KR20200051828A - 레이돔 구조체, 보호된 방사선 활성 시스템 및 이들을 이용하기 위한 방법 - Google Patents

레이돔 구조체, 보호된 방사선 활성 시스템 및 이들을 이용하기 위한 방법 Download PDF

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KR20200051828A
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데이빗 윈필드 스트레싱
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생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 코포레이션
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Abstract

레이돔 구조, 보호된 방사선 활성 시스템 및 이들을 이용하기 위한 방법
공개의 요약
본 발명은 일반적으로 자유 공간 주파수의 방사선과 이용하기 위한 레이돔을 위한 층상 구조에 관한 것이다. 본 공개는 좀 특별히 노출된 외측부 표면 및 내측부 표면을 가진 코어를 가지는 레이돔을 위한 층 구조에 관한 것이다. 상기 코어는 적어도 2.3의 제1 비유전율을 가진 제1 코어 층 및 적어도 2.3의 제2 비유전율을 가진 제2 코어 층을 포함한다. 제1 코어 층은 코어의 외측부 표면으로부터 0.75mm 이하이다. 내부 구조는 코어의 내측부 표면상에 배열되고 적어도 하나의 층을 포함한다. 각각의 제1 비유전율 및 제2 비유전율은 내부 구조 내에서 임의의 층의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3) 더 크다.

Description

레이돔 구조체, 보호된 방사선 활성 시스템 및 이들을 이용하기 위한 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 9월 30일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/566384호의 우선권을 주장하고, 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함된다.
공개의 배경
공개의 분야
일반적으로 본 공개는 예를 들어 안테나를 둘러싸기에 적합한 레이돔에 관한 것이다. 본 공개는 보다 구체적으로 광대역 능력을 가지고 경량의 층상 레이돔 구조에 관한 것이다.
레이돔은 안테나와 같은 방사선-활성 장치를 위한 보호 커버를 제공하고 날씨 및 다른 환경적 영향으로부터 방사선-활성 장치를 차폐하는 구조적 요소이다. 레이돔의 주요 설계 제약 조건은 열악한 환경 조건으로부터 방사선-활성 장치를 보호하기 위해 충분한 구조적 무결성 및 체적 내에 밀폐된 안테나의 전자기적 성능의 상당한 간섭을 방지하기 위해 레이돔에 의해 야기되는 신호 손실을 제한하는 구조를 포함한다. 형상이 레이돔의 성능에 영향을 줄 수 있는 한편 레이돔의 위치가 특정 형상 구속 조건을 요구할 수 있기 때문에 형상도 중요한 특징이 될 수 있다. 예를 들어, 항공기에 레이돔을 설치할 때 공기 역학은 종종 고려사항이다.
다수의 레이돔이 가지는 기본 구조는 보호된 장치를 덮는 쉘이며, 얇은 쉘은 원하는 주파수 또는 주파수들의 신호가 레이돔을 통해 장치로 통과 및/또는 장치로부터 통과할 수 있게 하는 전자기 특징을 가진다. 쉘은 전형적으로 신호가 레이돔을 통과함에 따라 손실을 제한하도록 선택된 하나 이상의 유전체 물질 층을 가진 층 구조로 구성된다. 층상 구조의 성능은 층들의 비유전율, 신호의 파장에 대한 층의 두께, 층의 수 및 조성을 포함하는 다수의 특성에 기초한다.
광대역 능력을 가진 층 구조의 레이돔 구조체의 하나의 구성은 구조적 무결성을 제공하는 코어 구조, 및 레이돔의 전기적 성능을 향상시키는 코어 구조의 내부 및 외부 측부 모두에 있는 매칭 층을 포함한다. 상기 구조는 제한된 신호 손실을 가지고 방사선-활성 장치에 의해 수신되거나 방출되는 신호와 제한적인 간섭을 가지는 반면에, 층들은 전체적으로 레이돔에 대해 상당한 중량을 추가할 수 있다.
경량이지만 광대역 능력을 가진 효과적인 레이돔 구조체가 필요하다.
공개의 요약
일 양태에서, 본 공개는 자유 공간 주파수의 방사선과 이용하기 위한 레이돔의 층 구조를 제공하고, 상기 층 구조는 노출된 외부 표면 및 내부 표면을 가지고, 상기 층 구조는
내측부 표면 및 외측부 표면을 가진 코어를 포함하고, 상기 코어의 외측부 표면은 레이돔의 층 구조의 노출된 외측부 표면의 0.75 mm 내에 있고, 상기 코어는 적어도 2.3의 제1 비유전율을 가진 제1 코어 층 및 적어도 2.3의 제2 비유전율을 가진 제2 코어 층을 가지며, 상기 제1 코어 층은 코어의 외측부 표면을 형성하고, 제2 코어 층은 코어의 내측부 표면을 형성하고, 상기 제1 코어 층과 제2 코어 층 사이에 중간층을 가지며; 및
코어의 내측부 표면 상에 배열된 내부 구조를 포함하고, 상기 내부 구조는 상기 코어에 인접하는 외측부 표면 및 노출된 내측부 표면을 가지며, 상기 내부 구조는 적어도 하나의 층을 포함하고, 각각의 제1 비유전율 및 제2 비유전율은 내부 구조 내에서 임의의 층의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3) 더 크다.
다른 양태에서, 본 공개는 자유 공간 주파수의 방사선과 이용하기 위한 레이돔의 층 구조를 제공하고,
내측부 표면 및 외측부 표면을 가진 코어를 포함하고, 상기 코어는 적어도 2.3의 제1 비유전율을 가진 제1 코어 층 및 적어도 2.3의 제2 비유전율을 가진 제2 코어 층을 포함하며, 상기 제1 코어 층은 코어의 외측부 표면과 인접하고 상기 제2 코어 층은 코어의 내측부 표면과 인접하며;
코어의 내측부 표면상에 배열된 내부구조를 포함하고, 상기 내부 구조는 코어와 인접한 외측부 표면 및 노출된 내측부 표면을 가지며, 상기 내부 구조는 적어도 하나의 층을 포함하고, 각각의 제1 비유전율 및 제2 비유전율은 내부 구조 내에서 임의의 층의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3) 더 크고,
적어도 0.75mm의 두께를 가진 층이 코어의 외측부 표면상에 배열되지 않는다.
다른 양태에서, 본 공개는 자유 공간 주파수의 방사선과 이용하기 위한 레이돔을 제공하고, 상기 레이돔은 노출된 볼록한 외부 표면 및 노출된 오목한 내부 표면을 가진 둘러싸인 삼차원 형상을 포함하고, 상기 삼차원 형상은 본 명세서에 설명된 것처럼 적어도 한 개의 층 구조를 포함한다.
다른 양태에서, 본 공개는 자유 공간 주파수의 방사선을 전송하기 위한 방법을 제공하며,
방사선-활성 장치를 덮기 위해 본 명세서에 설명된 레이돔을 위치시키는 단계; 및
자유 공간 주파수의 방사선을 상기 층 구조를 통해 전송시키기 위해 방사선-활성 장치를 작동시키는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 본 공개는 자유 공간 주파수의 방사선을 수신하기 위한 방법을 제공하며,
방사선-활성 장치를 덮기 위해 본 명세서에 설명된 레이돔을 위치시키는 단계; 및
방사선-활성 장치에 의해 레이돔 구조를 통해 자유 공간 주파수의 방사선을 수신하는 단계를 포함한다.
본 공개의 추가적인 양태들이 본 명세서의 공개로부터 명백할 것이다.
첨부된 도면들은 본 공개의 방법 및 장치에 관한 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 포함되며 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 반드시 실제 크기로 도시된 것은 아니며, 명확한 이해를 위해 다양한 요소의 크기가 왜곡될 수 있다. 상기 도면들은 본 공개의 하나 이상의 실시예(들)을 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 공개의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 공개의 일 실시예에 따른 레이돔을 위한 층 구조의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 공개의 또 다른 실시예에 따른 레이돔을 위한 층 구조의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 공개의 또 다른 실시예에 따른 레이돔을 위한 층 구조의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 공개의 또 다른 실시예에 따른 레이돔을 위한 층 구조의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 공개의 또 다른 실시예에 따른 레이돔을 위한 층 구조의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 공개의 또 다른 실시예에 따른 레이돔을 위한 층 구조의 일부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 공개의 일 실시예에 따른 방사선 활성 장치상에 배열된 레이돔을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명자는 레이돔의 코어 구조의 내부 측부 및 외부 측부에 매칭 층을 이용하는 것은 바람직하지 않게 레이돔 구조에 중량을 추가할 수 있다는 것을 주목하였다. 본 발명자는 예상 밖으로 코어 구조의 내부 측부에서만 낮은 비유전율을 가진 추가 층들을 이용하는 것이 허용 가능한 전자기 성능을 여전히 제공하면서도 상당히 감소된 중량을 달성할 수 있다고 결정하였다.
따라서, 본 공개의 일 양태는 자유 공간 주파수의 방사선과 함께 이용하기 위한 레이돔의 층 구조이다. 층 구조는 코어 및 내부 구조를 가지며, 상기 코어는 레이돔의 외부 측부에 배열하기 적합하고 내부 구조는 레이돔의 내부 측부 상에 배열된다. 상기 층 구조의 일 실시예는 도 1의 개략적인 단면도에 도시된다. 층 구조(100)는 노출된 외부 표면(102) 및 내부 표면(104)을 포함한다. (아래에 설명된) 도 7에 도시된 것처럼 방사선-활성 장치를 덮는 레이돔 내에서 이용될 때, 내부 표면(104)은 방사선-활성 장치를 향하고 표면(102)은 방사선-활성 장치로부터 멀어지게 향하며 대기에 노출된다. 층 구조(100)는 코어(110) 및 내부 구조(150)로 구성된다. 코어(110)는 층 구조의 노출된 외부 표면(102)의 0.75 mm 내에 있는 외측부 표면(112)을 가진다; 도 1의 실시예에서 코어(110)의 외측부 표면(112)은 층 구조의 외부 표면(102)을 형성한다. 코어는 또한 내부 구조(150)에 인접한 내부 표면(114)을 가진다. 구체적으로, 코어의 내측부 표면(114)은 내부 구조(150)의 외측부 표면(152)과 접한다. 코어(110)와 마주보는 내부 구조(150)는 층 구조의 내부 표면(104)을 형성하는 내측부 표면(154)을 가진다.
층상 구조의 외부 표면(102) 및 내부 표면(104)은 층 구조(100)의 횡단면의 말단에 있다는 것이 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 상기 표면들은 레이돔의 가장 외측 표면과 가장 내측 표면을 형성하도록 적응된다. 예를 들어, 구성된 레이돔 내에서, 층 구조의 외부 표면은 주변 공기 또는 주위 환경에 노출될 수 있다. 마찬가지로, 층 구조의 내부 표면은 또한 주위 환경에 노출될 수 있다. 선택적으로, 레이돔이 밀봉되면, 내부 표면은 레이돔 내에 둘러싸인 가압된 공기 또는 다른 가스에 노출될 수 있다.
도 1에 도시된 기본 구조에서, 코어(110)는 단일 코어 층(120)으로 형성되고 내부 구조(150)는 또한 단일 내부 층(160)으로 형성된다. 상기 실시예에서, 코어 층(120)은 적어도 2.3의 비유전율을 가지며 내부 층(160)은 코어 층(120)의 비유전율보다 작은 비유전율을 가진다. 특히, 내부 층(160)은 코어 층(120)의 비유전율 보다 적어도 0.4 더 작은 비유전율을 가질 수 있다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 코어(110)는 레이돔 내에서 층 구조를 이용하기 위한 강성과 강도를 제공한다. 상기 구조적 무결성을 제공하기 위해, 코어 내부의 적어도 하나의 층은 구조의 다른 층들보다 큰 밀도 및 강도를 가질 수 있다. 여기서, 도 1의 실시예에서, 코어 층(120)은 높은 비유전율을 가지며 또한 코어의 구조적 무결성을 제공한다. 따라서, 코어 층(120)은 층 구조(100) 내에서 다른 층들보다 더 높은 밀도를 가질 수 있다.
코어 층(120)을 위해 이용될 수 있는 예시적인 재료는 수지, 예를 들어 에폭시, 폴리에스테르 또는 폴리시아 네이트를 포함하는 적층 구조들을 포함한다. 선택적으로, 수지는 E- 유리, S- 유리, D- 유리, 스펙트라, 케블라 또는 석영과 같은 강화 성분을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 코어 층(120)은 수지 함침 직물의 복수 개의 플라이를 포함할 수 있다.
통상의 기술자는 도 1의 코어 층(120)이 층에 걸쳐 존재하는 재료의 일관성 및 층의 횡단면을 가로질러 층의 비교적 균일한 재료 특성에 기초하여 단일 층으로서 식별되는 것을 이해할 수 있다. 그러나, 코어 층(120)은 수지로 함침된 섬유 또는 다른 재료의 복수의 플라이들로부터 형성될 수 있음을 통상의 기술자는 이해해야 한다. 따라서, 코어 층이 적층 또는 유사한 재료로 형성될 때 코어 층(120)이 다수의 층들로 보일 수 있지만, 코어 층(120)은 층에 걸쳐서 재료 특징의 일관성에 기초하여, 특히 방사선의 파장 스케일을 고려할 때 단일 층으로 간주된다. 다수의 레이돔들이 밀리미터 스케일의 파장을 가진 방사선과 함께 이용되도록 구성되어, 실질적으로 밀리미터 미만의 스케일을 가지는 재료의 유전율 불균일은 상기 방사선에 의해 감지되지 않을 것이다. 다른 층들이 특정 재료의 다중 플라이로부터 형성되더라도 상기 다른 층들은 유사하게 단일 층으로서 특징화될 수 있다.
상기 설명과 같이, 내부 층(160)의 비유전율은 코어 층(120)의 비유전율보다 작다. 내부 층(160)에 가능한 재료는 벌집 구조, 고탄성 폴리프로필렌(HMPP) 직물을 가진 적층, 및 폴리에틸렌 직물을 가진 적층 및 신택틱 필름(syntactic film)을 포함한다. 상기 내부 층(160)은 또한 유전율 감소 물질을 포함하는 수지로 형성될 수 있고, 상기 수지는 유전율 감소 물질의 첨가에 의해 원하는 값으로 감소된 높은 비유전율을 가진다. 예를 들어, 상기 수지는 비유전율을 감소시키기 위해 공기가 채워진 미세 구를 포함할 수 있다. 다양한 저 유전율 재료들이 당 업계에 공지된다. 통상의 기술자는 레이돔의 층상 구조의 저-유전율 층으로써 이용하기 위한 재료를 선택할 것이다.
코어 층(120)보다 낮은 비유전율을 가지는 것 이외에, 내부 층(160)은 또한 코어 층(120)보다 낮은 밀도를 가질 수 있다. 해당 레이돔의 구조적 무결성을 제공하는 코어 구조(110)에 의해, 내부 구조(150)는 더 작은 밀도를 가질 수 있고 지지를 위해 코어 구조(110)에 의존할 수 있다.
통상의 기술자에게 명백한 것처럼, 내부 층(142)은 레이돔에서 이용될 때 층 구조(100)의 전체 전자기 성능을 향상시키기 위해 소위 매칭 층으로서 작용할 수 있다. 특히, 내부 구조(150) 내에 내부 층(142)을 포함하는 것은 특정의 바람직한 실시예에서 더 넓은 주파수 대역을 가지며 증가된 전송 효율 및/또는 작동 범위를 제공할 수 있다.
본 공개 내용의 실시예에서, 층 구조(100)는 도 7의 레이돔(10) 내에서 이용되는 것으로 도시된다. 여기서, 레이돔(10)은 예를 들어 레이더 안테나 또는 다른 안테나일 수 있는 방사선-활성 장치(20)를 둘러싼다. 상기 위치에서, 방사선-활성 장치(20)는 주변 환경(50), 특히 임의의 위험한 날씨 또는 바람으로부터 보호된다. 도시된 실시예에서, 레이돔(10)은 삼차원의 오목한 형상으로 형성된다. 방사선-활성 장치(20)는 오목한 형상의 내부에 위치하여 장치(20)가 레이돔 내에 둘러싸이지만, 신호(30)는 여전히 서로 다른 다양한 각도에서 제한된 신호 손실을 가지며 레이돔을 통과할 수 있다. 레이돔(10)의 삼차원 형상에 의해, 방사선-활성 장치(20)를 향하는 층 구조(100)의 내부 표면(104)은 오목한 표면이다. 마찬가지로, 도시된 구조에서, 방사선-활성 장치(20)로부터 떨어지게 향하는 외부 표면(102)은 볼록한 표면이다. 선택적으로, 평면 레이돔과 같은 일부 실시예에서, 층 구조(100)는 평평할 수 있다. 도 7의 레이돔이 삼차원 레이돔 형상을 형성하는 단일 층 구조로서 나타나는 반면에, 통상의 기술자에게 익숙한 것처럼 레이돔은 조인트로 연결된 복수의 층 구조들의 패널들에 의해 형성될 수 있다.
레이돔(10)이 도 7에 도시된 것처럼 삼차원의 오목한 형상을 가질 때, 레이돔은 폐쇄 단부(12) 및 개방 단부(16)를 포함할 수 있다. 상기 실시예에서, 방사선-활성 장치(20)는 개방 단부(16)를 통해 레이돔(10)의 오목한 형상으로 연장될 수 있다. 방사선 활성 장치 또는 안테나(20)의 보호를 확실히 하기 위해, 레이돔(10)은 지지 구조(40)에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 정치식 방사선-활성 장치에 의해, 지지 구조(40)는 빌딩의 지면 또는 지붕으로서 구현될 수 있다. 유사하게, 항공용 레이돔은 지지 구조로서 작용하는 항공기의 표면에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 레이돔(10)은 레이돔(10)의 개방 단부(16)에서 개구부를 둘러싸는 주변 변부(14)에 의해 지지 구조에 부착된다. 특정 적용예에서, 밀봉(18)이 상기 레이돔 개구부의 주변 변부(14) 및 지지 구조(40) 사이에 형성되는 것이 특히 유리하다. 상기 밀봉은 레이돔 변부(14)와 지지 구조(40) 사이의 단단한 결합에 의해 형성되거나 주변 변부(14)와 지지 구조(40) 사이에 배열된 밀봉 구조에 의해 구현될 수 있다.
도 1의 실시예에서, 코어의 외측부 표면은 층상 구조의 외부 표면을 형성하고, 내부 구조의 내측부 표면은 층 구조의 내부 표면을 형성한다. 그러나, 통상의 기술자는 상기 실시예에서 상기 표면들이 예를 들어 환경적 보호 또는 미적 이점을 제공하기 위해 페인팅되거나 코팅될 수 있음을 이해할 것이다. 도 2는 본 공개에 따른 레이돔에 관한 층 구조의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 층 구조(100)와 유사하게, 층 구조(200)는 외부 표면(202) 및 내부 표면(204)을 가지며, 코어(210) 및 내부 구조(250)를 포함한다. 코어 및 내부 구조 이외에, 층상 구조(200)는 또한 코어(212)의 외측부 표면에서 얇은 코팅(290)을 포함한다. 따라서, 상기 코어 상에서 코팅(290)은 전체 층 구조(200)의 외부 표면(202)을 형성한다.
도 2의 예시적인 실시예는 또한, 내부 구조(250)의 내측부 표면(254)에 배열된 코팅(290)을 포함한다. 따라서 상기 내부 코팅(290)은 상기 내부 구조(250)의 내측부 표면(254)을 형성한다.
코팅(290)은 층 구조의 내부 및 외부 표면에 도포되는 페인트로 구성될 수 있다. 코팅(290)은 또한 종래의 코팅, 예를 들어 프라이머 코팅, 정전기 방지 코팅, 레이돔 표면의 결함을 감소시키는 필름 접착제 또는 결함을 채우는 표면 코팅을 포함하는 다른 코팅일 수 있다. 일부 실시예는 코팅들의 조합을 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 본 공개의 레이돔 구조 내에서 종래의 코팅 시스템을 이용할 수 있다.
코어 층의 외측부 표면상의 하나 이상의 코팅은 0.75 mm 이하의 두께를 가진다(즉, 코어의 외측부 표면이 층상 구조의 외부 표면의 0.75 mm 내에 있게 된다). 특정 실시예에서, 코어의 외측부 표면은 층상 구조의 외부 표면의 0.25 mm 내에 있다; 상기 실시예에서, 코팅(들)은 0.25 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 코팅(290)은 층 구조(200)의 외부 표면에만 배열되는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 레이돔 내부의 보호되고 일반적으로 보이지 않는 환경 내에서 불필요할 수 있고, 일반적으로 층상 구조의 내부 표면이 설치시 관찰자에게 보이지 않을 수 있기 때문에 페인트가 불필요할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 그리고 도 2에 도시된 것처럼, 하나 이상의 코팅이 층상 구조의 내부 표면(즉, 내부 구조의 내측부 표면)에 제공된다. 바람직한 특정 실시예에서, 내부 구조의 내측부 표면은 층상 구조의 내부 표면의 0.75 mm 또는 심지어 0.25 mm 내에 있다. 상기 실시예에서, 층상 구조의 내부 표면에서 총 코팅 두께가 유사하게 제한된다.
비록 도면들 중에서 도 2에만 도시되지만, 코팅은 도 3 내지 도 6에 도시된 층 구조를 포함하여 본 공개의 층 구조의 임의의 실시예의 외부 및 내부 표면에 제공될 수 있다.
내부 구조는 다양한 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 내부 구조는 적어도 0.25mm, 적어도 0.75mm, 또는 심지어 적어도 1mm의 두께를 가진다. 다른 실시예에서, 내부 구조는 적어도 2mm, 또는 심지어 적어도 5mm의 두께를 가진다.
층상 구조는 도면들에서 내부 구조와 직접 접촉하는 코어와 함께 도시된다. 통상의 기술자가 알 수 있듯이, 코어의 재료 및 내부 구조의 벌크는 서로 직접 적층될 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 접착제의 층은 내부 구조를 코어에 결합시킬 수 있고; 통상의 기술자는 충분히 낮은 비유전율 및/또는 충분히 작은 두께를 가진 접착제가 선택될 수 있어서 접착제 자체가 내부 구조의 일부분으로 적절하게 고려될 수 있음을 이해할 것이다. 이 경우, 내부 구조는 내부 구조의 외측부 표면에 배열되고 외측부 표면을 형성하는 접착제의 코팅을 포함할 것이다.
통상의 기술자는 도 1 내지 도 6에 도시된 횡단면에 이용된 패턴들이 하나의 층을 다음 층으로부터 구별하기 위한 것을 이해할 것이다. 하나의 도면으로부터 다음 도면까지 층들을 도시하기 위해 이용되는 패턴들의 유사성은, 상기 층들의 재료 특성들의 임의의 유사성을 표시하지 않는다. 도시된 서로 다른 실시예들로부터 층들 사이에 유사성이 있다면, 상기 유사성은 글자로 설명된다.
도 3은 층 구조(300)를 도시한 본 공개의 다른 실시예를 도시한다. 도 1의 실시예와 유사하게, 층 구조(300)는 단일 코어 층(320)을 가진 코어(310)를 포함한다. 여기서, 코어 층(320)은 코어(310)의 외측부 표면(312)뿐만 아니라 층 구조의 외부 표면(302)을 형성한다. 또한, 코어 층(320)은 적어도 2.3의 비유전율을 가진다. 층 구조(300)의 내부 구조(350)는 제1 내부 층(360) 및 제2 내부 층(370)을 모두 포함한다. 제1 내부 층(360)은 코어(310)에 인접하게 배열되고 제1 내부 층(360)의 외측부 표면(362)은 코어 층(310)의 내측부 표면(314)에 대해 고정된다. 더욱 안쪽으로, 제2 내부 층(370)의 외측부 표면(372)은 제1 내부 층(360)의 내측부 표면(364)에 대해 고정되고, 제2 내부 층(370)의 내측부 표면(374)은 노출되어 층 구조(300)의 내부 표면(304)을 형성한다. 양쪽의 내부 층들은 바람직하게 코어 층(310)의 비유전율 보다 실질적으로 낮은 비유전율을 가진 재료로 형성된다. 예를 들어, 양쪽 내부 층들(실제로 모든 내부 층들)의 비유전율은 코어 층(310)의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3) 더 작다.
여기서도, 매우 다양한 저 유전율 재료가 당 업계에 공지되어 있고, 통상의 기술자는 레이돔의 내부 구조의 저 유전율 층으로서 이용하기에 적합한 재료를 선택할 것이다. 따라서, 내부 층(360,370)을 위한 가능한 재료는 벌집 구조, 고탄성 폴리프로필렌(HMPP) 직물을 가진 적층, 폴리에틸렌 직물을 가진 적층, 신택틱 필름 또는 유전율 감소 물질을 갖거나 갖지 않는 수지를 포함한다. 하나의 특정 실시예에서, 제1 내부 층(360)의 비유전율은 제2 내부 층(370)의 비유전율보다 높다. 예를 들어, 제1 내부 층의 비유전율은 제2 내부 층(360)의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.5) 더 클 수 있다. 바람직하게, 내부 구조(350)의 양쪽 층들(360, 370)의 비유전율은 코어의 비유전율보다 낮다. 따라서, 층 구조(300)의 층들의 비유전율은 외측부 표면(302)으로부터 내측부 표면(304)까지 감소한다. 제1 내부 층(360)의 비유전율은 제2 내부 층(370)의 비유전율보다 낮을 수도 있다.
도 4는 코어(410) 및 내부 구조(450)를 포함하는 본 공개의 다른 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서, 코어(410)는 층 구조(400)의 외부 표면(402)에서 제1 코어 층(420) 및 내부 구조(450)와 인접한 제2 코어 층(440)을 포함한다. 추가 층, 중간 코어 층(430)이 제1 및 제2 코어 층(420, 440) 사이에 배열된다. 바람직하게, 제1 및 제2 코어 층(420, 440) 각각은 적어도 2.3(예를 들어, 적어도 2.5, 예를 들어, 2.5 내지 5의 범위)의 비유전율을 가지고, 내부 층(460)의 비유전율은 제1 및 제2 코어 층(420, 440)의 유전율보다 (예를 들어, 적어도 0.4, 또는 심지어 적어도 0.7, 적어도 1, 또는 적어도 1.3 만큼) 더 작다. 레이돔에 이용하기 위한 다양한 고 유전율 재료들이 당 업계에 공지되어 있고, 통상의 기술자는 본원에 설명된 구조에 이용하기에 적합한 고 유전율재료(들)를 선택할 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2 코어 층(420, 440)에 이용될 수 있는 재료는 수지, 예를 들어 에폭시, 폴리에스테르 또는 폴리시아네이트를 포함한다. 선택적으로, 수지는 E- 유리, S- 유리, D- 유리, 스펙트라, 케블라 및 석영과 같은 강화 성분을 포함할 수 있다. 선택적으로, 코어 층(420, 440)은 수지 함침 직물의 하나 이상의 플라이를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 코어 층은 동일한 특성, 따라서 동일한 비유전율을 가진다.
비록 도 4의 내부 구조가 단지 단일 층을 가진 것으로 도시되지만, 내부 구조(450)는 도 3의 내부 구조(350)와 유사하게 다중 층을 포함할 수도 있다. 바람직하게, 내부 구조(450)가 한 개 초과의 층을 포함하면, 제1 코어 층(420) 및 제2 코어 층(440) 각각의 비유전율은 내부 구조(450)의 임의의 층보다 크다. 특히, 제1 및 제2 코어 층(420, 440)의 비유전율이 내부 구조(450)의 임의의 층보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3) 더 크다. 내부 구조(450)의 층들 내부 층을 위한 재료가 벌집 구조, 고탄성 폴리프로필렌(HMPP) 직물을 가진 적층, 폴리에틸렌 직물을 가진 적층, 신택틱 필름 및 유전율 감소 물질을 가진 수지를 포함하고; 통상의 기술자는 다른 재료가 이용될 수 있는 것을 이해할 것이다.
중간층(430)의 비유전율은 제1 및 제2 코어 층(420, 440)의 비유전율보다 작을 수 있다. 특히, 도 4에 도시된 코어는 저 유전율 코어(예를 들어, 430)를 둘러싸는 두 개의 고 유전율 스킨들(예를 들어, 층들(420,440))을 가진 소위 A- 샌드위치 구조로 형성될 수 있다. 여기서, 중간층(430)의 비유전율은 제1 및 제2 코어 층(420, 440)의 비유전율보다 상당히 작고, 예를 들어 적어도 0.4 또는 심지어 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3 더 작다. 스킨은 바람직하게 비교적 얇고, 예를 들어 1mm 미만의 두께, 또는 심지어 약 0.5mm 미만의 두께를 가진다. 특히 바람직한 성능을 달성하기 위해, 상기 A- 샌드위치 코어의 두께는 방사선-활성화 장치로부터 수신되거나 송신되는 특성 신호가 가지는 파장(즉, 자유 공간 주파수와 관련된 파장; 통상의 기술자는 파장을 결정하기 위해 상기 주파수에서 코어의 재료가 가지는 굴절지수를 고려할 것이다)의 약 0.25일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 A- 샌드위치 저 유전율 코어 층(즉, 저 유전율 코어 층의 재료)의 두께는 해당 방사선-활성화 장치로부터 수신되거나 송신되는 특성 신호가 가지는 파장의 3/16 내지 5/16, 또는 7/32 내지 9/32의 범위를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, A- 샌드위치 코어의 두께는 적어도 1mm, 예를 들어 1mm 내지 100mm의 범위를 가진다.
중간층(430)의 비유전율은 내부 구조(450) 내에서 층(예를 들어, 460) 또는 층들의 비유전율보다 크거나 작을 수 있다. 여기에서도, 다양한 저 유전율 재료들이 알려져 있고 본 기술 분야의 통상의 기술자는 A- 샌드위치의 저 유전율 코어로서 이용하기에 적절한 재료를 선택할 것이다. 따라서, 중간층(430)의 가능한 재료는 벌집 구조, 고탄성폴리프로필렌(HMPP) 직물을 가진 적층, 폴리에틸렌 직물을 가진 적층(UHMWPE), 신택틱 필름 및 유전율 감소 물질을 가진 수지를 포함한다.
도 4에 도시된 실시예에서, 제1 코어 층(420)은 층 구조의 노출된 외부 표면(402)을 형성한다. 그러나, 제1 코어 층이 외부 표면(402) 근처에 있고, 예를 들어 페인트 또는 일부 다른 코팅으로 덮이는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1 코어 층(420)은 제1 코어 층(420)을 덮는 코팅을 위한 공간을 제공하기 위해 외부 표면(402)으로부터 0.75mm 이하, 또는 더욱 바람직하게 외부 표면(402)으로부터 0.25mm 이하로 배열될 수 있다.
도 5는 도 4와 유사한 실시예를 도시한다. 그러나, 도 5의 제2 코어 층(540)은 제1 코어 층(520)과 다르다. 예를 들어, 제2 코어 층(540)의 비유전율은 코어 층(520)의 비유전율보다 높을 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 코어 층(520,540) 각각의 비유전율은 적어도 2.3(예를 들어, 적어도 2.5, 또는 2.5 내지 5의 범위)이고, 또한 내부 구조(550) 내의 임의 층의 비유전율보다 (예를 들어, 적어도 0.4, 또는 심지어 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3만큼) 크다.
도 6은 서브 층(636, 638)을 포함하는 중간 코어 층(630)을 가진 코어를 포함하는 본 공개의 또 다른 실시예를 도시한다. 상기 특정 실시예에서, 레이돔의 코어는 소위 C- 샌드위치로서 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 C- 샌드위치 구조가 전형적으로 저-유전율 층과 교번하는 일련의 고-유전율 스킨들을 포함하는 것을 이해할 것이고; 상기 구조에 관한 다양한 설계들이 당 업계에 공지되어 있고, 통상의 기술자는 본 명세서에 설명된 층상 구조에 이용하기 위해 상기 설계들을 적응시킬 수 있다. 예를 들어, 층 구조(600)는 코어(610) 및 내부 구조(650)를 포함한다. 코어(610)는 제1 코어 층(620), 제2 코어 층(640) 및 중간 코어 층(630)을 포함한다. 또한, 중간 코어 층(630)은 다양한 비유전율을 가진 여러 개의 서브층 들을 포함한다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 중간 코어 층은 비교적 높은 비유전율을 가진 서브 층(638)을 둘러싸는 비교적 낮은 비유전율을 가진 2개의 서브 층(636)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 고 유전율 및 저 유전율의 서브 층들이 예를 들어 인접한 서브 층들 사이에서 적어도 0.4, 또는 적어도 0.7, 적어도 1, 또는 적어도 1.3의 비유전율의 차이를 가지며 번갈아 형성된다. 그러나, 서브 층의 다른 배열도 가능하다. C- 샌드위치의 두께는 예를 들어 1mm 내지 200mm의 범위에서 변화할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 코어 층(620, 640)은 비교적 높은 비유전율 서브 층(638)과 동일한 비유전율을 가지며, 양쪽의 비교적 낮은 비유전율 서브 층(636)들은 동일한 비유전율을 가진다. 그러나, 코어의 임의의 또는 모든 층과 서브 층들의 비유전율이 상이할 수도 있다. 상기 설명과 같이, 다양한 저-유전율 및 고-유전율 재료들이 상기 설명과 같이 레이돔 내에서 이용하기 위해 알려져 있고, 통상의 기술자는 C-샌드위치 구조에서 이용하기 위한 적절한 저- 및 고 유전율 재료들을 선택할 것이다.
도 6에 도시된 실시예가 단일 층을 가진 내부 구조를 포함하지만, 내부 구조(650)는 또한 도 3에 도시된 것처럼 다중 층을 포함할 수 있는 것을 이해해야한다. 마찬가지로, 도 6에서 코팅이 포함되지 않지만, 도 2에 도시된 것처럼 다양한 서브 층들을 가진 코어를 포함한 층 구조가 코팅을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 6의 예들에 도시된 상기 층 구조는 레이돔을 구성할 때 계속적인 이용을 위한 시트 또는 패널로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 층 구조는 방사선-활성 장치 위에 설치하기 위해 장착된 레이돔으로 형성되고 일체 구성될 수 있거나, 층 구조는 이미 설치되고 방사선-활성 장치를 덮는 레이돔 속에 일체 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 6의 예들에 도시된 상기 층 구조는 다양한 적용예들에서 이용하기 위한 레이돔의 구성을 위해 유용한다. 본 공개에 따라 구성된 레이돔은 예를 들어 접시 안테나 및 와이어 안테나를 포함하는 다양한 유형의 방사선-활성 장치를 보호하기 위해 이용될 수 있다. 더욱이, 본 공개에 따라 구성된 레이돔은 해상, 항공 및 군사용 적용예들뿐만 아니라 고정식 안테나와 같은 다양한 다른 설치물들에서 유용하다. 본 공개의 층 구조의 경량 설계는 중량이 특히 중요한 항공 적용예들에서 특히 유리하다. 본 공개의 층 구조는 항공기 및, 특히 날개 및 안정기와 같은 동체 이외의 항공기 구조체 상에 형성된 레이돔에 매우 적합하다. 본 공개의 층 구조가 이용될 수 있는 광범위한 적용예들에 따르면, 본 공개에 따라 구성된 레이돔은 임의의 다양한 형상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 레이돔은 도 7에 도시된 것처럼 측지 돔의 형상을 가질 수 있거나 기다란 돔과 같은 특정 적용예에 더 적합한 또 다른 형상, 눈물 형상, 오자이브 형상, 평평한 쉘 형상, 평면 또는 다른 형상을 가질 수 있다.
본 공개의 다른 특징은 자유 공간 주파수의 방사선을 전송하는 방법이고, 본 명세서에 설명된 레이돔 구조를 제공하는 단계, 및 방사선 활성 장치를 작동시켜 자유 공간 주파수의 방사선을 레이돔 구조를 통해 전송하고 적절한 안테나 기능을 위해 손실을 감소시키는 단계를 포함한다.
유사하게, 본 공개의 또 다른 특징은, 자유 공간 주파수의 방사선을 수신하는 방법이고, 본 명세서에 설명된 레이돔 구조를 제공하는 단계, 및 적절한 안테나 기능을 위해 방사선 활성 장치에 의해 레이돔 구조를 통해 자유 공간 주파수의 방사선을 수신하여 손실을 감소시키는 단계를 포함한다.
통상의 기술자는 비유전율이 주파수의 함수이고 따라서, 본 명세서에 설명된 비유전율은 레이돔이 이용되어야 하는 방사선의 자유 공간 주파수를 가지는 것을 이해할 것이다. 특정 실시예에서, 상기 방사선의 자유 공간 주파수는 1GHz 내지 32GHz의 범위에 있다. 다른 실시예들에서, 상기 방사선의 자유 공간 주파수는 Q/V 또는 W- 대역 방사선에 해당하는 1GHz 내지 94GHz의 범위에 있다.
다양한 고 유전율 층(2.3 이상의 비유전율) 및 (인접한 고 유전율의 비유전율보다 예를 들어 적어도 0.4 또는 적어도 0.7, 적어도 1, 또는 적어도 1.3만큼 더 작은) 저 유전율 층이 본 명세서에 설명된다. 통상의 기술자는 본 명세서에서 설명된 것과 다르게 특정 실시예에서 각각의 고 유전율 층이 적어도 2.5, 예를 들어 2.5 내지 5의 범위, 또는 3 내지 5의 범위를 가지는 유전율을 가진다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에서 설명된 것과 다르게 특정 실시예에서, 각각의 저 유전율 층은 2.2 이하, 예를 들어 1 내지 2의 범위, 또는 1.5 내지 2.2의 범위, 또는 2 이하의 범위를 가지는 유전율을 가진다.
본 명세서에 설명된 층 구조의 예에서, 층 구조의 코어는 저밀도 내부를 둘러싸는 적층 스킨들을 이용하여 A- 샌드위치 구조로서 형성된다. 스킨들은 4.4의 비유전율 및 110-120의 제곱 피트 당 파운드(PCF)의 밀도를 가진 E- 유리 적층으로 구성된다. 저밀도 내부는 1.08의 비유전율 및 약 4PCF의 밀도를 가진 벌집으로 구성된다. 코어의 내측부 표면에 1.8의 비유전율 및 36PCF의 밀도를 가진 신택틱 필름으로 구성된 내부 구조가 있다.
본 공개를 따른 층 구조의 다른 예가 아래 표에 도시된다. 상기 레이돔은 예를 들어 항공기에서 이용하기에 적합할 것이다.
Figure pct00001
본 공개의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 공정 및 장치에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 공개는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 한 본 공개의 상기 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 자유 공간 주파수의 방사선과 이용하기 위한 레이돔의 층 구조로서, 상기 층 구조는 노출된 외부 표면 및 내부 표면을 가지고, 상기 층 구조는
    내측부 표면 및 외측부 표면을 가진 코어를 포함하고, 상기 코어의 외측부 표면은 레이돔의 층 구조의 노출된 외측부 표면의 0.75 mm 내에 있고, 상기 코어는 적어도 2.3의 제1 비유전율을 가진 제1 코어 층 및 적어도 2.3의 제2 비유전율을 가진 제2 코어 층을 가지며, 상기 제1 코어 층은 코어의 외측부 표면을 형성하고, 제2 코어 층은 코어의 내측부 표면을 형성하고, 상기 제1 코어 층과 제2 코어 층 사이에 중간층을 가지며; 및
    코어의 내측부 표면상에 배열된 내부 구조를 포함하고, 상기 내부 구조는 상기 코어에 인접하는 외측부 표면 및 노출된 내측부 표면을 가지며, 상기 내부 구조는 적어도 하나의 층을 포함하고, 각각의 제1 비유전율 및 제2 비유전율은 내부 구조 내에서 임의의 층의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3) 더 큰 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  2. 제1항에 있어서, 제1 코어 층의 외측부 표면이 층 구조의 외측부 표면으로부터 0.25mm 이하에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  3. 제1항에 있어서, 코어의 외측부 표면상에 배열된 페인트 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  4. 제1항에 있어서, 코어의 외측부 표면상에 배열된 소수성 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 제1 비유전율 및 제2 비유전율은 적어도 2.5, 예를 들어 2.5 내지 5의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  6. 제1항에 있어서, 코어가 적어도 약 1mm의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  7. 제1항에 있어서, 상기 내부 구조의 제1 내부 층은 2.2 이하, 예를 들어 1.5 내지 2.2의 비유전율을 가지는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  8. 제1항에 있어서, 상기 내부 구조는 적어도 0.25mm, 예를 들어 적어도 1mm 또는 심지어 적어도 2mm의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 코어 층 및 제2 코어 층 중 적어도 하나는 선택적으로 충전된 수지의 층인 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 코어 층 및 제2 코어 층 중 적어도 하나는 수지 함침 직물의 하나 이상의 플라이로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  11. 제1항에 있어서, 상기 중간 코어 층은 저 유전율 코어 층에서 방사선 파장의 3/16 내지 5/16 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  12. 제1항에 있어서, 제1 비유전율 및 제2 비유전율은 중간 코어 층의 비유전율보다 적어도 0.4 더 큰 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  13. 제12항에 있어서, 중간 코어 층이 신택틱 필름, 벌집 재료와 같은 구조화된 재료 또는 저 유전율 수지인 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  14. 제12항에 있어서, 중간 코어 층이 1 내지 2의 범위를 갖는 비유전율을 가진 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  15. 제12항에 있어서, 상기 중간 코어 층은 적어도 1mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  16. 제1항에 있어서, 중간 코어 층이 복수의 번갈아 형성되는 비교적 높은 유전율의 서브층과 비교적 낮은 유전율의 서브 층을 가지며, 상기 제1 및 제2 코어 층에 인접한 서브 층들은 비교적 낮은 유전율의 서브 층인 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  17. 제16항에 있어서, 상기 코어는 인접 층들과 서브 층들 사이에서 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7 또는 적어도 1 또는 적어도 1.3)의 비유전율 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  18. 제1항에 있어서, 상기 방사선의 자유 공간 주파수는 1GHz 내지 32GHz의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  19. 제1항에 있어서, 상기 내부 구조의 적어도 하나의 층은 제1 내부 층 및 제2 내부 층을 포함하고, 상기 제1 내부 층은 코어와 인접하며 제2 내부 층은 제1 내부 층의 내부를 향해 배열되고, 상기 제2 내부 층은 제1 내부 층의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.5) 더 작은 비유전율을 가지는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  20. 자유 공간 주파수의 방사선과 이용하기 위한 레이돔의 층 구조에 있어서,
    내측부 표면 및 외측부 표면을 가진 코어를 포함하고, 상기 코어는 적어도 2.3의 제1 비유전율을 가진 제1 코어 층 및 적어도 2.3의 제2 비유전율을 가진 제2 코어 층을 포함하며, 상기 제1 코어 층은 코어의 외측부 표면과 인접하고 상기 제2 코어 층은 코어의 내측부 표면과 인접하며;
    코어의 내측부 표면상에 배열된 내부 구조를 포함하고, 상기 내부 구조는 코어와 인접한 외측부 표면 및 노출된 내측부 표면을 가지며, 상기 내부 구조는 적어도 하나의 층을 포함하고, 각각의 제1 비유전율 및 제2 비유전율은 내부 구조 내에서 임의의 층의 비유전율보다 적어도 0.4(예를 들어, 적어도 0.7, 적어도 1 또는 적어도 1.3) 더 크고,
    적어도 0.75mm의 두께를 가진 층이 코어의 외측부 표면상에 배열되지 않는 것을 특징으로 하는 레이돔의 층 구조.
  21. 자유 공간 주파수의 방사선과 이용하기 위한 레이돔으로서,
    상기 레이돔은 노출된 볼록한 외부 표면 및 노출된 오목한 내부 표면을 가진 둘러싸인 삼차원 형상을 포함하고, 상기 삼차원 형상은 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항을 따르는 적어도 한 개의 층 구조를 포함하며,
    상기 적어도 한 개의 층 구조의 코어의 외측부 표면은 레이돔의 노출된 볼록한 외부 표면을 형성하고, 상기 적어도 하나의 층 구조의 내부 구조의 내측부 표면은 레이돔의 노출된 오목한 내부 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이돔.
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