうこともできる。
アダプテーションアルゴリズムを実行する必要がない。
例えば、アダプテーションアルゴリズムは0.5秒毎に
1回、又は他の期間が適当であると判明したときにはい
つでもコールすることができる。このアプローチの長所
は、適当なプロセッサソフトウェアの制御下で、アイド
ル期間を他の機能のために使用できることである。好ま
しい実施例では、アダプテーションアルゴリズムは、移
動電話内にある主制御プロセッサ32によりコールされ
る。しかしながら、別の実施例では、整合回路網がアド
オン装置として(できるならばブースタ装置の一部とし
て)設けられ、この構成では、装置自体が保有するプロ
セッサによりアダプテーションアルゴリズムが実行され
る。アダプテーションアルゴリズムを実行するため信号
が送信され、これにより、順方向経路の強度が測定され
且つ戻り方向経路の信号強度と比較される。電池寿命を
大幅に短縮させないようにするか、送信中にアダプテー
ションアルゴリズムを実行するため、低出力電力が望ま
れている。信号強度の好ましい測定は、アナログ装置の
場合のように、送信中に行われる。しかしながら、測定
は、送信前の「デッドタイム」中に行うこともできる。
経路の強度で除すと、反射係数の計算ができ、整合回路
網のアダプテーションが必要であるか否かを決定するの
にこの係数が評価される。反射係数が適当に小さいこと
が識別されると、アンテナ整合が充分に良好で、回路網
31のこれ以上の適合を行う必要がないと考えられる。
一方、反射係数が第2所定値より大きく、極端なアンテ
ナ不整合が識別されると、警報を発することができ、こ
の場合にも整合回路網31の適合に関してこれ以上の対
応は行われない。しかしながら、反射係数が第1所定値
より大きく且つ前記第2所定値より小さい範囲内にある
ときには、アダプテーションアルゴリズムを実行してア
ンテナとその関連回路との間の整合を改善することを試
みる。アダプテーションアルゴリズムは、制御部品4
6、47、48に供給される制御信号の値であると考え
られる。これらの値は「最良」値としてレジスタに記憶
され、この値は、反射係数が改善(すなわち減少)され
た場合には、アダプテーションアルゴリズムを行う間に
変更できる。アダプテーションアルゴリズムは、回路4
3を共振させ、回路42をキャパシティブにし、且つ回
路41をキャパシティブ値及びインダクティブ値の範囲
に亘って調節することにより開始される。この態様が、
図7に簡単化した形態で示されている。かくして、回路
43は今や効果的な透過性を有するものとなり且つコン
デンサの役目を果たす。回路41は今やその最大キャパ
シティブ値に調節され且つレジスタには、「最良」値と
して制御部品に供給される値を表す信号が負荷される。
るけれども、アダプテーションアルゴリズムを行う間
中、より良い「最良」値が識別されることが理解されよ
う。アルゴリズムは、回路41のリアクタンスを調節し
且つ回路41のキャパシティブを低下させ且つ所定の増
分でよりインダクティブにすることにより、続けられ
る。各調節を行った後、反射係数は、調節により、記憶
された「最良」状態よりも改善された状態が得られたか
否かを決定すると考えられる。改善がなされた場合に
は、「最良」値が置換され且つ現在の値が新しい「最
良」値として記憶される。かくして、この手順は、回路
41の最大キャパシティブ値から最大インダクティブ値
に亘り、回路41のリアクタンスの増分値について反復
される。図8に示すように、この手順は、今や、インダ
クティブになっている装置42について反復される。か
くして、装置42がインダクティブにされた後、装置4
1のリアクタンスがその最大キャパシティブに調節され
且つ最大インダクティブ値に到達するまで所定のステッ
プにおいて増分操作がなされる。各段階において、反射
係数が「最良」値と比較され、より良い「最良」値であ
ることが判明すると、制御信号レジスタが更新される。
ついても反復され、該装置42は再びキャパシティブに
され(番号42Cで示す)、回路43のリアクタンスに
対して掃引調節が行われる。かくして、回路43はその
最大キャパシティブ値に調節され、その後、回路43が
その最大インダクティブ値に到達するまで、所定の増分
で調節される。各段階において、反射係数が「最良」値
と比較され、適当であればレジスタが更新される。図1
0には最終アダプテーション手順が示されている。かく
して、装置42は再びインダクティブにされ(番号42
Lで示す)、装置43のリアクタンスはその最大キャパ
シティブ値から最大インダクティブ値まで所定の増分で
掃引される。各段階において、「最良」値が記憶値と比
較され、適当であれば更新される。かくして、アダプテ
ーションプロセス中に、可能な全ての値が考察され、多
くの場合に、アンテナの関連回路に対するアンテナの実
際の整合が、アダプテーションプロセスが開始される前
の整合よりかなり悪化することが理解されよう。しかし
ながら、このアダプテーションがアイドル期間中に行な
われると、全送信特性に悪影響を及ぼすことはない。各
段階において、反射係数が「最良」値と比較され、制御
信号としてより良い値が見出されると、レジスタの前記
値が書き換えられる。かくして、アダプテーションアル
ゴリズムの完了後に、制御信号についての可能な限り最
良のセッティングが決定され、その後、これらのセッテ
ィングが自動的にレジスタから読み取られ、且つ送信及
び受信期間中に制御ポートに適用するための新しい値と
して選択される。
図面である。
の移動電話内の回路を詳細に示す図面である。
って、各回路が整合回路網を備えている一例を詳細に示
す図面である。
って、各回路が整合回路網を備えている一例を詳細に示
す図面である。
って、各回路が整合回路網を備えている一例を詳細に示
す図面である。
である。
等価回路の一例を示す図面である。
等価回路の一例を示す図面である。
等価回路の一例を示す図面である。
の等価回路の一例を示す図面である。
Claims (13)
- 【請求項1】 アダプティブアンテナ整合回路網のイン
ピーダンスがアンテナの作動環境に応答して調節される
アダプティブアンテナ整合回路網において、反射された
信号のレベルを直接測定する手段と、該手段に応答して
整合回路網のインピーダンスを調節する手段とを有する
ことを特徴とするアダプティブアンテナ整合回路網。 - 【請求項2】 前記整合回路網は、また、送信された信
号のレベルに応答して調節されることを特徴とする請求
項1に記載のアダプティブアンテナ整合回路網。 - 【請求項3】 前記整合回路網は、また、送信された信
号のレベルの直接測定に応答して調節されることを特徴
とする請求項1に記載のアダプティブアンテナ整合回路
網。 - 【請求項4】 前記整合回路網は、前記反射された信号
のレベルを前記送信された信号のレベルで除すことによ
り計算される反射係数のレベルに応答して調節されるこ
とを特徴とする請求項2又は3に記載のアダプティブア
ンテナ整合回路網。 - 【請求項5】 前記調節手段は、反射された信号が所定
の基準レベルに適合する旨の表示に応答することを特徴
とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアダプティ
ブアンテナ整合回路網。 - 【請求項6】 前記調節手段は、調節により得られたイ
ンピーダンス整合と、前に記録された最良のインピーダ
ンス整合とを比較し、調節されたインピーダンス整合の
方が良好な場合には、記録された最良インピーダンス整
合を調節された整合に置換する手段を備えていることを
特徴とする請求項5に記載のアダプティブアンテナ整合
回路網。 - 【請求項7】 前記インピーダンス整合は、調節毎に、
記録された最良インピーダンス整合に戻ることを特徴と
する請求項6に記載のアダプティブアンテナ整合回路
網。 - 【請求項8】 前記反射された信号の前記レベルは、結
合手段により測定されることを特徴とする請求項1〜7
のいずれか1項に記載のアダプティブアンテナ整合回路
網。 - 【請求項9】 前記反射された信号は、アンテナから反
射されて送信回路に戻されることを特徴とする請求項1
〜8のいずれか1項に記載のアダプティブアンテナ整合
回路網。 - 【請求項10】 前記送信回路は、移動無線電話の一部
を形成することを特徴とする請求項9に記載のアダプテ
ィブアンテナ整合回路網。 - 【請求項11】 前記送信回路は、移動無線電話用ブー
スタの一部を形成することを特徴とする請求項9に記載
のアダプティブアンテナ整合回路網。 - 【請求項12】 前記回路が受動可変リアクタンス部品
を備えていることを特徴とする請求項1〜11のいずれ
か1項に記載のアダプティブアンテナ整合回路網。 - 【請求項13】 前記部品がπ形回路網又はT形回路網
として構成されていることを特徴とする請求項12に記
載のアダプティブアンテナ整合回路網。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9410513A GB2289989B (en) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Adaptive antenna matching |
GB9410513:7 | 1994-05-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP3347913B2 JP3347913B2 (ja) | 2002-11-20 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12627895A Expired - Fee Related JP3347913B2 (ja) | 1994-05-25 | 1995-05-25 | アダプティブアンテナ整合回路網 |
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---|---|
US (1) | US5778308A (ja) |
EP (1) | EP0685936B1 (ja) |
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