KR20100018246A - 휴대용 단말기의 안테나 장치 및 이를 이용한 방사 패턴변경 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치에 관한 것으로서, 적어도 두 개의 서로 다른 급전부를 갖는 안테나 방사체와, 상기 안테나 방사체의 서로 다른 급전부 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 RF 수신부와, 상기 RF 수신부와 안테나 방사체 사이에 개재되어 상기 서로 다른 급전부 중 어느 하나를 상기 RF 수신부에 전기적으로 연결시키는 스위칭 수단 및 상기 안테나 방사체의 급전부에 연결된 경로에서 산출된 RSSI값을 이용하여 상기 스위칭 수단을 제어하는 제어부를 포함하여, 안테나 방사체의 급전(및/또는 접지)위치의 선택적인 스위칭 동작에 의해 방사 패턴의 방향을 적절히 변화시킴으로써 단말기 사용시 발생할 수 있는 핑거 터치 등에 의한 안테나 방사 특성 저하를 효율적으로 방지함으로써 결과적으로 단말기의 신뢰성 확보에 일조할 수 있다.

단말기, 안테나, PIFA, 급전, 패스, 접지, 패턴, 방사특성

Description

휴대용 단말기의 안테나 장치 및 이를 이용한 방사 패턴 변경 방법{ANTENNA FOR PORTABLE TERMINAL AND METHOD FOR CHANGING RADIATING PATTERN USING IT}

본 발명은 휴대용 단말기를 위한 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히 안테나 방사체의 급전 위치를 선택적으로 전환시킴으로써 방사 패턴의 방향을 변화시켜 항상 우수한 방사 특성을 구현하기 위한 휴대용 단말기의 안테나 장치 및 이를 이용한 방사 패턴 변경 방법에 관한 것이다.

근래들어, 전자 통신 산업의 발달로 말미암아 휴대용 단말기는 점점 경박 소형화 되어가면서 그 기능은 다양해지고 있는 추세이다. 예를 들어, 다양한 화음의 멜로디를 구현할 수 있는 스피커 장치가 설치되고 있으며, 수백만 화소의 컬러 디스플레이 장치가 구현되고 있다. 또한, 기본적인 통화 기능 이외의 MP3 플레이어를 통한 음악 청취기능이 단말기에 구현되고, 상기 디스플레이 장치를 이용한 다양한 게임 콘텐츠뿐만 아니라 공중파를 수신할 수 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcast) 기능 등이 제공되고 있다.

상술한 단말기들은 다양한 형태의 신호를 송 수신하기 위한 안테나 장치를 구비한다. 상기 안테나 장치는 초기에는 단말기의 외부에 돌출되며, 선택적으로 출몰가능하도록(retractable) 설치되는 헬리컬 안테나 방사체 및 휩 안테나 방사체를 필두로, 헬리컬 안테나 방사체만이 설치되는 외장형 안테나를 거쳐, 단말기의 내부 적소에 설치되는 내장형 안테나 장치로 발전되고 있는 추세이다.

상기 내장형 안테나 장치로는 급전부만을 갖는 모노폴 안테나 장치에서 급전부와 접지부를 동시에 갖는 PIFA(Planar Inverted F Antenna)로 발전되고 있는 추세이다.

상술한 내장형 안테나 장치는 주변의 그라운드(GND)영향 및 노이즈 등의 전파환경에 매우 민감하게 성능이 바뀐다. 기존의 Free-Space상에서 안테나의 성능이 최적화되었다 할지라도, 실제 사용자가 귀에대고 통화시에는 손과 머리등에 의해 특성이 바뀌며 성능이 저하된다. 이는 안테나장치가 고정된 상태에서는 방사패턴 또한 고정되어 있고, 이 고정된 방사패턴의 이득(gain)이 높은 방사 방향쪽으로 손 또는 머리등이 위치하면 전파를 감쇠시키고, 안테나 장치 주변 그라운드환경을 변화시켜, 전체적인 방사 패턴의 방향을 변화시키기 때문이다. 따라서, 이렇게 변화된 안테나 이득 및 방사 패턴에 의해서 상기 안테나 장치의 단말기 성능을 저하시킨다.

상술한 문제를 해결하기 위하여 기지국 안테나 방향으로 이득을 변화시키는 스마트 안테나 또는 배열 안테나 등의 기술이 있으나, 비교적 큰 규모의 장치에 설치되기 때문에 휴대폰 단말기등의 안테나 설치 공간이 작은 단말기에는 적용하기 힘든 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단말기의 상태에 관계없이 항상 일정한 방사 특성을 발현하도록 하여 제품의 신뢰성 향상에 일조하도록 구현되는 휴대용 단말기의 안테나 장치 및 이를 이용한 방사 패턴 변경 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 단말기의 동작 중 방사 패턴을 변화시켜 안테나의 성능 저하를 미연에 하도록 구현되는 휴대용 단말기의 안테나 장치 및 이를 이용한 방사 패턴 변경 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 안테나 방사체의 급전 위치 및/또는 접지 위치를 선택적으로 스위칭시켜 항상 최상의 안테나 방사체 특성을 유지하도록 구현되는 휴대용 단말기의 안테나 장치 및 이를 이용한 방사 패턴 변경 방법을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치에 있어서, 적어도 두 개의 서로 다른 급전부를 갖는 안테나 방사체와, 상기 안테나 방사체의 서로 다른 급전부 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 RF 수신부와, 상기 RF 수신부와 안테나 방사체 사이에 개재되어 상기 서로 다른 급전부 중 어느 하나를 상기 RF 수신부에 전기적으로 연결시키는 스위칭 수단 및 상기 안테나 방사체의 급전부에 연결된 경로에서 산출된 RSSI값을 이용하여 상기 스위칭 수단을 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 구성을 갖는 안테나 장치로 적절한 방사 패턴의 방향을 변화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 제1위치에서의 급전 패스인 A패스와, 제2위치에서의 급전 패스인 B패스를 갖는 안테나 방사체와, 상기 두 패스 중 어느 하나에 선택적인 전기적 연결을 가능하게 하는 스위칭 수단 및 상기 스위칭 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 안테나 장치를 이용한 휴대용 단말기의 방사 패턴 변경 방법에 있어서, 상기 A패스에 따른 RSSI값을 산출하고 저장하는 과정과, 스위칭 동작 후, 상기 B패스에 따른 RSSI값을 산출하고 저장하는 과정 및 상기 각 패스에 따라 산출된 RSSI값을 비교하여 더 우수한 RSSI값을 갖는 패스로 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

더욱이 본 발명은 기 설정된 기준값과, 해당 급전 패스에서의 RSSI값을 우선적으로 비교할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 제1위치에서의 급전 패스인 A패스와, 제2위치에서의 급전 패스인 B패스를 갖는 안테나 방사체와, 상기 두 패스 중 어느 하나에 선택적인 전기적 연결을 가능하게 하는 스위칭 수단 및 상기 스위칭 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 안테나 장치를 이용한 휴대용 단말기의 방사 패턴 변경 방법에 있어서, 상기 A패스에 따른 RSSI값을 산출하고 저장하는 과정과, 상기 산출된 A패스에 따른 RSSI값과 기 설정된 기준값을 비교하는 과정 및 상기 RSSI값 이 상기 기준값보다 높을 경우 급전 패스를 A패스로 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 안테나 장치는 방사체 급전(및/또는 접지)위치의 선택적인 스위칭 동작에 의해 방사 패턴의 방향을 적절히 변화시킴으로써 단말기 사용시 발생할 수 있는 핑거 터치 등에 의한 안테나 방사 특성 저하를 효율적으로 방지함으로써 결과적으로 단말기의 신뢰성 확보에 일조할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다. 그러나 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명을 설명하기 위하여 휴대용 단말기로써 슬라이드 타입 단말기를 설명하고 있으나 이에 국한되지 않는다. 예컨대, 안테나 장치를 포함하는 다양한 형태의 단말기에 적용 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치가 적용되는 휴대용 단말기의 후면 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 슬라이드 타입 휴대용 단말기(100)는 메인 바디(110)와, 상기 메인 바디(110)에서 화살표 방향으로 일정 길이 만큼 왕복 활주하 는 슬라이드 바디(120)를 포함한다. 통상적으로, 이러한 타입의 휴대용 단말기에는 내장형 안테나 장치가 적용되며, 상기 내장형 안테나 장치는 메인 바디의 배터리 팩(110)이 설치되지 않는 상부(도 1의 점선 부분)에 배치되는 경우가 많다.

본 발명에 따르면, 상술한 안테나 장치는 단말기의 상태에 따라 미도시된 메인 보드의 RF컨넥터에 전기적으로 연결되는 안테나 방사체의 급전 위치가 변경된다. 예를 들어, 사용자가 단말기를 파지하고 통화시 인체의 두부 또는 핑거 터치에 따른 방사 특성의 열화를 방지하기 위하여 상기 안테나 방사체의 급전 위치를 변경시킴으로써 패턴의 방향을 변화시킬 수 있는 것이다. 이러한 동작은 항상 일정한 안테나 이득을 구현할 수 있도록 하여 신호의 수신 감도를 우수하게 할 수 있다.

더욱이, 상기 안테나 방사체의 주파수 특성은 주로 안테나 방사체상의 패턴 길이에 의해 변하기 때문에, 급전 위치를 바꾸더라도, 전체적인 전류 패스의 길이는 변하지 않는다. 따라서, 상기 안테나 방사체의 주파수 특성은 거의 동일하게 가져갈 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 타입 안테나 장치의 급전부 변경을 위한 스위칭 상태를 도시한 블럭도이다.

본 발명에서는 PIFA에 대해서 도시하고 이에 대하여 기술하고 있으나, 접지부가 없이 급전부(feeding point)만 존재하는 안테나 장치에서도 역시 동일한 방식으로 적용 가능하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 안테나 방사체(10)의 급전부와 접지부가 각각 메인 보드(미도시 됨)에 전기적으로 연결된다. 공지된 바와 같이 안테나 방사체의 급 전부는 메인 보드의 RF수신부(202)에 전기적으로 연결되며, 접지부는 메인 보드의 접지체에 전기적을 연결되는 구성을 갖는다. 역시, 상기 안테나 방사체(10)급전부와 접지부는 소정의 스위칭 수단 SW에 의해서 그 대상 연결 수단이 교체된다. 상기 스위칭 수단 SW는 제1스위칭 장치(204)와 제2스위칭 장치(205)를 포함한다. 상기 제1스위칭 장치(204)와 제2스위칭 장치(205)는 동시에 스위칭됨으로써 급전부는 접지체에, 접지부는 RF 수신부에 변경 연결될 수 있다.

예를 들어, 스위칭 수단 SW의 동작에 의해 급전부는 메인 보드의 접지체와 전기적으로 연결되며, 접지부는 RF 수신부(202)와 전기적으로 연결될 수 있는 것이다. 즉, 상기 스위칭 수단에 의해 상기 급전부는 안테나 방사체 상에서 그 급전 위치가 변화될 수 있다. 이러한 구성은 공지의 스위칭 장치로 구현 가능하다. 더욱이, 상기 RF 수신부(202)에는 매칭 회로(203)를 개재시켜 최상의 주파수 상태를 구현할 수 있다. 상술한 매칭회로(203)는 수동 소자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 수동 소자로는 인덕턴스, 캐패시턴스 등을 사용할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나 장치는 두 개의 패스를 갖는다. 즉, 두 개의 서로 다른 급전 위치를 가지며, 상기 스위칭 수단에 의해 각각의 급전 위치로 선택적인 동작을 수행할 수 있는 것이다. 편의상 도 2의 (a)를 A패스라 하고, 도 2의 (b)를 B패스라 하겠다.

상기 RF 수신부(202)는 상기 안테나 방사체(10)의 수신 신호 강도(RSSI; Received Signal Strength Inication)를 독취할 수 있다. 공지된 바와 같이, 상기 RSSI값은 순간적으로 변화하는 값이기 때문에 초당 수회를 측정하고 이에 대한 누 적 평균이 RSSI값이 될 수 있는 것이다.

상기 제어부(201)는 해당 패스(A 또는 B패스)에서의 상기 RF 수신부에서 독취된 RSSI값을 계산하고 계산된 RSSI값을 비교하여 좀더 우수한 RSSI값을 갖는 패스를 사용하도록 상기 스위칭 수단을 제어한다.

또한, 상기 제어부(201)는 기 설정된 적정 수신 레벨(Golden Received Power Range)과 현재 패스에서의 RSSI값을 비교하여 상기 RSSI값이 상기 적정 수신 레벨 이하이면 다른 패스를 연결할 수 있도록 상기 스위칭 수단을 제어할 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 급전부 변경 절차를 도시한 흐름도이다.

상술한 바와 같은 절차는 일정 시간을 간격으로 주기적으로 수행할 수도 있으며, 단말기의 이벤트 트리거링(event triggering)에 의해서 수행될 수도 있을 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제어부는 우선 RF 수신부를 이용하여 A패스에 따른 RSSI값을 산출하는 301단계를 수행하고, 이를 저장한다(303단계). 그후, 스위칭 동작을 수행하는 305단계를 수행하고, 상기 제어부는 상기 RF 수신부를 이용하여 B패스에 따른 RSSI값을 산출하는 307단계를 수행하고, 이를 저장한다(309단계). 그후, 311단계로 진행하여 상술한 각 패스에 따라 저장된 RSSI값을 비교한다. 예를 들어, A패스에 따른 RSSI값이 B패스에 따른 RSSI값보다 우수하면 313단계를 진입하여 A패스를 설정하게 되며, B패스에 따른 RSSI값이 A패스에 따른 RSSI값보다 우수 하면 B패스를 설정하게 된다.

본 실시예에서는 각 패스에 따른 RSSI 값을 일괄적으로 산출하고, 산출된 각 패스에 따른 RSSI값을 비교하여 좀더 우수한 RSSI값을 갖는 패스를 설정함으로써 좀더 우수한 방사 특성을 도모할 수 있는 것이다.

예를 들어, 자유 공간상에서 최상의 방사 특성이 구현되도록 커플링된 안테나 장치라 하더라도(A패스 설정시), 통화라는 이벤트 발생시, 사용자가 단말기를 파지하거나 인체의 두부에 단말기를 밀착시키게 되면, 방사 특성의 열화가 발생하게 되며, 이때에는 안테나 방사체의 급전 위치를 변경시킴으로써 패턴의 방향을 변화시키는 것으로(B패스로 설정시) 안테나 방사 특성의 저하를 방지할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 급전부 변경 절차를 도시한 흐름도이다.

제어부는 우선 RF 수신부를 이용하여 A패스에 따른 RSSI값을 산출하는 401단계를 수행하고, 이를 저장한다(403단계). 그후, 상기 A패스에 따른 RSSI값이 기 설정된 기준 RSSI값보다 작은지 판단하는 405단계를 수행한다. 만일 상기 405단계에서, A패스에 따른 RSSI값이 기준값보다 크게 되면 별도의 스위칭 동작없이 A패스를 설정하여 동작하는 417단계로 진입한다. 이는 기준값을 미리 설정하고, 해당 패스의 RSSI값이 기준값 이상일 경우 전력 소모 방지 등을 위하여 별도의 스위칭 동작을 배제시킨다.

그러나, 만일 상기 405단계에서, A패스에 따른 RSSI값이 기준값보다 작게되 면 제어부는 407단계로 진입하여 B패스로 전환하는 스위칭 동작을 수행한다. 그후, 상기 제어부는 RF 수신부를 이용하여 B패스에 따른 RSSI값을 산출하고, 저장한다(411단계) 그후, 413단계로 진입하여 A패스에 따른 RSSI값과 B패스에 따른 RSSI값를 비교한다. 만일 A패스에 따른 RSSI값이 B패스에 따른 RSSI값 보다 크다면 417단계로 진입하고, 새로 측정된 B패스에 따른 RSSI값이 더 크게 되면 B패스를 설정하게 되는 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 DCS밴드에서의 BER와 Channel Power에 따른 방사 패턴의 변화를 도시한 그래프이다.

(a)는 본 발명에 따른 동일한 안테나 방사체에서의 급전부 및 접지부의 위치 변화 전의 그래프이며, (b)는 변화 후의 모습이다.

(a)의 경우 최대 피크값에서의 방사 패턴의 방향이 약 180도에 위치되지만, (b)의 경우, 즉, 해당 패스를 변경 시킨 경우에는 최대 피크값에서의 방사 패턴의 방향이 270도로 변화됨을 알 수 있었다.

본 발명에서는 하나의 방사체에 두 곳의 급전 위치를 변경시키는 장치 및 방법에 대해 기술하고 있으나, 급전 위치는 두 곳 이상 설정하고, 이에 상응하는 스위칭 수단을 개재시켜 좀더 세밀한 방사 패턴의 변화를 유도할 수도 있을 것이다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 다양한 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치가 적용되는 휴대용 단말기의 후면 사시도;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PIFA 안테나 장치의 급전부 변경을 위한 스위칭 상태를 도시한 블럭도;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 급전부 변경 절차를 도시한 흐름도;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 급전부 변경 절차를 도시한 흐름도; 및

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 DCS밴드에서의 BER와 Channel Power에 따른 방사 패턴의 변화를 도시한 그래프.

Claims (15)

1. 휴대용 단말기의 안테나 장치에 있어서,

   적어도 두 개의 서로 다른 급전부를 갖는 안테나 방사체;

   상기 안테나 방사체의 서로 다른 급전부 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 RF 수신부;

   상기 RF 수신부와 안테나 방사체 사이에 개재되어 상기 서로 다른 급전부 중 어느 하나를 상기 RF 수신부에 전기적으로 연결시키는 스위칭 수단; 및

   상기 안테나 방사체의 급전부에 연결된 경로에서 산출된 RSSI값을 이용하여 상기 스위칭 수단을 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 급전부는 서로 다른 위치에 형성되는 두 개의 급전부임을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제어부는 각각의 급전부에서의 RSSI값을 산출하고, 이를 비교하여 더 우수한 RSSI값을 갖는 급전부를 선택하도록 상기 스위칭 수단을 제어함을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 제어부는 현재 급전부에서 산출된 RSSI값이 기 설정된 기준값보다 작을 경우 나머지 급전부로 스위칭되도록 상기 스위칭 수단을 제어함을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 안테나 방사체는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 방사체임을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 안테나 방사체의 두 개의 급전부 중 어느 하나는 접지부로 동작함을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 안테나 방사체 중 어느 하나가 급전부로 동작할 때, 나머지 하나는 접지부에 연결시키도록 상기 스위칭 수단을 제어함을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
8. 제1위치에서의 급전 패스인 A패스와, 제2위치에서의 급전 패스인 B패스를 갖는 안테나 방사체와, 상기 두 패스 중 어느 하나에 선택적인 전기적 연결을 가능하게 하는 스위칭 수단 및 상기 스위칭 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 안테나 장치를 이용한 휴대용 단말기의 방사 패턴 변경 방법에 있어서,

   상기 A패스에 따른 RSSI값을 산출하고 저장하는 과정;

   스위칭 동작 후, 상기 B패스에 따른 RSSI값을 산출하고 저장하는 과정; 및

   상기 각 패스에 따라 산출된 RSSI값을 비교하여 더 우수한 RSSI값을 갖는 패스로 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 과정들은 상기 휴대용 단말기의 이벤트 트리거링(event triggering)에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 과정들은 일정 시간을 주기로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제1위치에서의 급전 패스인 A패스와, 제2위치에서의 급전 패스인 B패스를 갖는 안테나 방사체와, 상기 두 패스 중 어느 하나에 선택적인 전기적 연결을 가능하게 하는 스위칭 수단 및 상기 스위칭 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 안테나 장치를 이용한 휴대용 단말기의 방사 패턴 변경 방법에 있어서,

    상기 A패스에 따른 RSSI값을 산출하고 저장하는 과정;

    상기 산출된 A패스에 따른 RSSI값과 기 설정된 기준값을 비교하는 과정; 및

    상기 RSSI값이 상기 기준값보다 높을 경우 급전 패스를 A패스로 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 RSSI값이 상기 기준값보다 낮을 경우,

    스위칭 동작을 수행하여, B패스에 따른 RSSI값을 산출하고 저장하는 과정;

    상기 각 패스에 따라 산출된 RSSI값을 비교하는 과정; 및

    상기 B패스에 따른 RSSI값이 상기 A패스에 따른 RSSI값 보다 높을 경우 급전 패스를 B패스로 설정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 B패스에 따른 RSSI값이 상기 A패스에 따른 RSSI값 보다 낮을 경우 급전 패스를 A패스로 설정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 과정들은 상기 휴대용 단말기의 이벤트 트리거링(event triggering)에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
15. 제 13항에 있어서,

    상기 과정들은 일정 시간을 주기로 수행됨을 특징으로 하는 방법.

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