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TWI709280B - 天線結構及通訊裝置 - Google Patents

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TWI709280B
TWI709280B TW108135553A TW108135553A TWI709280B TW I709280 B TWI709280 B TW I709280B TW 108135553 A TW108135553 A TW 108135553A TW 108135553 A TW108135553 A TW 108135553A TW I709280 B TWI709280 B TW I709280B
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antenna structure
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segment
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吳建逸
浩元 陳
吳朝旭
楊易儒
黃士耿
李宜樹
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和碩聯合科技股份有限公司
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Abstract

一種天線結構，包括一第一主輻射體、一第二主輻射體及一調頻輻射體。第一主輻射體適於激發出一第一頻段及一第二頻段，第一主輻射體包括依序連接的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中第一段部具有一饋入端，第四段部具有一接地端，第二段部及第三段部彎折地連接，第二段部及第三段部之間具有一第一槽縫，第一槽縫適以調整第二頻段的阻抗匹配。第二主輻射體從饋入端延伸，適於激發出一第三頻段及一第四頻段。調頻輻射體連接於第一主輻射體的第三段部，適於調整第一頻段的共振頻率點。

Description

天線結構及通訊裝置
本揭示內容是有關於一種天線結構及通訊裝置，且特別是有關於一種多頻段的天線結構及通訊裝置。
Sub 6GHz為5G通訊的其中一種主流頻段，其除了698MHz至960MHz的頻段及1710MHz至2700MHz的頻段之外，還增加了617MHz至698MHz的頻段、3300 MHz至5000MHz的頻段及5150 MHz至5850MHz的頻段。目前的天線結構在低頻頻段中，較難以涵蓋整個617MHz至960MHz的頻段。
本揭示內容的一種天線結構，包括一第一主輻射體、一第二主輻射體及一調頻輻射體。第一主輻射體適於激發出一第一頻段及一第二頻段，第一主輻射體包括依序連接的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中第一段部具有一饋入端，第四段部具有一接地端，第二段部及第三段部彎折地連接，第二段部及第三段部之間具有一第一槽縫，第一槽縫適以調整第二頻段的阻抗匹配。第二主輻射體，從饋入端延伸，適於激發出一第三頻段及一第四頻段。調頻輻射體連接於第一主輻射體的第三段部，適於調整第一頻段的共振頻率點。
本揭示內容的一種通訊裝置，包括天線結構、多個集總元件及一切換開關。第一頻段包括多個子區間。這些集總元件連接至一系統接地面，天線結構與系統接地面之間具有多個接地路徑，這些接地路徑分別對應第一頻段的這些子區間。切換開關的一端連接於天線結構的接地端，另一端可選擇地連接至這些集總元件的其中一者或不連接於這些集總元件，以將天線結構連接至這些接地路徑中的其中一者，並共振出第一頻段的這些子區間的其中一個。
基於上述，本揭示內容的天線結構的第一主輻射體適於激發出第一頻段及第二頻段，且第一槽縫存在於第二段部及第三段部之間，以調整第二頻段的阻抗匹配。第二主輻射體適於激發出第三頻段及第四頻段。調頻輻射體適於調整第一頻段的共振頻率點。因此，本揭示內容的天線結構可達到支援多頻段的效果。此外，本揭示內容的通訊裝置藉由將切換開關的一端連接於天線結構的接地端，另一端可選擇地連接至這些集總元件的其中一者或不連接於這些集總元件，而可選擇不同的接地路徑，使其第一頻段能夠達到較大的涵蓋頻寬。
圖1A是依照本揭示內容的一實施例的一種通訊裝置的天線結構的示意圖。圖1B是圖1A的通訊裝置的切換開關的示意圖。請參閱圖1A至圖1B，本實施例的通訊裝置1包括天線結構100、多個集總元件32、34、36、38(圖1B)及一切換開關20。天線結構100配置於一基板105上，基板105例如是軟性電路板，而可撓地設置在例如是絕緣支架10(圖2A)等結構上，但基板105的種類不以此為限制。
如圖1A所示，在本實施例中，天線結構100包括一第一主輻射體110、一第二主輻射體120及一調頻輻射體130。第一主輻射體110包括依序彎折地連接的一第一段部111(位置A1、A2、A3)、一第二段部112(位置A3、A4)、一第三段部113(位置A5、A9)及一第四段部114(位置B2、B1)。
更明確地說，第一段部111彎折地連接第二段部112，第二段部112彎折地連接第三段部113，第三段部113彎折地連接第四段部114。第一段部111位於第四段部114旁，且第二段部112位於第三段部113旁。第一段部111的延伸方向平行於第四段部114的延伸方向，且第二段部112的延伸方向平行於第三段部113的延伸方向。
在本實施例中，第一段部111具有一饋入端(位置A1)，第四段部114具有一接地端(位置B1)。饋入端(位置A1)適於電性連接至一數據機40或是主機板的訊號正端，接地端(位置B1)適於電性連接至主機板的訊號負端。
第一主輻射體110適於激發出一第一頻段及一第二頻段。在本實施例中，第一頻段介於617MHz至960MHz之間，第二頻段介於1710MHz至2700MHz之間，但第一頻段與第二頻段不以此為限制。在本實施例中，第一主輻射體110的長度介於第一頻段的0.4倍波長至0.6倍波長之間，例如是0.5倍波長。
更具體地說，第一主輻射體110的藉由第一段部111(位置A1、A2、A3)、第二段部112(位置A3、A4)、第三段部113(位置A5、A9)及第四段部114(位置B2、B1)共同構成一迴路(Loop)天線架構，此迴路路徑為900MHz的0.5倍波長，而約為160公厘。當然，第一主輻射體110的長度不以此為限制。
值得一提的是，在本實施例中，第二段部112及第三段部113之間具有一第一槽縫116，第一槽縫116的寬度適以被調整，而調整第二頻段的阻抗匹配及共振頻率點位置。在本實施例中，第一槽縫116的寬度介於0.3公厘至0.5公厘之間，但第一槽縫116的寬度不以此為限制。此外，第二段部112的寬度適以被調整，以調整該第二頻段的阻抗匹配。
另外，在本實施例中，第二段部112具有位於內部的一第二槽縫117，可用以調整該第二頻段的阻抗匹配；在其他實施例中，第二段部112也可以不具有第二槽縫117。
此外，第二主輻射體120(位置C1、C2、C3、C4、C5)從饋入端(位置A1)延伸，適於激發出一第三頻段及一第四頻段。在本實施例中，第三頻段介於3300MHz至5000MHz之間，且第四頻段介於5150MHz至5850MHz之間，但第三頻段與第四頻段不以此為限制。
由圖1A可見，第一主輻射體110的第一段部111位於第四段部114及第二主輻射體120之間，且第二主輻射體120具有多個彎折，而在基板105的寬度方向(圖1A的上下方向)上不超出於第一幅射體。此外，在本實施例中，天線結構100可藉由調整第二主輻射體120在位置C1、C2的部位與系統接地面50之間的間距D，來調整第三頻段及第四頻段的阻抗匹配。
另外，調頻輻射體130連接於第一主輻射體110的第三段部113，適於調整第一頻段的共振頻率點。更具體地說，調頻輻射體130包括一第五段部132(位置A5、A6)、一第六段部134(位置A6、A8)及一第七段部136(位置A6、A7)。
第五段部132的一端連接於第二段部112及第三段部113的轉折處，第六段部134及第七段部136分別連接於第五段部132的另一端，且第六段部134及第七段部136往相反方向延伸。具體來說，第六段部134往靠近第四段部114的方向延伸，且第七段部136往遠離第四段部114的方向延伸。在本實施例中，第六段部134(位置A6、A8)及第七段部136(位置A6、A7)可用來調整第一頻段的共振頻率點位置。
要說明的是，如圖1B所示，在本實施例中，這些集總元件32、34、36、38連接至一系統接地面50。切換開關20的一端連接於天線結構100的接地端(位置B1)，另一端可選擇地連接至這些集總元件32、34、36、38的其中一者或不連接於這些集總元件32、34、36、38。在本實施例中，集總元件32、34、36、38包括電容或電感，但集總元件32、34、36、38的種類不以此為限制。
第一主輻射體110的接地端(位置B1)會連接到主機板(未繪示)上的切換開關20，以透過切換開關20來切換至連接至不同接點22、24、26、28，來連接到對應的集總元件32、34、36、38，而選擇不同的接地路徑(All OFF、RF1、RF3、RF4)。這些接地路徑(All OFF、RF1、RF3、RF4)分別對應於第一頻段中的多個子區間，天線結構100以這些接地路徑(All OFF、RF1、RF3、RF4)的其中一個連接至系統接地面50時，適於共振出第一頻段的這些子區間(617MHz至698MHz、680MHz至800MHz、740MHz至860MHz、824MHz至960MHz)的其中一個，使第一頻段(低頻)可涵蓋617~960MHz的頻寬。
在本實施例中，切換開關20是以一對四的切換開關為例，但切換開關20的種類並不以此為限制，在其他實施例中，切換開關20也可以是一對二、一對三、一對五或一對更多的切換開關。
下表一為使用一對四的切換開關20其所對應的控制表，共會有16種的切換組態。
表一：
組態 模式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 16進制
1 All OFF (絕緣) 0 0 0 0 0 0 0 0 00
2 RF1並聯下地 1 1 1 0 0 0 0 1 E1
3 RF2並聯下地 1 1 0 1 0 0 1 0 D2
4 RF1, RF2並聯下地 1 1 0 0 0 0 1 1 C3
5 RF3並聯下地 1 0 1 1 0 1 0 0 B4
6 RF1, RF3並聯下地 1 0 1 0 0 1 0 1 A5
7 RF4並聯下地 0 1 1 1 1 0 0 0 78
8 RF1, RF4並聯下地 0 1 1 0 1 0 0 1 69
9 All ON 1 1 1 1 1 1 1 1 FF
10 RF1串聯下地 0 0 0 1 1 1 1 0 1E
11 RF2串聯下地 0 0 1 0 1 1 0 1 2D
12 RF1, RF2串聯下地 0 0 1 1 1 1 0 0 3C
13 RF3串聯下地 0 1 0 0 1 0 1 1 4B
14 RF1, RF3串聯下地 0 1 0 1 1 0 1 0 5A
15 RF4串聯下地 1 0 0 0 0 1 1 1 87
16 RF1, RF4串聯下地 1 0 0 1 0 1 1 0 96
在本實施例中，僅選用其中幾種組態(也就是僅採用All OFF、RF1、RF3、RF4模式)，即可使第一頻段達到良好的涵蓋範圍。
更明確地說，當切換開關20不作動(即為開路All OFF)時，其共振頻帶為第一頻段的第四子區間(Band 4)，也就是824MHz至960MHz。
當切換開關20選擇RF1路徑，而連接到接點22時，代表並聯集總元件32(例如是電感1.6nH)下地，其共振頻帶為第一頻段的第一子區間(Band 1)，也就是617MHz至698MHz。
當切換開關20選擇RF3路徑，而連接到接點26時，代表並聯集總元件36 (例如是電容3.9pF))下地，其共振頻帶為第一頻段的第二子區間(Band 2)，也就是680MHz至800MHz。
當切換開關20選擇RF4路徑，而連接到接點28時，代表並聯集總元件38(例如是電容1pF))下地，其共振頻帶為第一頻段的第三子區間(Band 3)，也就是740MHz至860MHz。當然，集總元件32、34、36、38的種類與數量不以上述為限制。
值得一提的是，在本實施例中，天線結構100適於設置在絕緣支架10上，以縮減通訊裝置1的體積，且具有良好的天線效率。圖2A是絕緣支架的立體示意圖。圖2B至圖2E是圖1A的天線結構100配置在絕緣支架10上的不同表面的示意圖。於一些實施例中，絕緣支架10的材質為塑膠，但不以此為限制。
請同時參閱圖1A、圖2A至2E，絕緣支架10以立方體為例，具有一第一長側面12、一第二長側面14、一第三長側面16及一短側面18。如圖2B，第一主輻射體110的第一段部111的一部分(位置A1)與第四段部114的一部分(位置B1)、第二主輻射體120的一部分(位置C1、C2)及調頻輻射體130的一部分(位置A6、A8)分布於絕緣支架10的第一長側面12上。
如圖2C，第一主輻射體110的第一段部111的剩下部分(位置A2)、第二段部112的一部分(位置A2、A5)、整個第三段部113(位置A5、A9)與第四段部114的剩下部分(位置B2)、第二主輻射體120的另一(another)部分(位置C3、C5)及調頻輻射體130的另一部分(位置A5)分布於絕緣支架10的第二長側面14上。
如圖2D，第一主輻射體110的第二段部112的剩下部分(位置A3、A4)、第二主輻射體120的剩下部分(位置C4)及調頻輻射體130的再一部分(位置A7)分布於絕緣支架10的第三長側面16上。此外，如圖2E，調頻輻射體130的剩下部分位於絕緣支架10的短側面18上。
絕緣支架10的長度L1介於70公厘至90公厘之間，例如80公厘。寬度L3、L5介於8公厘至15公厘之間，例如12公厘。高度L2、L4介於8公厘至15公厘之間，例如10公厘。當然，上述尺寸不以此為限制。在本實施例中，第一主輻射體110、第二主輻射體120及調頻輻射體130可選擇地分布於絕緣支架10的第一長側面12、第二長側面14、第三長側面16及短側面18上，而可縮減通訊裝置1的體積。
圖3是圖1A的通訊裝置的頻率(600MHz至1000MHz)-電壓駐波比的關係圖。請參閱圖3，在本實施例中，當切換開關20切換至不同接地路徑(RF1、RF3、RF4、All OFF)時，第一頻率中的第一子區間(Band 1，617MHz至698MHz)、第二子區間(Band 2，680MHz至800MHz)、第三子區間(Band 3，740MHz至860MHz)及第四子區間(Band 4，824MHz至960MHz)的電壓駐波比，除頻率在617MHz和960MHz兩點附近的電壓駐波比在6以下，其餘均可保持在3以下，具有良好頻寬的表現。
此外，圖4是圖1A的通訊裝置的頻率(1500MHz至6000MHz)-電壓駐波比的關係圖。請參閱圖4，當切換開關20切換至不同接地路徑(RF1、RF3、RF4、All OFF)時，第三頻段(3300MHz至5000MHz)與第四頻段(5150MHz至5850MHz)皆可保持在3以下。據此，當低頻(第一頻段)切換不同接地路徑時，高頻(第三頻段到第四頻段)特性不會受到影響，具有良好的表現。
也就是說，在本實施例中，通訊裝置1可運用All OFF(絕緣)、RF1並聯下地、RF3並聯下地及RF4並聯下地等不同路徑下地方式，來切換第一頻段中的第一子區間(Band 1，617MHz至698MHz)、第二子區間(Band 2，680MHz至800MHz)、第三子區間(Band 3，740MHz至860MHz)及第四子區間(Band 4，824MHz至960MHz)的頻帶，使其第一頻段可支援617 MHz至960MHz的頻寬，達到第一頻段為寬頻，且第三頻段與第四頻段(高頻)不受切換影響的特性。因此，第三頻段與第四頻段(高頻)較不會產生頻率偏移或阻抗不匹配的狀況。
圖5是圖1A的通訊裝置在第一頻段(617MHz至960MHz)的史密斯圖(Smith chart)。請參閱圖5，在史密斯圖中可見，藉由並聯不同的電感或電容可看出，在不同接地路徑下，史密斯圖的變化圈均在VSWR為3以內，而具有良好的表現。
圖6是圖1A的通訊裝置的頻率(600MHz至1000MHz)-天線效率的關係圖。請參閱圖6，在本實施例中，當切換開關20切換至不同接地路徑(RF1、RF3、RF4、All OFF)時，第一頻段(低頻)中的第一子區間(Band 1，617MHz至698MHz)、第二子區間(Band 2，680MHz至800MHz)、第三子區間(Band 3，740MHz至860MHz)及第四子區間(Band 4，824MHz至960MHz)的天線效率為-1.0dBi至-6.4dBi，都可大於-6.5dBi以上，而具有良好的天線效率的表現。
圖7是圖1A的通訊裝置的頻率(1500MHz至6000MHz)- 天線效率的關係圖。請參閱圖7，在本實施例中，切換開關20切換至不同接地路徑(RF1、RF3、RF4、All OFF)時，第二頻段(1710MHz至2700MHz)其天線效率為-1.9dBi至-4.9dBi，第三頻段(3300MHz至5000MHz)其天線效率為-1.5dBi至-3.7dBi，第四頻段(5150 MHz至5850MHz)其天線效率為-2.3dBi至-4.2dBi，都可大於-5dBi，而具有5G-Sub 6G的LTE寬頻天線良好的效率表現。
綜上所述，本揭示內容的天線結構的第一主輻射體適於激發出第一頻段及第二頻段，且第一槽縫存在於第二段部及第三段部之間，以調整第二頻段的阻抗匹配。第二主輻射體適於激發出第三頻段及第四頻段。調頻輻射體適於調整第一頻段的共振頻率點。因此，本揭示內容的天線結構可達到多頻段的效果。此外，本揭示內容的通訊裝置藉由將切換開關的一端連接於天線結構的接地端，另一端可選擇地連接至這些集總元件的其中一者或不連接於這些集總元件，而可選擇不同的接地路徑，以使第一頻段能夠達到較大的涵蓋範圍。
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、B1、B2、C1、C2、C3、C4、C5:位置 D:間距 L1:長度 L3、L5:寬度 L2、L4:高度 1:通訊裝置 10:絕緣支架 12:第一長側面 14:第二長側面 16:第三長側面 18:短側面 20:切換開關 22、24、26、28:接點 32、34、36、38:集總元件 40:數據機 50:系統接地面 100:天線結構 105:基板 110:第一主輻射體 111:第一段部 112:第二段部 113:第三段部 114:第四段部 116:第一槽縫 117:第二槽縫 120:第二主輻射體 130:調頻輻射體 132:第五段部 134:第六段部 136:第七段部
圖1A是依照本揭示內容的一實施例的一種通訊裝置的天線結構的示意圖。 圖1B是圖1A的通訊裝置的切換開關的示意圖。 圖2A是絕緣支架的立體示意圖。 圖2B至圖2E是圖1A的天線結構配置在絕緣支架上的不同表面的示意圖。 圖3是圖1A的通訊裝置的頻率(600MHz至1000MHz)-電壓駐波比的關係圖。 圖4是圖1A的通訊裝置的頻率(1500MHz至6000MHz)-電壓駐波比的關係圖。 圖5是圖1A的通訊裝置在第一頻段(617MHz至960MHz)的史密斯圖。 圖6是圖1A的通訊裝置的頻率(600MHz至1000MHz)-天線效率的關係圖。 圖7是圖1A的通訊裝置的頻率(1500MHz至6000MHz)-天線效率的關係圖。
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、B1、B2、C1、C2、C3、C4、C5:位置
D:間距
L1、L5:長度
L2、L3、L4:寬度
1:通訊裝置
20:切換開關
40:數據機
50:系統接地面
100:天線結構
105:基板
110:第一主輻射體
111:第一段部
112:第二段部
113:第三段部
114:第四段部
116:第一槽縫
117:第二槽縫
120:第二主輻射體
130:調頻輻射體
132:第五段部
134:第六段部
136:第七段部

Claims (13)

  1. 一種天線結構，包括：一第一主輻射體，適於激發出一第一頻段及一第二頻段，該第一主輻射體包括依序連接的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中該第一段部具有一饋入端，該第四段部具有一接地端，該第二段部及該第三段部彎折地連接，該第二段部及該第三段部之間具有一第一槽縫，該第一槽縫適以調整該第二頻段的阻抗匹配；一第二主輻射體，從該饋入端延伸並具有多個彎折，該第二主輻射體適於激發出一第三頻段及一第四頻段，其中該第一段部位於該第四段部及該第二主輻射體之間；以及一調頻輻射體，連接於該第一主輻射體的該第三段部，該調頻輻射體適於調整該第一頻段的共振頻率點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該第一頻段介於617MHz至960MHz之間，該第二頻段介於1710MHz至2700MHz之間，該第三頻段介於3300MHz至5000MHz之間，且該第四頻段介於5150MHz至5850MHz之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該第一主輻射體的長度介於該第一頻段的0.4倍波長至0.6倍波長之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該第一段部彎折地連接該第二段部，該第三段部彎折地連接該第四段部，該第一段部位於該第四段部旁，該第一段部的延伸方向平行於該 第四段部的延伸方向，該第二段部的延伸方向平行於該第三段部的延伸方向。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該第一槽縫的寬度介於0.3公厘至0.5公厘之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該調頻輻射體包括一第五段部、一第六段部及一第七段部，該第五段部的一端連接於該第二段部及該第三段部的轉折處，該第六段部及該第七段部分別連接於該第五段部的另一端，且該第六段部與該第七段部往相反方向延伸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的天線結構，其中該第六段部往靠近該第四段部的方向延伸，該第七段部往遠離該第四段部的方向延伸。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，更包括一絕緣支架，具有一第一長側面、一第二長側面、一第三長側面及一短側面，該第一主輻射體的該第一段部的一部分與該第四段部的一部分、該第二主輻射體的一部分及該調頻輻射體的一部分分布於該絕緣支架的該第一長側面上，該第一主輻射體的該第一段部的剩下部分、該第二段部的一部分、整個該第三段部與該第四段部的剩下部分、該第二主輻射體的另一部分及該調頻輻射體的另一部分分布於該絕緣支架的該第二長側面上，該第一主輻射體的該第二段部的剩下部分、該第二主輻射體的剩下部分及該調頻輻射 體的再一部分分布於該絕緣支架的該第三長側面上，該調頻輻射體的剩下部分位於該絕緣支架的該短側面上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的天線結構，其中該絕緣支架的長度介於70公厘至90公厘之間，寬度介於8公厘至15公厘之間，高度介於8公厘至15公厘之間。
  10. 一種通訊裝置，包括：如申請專利範圍第1項至第9項的任一項所述的天線結構，其中該第一頻段包括多個子區間；多個集總元件，連接至一系統接地面，該天線結構與該系統接地面之間具有多個接地路徑，該些接地路徑分別對應該第一頻段的該些子區間；以及一切換開關，一端連接於該天線結構的該接地端，另一端可選擇地連接至該些集總元件的其中一者或不連接於該些集總元件，以將該天線結構連接至該些接地路徑中的其中一者，並共振出該第一頻段的該些子區間的其中一個。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的通訊裝置，其中該些集總元件包括一電容或一電感。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的通訊裝置，其中該些集總元件包括一第一集總元件、一第二集總元件及一第三集總元件，該些接地路徑包括四個接地路徑，該第一頻段的該些子區間包括一第一子區間、一第二子區間、一第三子區間及一第四子區間，當該切換開關連接於該第一集總元件時，該天線結構適於共 振出該第一頻段的該第一子區間，當該切換開關連接於該第二集總元件時，該天線結構適於共振出該第一頻段的該第二子區間，當該切換開關連接於該第三集總元件時，該天線結構適於共振出該第一頻段的該第三子區間，當該切換開關不連接於該些集總元件時，該天線結構適於共振出該第一頻段的該第四子區間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的通訊裝置，其中該第一子區間介於617MHz至698MHz，該第二子區間介於680MHz至800MHz，該第三子區間介於740MHz至860MHz，該第四子區間介於824MHz至960MHz。
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