CN111029692A - 一种基于ltcc的新型吸收式带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，通过低温共烧陶瓷工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括特征阻抗均为50欧姆输入端口、第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口，以及第一螺旋耦合器、第二螺旋耦合器、第一耦合器连接柱、第二耦合器连接柱、第一上层连接柱、第二上层连接柱、第一下层连接柱、第二下层连接柱、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第一屏蔽层、第二屏蔽层、第三屏蔽层。本发明使用两个定向耦合器和两个八级谐振射式滤器串联而成，能够有效的吸收带外信号，显著的提高了***的抗干扰能力，适用精度要求较高但不在乎体积的情况。

Description

一种基于LTCC的新型吸收式带通滤波器

技术领域

本发明涉及微波技术，具体涉及一种基于LTCC的新型吸收式带通滤波器。

背景技术

随着移动通信、雷达通信等无线通信技术及军事国防电子***的飞速发展，小型化、高性能、低成本已成为目前微波射频领域的重点发展方向，这对微波射频器件提出了更高的要求。滤波器的作用是对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。由于常用的反射式带通滤波器通过将带外信号反射到输入端来实现对频率的选择。但反射波会与已有信号混叠产生非线***调信号，对设备产生干扰，大大降低***的抗干扰能力。因此，研究吸收式带通滤波器对移动通信、雷达通信等无线通信技术及军事国防电子***的飞速发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC的新型吸收式带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，通过低温共烧陶瓷工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括特征阻抗均为50欧姆输入端口、第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口，以及第一螺旋耦合器、第二螺旋耦合器、第一耦合器连接柱、第二耦合器连接柱、第一上层连接柱、第二上层连接柱、第一下层连接柱、第二下层连接柱、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第一屏蔽层、第二屏蔽层、第三屏蔽层，其中：第一屏蔽层在第一带通滤波器的上方，第二屏蔽层在第一带通滤波器与第二带通滤波器的中间，第三屏蔽层(sd3)在第二带通滤波器的下方，且与第一屏蔽层关于第二屏蔽层对称；第一带通滤波器与第二带通滤波器轴对称；第一螺旋耦合器与第二螺旋耦合器轴对称；第一带通滤波器与第二带通滤波器均由八级谐振单元和阻抗匹配组成，每个谐振单元均为三层耦合带状线结构；

第一耦合器的上层耦合线一端通过第一输入引线连接输入端口；第一螺旋耦合器的另一端连接第一上层连接柱，第一上层连接柱通过第四输入引线连接第一带通滤波器，第一带通滤波器通过第三输出引线连接第二上层连接柱，第二上层连接柱连接第二螺旋耦合器的上层耦合线，第二螺旋耦合器的上层耦合线通过第二输出引线连接第一输出端口；第一螺旋耦合器的下层耦合线一端连接第一下层连接柱，第一下层连接柱通过第二输入引线连接第二带通滤波器；第一螺旋耦合器的下层耦合线另一端通过第三输入引线连接第三输出端口，第二带通滤波器通过第一输出引线连接第二下层连接柱下端，第二下层连接柱上端连接第二螺旋耦合器的下层耦合线，第二螺旋耦合器的下层耦合线通过第四输出引线连接第二输出端口。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)使用两个定向耦合器和两个八级谐振射式滤器串联而成，具有较高的阻带抑制，能够有效的吸收带外信号，显著提高了***的抗干扰性能；2)使用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现三维集成，具有端口隔离度好、***损耗低、回波损耗好、体积小、电性能良好、高集成度、高成品率以及膨胀系数低等优势。

附图说明

图1是本发明基于LTCC的新型吸收式带通滤波器的结构示意图，其中(a)是俯视图，(b)是正视图，(c)正视内部结构图，(d)是右视内部结构图。

图2是本发明基于LTCC的新型吸收式带通滤波器的仿真曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步描述。

结合图1(a)、(b)、(c)(d)，一种基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，通过低温共烧陶瓷工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括特征阻抗均为50欧姆输入端口INPUT、第一输出端口OUTPUT1、第二输出端口OUTPUT2和第三输出端口OUTPUT3，以及第一螺旋耦合器COUPLER1、第二螺旋耦合器COUPLER2、第一耦合器连接柱H1、第二耦合器连接柱H2、第一上层连接柱H3、第二上层连接柱H4、第一下层连接柱H5、第二下层连接柱H6、第一带通滤波器BPF1、第二带通滤波器BPF2、第一屏蔽层sd1、第二屏蔽层sd2、第三屏蔽层sd3，其中：第一屏蔽层sd1在第一带通滤波器BPF1的上方，第二屏蔽层sd2在第一带通滤波器BPF1与第二带通滤波器BPF2的中间，第三屏蔽层(sd3)在第二带通滤波器BPF2的下方，且与第一屏蔽层sd1关于第二屏蔽层sd2对称；第一带通滤波器BPF1与第二带通滤波器BPF2轴对称；第一螺旋耦合器COUPLER1与第二螺旋耦合器COUPLER2轴对称；第一带通滤波器BPF1与第二带通滤波器BPF2均由八级谐振单元和阻抗匹配组成，每个谐振单元均为三层耦合带状线结构；

所述第一耦合器COUPLER1的上层耦合线一端通过第一输入引线Lin1连接输入端口INPUT；第一螺旋耦合器COUPLER的另一端连接第一上层连接柱H3下端，第一上层连接柱H3上端通过第四输入引线Lin4连接第一带通滤波器BPF1，第一带通滤波器BPF1通过第三输出引线Lout3连接第二上层连接柱H4上端，第二上层连接柱H4下端连接第二螺旋耦合器COUPLER2的上层耦合线，第二螺旋耦合器COUPLER2的上层耦合线通过第二输出引线Lout2连接第一输出端口OUTPUT1；第一螺旋耦合器COUPLER1的下层耦合线一端连接第一下层连接柱H5，第一下层连接柱H5通过第二输入引线Lin2连接第二带通滤波器BPF2；第一螺旋耦合器COUPLER1的下层耦合线另一端通过第三输入引线连接Lin3第三输出端口OUTPUT3，第二带通滤波器BPF2通过第一输出引线Lout1连接第二下层连接柱H6，第二下层连接柱H6连接第二螺旋耦合器COUPLER2的下层耦合线，第二螺旋耦合器COUPLER2的下层耦合线通过第四输出引线Lout4连接第二输出端口OUTPUT2。

作为一种更具体实现方式，第一带通滤波器BPF1由第一带通滤波器第一谐振单元D11、第一带通滤波器第二谐振单元D12、第一带通滤波器第三谐振单元D13、第一带通滤波器第四谐振单元D14、第一带通滤波器第五谐振单元D15、第一带通滤波器第六谐振单元D16、第一带通滤波器第七谐振单元D17、第一带通滤波器第八谐振单元D18、第一阻抗匹配IM1组成，其中：第一带通滤波器第一谐振单元D11与第一带通滤波器第八谐振单元D18左右对称，第一带通滤波器第二谐振单元D12与第一带通滤波器第七谐振单元D17左右对称，第一带通滤波器第三谐振单元D13与第一带通滤波器第六谐振单元D16左右对称，第一带通滤波器第四谐振单元D14与第一带通滤波器第五谐振单元D15左右对称；

第一带通滤波器第一谐振单元D11由带状线D11a、带状线D11m、带状线D11b组成，D11a与D11b关于D11m对称，第一带通滤波器第二谐振单元D12由带状线D12a、带状线D12m、带状线D12b组成，并且D12a与D12b关于D12m对称，第一带通滤波器第三谐振单元D13由带状线D13a、带状线D13m、带状线D13b组成，并且D13a与D13b关于D13m对称，第一带通滤波器第四谐振单元D14由带状线D14a、带状线D14m、带状线D14b组成，并且D14a与D14b关于D14m对称。第一带通滤波器第五谐振单元D15由带状线D15a、带状线D15m、带状线D15b组成，并且D15a与D15b关于D15m对称，第一带通滤波器第六谐振单元D16由带状线D16a、带状线D16m、带状线D16b组成，并且D16a与D16b关于D16m对称，第一带通滤波器第七谐振单元D17由带状线D17a、带状线D17m、带状线D17b组成，并且D17a与D17b关于D17m对称，第一带通滤波器第八谐振单元D18由带状线D18a、带状线D18m、带状线D18b组成，并且D18a与D18b关于D18m对称。第一Z字形交叉耦合线Z1由带状线Z11、带状线Z12、带状线Z13组成，第二Z字形交叉耦合线Z2由带状线Z21、带状线Z22、带状线Z23组成；第一带通滤波器第一谐振单元D11中的带状线D11m通过第四输入引线Lin4连接第一上层连接柱H3，第一带通滤波器第四谐振单元D14中的带状线D14m连接第一匹配阻抗IM1的一端，第一匹配阻抗IM1的另一端连接第一带通滤波器第五谐振单元D15中的带状线D15m，第一带通滤波器第八谐振单元D18中的带状线D18m通过第三输出引线Lout3连接第二上层连接柱H4，第一带通滤波中带状线D11a、D11b、D12a、D12b、D13a、D13b、D14a、D14b、D15a、D15b、D16a、D16b、D17a、D17b、D18a、D18b与前侧接地端GND1连接，第一带通滤波器中带状线D11m、D12m、D13m、D14m、D15m、D16m、D17m、D18m与后侧接地端GND2连接。

作为一种更具体实现方式，所述第二带通滤波器BPF2由第二带通滤波器第一谐振单元D21、第二带通滤波器第二谐振单元D22、第二带通滤波器第三谐振单元D23、第二带通滤波器第四谐振单元D24、第二带通滤波器第五谐振单元D25、第二带通滤波器第六谐振单元D26、第二带通滤波器第七谐振单元D27、第二带通滤波器第八谐振单元D28、第二阻抗匹配IM1组成，其中：第二带通滤波器第一谐振单元D21与第二带通滤波器第八谐振单元D28左右对称，第二带通滤波器第二谐振单元D22与第二带通滤波器第七谐振单元D27左右对称，第二带通滤波器第三谐振单元D23与第二带通滤波器第六谐振单元D26左右对称，第二带通滤波器第四谐振单元D24与第二带通滤波器第五谐振单元D25左右对称；

所述第二带通滤波器第一谐振单元D21由带状线D21a、带状线D21m、带状线D21b组成，并且D21a与D21b关于D21m对称，第二带通滤波器第二谐振单元D22由带状线D22a、带状线D22m、带状线D22b组成，并且D22a与D22b关于D22m对称，第二带通滤波器第三谐振单元D23由带状线D23a、带状线D23m、带状线D23b组成，并且D23a与D23b关于D23m对称，第二带通滤波器第四谐振单元D24由带状线D24a、带状线D24m、带状线D24b组成，并且D24a与D24b关于D24m对称。第二带通滤波器第五谐振单元D25由带状线D25a、带状线D25m、带状线D25b组成，并且D25a与D25b关于D25m对称，第二带通滤波器第六谐振单元D26由带状线D26a、带状线D26m、带状线D26b组成，并且D26a与D26b关于D26m对称，第二带通滤波器第七谐振单元D27由带状线D27a、带状线D27m、带状线D27b组成，并且D27a与D27b关于D27m对称，第二带通滤波器第八谐振单元D28由带状线D28a、带状线D28m、带状线D28b组成，并且D28a与D28b关于D28m对称。第三Z字形交叉耦合线Z3由带状线Z31、带状线Z32、带状线Z33组成，第四Z字形交叉耦合线Z4由带状线Z41、带状线Z42、带状线Z43组成。第二带通滤波器第一谐振单元D21中的带状线D21m通过第二输入引线Lin2连接第一下层连接柱H5，第二带通滤波器第四谐振单元D24中的带状线D24m连接第二匹配阻抗IM2的一端，第二匹配阻抗IM2的另一端连接第二带通滤波器第五谐振单元D25中的带状线D15m，第二带通滤波器第八谐振单元D28中的带状线D28m通过第一输出引线Lout1连接第二下层连接柱H6，第二带通滤波器中带状线D21a、D21b、D22a、D22b、D23a、D23b、D24a、D24b、D25a、D25b、D26a、D26b、D27a、D27b、D28a、D28b与后侧接地端GND2连接，第二带通滤波器中带状线D11m、D12m、D13m、D14m、D15a、D16m、D17m、D18m与前侧接地端GND1连接。

作为一种具体实现方式，所述第一螺旋耦合器COUPLER1与第二螺旋耦合器COUPLER2均为宽边耦合带状线结构。

作为一种更具体实现方式，所述第一螺旋耦合器COUPLER1由第一上层耦合螺旋线L1a和第一下层耦合螺旋线L1b组成，所述第二螺旋耦合器COUPLER2由第二上层耦合螺旋线L2a和第二下层耦合螺旋线L2b组成。

实施例

为了验证本发明方案的有效性，本实施例设计基于LTCC的新型吸收式滤波器的尺寸仅为12.8mm×5mm×2.5mm，工作频率为2.7GHz～3.3GHz，滤波器的仿真曲线如图2所示，其中S11表示吸收性能、S21表示隔离端口、S31表示近端干扰、S41表示***损耗。可以看出此款吸收式滤波器的吸收性能在2.2GHZ～4.4GHZ范围内优于23.9dB，在1.65GHZ～4.55GHZ内优于10dB，***损耗优于1dB，带内波动优于0.2dB，阻带抑制在2GHZ及低频端和4GHZ及高频端处均优于40dB，隔离端口几乎无信号输出。本发明所有指标均满足要求并为其加工生产误差留有余量。

综上所述，吸收式带通滤波器吸收作用带宽的大小基本上由耦合器的带宽决定，吸收式滤波器的阻带抑制由带通滤波器决定。

Claims (5)

1.一种基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，其特征在于，通过低温共烧陶瓷工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括特征阻抗均为50欧姆输入端口(INPUT)、第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)和第三输出端口(OUTPUT3)，以及第一螺旋耦合器(COUPLER1)、第二螺旋耦合器(COUPLER2)、第一耦合器连接柱(H1)、第二耦合器连接柱(H2)、第一上层连接柱(H3)、第二上层连接柱(H4)、第一下层连接柱(H5)、第二下层连接柱(H6)、第一带通滤波器(BPF1)、第二带通滤波器(BPF2)、第一屏蔽层(sd1)、第二屏蔽层(sd2)、第三屏蔽层(sd3)，其中：第一屏蔽层(sd1)在第一带通滤波器(BPF1)的上方，第二屏蔽层(sd2)在第一带通滤波器(BPF1)与第二带通滤波器(BPF2)的中间，第三屏蔽层(sd3)在第二带通滤波器(BPF2)的下方，且与第一屏蔽层(sd1)关于第二屏蔽层(sd2)对称；第一带通滤波器(BPF1)与第二带通滤波器(BPF2)轴对称；第一螺旋耦合器(COUPLER1)与第二螺旋耦合器(COUPLER2)轴对称；第一带通滤波器(BPF1)与第二带通滤波器(BPF2)均由八级谐振单元和阻抗匹配组成，每个谐振单元均为三层耦合带状线结构；

第一耦合器(COUPLER1)的上层耦合线一端通过第一输入引线(Lin1)连接输入端口(INPUT)；第一螺旋耦合器(COUPLER1)的另一端连接第一上层连接柱(H3)，第一上层连接柱(H3)通过第四输入引线(Lin4)连接第一带通滤波器，第一带通滤波器(BPF1)通过第三输出引线(Lout3)连接第二上层连接柱(H4)，第二上层连接柱(H4)连接第二螺旋耦合器(COUPLER2)的上层耦合线，第二螺旋耦合器(COUPLER2)的上层耦合线通过第二输出引线(Lout2)连接第一输出端口(OUTPUT1)；第一螺旋耦合器(COUPLER1)的下层耦合线一端连接第一下层连接柱(H5)，第一下层连接柱(H5)通过第二输入引线(Lin2)连接第二带通滤波器；第一螺旋耦合器(COUPLER1)的下层耦合线另一端通过第三输入引线连接(Lin3)第三输出端口(OUTPUT3)，第二带通滤波器(BPF2)通过第一输出引线(Lout1)连接第二下层连接柱(H6)下端，第二下层连接柱(H6)上端连接第二螺旋耦合器(COUPLER2)的下层耦合线，第二螺旋耦合器(COUPLER2)的下层耦合线通过第四输出引线(Lout4)连接第二输出端口(OUTPUT2)。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，其特征在于，第一带通滤波器(BPF1)由第一带通滤波器第一谐振单元(D11)、第一带通滤波器第二谐振单元(D12)、第一带通滤波器第三谐振单元(D13)、第一带通滤波器第四谐振单元(D14)、第一带通滤波器第五谐振单元(D15)、第一带通滤波器第六谐振单元(D16)、第一带通滤波器第七谐振单元(D17)、第一带通滤波器第八谐振单元(D18)、第一匹配阻抗(IM1)组成，其中：第一带通滤波器第一谐振单元(D11)与第一带通滤波器第八谐振单元(D18)左右对称，第一带通滤波器第二谐振单元(D12)与第一带通滤波器第七谐振单元(D17)左右对称，第一带通滤波器第三谐振单元(D13)与第一带通滤波器第六谐振单元(D16)左右对称，第一带通滤波器第四谐振单元(D14)与第一带通滤波器第五谐振单元(D15)左右对称；

第一带通滤波器第一谐振单元(D11)由带状线D11a、带状线D11m、带状线D11b组成，并且D11a与D11b关于D11m对称，第一带通滤波器第二谐振单元(D12)由带状线D12a、带状线D12m、带状线D12b组成，并且D12a与D12b关于D12m对称，第一带通滤波器第三谐振单元(D13)由带状线D13a、带状线D13m、带状线D13b组成，并且D13a与D13b关于D13m对称，第一带通滤波器第四谐振单元(D14)由带状线D14a、带状线D14m、带状线D14b组成，并且D14a与D14b关于D14m对称；第一带通滤波器第五谐振单元(D15)由带状线D15a、带状线D15m、带状线D15b组成，并且D15a与D15b关于D15m对称，第一带通滤波器第六谐振单元(D16)由带状线D16a、带状线D16m、带状线D16b组成，并且D16a与D16b关于D16m对称，第一带通滤波器第七谐振单元(D17)由带状线D17a、带状线D17m、带状线D17b组成，并且D17a与D17b关于D17m对称，第一带通滤波器第八谐振单元(D18)由带状线D18a、带状线D18m、带状线D18b组成，并且D18a与D18b关于D18m对称；第一Z字形交叉耦合线(Z1)由带状线Z11、带状线Z12、带状线Z13组成，第二Z字形交叉耦合线(Z2)由带状线Z21、带状线Z22、带状线Z23组成；第一带通滤波器第一谐振单元(D11)中的带状线D11m通过第四输入引线(Lin4)连接第一上层连接柱(H3)上端，第一带通滤波器第四谐振单元(D14)中的带状线D14m连接第一匹配阻抗(IM1)的一端，第一带通滤波器第五谐振单元(D15)中的带状线D15m连接第一匹配阻抗(IM1)的另一端，第一带通滤波器第八谐振单元(D18)中的带状线D18m通过第三输出引线(Lout3)连接第二上层连接柱(H4)上端，第一带通滤波中带状线D11a、D11b、D12a、D12b、D13a、D13b、D14a、D14b、D15a、D15b、D16a、D16b、D17a、D17b、D18a、D18b与前侧接地端(GND1)连接，第一带通滤波器中带状线D11m、D12m、D13m、D14m、D15m、D16m、D17m、D18m与后侧接地端(GND2)连接。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，其特征在于，第二带通滤波器(BPF2)由第二带通滤波器第一谐振单元(D21)、第二带通滤波器第二谐振单元(D22)、第二带通滤波器第三谐振单元(D23)、第二带通滤波器第四谐振单元(D24)、第二带通滤波器第五谐振单元(D25)、第二带通滤波器第六谐振单元(D26)、第二带通滤波器第七谐振单元(D27)、第二带通滤波器第八谐振单元(D28)、第二匹配阻抗(IM2)组成，其中：第二带通滤波器第一谐振单元(D21)与第二带通滤波器第八谐振单元(D28)左右对称，第二带通滤波器第二谐振单元(D22)与第二一带通滤波器第七谐振单元(D27)左右对称，第二带通滤波器第三谐振单元(D23)与第二带通滤波器第六谐振单元(D26)左右对称，第二带通滤波器第四谐振单元(D24)与第二带通滤波器第五谐振单元(D25)左右对称；

第二带通滤波器第一谐振单元(D21)由带状线D21a、带状线D21m、带状线D21b组成，并且D21a与D21b关于D21m对称，第二带通滤波器第二谐振单元(D22)由带状线D22a、带状线D22m、带状线D22b组成，并且D22a与D22b关于D22m对称，第二带通滤波器第三谐振单元(D23)由带状线D23a、带状线D23m、带状线D23b组成，并且D23a与D23b关于D23m对称，第二带通滤波器第四谐振单元(D24)由带状线D24a、带状线D24m、带状线D24b组成，并且D24a与D24b关于D24m对称；第二带通滤波器第五谐振单元(D25)由带状线D25a、带状线D25m、带状线D25b组成，并且D25a与D25b关于D25m对称，第二带通滤波器第六谐振单元(D26)由带状线D26a、带状线D26m、带状线D26b组成，并且D26a与D26b关于D26m对称，第二带通滤波器第七谐振单元(D27)由带状线D27a、带状线D27m、带状线D27b组成，并且D27a与D27b关于D27m对称，第二带通滤波器第八谐振单元(D28)由带状线D28a、带状线D28m、带状线D28b组成，并且D28a与D28b关于D28m对称；第三Z字形交叉耦合线(Z3)由带状线Z31、带状线Z32、带状线Z33组成，第四Z字形交叉耦合线(Z4)由带状线Z41、带状线Z42、带状线Z43组成；第二带通滤波器第一谐振单元(D21)中的带状线D21m通过第二输入引线(Lin2)连接第一下层连接柱(H5)下端，第二带通滤波器第四谐振单元(D24)中的带状线D24m连接第二匹配阻抗(IM2)的一端，第二带通滤波器第五谐振单元(D25)中的带状线D15m连接第二匹配阻抗(IM2)的另一端，第二带通滤波器第八谐振单元(D28)中的带状线D28m通过第一输出引线(Lout1)连接第二下层连接柱(H6)下端，第二带通滤波器中带状线D21a、D21b、D22a、D22b、D23a、D23b、D24a、D24b、D25a、D25b、D26a、D26b、D27a、D27b、D28a、D28b与后侧接地端(GND2)连接，第二带通滤波器中带状线D11m、D12m、D13m、D14m、D15a、D16m、D17m、D18m与前侧接地端(GND1)连接。

4.根据权利要求1所述的基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，其特征在于，所述第一螺旋耦合器(COUPLER1)与第二螺旋耦合器(COUPLER2)均为宽边耦合带状线结构。

5.根据权利要求4所述的基于LTCC的新型吸收式带通滤波器，其特征在于，所述第一螺旋耦合器(COUPLER1)由第一上层耦合螺旋线(L1a)和第一下层耦合螺旋线(L1b)组成，所述第二螺旋耦合器(COUPLER2)由第二上层耦合螺旋线(L2a)和第二下层耦合螺旋线(L2b)组成。

第一上层耦合螺旋线(L1a)一端通过第三输入引线(Lin3)连接第三输出端口(OUTPUT3),第一下层耦合螺旋线(L1a)另一端连接第一上层连接柱(H3)上端，第二上层耦合螺旋线(L2a)一端通过第三输出引线(Lout3)连接第一输出端口(OUTPUT1)，第二下层耦合螺旋线(L2b)另一端连接第二下层连接柱(H6)上端。

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