JPH10107533A - アンテナ - Google Patents

アンテナ

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JPH10107533A
JPH10107533A JP28189896A JP28189896A JPH10107533A JP H10107533 A JPH10107533 A JP H10107533A JP 28189896 A JP28189896 A JP 28189896A JP 28189896 A JP28189896 A JP 28189896A JP H10107533 A JPH10107533 A JP H10107533A
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JP
Japan
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pattern
antenna
ground
substrate
patterns
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JP28189896A
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Inventor
Jiyunji Tomori
純司 土守
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Toa Corp
Original Assignee
Toa Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント基板製のアンテナにおいて、アンテ
ナの全長を短くする。 【解決手段】 ブラウンアンテナの地線を下方に下げ
て、これが同軸ケーブルに沿う程度に変形させたのと略
等価なアンテナを基板1上に形成する。なお、基板1上
における給電線路パターン11及び外部導体部パターン
12、12が、それぞれブラウンアンテナにおける同軸
ケーブルの内部導体及び外部導体に対応し、グランド部
パターン13、13及びアンテナ素子部パターン15
が、それぞれブラウンアンテナにおける地線(グランド
側エレメント)及び垂直導線(HOT側エレメント)に
対応する。ここで、グランド部パターン13、13は、
外部導体部パターン12、12に近接して設けられてい
るので、ここでの電波の伝搬速度が低下し、ひいては波
長が短くなる。従って、グランド部パターン13、13
を短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ(空中
線)に関し、特にプリント基板によって形成された所謂
プリント基板製のアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、アンテナの基本形であるダイポ
ールアンテナ、特に半波長ダイポールアンテナを基本と
したアンテナとして、スリーブアンテナや、ブラウンア
ンテナ、及びホイップアンテナ等が知られている。
【0003】これら各アンテナのうち、スリーブアンテ
ナは、例えば図4に示すように、同軸ケーブル101の
内部導体102を外部導体103の端末よりも4分の1
波長(λ/4;λはアンテナの使用波長)だけ伸ばし、
かつ外部導体103にλ/4の長さを有する折り返しパ
イプ(スリーブ、パルン)104を上記内部導体102
の伸延方向とは逆の方向に設けたもので、上記内部導体
102及び折り返しパイプ104によって半波長ダイポ
ールアンテナを形成したものである。
【0004】また、ブラウンアンテナは、例えば図5に
示すように、上記スリーブアンテナの折り返しパイプ1
04の代わりに、外部導体部103の端末に、2乃至4
本のλ/4の長さの導体線105、105、・・・を放
射状に接続したものである。なお、この放射線状の導体
線105、105、・・・は、地線と呼ばれている。
【0005】そして、ホイップアンテナは、例えば図6
に示すように、λ/4の長さの垂直導体線106のみか
ら成り、これを同軸ケーブル101の内部導体102に
接続し、同軸ケーブル101の外部導体103について
は、これを直接接地板107に接続したものである。こ
のホイップアンテナによれば、接地板107が大地と見
なされ、即ち垂直接地アンテナと略同様に動作する。
【0006】上記各アンテナは、いずれも比較的に簡単
な構成でありながら、良好に動作するアンテナとして知
られているが、これらをプリント基板で構成することに
よって、アンテナをより薄く、かつ軽量に、そしてより
安価に製造することができる。従来、このようなプリン
ト基板製のアンテナを実現するために、基板上に上記各
アンテナと略等価的な形状のパターンを形成することに
よって、上記各アンテナと略等価な特性を有するアンテ
ナを構成していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、単に上記各アンテナと略等価的な形状を有
するパターンを基板上に形成しているだけの構成である
ので、アンテナ自体を小型化することはできないという
問題がある。例えば、スリーブアンテナにおいては、そ
の全体長が、内部導体102の長さ寸法λ/4と折り返
しパイプ104の長さ寸法λ/4とを足し合わせた寸
法、即ちλ/2であることには変わりない。また、ブラ
ウンアンテナについては、放射線状の地線105、10
5、・・・が必要であり、例えこれを傾けてひいては同
軸ケーブル101に沿わせることによってアンテナ全体
を細長くしたのと略等価な形状のパターンを形成したと
しても、アンテナの全体長としては、内部導体102と
地線105、105、・・・とを足し合わせた長さ寸
法、即ちλ/2の長さが必要となる。そして、ホイップ
アンテナについては、接地板107が必要であることに
は変わりない。
【0008】そこで、本発明は、通常、空中に設けられ
るアンテナには無いプリント基板独特の特性を活かすこ
とによって、アンテナ自体を小型化できるプリント基板
製のアンテナを提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項1に記載の発明は、基板
上に所定の導電パターンを形成することによって構成さ
れるプリント基板製のアンテナにおいて、上記導電パタ
ーンが、直線状の給電線路パターンと、この給電線路パ
ターンを間に挟んだ状態で該給電線路パターンの両側に
沿って設けられた外部導体部パターンと、この外部導体
部パターンの一端に結合され、この一端において上記外
部導体部パターンを外側に折り返すと共に、該外部導体
部パターンに沿って、かつこれに近接する状態に設けら
れたグランド部パターンと、上記給電線路パターンにお
ける上記外部導体部パターンの上記一端側に位置する端
部から、上記給電線路パターンを延長する状態に設けら
れたアンテナ素子部パターンと、を具備するものであ
る。
【0010】即ち、給電線路パターンが同軸ケーブルの
内部導体に対応し、外部導体部パターンが同軸ケーブル
の外部導体に対応し、これら両者間の間隔(スペース)
が同軸ケーブルの内部絶縁被覆に対応する。そして、上
記同軸ケーブルの外部導体に対応する外部導体部パター
ンの一端には、この外部導体部パターンに沿ってグラン
ド部パターンが接続されており、上記同軸ケーブルの内
部導体に対応する給電線路パターンにおける上記外部導
体部パターンの上記一端側には、この給電線路パターン
を延長するようにアンテナ素子部パターンが設けられて
いる。
【0011】つまり、本請求項1に記載の発明によれ
ば、上述した図5に示すブラウンアンテナにおいて、地
線105、105、・・・を同図の下方に下げてこれを
同軸ケーブル101に沿わせたのと略等価な構成とな
り、この地線105、105、・・・に、上記グランド
部パターンが対応する。そして、上記アンテナ素子部パ
ターンが、図2の同軸ケーブル101において、外部導
体103の端末よりもλ/4だけ延長された内部導体
(垂直導線)102に対応する。
【0012】なお、上記のようにブラウンアンテナを変
形したのと等価なアンテナを構成するグランド部パター
ンは、外部導体部パターンに近接した状態でこれに沿っ
て設けられている。このようにプリント基板上で互いに
近接して設けられた導電パターンにおいては、一般に、
導体(導電パターン)の誘電率が低下し、ひいてはこの
導電パターンに電流が流れることによって発生する電磁
波(電波)の伝搬速度が低下することが知られている。
従って、上記グランド部パターンから放射される電波の
波長は、通常のアンテナ(空中に設けられたアンテナ)
から放射される電波の波長よりも短くなる。
【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明のアンテナにおいて、上記アンテナ素子部パター
ンを、蛇行させた状態(ジグザグ状)に形成したもので
ある。
【0014】即ち、アンテナ素子部パターンを、蛇行さ
せた状態に形成しているので、このアンテナ素子部パタ
ーンを、上記請求項1に記載のアンテナのものよりも短
くすることができる。
【0015】請求項3に記載の発明は、請求項1又は2
に記載の発明のアンテナにおいて、上記各パターンが、
上記基板の片面、例えば表面に形成されており、上記基
板の他面、例えば裏面に、上記基板を挟んで上記給電線
路パターンの裏側を覆うと共に、上記外部導体部パター
ンと導通する状態に、第2の外部導体部パターンを設け
たことを特徴とするものである。
【0016】即ち、給電線路パターンは、その両側が外
部導体部パターンに囲まれ、裏側が第2の外部導体部パ
ターンに囲まれた状態にある。つまり、同軸ケーブル
を、その長さ方向に沿って半分に切り取ったのと略等価
な状態となる。
【0017】請求項4に記載の発明は、請求項3に記載
の発明において、上記基板の他面、例えば裏面に、上記
基板を挟んで上記アンテナ素子部パターンと略対称にか
つ上記アンテナ素子部パターンと導通する状態に形成さ
れた第2のアンテナ素子部パターンと、上記基板を挟ん
で上記グランド部パターンと略対称にかつ上記グランド
部パターンと導通する状態に形成された第2のグランド
部パターンと、の一方又は両方を設けたことを特徴とす
るものである。
【0018】即ち、基板の裏面に、第2のアンテナ素子
部パターンと第2のグランド部パターンとの一方又は両
方を設けることによって、この基板の裏面にも、アンテ
ナ素子部パターンとグランド部パターンとの一方又は両
方を形成したのと等価な状態となる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明に係るプリント基板製のア
ンテナを、例えば430MHzの特定小電力無線局に応
用した実施の形態について、その一例を図1から図3を
参照して説明する。図1は、この発明に係るアンテナの
概略構成を示す外観図で、(a)は上記アンテナを構成
するプリント基板の表面、(b)は裏面を示している。
【0020】同図に示すように、このアンテナは、例え
ば長尺状の基板1を有している。この基板1は、例えば
一般の電子機器によく使用されている厚さt=1.6m
mのG−10ガラス・エポキシ基板製のものである。
【0021】同図(a)において、基板1の表面10に
は、その長さ方向(同図の上下方向)における略中央か
ら一端側、例えば同図の下方側に、この基板1の幅方向
(同図の左右方向)における略中央を上記基板1の長さ
方向に沿って伸延する状態に、細長い、例えば幅W11
0.5mmの直線状の給電線路パターン11が形成され
ている。
【0022】そして、給電線路パターン11の両側に
は、これを間に挟んだ状態で、直線状の2本の外部導体
部パターン12、12が、上記給電線路パターン11か
ら間隔d12を隔てて左右対称に上記給電線路パターン1
1に沿って形成されている。なお、上記間隔d12は、例
えばd12=0.5mmとされており、これによって、給
電線路パターン11のインピーダンスZをZ=75Ωと
している。また、各外部導体部パターン12、12の幅
12は、給電線路パターン11よりも太く、例えばW12
=2mmとされている。
【0023】更に、各外部導体部パターン12、12の
外側には、これら各外部導体部パターン12、12に沿
って伸延する状態に、2本のグランド部パターン13、
13が左右対称に形成されている。これら各グランド部
パターン13、13は、それぞれ上方側の端部におい
て、各々に沿う外部導体部パターン12、12の上方側
端部に、結合パターン14、14によって結合されてい
る。なお、各グランド部パターン13、13は、それぞ
れ外部導体部パターン12、12に近接しており、これ
ら両者間の間隔d13は、例えばd13=1mmとされてい
る。また、各グランド部パターン13、13の幅W
13は、例えば上記外部導体部パターン12、12の幅W
12と同じW13=2mmとされている。
【0024】そして、上記給電線路パターン11の上方
側の端部には、ここから上方に向かって伸延する状態
に、即ち上記給電線路パターン11を延長する状態に、
直線状のアンテナ素子部パターン15が形成されてい
る。このアンテナ素子部パターン15については、その
幅W15は、給電線路パターン11の幅W11よりも太く、
例えばW15=3mmとされている。また、このアンテナ
素子部パターン15の長さL15については、このアンテ
ナで使用される電波の波長λ(λ=[電波の速度c]/
[電波の周波数f]=3×108 cm/430MHz≒
35cm)の4分の1(λ/4)、即ちL15≒17.5
cmとされている。
【0025】上記構成から判るように、このプリント基
板によれば、上述した図5に示すブラウンアンテナにお
いて、地線105、105、・・・を同図の下方に下げ
てこれを同軸ケーブル101に沿わせたのと略等価なア
ンテナを形成している。即ち、給電線路パターン11
が、上記ブラウンアンテナの同軸ケーブル101内にあ
る内部導体に対応し、外部導体部パターン12、12
が、上記同軸ケーブル101内にある外部導体に対応す
る。そして、これら給電線路パターン11及び外部導体
部パターン12、12間の間隔(スペース)が、上記同
軸ケーブル101の内部絶縁被覆(図示せず)に対応す
る。
【0026】また、上記外部導体部パターン12、12
に沿って形成されたグランド部パターン13、13が、
上記ブラウンアンテナの地線105、105、・・・を
下方に下げてこれを同軸ケーブル101に沿わせたのと
略等価な状態を形成している。そして、アンテナ素子部
パターン15が、上記ブラウンアンテナにおいて、上記
同軸ケーブル101の端末よりもλ/4だけ延長された
内部導体(垂直導線、即ちHOT側エレメント)102
に対応する。
【0027】ところで、上記のように、ブラウンアンテ
ナの地線、即ちグランド(COLD)側エレメントに対
応するグランド部パターン13、13は、それぞれ外部
導体部パターン12、12との間隔d13がd13=1mm
と、この外部導体部パターン12、12に非常に近接し
た状態で設けられている。このようにプリント基板上に
おいて互いに近接して設けられた導電パターンでは、一
般に、導体(導電パターン)の誘電率が低下し、ひいて
はこの導電パターンに電流が流れることによって発生す
る電磁波(電波)の伝搬速度が低下することが知られて
いる。
【0028】従って、上記グランド部パターン13、1
3から放射される電波の波長は、通常のアンテナ(空中
に設けられたアンテナ)から放射される電波の波長より
も短くなる。よって、このグランド部パターン13、1
3の長さ寸法L13を、上記図2のブラウンアンテナの地
線105、105、・・・を単に基板上にパターン化し
たもの、即ちλ/4≒17.5cmよりも短くすること
ができる。なお、上記各寸法構成によれば、上記グラン
ド部パターン13、13の長さ寸法L13を、L13=1
2.5cmと、約30%も短縮することができる。
【0029】従って、このアンテナ自体の全長Lについ
ても、上記ブラウンアンテナの地線105、105、・
・・を下方に下げて同軸ケーブル101に沿わせたもの
や、上述の図4に示すスリーブアンテナを、単に基板上
にパターン化したものに比べて、15%も短くできるこ
とになる。勿論、上述の図3に示すホイップアンテナの
ように、設置板107等を設ける必要がないことについ
ては言うまでもない。
【0030】一方、基板1の裏面20にも、図1(b)
に示すように、いくつかのパターン22乃至25が形成
されている。これらのパターン22乃至25のうち、パ
ターン22は、基板1の表面10に形成された給電線路
パターン11の裏側を、基板1を介して覆う状態に、詳
しくは、上記給電線路パターン11と外部導体部パター
ン12、12とこれら両者間の間隔とを基板1を介して
一面に覆う状態に、形成されている。そして、このパタ
ーン22と、表面10の外部導体部パターン12、12
とは、複数のスルーホール22a、22a、・・・によ
って相互に導通されている。
【0031】このように基板1の裏面20に上記パター
ン22を設けることによって、このパターン22と給電
線路パターン11と外部導体部パターン12とで構成さ
れた部分が、同軸ケーブルをその長さ方向に沿って半分
に切り取ったのと略等価な状態となる。従って、このプ
リント基板のアンテナを、よりブラウンアンテナの特性
に近づけることができる。なお、このパターン22が、
特許請求の範囲に記載の第2の外部導体部パターンに対
応する。
【0032】また、パターン23、23は、基板1を挟
んで、その表面10に形成されたグランド部パターン1
3、13と対称に形成されると共に、複数のスルーホー
ル23a、23a、・・・によって上記グランド部パタ
ーン13、13と導通されている。更に、このパターン
23、23の上方側の端部は、パターン24、24によ
って上記パターン22の上方側端部と結合されている。
なお、パターン24、24は、基板1を挟んで、その表
面10に形成された結合パターン14、14と対称に形
成されている。
【0033】そして、パターン25についても、基板1
を挟んで、その表面10に形成されたアンテナ素子部パ
ターン15と対称に形成されている。更に、このパター
ン25は、複数のスルーホール25a、25a、・・・
によって上記アンテナ素子部パターン15と導通されて
いる。
【0034】このように、基板1の裏面20に、上記各
パターン23乃至25を設けることによって、20の裏
面にも、上述のブラウンアンテナの垂直導線102及び
地線105、105、・・・を設けたのと等価な状態と
なる。従って、基板1の裏面20に対する電波の放射電
界強度を向上させることができ、ひいてはこのアンテナ
の周囲に対してより一様な指向特性を得ることができ
る。なお、上記パターン23が、特許請求の範囲に記載
の第2のグランド部パターンに対応し、パターン25が
第2のアンテナ素子部パターンに対応する。
【0035】図2は、本実施の形態の別の例を示す図で
ある。即ち、この図2に示すアンテナは、上記図1のア
ンテナにおけるアンテナ素子部パターン15及びその裏
面に設けられたパターン25を、蛇行させた状態で、即
ちジグザグ状に形成したものである。このように、構成
することによって、アンテナ素子部パターン15及びパ
ターン25の長さ寸法L15、ひいてはアンテナの全長L
を、より短くすることができる。
【0036】なお、ここでは、このアンテナ自体の幅を
押さえるために、上記蛇行の行程幅Aを、上述の各グラ
ンド部パターン13、13間の最大幅(W11+(d12
12+d13+W13)×2=11.5mm)前後の寸法と
し、例えばA=12mmとしている。そして、蛇行のピ
ッチpを、p=12mmとしている。この構成によっ
て、このアンテナ素子部パターン15及びパターン25
の長さ寸法L15を、上記図1のL15≒17.5cmより
も約3.5cmも短いL15≒14.0cmに短縮するこ
とができ、これによってアンテナ自体の全長Lを上記図
1よりも更に約12%も短くすることができる。
【0037】上記のように構成されたアンテナの実用例
を、図3に示す。同図は、上記アンテナに例えば樹脂製
の筒状カバーを被せて、これを例えば天井に逆さに取り
付けた状態を示す図である。このようなアンテナは、例
えば構内無線設備等に用いられる。このようにアンテナ
を逆さに取り付ける場合は、屋内(室内)の美観を損な
わないように、その突出量、即ちアンテナ自体の全長
を、極力短く抑える必要があり、このような用途に対し
て本実施の形態のアンテナは、非常に大きな威力を発揮
する。
【0038】なお、本実施の形態においては、特定小電
力無線局で使用される430MHzのアンテナについて
説明したが、これ以外のアンテナについても本発明を応
用できることについては言うまでもない。
【0039】また、基板1をガラス・エポキシ製とした
が、これに限らず、例えばテフロン・ガラスやアルミナ
等の他の材質の基板によって構成してもよい。そして、
この基板1の厚さtについても、上述したt=1.6m
mに限らない。
【0040】そして、アンテナの全周に対して一様に電
波を放射する必要のない場合には、上述した図1(b)
に示す基板1の裏面20の各パターン22乃至25につ
いては、それぞれを特に設けなくてもよい。
【0041】また、各パターンの各寸法、及び各パター
ン間の間隔については上述した値に限らない。
【0042】
【発明の効果】上記のように、本発明のうち請求項1に
記載の発明のアンテナは、上述した図5に示すブラウン
アンテナの地線105、105、・・・を同図の下方に
下げてこれを同軸ケーブル101に沿わせたのと略等価
な構成である。そして、地線105、105、・・・に
対応するグランド部パターンを、外部導体部パターンに
近接させることによって、このグランド部パターンを伝
搬する電波の伝搬速度が低下することを利用して、電波
の波長が短くなるように構成している。従って、このグ
ランド部パターンの長さ寸法を、上記図2のブラウンア
ンテナの地線105、105、・・・を単に基板上にパ
ターン化したものよりも短くすることができる。よっ
て、アンテナの全体長を、上記ブラウンアンテナの地線
105、105、・・・を下方に下げたものや、上述し
たスリーブアンテナよりも短くすることができ、ひいて
はアンテナ自体を小型化できるという効果がある。ま
た、上述したホイップアンテナのように、設置板107
等を設ける必要もない。
【0043】請求項2に記載の発明によれば、アンテナ
素子部パターンを、蛇行させた状態に形成することによ
って、このアンテナ素子部パターンを、上記請求項1に
記載のものよりも短くしている。従って、請求項1に記
載の発明よりも、更にアンテナの全体長を短くできると
いう効果がある。
【0044】請求項3に記載の発明によれば、第2の外
部導体部パターンを設けることによって、給電線路パタ
ーンと外部導体部パターンと第2の外部導体部パターン
とから成る部分を、同軸ケーブルをその長さ方向に沿っ
て半分に切り取ったのと略等価な状態としている。従っ
て、よりブラウンアンテナに等価なアンテナを形成する
ことができるという効果がある。
【0045】請求項4に記載の発明によれば、第2のア
ンテナ素子部パターンと第2のグランド部パターンとの
一方又は両方を設けることによって、基板の裏面にも、
アンテナ素子部パターンとグランド部パターンとの一方
又は両方を形成したのと等価な状態としている。従っ
て、基板の裏面に対する電波の放射電界強度を向上させ
ることができ、ひいてはこのアンテナの周囲に対してよ
り一様な指向特性を得ることができる(即ち、水平面内
指向性を無指向性とすることができる)という効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアンテナの一実施の形態を示すプ
リント基板のパターン図で、(a)は表面、(b)は裏
面の図である。
【図2】同実施の形態の別の例を示すプリント基板のパ
ターン図である。
【図3】同実施の形態のアンテナの実用例を示す図で、
(a)は取付状態を示す図、(b)は、内部構成を示す
図である。
【図4】スリーブアンテナの概略構成を示す斜視図であ
る。
【図5】ブラウンアンテナの概略構成を示す斜視図であ
る。
【図6】ホイップアンテナの概略構成を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 基板 11 給電線路パターン 12 外部導体部パターン 13 グランド部パターン 15 アンテナ素子部パターン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に所定の導電パターンを形成する
    ことによって構成されるプリント基板製のアンテナにお
    いて、 上記導電パターンが、 直線状の給電線路パターンと、 この給電線路パターンを間に挟んだ状態で該給電線路パ
    ターンの両側に沿って設けられた外部導体部パターン
    と、 この外部導体部パターンの一端に結合され、この一端に
    おいて上記外部導体部パターンを外側に折り返すと共
    に、該外部導体部パターンに沿って、かつこれに近接す
    る状態に設けられたグランド部パターンと、 上記給電線路パターンにおける上記外部導体部パターン
    の上記一端側に位置する端部から、上記給電線路パター
    ンを延長する状態に設けられたアンテナ素子部パターン
    と、を具備するアンテナ。
  2. 【請求項2】 上記アンテナ素子部パターンが、蛇行す
    る状態に形成された請求項1に記載のアンテナ。
  3. 【請求項3】 上記各パターンが、上記基板の片面に形
    成されており、 上記基板の他面に、上記基板を挟んで上記給電線路パタ
    ーンの裏側を覆うと共に、上記外部導体部パターンと導
    通する状態に、第2の外部導体部パターンを設けたこと
    を特徴とする請求項1又は2に記載のアンテナ。
  4. 【請求項4】 上記基板の他面に、上記基板を挟んで上
    記アンテナ素子部パターンと略対称にかつ上記アンテナ
    素子部パターンと導通する状態に形成された第2のアン
    テナ素子部パターンと、上記基板を挟んで上記グランド
    部パターンと略対称にかつ上記グランド部パターンと導
    通する状態に形成された第2のグランド部パターンと、
    の一方又は両方を設けたことを特徴とする請求項3に記
    載のアンテナ。
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