TWM647654U - 多極化碟型天線 - Google Patents

Abstract

一種多極化碟型天線，包括一碟狀主反射器以及一多極天線源。碟狀主反射器包括一內凹面。多極天線源至少部分地設置於內凹面旁。碟狀主反射器的內凹面反射多極天線源所發出的輻射能量。多極天線源包括一載板、至少一輻射體以及多個饋入部。載板具有一導體層。至少一輻射體設置於載板的上方，且與導體層之間具有一共振間隙。這些饋入部設置於至少一輻射體旁。各饋入部對所對應的輻射體所在的平面的投影至少局部重疊於輻射體，各饋入部與導體層絕緣，這些饋入部的數量大於2。

Description

多極化碟型天線

本新型創作是有關於一種碟型天線，且特別是有關於一種多極化碟型天線。

目前，常見的碟型天線主要以單極化天線或雙極化天線組成。隨著科技發展，使用者對於通訊裝置性能的要求也逐漸提升。要如何進一步提升通訊裝置的天線性能，是本領域研究人員努力的方向之一。

本新型創作提供一種多極化碟型天線，可具有多種極化方向，使本新型創作的多極化碟型天線可以接收不同方向的訊號，而提升天線性能。

本新型創作的一種多極化碟型天線，包括一碟狀主反射器以及一多極天線源。碟狀主反射器包括一內凹面。多極天線源至少部分地設置於內凹面旁。碟狀主反射器的內凹面反射多極天線源所發出的輻射能量。多極天線源包括一載板、至少一輻射體以及多個饋入部。載板具有一導體層。至少一輻射體設置於載板的上方，且與導體層之間具有一共振間隙。這些饋入部設置於至少一輻射體旁。各饋入部對所對應的輻射體所在的平面的投影至少局部重疊於輻射體，各饋入部與導體層絕緣，該些饋入部的數量大於2。

在本新型創作的一實施例中，上述的至少一輻射體為一輻射體，這些饋入部設置於輻射體的下方，各饋入部至少部分被遮蔽於輻射體的下方，多極化碟型天線包括至少一接地部，設置於載板且電性連接於導體層。

在本新型創作的一實施例中，上述的至少一輻射體包括多個輻射體，垂直於載板配置，這些輻射體的數量大於2，這些饋入部分別對應這些輻射體，各饋入部包括微帶線，多極化碟型天線激發出一天線頻段，各輻射體為一偶極天線，各輻射體的長度為天線頻段的0.5倍波長，且高度介於0.25倍波長至0.5倍波長之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極化碟型天線激發出一天線頻段，載板與至少一輻射體之間的距離介於天線頻段的0.08倍波長至0.5倍波長之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極化碟型天線激發出一天線頻段，碟狀主反射器的直徑介於天線頻段的5倍波長至10倍波長之間，碟狀主反射器在貫穿內凹面的一中心的一軸線上的高度介於天線頻段的1倍波長至5倍波長之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極化碟型天線更包括一副反射器，設置於內凹面旁，至少一輻射體朝向副反射器，多極天線源所發出的輻射能量被副反射器反射至內凹面，且被內凹面反射而出。

在本新型創作的一實施例中，上述的碟狀主反射器包括穿過內凹面的一中心的一軸線，多極天線源位於內凹面上的中心，且副反射器位於軸線上。

在本新型創作的一實施例中，上述的副反射器包括一反射凸面，反射凸面朝向內凹面與多極天線源。

在本新型創作的一實施例中，上述的副反射器包括一反射凹面，反射凹面朝向內凹面與多極天線源。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極化碟型天線激發出一天線頻段，副反射器與碟狀主反射器的內凹面的一中心之間的最遠距離為碟狀主反射器的直徑的平方/(16*碟狀主反射器在穿過中心的一軸線上的高度)。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極化碟型天線更包括一中空波導件，至少圍繞部分的多極天線源，且中空波導件凸出於內凹面的高度大於至少一輻射體凸出於內凹面的高度。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極化碟型天線激發出一天線頻段，中空波導件的直徑介於天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間，中空波導件的高度介於天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極天線源位於內凹面的一焦點上，且至少一輻射體朝向內凹面。

在本新型創作的一實施例中，上述的碟狀主反射器包括穿過內凹面的一中心的一軸線，多極天線源位於軸線。

在本新型創作的一實施例中，上述的多極化碟型天線更包括一中空波導件，至少圍繞至少一輻射體，多極化碟型天線激發出一天線頻段，中空波導件的直徑介於天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間，中空波導件的高度介於天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間。

基於上述，本新型創作的多極化碟型天線的多極天線源至少部分地設置於碟狀主反射器的內凹面旁。碟狀主反射器的內凹面反射多極天線源所發出的輻射能量。多極天線源的輻射體與導體層之間具有共振間隙。饋入部對所對應的輻射體所在的平面的投影至少局部重疊於輻射體，且饋入部的數量大於2。透過上述設置，本新型創作的多極化碟型天線可以具有多極化表現以接收不同方向的訊號，而可提升天線性能。

圖1A是依照本新型創作的第一實施例的多極化碟型天線的外觀示意圖。圖1B是圖1A的多極天線源及接地部的外觀示意圖。圖1C是圖1A的多極化碟型天線的側面透視圖。需說明的是，為能清楚得知各元件間的相對位置，圖1A及圖1C的碟狀主反射器110及中空波導件150以透視方式繪製。

請參考圖1A至圖1C，本實施例的多極化碟型天線100適於激發一天線頻段，且天線頻段介於4.9GHz至7.2GHz之間，使多極化碟型天線100可以應用於不同的工作頻段(例如LTE頻段、Wi-Fi 5G、Wi-Fi 6G等頻段)。以下介紹本實施例的多極化碟型天線100的主要組成元件。

本實施例的多極化碟型天線100包括一碟狀主反射器110以及一多極天線源120。碟狀主反射器110包括一內凹面111及穿過內凹面111的一中心C的一軸線L。內凹面111用以反射多極天線源120所發出的輻射能量。

碟狀主反射器110的直徑D(圖1C)介於前述天線頻段的5倍波長至10倍波長之間。碟狀主反射器110在軸線L上的高度H(圖1C)介於前述天線頻段的1倍波長至5倍波長之間。需說明的是，碟狀主反射器110的直徑D可依規格調整。當直徑D越大，整體多極化碟型天線100尺寸越大，多極化碟型天線100的增益也越大。此外，調整碟狀主反射器110的高度H可以調整焦點F的位置。

多極天線源120包括一載板121、至少一輻射體122以及多個饋入部123。載板121具有一導體層1211，且載板121位於碟狀主反射器110的後方。具體而言，載板121並不位於內凹面111面向的方向上(例如是圖1C的Z軸方向)，而位於內凹面111的背後。

此外，載板121可以是通訊裝置的殼體、內部結構或其他合適的部位，以提供設置輻射體122及饋入部123。載板121的材質例如是印刷電路板的絕緣基板材料、塑膠、陶瓷材料或及其他合適的材料，本新型創作不以此為限。

至少一輻射體122為一輻射體122，且設置於載板121的上方(以圖式的Z軸為上方)。載板121的導體層1211與至少一輻射體122之間具有一共振間隙G(圖1C)，共振間隙G的距離介於前述天線頻段的0.08倍波長至0.5倍波長之間。需說明的是，共振間隙G的距離可因應多極化碟型天線100的天線種類、頻率及頻寬以進行調整。

這些饋入部123設置於至少一輻射體122旁，且各饋入部123對所對應的輻射體122所在的平面的投影至少局部重疊於輻射體122。具體而言，如圖1B及圖1C所示，饋入部123設置於輻射體122的下方(以圖式的Z軸為上方)，且各饋入部123至少部分被遮蔽於輻射體122的下方。

各饋入部123與導體層1211絕緣。這些饋入部123的數量大於2。在本實施例中，饋入部123的數量為四個，且如圖1B所示，兩兩相鄰的饋入部123延伸的方向相互垂直。透過上述饋入部123的設置，本實施例的多極化碟型天線100(圖1A)可以做為多個線性極化天線(水平極化及垂直極化)，也可以透過電路產生相位差而做為圓極化天線。因此，多極化碟型天線100可具有多極化的表現以接收不同方向的訊號，而能提升天線性能。

請參考圖1C，多極天線源120位於內凹面111的中心C且至少部分地設置於內凹面111旁。具體而言，本實施例的多極天線源120的輻射體122鑲於內凹面111的底部而凸出於內凹面111。亦即，本實施例的多極天線源120的輻射體122位於碟狀主反射器110的碟狀凹槽之中，而位於內凹面111旁。

此外，本實施例的多極化碟型天線100包括至少一接地部130，設置於載板121且電性連接於導體層1211。具體而言，本實施例的至少一接地部130為四個柱狀的接地部130，且各個接地部130對應饋入部123設置。本實施例的多極化碟型天線100的接地部130可作為饋入部123之間的隔離機制，以降低四個饋入部123分別與輻射體122之間的共振干擾，進而改善四個饋入部123之間的隔離度。

本實施例的多極化碟型天線100更包括一副反射器140。副反射器140包括一反射凸面141。請參考圖1C，副反射器140位於穿過內凹面111的軸線L上及位於內凹面111的焦點F上，且設置於內凹面111旁。具體而言，副反射器140與碟狀主反射器110的內凹面111相互面對。副反射器140並未被內凹面111所環繞，且與碟狀主反射器110之間具有間隔。亦即，本實施例的副反射器140位於碟狀主反射器110之外，而位於內凹面111旁。

請繼續參考圖1C，副反射器140與碟狀主反射器110的內凹面111的中心C之間的最遠距離FD為碟狀主反射器110的直徑D的平方/(16*碟狀主反射器110在穿過中心C的軸線L上的高度H)。此外，多極天線源120的至少一輻射體122朝向副反射器140的反射凸面141，且反射凸面141朝向內凹面111與多極天線源120。當多極天線源120所發出的輻射能量被副反射器140的反射凸面141反射至內凹面111後，輻射能量被內凹面111反射至外界。

本實施例的多極化碟型天線100更包括一中空波導件150，至少圍繞部分的多極天線源120。如圖1C所示，中空波導件150圍繞多極天線源120的輻射體122及饋入部123，且中空波導件150凸出於內凹面111的高度大於至少一輻射體122凸出於內凹面111的高度。透過上述設置，中空波導件150可以提高多極化碟型天線100的天線性能。

此外，本實施例的中空波導件150的直徑d介於前述天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間，中空波導件150的高度h介於天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間。

經實驗，本實施例的多極化碟型天線100在相同頻段內，具有良好的頻寬比(大於40%)、高增益、波束指向偏移小(偏離角小於1度)及良好的天線隔離度(隔離度大於10dB)等特性。因此，本實施例的多極化碟型天線100具有良好的天線性能表現。

圖2A是依照本新型創作的第二實施例的多極化碟型天線的外觀示意圖。圖2B是圖2A的多極天線源的外觀示意圖。圖2C是圖2B的多極天線源的側面示意圖。圖2D是圖2A的多極化碟型天線的側面透視圖。

請參考圖2A至圖2D，本實施例的多極化碟型天線100a的結構與第一實施例的多極化碟型天線100的結構大致相同。兩者的差異在於，本實施例的多極化碟型天線100a的多極天線源120a的結構與第一實施例的多極化碟型天線100的多極天線源120結構不同。

詳細而言，請參考圖2B及圖2C，本實施例的多極化碟型天線100a激發出一天線頻段，且天線頻段介於4.9GHz至7.2GHz之間。亦即，本實施例的多極化碟型天線100a也可應用於不同的工作頻段。

本實施例的多極化碟型天線100a的多極天線源120a包括一載板121a、至少一輻射體122a以及多個饋入部123a。載板121a具有一導體層1211a。至少一輻射體122a包括多個輻射體，並設置於載板121a上。這些輻射體122a可垂直於載板121a配置，且這些輻射體122a設置於多個印刷電路板124a上。此外，這些輻射體的數量大於2。在本實施例中，輻射體122a的數量例如是四個，但本新型創作並不以此為限。

各輻射體122a為一偶極天線，且包括兩個對稱的子輻射體122a’。兩子輻射體122a’位於同一平面而使各輻射體122a呈T型的外觀。各輻射體122a的長度d’(圖2C)為天線頻段的0.5倍波長，且高度h’ (圖2C)介於0.25倍波長至0.5倍波長之間。此外，如圖2C所示，載板121a的導體層1211a與輻射體122a之間具有一共振間隙G，且共振間隙G的距離介於前述天線頻段的0.08倍波長至0.5倍波長之間。

這些饋入部123a對應這些輻射體122a而設置於這些輻射體122a旁，且各饋入部123a對所對應的輻射體122a所在的平面的投影至少局部重疊於輻射體122a。饋入部123a的數量也例如是四個，但本新型創作並不以此為限。需說明的是，饋入部123a適於對輻射體122a饋入訊號，但饋入部123a並未連接於輻射體122a。

此外，這些饋入部123a包括微帶線1231a。本實施例的多極化碟型天線100a透過微帶線1231a饋入以作為天線阻抗匹配。在其他實施例中，也可以使用共面波導(Coplanar waveguide或Grounded Coplanar Waveguide，CPW或CPWG)作為天線阻抗匹配。本新型創作並不以此為限。

透過上述設置，本實施例的多極化碟型天線100a也可以具有多極化的表現以接收不同方向的訊號，而能提升天線性能。

此外，經實驗，本實施例的多極化碟型天線100a在相同頻段內，也同樣具有良好的頻寬比(大於40%)、高增益、波束指向偏移小(偏離角小於1度)等特性，而具有良好的天線表現。

需補充的是，本新型創作的多極天線源並不以第一實施例的多極天線源120及第二實施例的多極天線源120a的結構為限。亦即，在其他實施例中，多極天線源的結構可以與多極天線源120、120a不同，只要多極天線源具有可產生多極模態的結構即可。

圖3A是依照本新型創作的第三實施例的多極化碟型天線的外觀示意圖。圖3B是依照本新型創作的第四實施例的多極化碟型天線的外觀示意圖。圖3C是依照本新型創作的第五實施例的多極化碟型天線的外觀示意圖。

請參考圖1C、圖2D、圖3A至圖3C，第一實施例及第二實施例的多極化碟型天線100、100a為卡塞格林天線(Cassegrain antenna)的碟型天線配置。而圖3A至圖3C的第三實施例、第四實施例及第五實施例的多極化碟型天線100b、100c、100d分別為葛里高式天線(Gregorian antenna)、軸向碟型天線(Axial dish antenna)以及偏軸碟型天線(Offset dish antenna)的碟型天線配置。以下介紹第三實施例、第四實施例及第五實施例的多極化碟型天線100b、100c、100d與第一實施例及第二實施例的多極化碟型天線100、100a的差異。

請先參考圖3A，第三實施例的多極化碟型天線100b與第一實施例及第二實施例的多極化碟型天線100、100a的差異在於，本實施例的副反射器140b包括一反射凹面142，反射凹面142朝向內凹面111與多極天線源120。雖然外觀不同，但本實施例的副反射器140的反射凹面142一樣是將多極天線源120所發出的輻射能量反射至內凹面111，使輻射能量再透過內凹面111反射至外界。

請參考圖3B，第四實施例的多極化碟型天線100c與第一實施例及第二實施例的多極化碟型天線100、100a的差異在於，本實施例的多極化碟型天線100c不具有副反射器，且多極化碟型天線100c的多極天線源120設置的位置也不同。具體而言，本實施例的多極化碟型天線100c的多極天線源120位於內凹面111的焦點F上，多極天線源120同時位於穿過內凹面111中心C的軸線L上。此外，多極天線源120的輻射體122朝向內凹面111。

請參考圖3C，第五實施例的多極化碟型天線100d與第四實施例的多極化碟型天線100c的差異在於，本實施例的多極天線源120會位於內凹面111的焦點F，但並不位於碟狀主反射器110的軸線L上。

第四實施例及第五實施例的多極化碟型天線100c、100d都不具有副反射器，且輻射體122都朝向內凹面111。當第四實施例及第五實施例的多極天線源120朝向內凹面111發射輻射能量，輻射能量直接被內凹面111反射至外界。

需補充的是，第一實施例、第三實施例、第四實施例及第五實施例的多極化碟型天線100、100b、100c、100d均具有良好的天線表現。其中，以第一實施例的多極化碟型天線100的卡塞格林天線具有最少的波束指向偏移。

圖4A是依照本新型創作的第六實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。圖4B是依照本新型創作的第七實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。圖4C是依照本新型創作的第八實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。圖4D是依照本新型創作的第九實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。

請參考圖4A至圖4D，第六實施例至第九實施例的多極化碟型天線100e、100f、100g、100h的結構分別與第一實施例、第三實施例、第四實施例及第五實施例的多極化碟型天線100、100b、100c、100d的結構相似。差異在於，第六實施例至第九實施例的多極化碟型天線100e、100f、100g、100h相較於第一實施例、第三實施例、第四實施例及第五實施例的多極化碟型天線100、100b、100c、100d不具有中空波導件150。

需補充說明的是，如圖3A至圖4D所示，第三實施例至第九實施例的多極化碟型天線100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h的多極天線源120與第一實施例的多極化碟型天線100的多極天線源120相同。但在其他實施例中，第三實施例至第九實施例的多極化碟型天線100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h也可以使用第二實施例的多極天線源120a或是其他可產生多極模態的多極天線源。本新型創作並不以此為限。

綜上所述，本新型創作的多極化碟型天線的多極天線源至少部分地設置於碟狀主反射器的內凹面旁。碟狀主反射器的內凹面反射多極天線源所發出的輻射能量。多極天線源的輻射體與導體層之間具有共振間隙。饋入部對所對應的輻射體所在的平面的投影至少局部重疊於輻射體，且饋入部的數量大於2。透過上述設置，本新型創作的多極化碟型天線可以具有多極化表現以接收不同方向的訊號，而可提升天線性能。此外，本新型創作的多極化碟型天線同時具有良好的頻寬比、高增益、波束指向偏移小及良好的天線隔離度等特性。

100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h:多極化碟型天線 110:碟狀主反射器 111:內凹面 120、120a:多極天線源 121、121a:載板 1211、1211a:導體層 122、122a:輻射體 122a’:子輻射體 123、123a:饋入部 1231a:微帶線 124a:印刷電路板 130:接地部 140:副反射器 141:反射凸面 142:反射凹面 150:中空波導件 C:中心 d:直徑 d’:長度 D:直徑 F:焦點 FD:最遠距離 G:共振間隙 h:高度 h’:高度 H:高度 L:軸線 X-Y-Z:直角坐標

圖1A是依照本新型創作的第一實施例的多極化碟型天線的外觀示意圖。 圖1B是圖1A的多極天線源及接地部的外觀示意圖。 圖1C是圖1A的多極化碟型天線的側面透視圖。 圖2A是依照本新型創作的第二實施例的多極化碟型天線的外觀示意圖。 圖2B是圖2A的多極天線源的外觀示意圖。 圖2C是圖2B的多極天線源的側面示意圖。 圖2D是圖2A的多極化碟型天線的側面透視圖。 圖3A是依照本新型創作的第三實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。 圖3B是依照本新型創作的第四實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。 圖3C是依照本新型創作的第五實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。 圖4A是依照本新型創作的第六實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。 圖4B是依照本新型創作的第七實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。 圖4C是依照本新型創作的第八實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。 圖4D是依照本新型創作的第九實施例的多極化碟型天線的側面示意圖。

100:多極化碟型天線

110:碟狀主反射器

111:內凹面

120:多極天線源

121:載板

1211:導體層

122:輻射體

123:饋入部

130:接地部

140:副反射器

141:反射凸面

150:中空波導件

C:中心

d:直徑

D:直徑

F:焦點

FD:最遠距離

G:共振間隙

h:高度

H:高度

L:軸線

X-Y-Z:直角坐標

Claims (15)

1. 一種多極化碟型天線，包括： 一碟狀主反射器，包括一內凹面；以及 一多極天線源，至少部分地設置於該內凹面旁，該碟狀主反射器的該內凹面反射該多極天線源所發出的輻射能量，該多極天線源包括： 一載板，具有一導體層； 至少一輻射體，設置於該載板的上方，且與該導體層之間具有一共振間隙；以及 多個饋入部，設置於該至少一輻射體旁，各該饋入部對所對應的該輻射體所在的平面的投影至少局部重疊於該輻射體，各該饋入部與該導體層絕緣，該些饋入部的數量大於2。
2. 如請求項1所述的多極化碟型天線，其中該至少一輻射體為一輻射體，該些饋入部設置於該輻射體的下方，各該饋入部至少部分被遮蔽於該輻射體的下方，該多極化碟型天線包括至少一接地部，設置於該載板且電性連接於該導體層。
3. 如請求項1所述的多極化碟型天線，其中該至少一輻射體包括多個輻射體，垂直於該載板配置，該些輻射體的數量大於2，該些饋入部分別對應該些輻射體，各該饋入部包括微帶線，該多極化碟型天線激發出一天線頻段，各該輻射體為一偶極天線，各該輻射體的長度為該天線頻段的0.5倍波長，且高度介於0.25倍波長至0.5倍波長之間。
4. 如請求項1所述的多極化碟型天線，其中該多極化碟型天線激發出一天線頻段，該載板與該至少一輻射體之間的距離介於該天線頻段的0.08倍波長至0.5倍波長之間。
5. 如請求項1所述的多極化碟型天線，其中該多極化碟型天線激發出一天線頻段，該碟狀主反射器的直徑介於該天線頻段的5倍波長至10倍波長之間，該碟狀主反射器在貫穿該內凹面的一中心的一軸線上的高度介於該天線頻段的1倍波長至5倍波長之間。
6. 如請求項1所述的多極化碟型天線，更包括一副反射器，設置於該內凹面旁，該至少一輻射體朝向該副反射器，該多極天線源所發出的該輻射能量被該副反射器反射至該內凹面，且被該內凹面反射而出。
7. 如請求項6所述的多極化碟型天線，其中該碟狀主反射器包括穿過該內凹面的一中心的一軸線，該多極天線源位於該內凹面上的該中心，且該副反射器位於該軸線上。
8. 如請求項7所述的多極化碟型天線，其中該副反射器包括一反射凸面，該反射凸面朝向該內凹面與該多極天線源。
9. 如請求項7所述的多極化碟型天線，其中該副反射器包括一反射凹面，該反射凹面朝向該內凹面與該多極天線源。
10. 如請求項6所述的多極化碟型天線，其中該多極化碟型天線激發出一天線頻段，該副反射器與該碟狀主反射器的該內凹面的一中心之間的最遠距離為該碟狀主反射器的直徑的平方/(16*該碟狀主反射器在穿過該中心的一軸線上的高度)。
11. 如請求項7所述的多極化碟型天線，更包括一中空波導件，至少圍繞部分的該多極天線源，且該中空波導件凸出於該內凹面的高度大於該至少一輻射體凸出於該內凹面的高度。
12. 如請求項11所述的多極化碟型天線，其中該多極化碟型天線激發出一天線頻段，該中空波導件的直徑介於該天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間，該中空波導件的高度介於該天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間。
13. 如請求項1所述的多極化碟型天線，其中該多極天線源位於該內凹面的一焦點上，且該至少一輻射體朝向該內凹面。
14. 如請求項13所述的多極化碟型天線，其中該碟狀主反射器包括穿過該內凹面的一中心的一軸線，該多極天線源位於該軸線。
15. 如請求項14所述的多極化碟型天線，更包括一中空波導件，至少圍繞該至少一輻射體，該多極化碟型天線激發出一天線頻段，該中空波導件的直徑介於該天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間，該中空波導件的高度介於該天線頻段的0.5倍波長至5倍波長之間。

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