DE1216953B - Arrangement for the excitation of a wave in a waveguide with an elliptical or elliptical cross-section - Google Patents

Arrangement for the excitation of a wave in a waveguide with an elliptical or elliptical cross-section

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DE1216953B
DE1216953B DET25900A DET0025900A DE1216953B DE 1216953 B DE1216953 B DE 1216953B DE T25900 A DET25900 A DE T25900A DE T0025900 A DET0025900 A DE T0025900A DE 1216953 B DE1216953 B DE 1216953B
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Dipl-Ing Wolfgang Krank
Dieter Ramonat
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIpHOIp

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Auslegetag:Number:
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H03hH03h

Deutsche Kl.: 21 a4 - 74German class: 21 a4 - 74

T25900IXd/21a4
25. März 1964
18. Mai 1966T25900IXd / 21a4
March 25, 1964
May 18, 1966

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anregung einer Welle in einem Hohlleiter mit elliptischem oder ellipsenähnlichem Querschnitt, der an seinem Ende mit einer Kurzschlußwand versehen ist, die zur zentralen Einkopplung einer koaxialen Leitung dient.The invention relates to an arrangement for exciting a wave in an elliptical waveguide or ellipse-like cross-section, which is provided with a short-circuit wall at its end, which is used for the central coupling of a coaxial line.

Bisher wurden Übergänge, bei denen die Energieeinkopplung in Richtung der Hohlleiterlängsachse erfolgt, als induktive Koppelschleifen ausgebildet. In einer Arbeit von G. J. Wheeler, IRE »Convention Record«, Partl, 1957, sind verschiedene nach diesem Prinzip aufgebaute Übergänge beschrieben. Solche Übergänge haben die Eigenschaft, daß der Reflexionsfaktor an den Bandgrenzen fast plötzlich zu sehr hohen Werten ansteigt, was bedingt, daß man derartige Anordnungen nur für relativ schmale Bandbreiten verwenden kann.So far, there have been transitions in which the energy is coupled in in the direction of the longitudinal axis of the waveguide takes place, designed as inductive coupling loops. In a work by G. J. Wheeler, IRE “Convention Record ”, Partl, 1957, describes various transitions based on this principle. Such Transitions have the property that the reflection factor at the band limits increases almost suddenly very high values, which means that such arrangements can only be used for relatively narrow bandwidths can use.

Ferner ist durch das deutsche Gebrauchsmuster 1 870 469 eine Anordnung zur Anregung einer Welle in einem Hohlleiter mit ellipsenähnlichem Querschnitt bekannt, der an seinem einen Ende mit einer Kurzschlußwand versehen ist, wobei in vorbestimmtem Abstand von dieser Kurzschlußwand ein mit dem Innenleiter der koaxialen Anschlußleitung leitend. verbundener und mit Verdickungen versehener Quersteg angebracht ist, der parallel zur Hohlleiterbreitseite verläuft und mit der Hohlleiterwand beidseitig verbunden ist. Bei dieser Anordnung ist der koaxiale Anschluß parallel zum E-Vektor der Nutzwelle angeschlossen. Dies bedeutet, daß man mit dieser Anordnung eine koaxiale Ankopplung senkrecht zum E- und gleichzeitig zum H-Vektor (d. h. parallel zur Ausbreitungsrichtung der Nutzwelle) nicht erreichen kann.Furthermore, the German utility model 1 870 469 provides an arrangement for exciting a wave Known in a waveguide with an ellipse-like cross-section, which at one end with a Short-circuit wall is provided, with a predetermined distance from this short-circuit wall the inner conductor of the coaxial connection line conductive. connected and provided with thickenings Transverse web is attached, which runs parallel to the waveguide broadside and with the waveguide wall is connected on both sides. In this arrangement, the coaxial connection is parallel to the E vector Useful shaft connected. This means that with this arrangement a coaxial coupling is perpendicular to the E and at the same time to the H vector (i.e. parallel to the direction of propagation of the useful wave) can not achieve.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung aufzuzeigen, bei welcher diese Nachteile vermieden werden.The aim of the invention is therefore to provide an arrangement in which these disadvantages are avoided will.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Anordnung wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in vorgegebenem Abstand von der Kurzschlußwand ein mit dem Innenleiter der Koaxialleitung leitend verbundener und mit Verdilckungen versehener Quersteg angebracht ist, der parallel zur großen Querschnittsachse des Hohlleiters verläuft, mit der Hohlleiterwand beidseitig verbunden ist und einen senkrecht zum Innenleiter und senkrecht zum Quersteg zentral angebrachten weiteren Metallsteg aufweist, dessen eines Ende mit der Hohlleiterwand verbunden ist und dessen anderes Ende etwas über den Quersteg hinausragt.Based on the arrangement described above, it is therefore proposed according to the invention that that at a predetermined distance from the short-circuit wall one with the inner conductor of the coaxial line conductively connected and with thickenings provided transverse web is attached, which is parallel to the large cross-sectional axis of the waveguide runs, is connected on both sides with the waveguide wall and one perpendicular to the inner conductor and one perpendicular has another metal web attached centrally to the cross web, one end of which with the waveguide wall is connected and the other end protrudes slightly beyond the crosspiece.

Die Vorteile der Erfindung und die besondere Ausbildung einer danach aufgebauten Anordnung Anordnung zur Anregung einer Welle in einem
Hohlleiter mit elliptischem oder
ellipsenähnlichem QuerschnittThe advantages of the invention and the special design of an arrangement built up according to this arrangement for exciting a wave in one
Waveguide with elliptical or
ellipse-like cross-section

Anmelder:
TelefunkenApplicant:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr.'3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstrasse'3

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Wolfgang Krank, **■
Dieter Ramonat, Backnang (Württ.)Dipl.-Ing. Wolfgang Krank, ** ■
Dieter Ramonat, Backnang (Württ.)

werden im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. are explained below using an exemplary embodiment.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung im Querschnitt dargestellt. Der Hohlleiter 2 der Anordnung besitzt einen elliptischen oder ellipsenähnlichen Querschnitt. Das Ende dieses Hohlleiters ist mit einer Kurzschlußwand versehen, welche zum Einkoppeln einer koaxialen Leitung dient. Die Kurzschlußwand besitzt hierzu eine zentrale Bohrung zur Durchführung des Innenleiters der erwähnten Koaxialleitung. F i g. 1 stellt einen Schnitt durch die Koppelzone des Hohlleiters 2 dar, wobei die besondere Ausbildung des Koppelelementes erkennbar ist. Dieses Koppelelement befindet sich in einem Abstand ls von der Kurzschlußwand, wobei die Entfernung Z3 zwischen λΗ/8 und ÜH/16 liegt und vorzugsweise λΗ/16 beträgt, wenn λΗ die Hohlleiterwellenlänge bezeichnet. Der Innenleiter 1 der Koaxialleitung ist zentral in den Hohlleiter 2 eingeführt und galvanisch mit der Ankoppelanordnung verbunden. Diese besteht aus einem mit Verdickungen 8, 13, 14 versehenen Quersteg 4, der parallel zur großen Querschnittsachse des Hohlleiters 2 verläuft und mit der Hohlleiterwand 16 an seinen beiden Enden leitend verbunden ist. Senkrecht zum erwähnten Innenleiter 1 und senkrecht zum Quersteg 4 ist ein weiterer Metallsteg 5 angebracht, der an seinem einen Ende mit der Hohlleiterwand 16 galvanisch verbunden ist, den Quersteg 4 zentral durchdringt und an seinem anderen Ende 6 etwas über den Quersteg 4 hinausragt. In Fig. 1, an arrangement according to the invention is shown in cross section. The waveguide 2 of the arrangement has an elliptical or elliptical cross section. The end of this waveguide is provided with a short-circuit wall which is used to couple a coaxial line. For this purpose, the short-circuit wall has a central bore for the passage of the inner conductor of the coaxial line mentioned. F i g. 1 shows a section through the coupling zone of the waveguide 2, whereby the special design of the coupling element can be seen. This coupling element is at a distance l s from the short-circuit wall, the distance Z 3 being between λ Η / 8 and U H / 16 and preferably λ Η / 16 when λ Η denotes the waveguide wavelength. The inner conductor 1 of the coaxial line is introduced centrally into the waveguide 2 and galvanically connected to the coupling arrangement. This consists of a transverse web 4 provided with thickenings 8, 13, 14, which runs parallel to the large cross-sectional axis of the waveguide 2 and is conductively connected to the waveguide wall 16 at its two ends. A further metal web 5 is attached perpendicular to the inner conductor 1 mentioned and perpendicular to the crossbar 4, which is galvanically connected at one end to the waveguide wall 16, centrally penetrates the crossbar 4 and protrudes slightly beyond the crossbar 4 at its other end 6.

609 569/165609 569/165

Die Querverbindung, dargestellt durch den Quersteg 4, wirkt in der Koppelebene so, als ob der Hohlleiterquerschnitt durch eine kapazitive Blende belastet ist. Deshalb ist die mechanische Länge zwischen der Querverbindung und der Kurzschlußwand kleiner als λΗ/4. Sie beträgt vorzugsweise AH/16. Die Koaxialleitung kann in der Koppelzone als eine spezielle inhomogene Koaxialleitung aufgefaßt werden, welche die Überführung des elektromagnetischen Feldes in den Hohlleiter ergibt, wobei der Wellenwiderstand der Koaxialleitung in den Leitungswellenwiderstand des Hohlleiters transformiert wird. Die Verdickung 6 des in Richtung der kleinen Hohlleiterquerachse verlaufenden Metallsteges 5 ermöglicht die gewünschte Anregung der Hohlleiterwelle, da die Feldlinien der anzuregenden Hohlleiterwellentype in Richtung des anregenden Elementes verlaufen. Die Kombination des Qursteges 4 mit dem Metallsteg 5 stellt eine Koppelanordnung dar, die insgesamt einen überwiegend kapazitiven Anteil aufweist.The cross connection, represented by the cross web 4, acts in the coupling plane as if the waveguide cross section is loaded by a capacitive diaphragm. Therefore, the mechanical length between the cross connection and the short-circuit wall is less than λ Η / 4. It is preferably A H / 16. The coaxial line can be understood in the coupling zone as a special inhomogeneous coaxial line which results in the transfer of the electromagnetic field into the waveguide, the wave resistance of the coaxial line being transformed into the line impedance of the waveguide. The thickening 6 of the metal web 5 running in the direction of the small waveguide transverse axis enables the desired excitation of the waveguide wave, since the field lines of the waveguide wave type to be excited run in the direction of the exciting element. The combination of the Qursteg 4 with the metal web 5 represents a coupling arrangement, which overall has a predominantly capacitive component.

Um mit einer solchen Anordnung eine möglichst große Bandbreite zu erzielen, wurde der Quersteg 4 mit Verdickungen versehen. Eine dieser Verdickungen 14 ist an der zentralen Verzweigungsstelle vom Quersteg 4 und Metallsteg 5 angeordnet. Zwei weitere Verdickungen 8 liegen symmetrisch hierzu und besitzen einen gegenseitigen Abstand Z1 von ungefähr XHIA. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Enden des Quersteges 4, welche mit der Hohlleiterwand 16 leitend verbunden sind, ebenfalls dicker auszuführen als den normalen Durchmesser c des Quersteges 4. Eine weitere Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Anordnung kann dadurch erzielt werden, daß die Länge der zwischen der mittleren Verdickung 14 und den beiden symmetrisch zur Mitte angeordneten weiteren Verdickungen 8 vorhandenen Nuten 10 jeweils eine Länge von ungefähr A#/20 aufweisen. Der Durchmesser d der Verdickungen 8, 13 und 14 wurde beim dargestellten Ausführungsbeispiel so gewählt, daß folgende Beziehung eingehalten wurde:In order to achieve the largest possible bandwidth with such an arrangement, the transverse web 4 was provided with thickenings. One of these thickenings 14 is arranged at the central branching point of the transverse web 4 and metal web 5. Two further thickenings 8 are symmetrical to this and have a mutual spacing Z 1 of approximately X H IA. It has proven to be advantageous to make the ends of the transverse web 4, which are conductively connected to the waveguide wall 16, also thicker than the normal diameter c of the transverse web 4. A further improvement in the electrical properties of the arrangement can be achieved by increasing the length the grooves 10 present between the central thickening 14 and the two further thickenings 8 arranged symmetrically to the center each have a length of approximately A # / 20. The diameter d of the thickenings 8, 13 and 14 was chosen in the illustrated embodiment so that the following relationship was observed:

0,15 <<*/&< 0,30.15 << * / & <0.3

Mit b ist hierbei der kleine Durchmesser des Hohlleiters 2 bezeichnet. Am günstigsten ergab sich ein Verhältnis von d/b von 0,25. Wie sich in Versuchen gezeigt hat, konnten optimale Verhältnisse bezüglich der Bandbreite erhalten werden, nachdem das Verhältnis aus dem kleinsten Durchmesser c des Quersteges und dem kleinsten Durchmesser b des Hohlleiters einen Betrag von etwa 0,15 erhielt.The small diameter of the waveguide 2 is here designated by b. The most favorable was a ratio of d / b of 0.25. As has been shown in tests, optimal ratios with regard to the bandwidth could be obtained after the ratio of the smallest diameter c of the crossbar and the smallest diameter b of the waveguide was approximately 0.15.

Der Innenleiter 1 der Koaxialleitung, welcher mit dem Quersteg 4 verbunden ist, wird in zweckmäßiger Weise über die Länge, welche in den Hohlleiter! hineinragt, ebenfalls mit einer Verdickung 9 versehen, deren Größe zwischen der zentralen Verdikkung 14 und dem normalen Durchmesser des Innenleiters 1 liegt. Diese Verdickung(9 in der Fig.2) wirkt im Zusammenhang mit der Kurzschlußwand (7 in Fig. 2) als Transformationselement für den Eingangswiderstand. Die Länge Z2 des Metallsteges 5 einschließlich des seitlich über die Hohlleiterlängsachse hinausragenden Endes 6 beträgt λΗ/4. The inner conductor 1 of the coaxial line, which is connected to the transverse web 4, is expediently over the length which is in the waveguide! protrudes, also provided with a thickening 9, the size of which lies between the central thickening 14 and the normal diameter of the inner conductor 1. This thickening (9 in FIG. 2) acts in conjunction with the short-circuit wall (7 in FIG. 2) as a transformation element for the input resistance. The length Z 2 of the metal web 5 including the end 6 protruding laterally beyond the longitudinal axis of the waveguide is λ Η / 4.

In der Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung dargestellt. Die Bezeichnungen der einzelnen Elemente entsprechen hierbei denen der Fig. 1. Der Abstand des Verbindungspunktes zwischen dem Quersteg 4 mit dem Metall steg 5 und der Kurzschlußwand 7, der vorzugsweise /lfl/16 beträgt, ist mit Z3 bezeichnet. Während im allgemeinen der Innenleiter 1 nicht über den Metallsteg 5 hinausragt, kann es für besondere Anwendungszwecke vorteilhaft sein, den Innenleiter 1 mit seinem Ende 3 etwas über den Metallsteg 5 hinaus in den Hohlleiter 2 hineinragen zu lassen. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen und um eine einfache Möglichkeit des elektrischen Abgleiches zu haben, sind in2 shows a longitudinal section through the arrangement according to the invention. The designations of the individual elements correspond to those of FIG. 1. The distance of the connection point between the crossbar 4 with the metal web 5 and the short-circuit wall 7, which is preferably / lfl / 16, is denoted by Z 3. While the inner conductor 1 generally does not protrude beyond the metal web 5, it can be advantageous for special applications to have the inner conductor 1 protrude with its end 3 somewhat beyond the metal web 5 into the waveguide 2. To compensate for manufacturing tolerances and to have a simple possibility of electrical adjustment, in

ίο der Wand des Hohlleiters vor dem Metallsteg zwei Abgleichschrauben 11 und 12 vorgesehen, deren gegenseitiger Abstand λΗ/8 beträgt. Der Abstand der Schraube 12 von der Kuppelebene beträgt zweckmäßigerweise ungefähr λΗ/8. Der Außenleiter 15 der Koaxialleitung ist nicht in den Hohlleiter hineingeführt, sondern endet auf der Kurzschlußwand 5, mit welcher er leitend verbunden ist.ίο the wall of the waveguide in front of the metal web two adjustment screws 11 and 12 are provided, the mutual spacing of which is λ Η / 8 . The distance between the screw 12 and the coupling plane is expediently approximately λ Η / 8. The outer conductor 15 of the coaxial line is not led into the waveguide, but ends on the short-circuit wall 5, with which it is conductively connected.

Mit einer gemäß vorliegender Erfindung aufgebauten Anordnung konnte, bezogen auf einen Reflexionsfaktor von r = 0,045, eine relative Frequenzbandbreite von ±11,5% erreicht werden. Bei einem Reflexionsfaktor von r=0,02 ergibt sich eine relative Frequenzbandbreite von ±8%, während man mit den bisher bekannten Koppelanordnungen höchstens eine Bandbreite von +2% erzielen konnte.With an arrangement constructed in accordance with the present invention, a relative frequency bandwidth of ± 11.5% could be achieved based on a reflection factor of r = 0.045. A reflection factor of r = 0.02 results in a relative frequency bandwidth of ± 8%, while with the coupling arrangements known up to now a maximum bandwidth of + 2% could be achieved.

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Anregung einer Welle in einem Hohlleiter mit elliptischem oder ellipsenähnlichem Querschnitt, der an seinem Ende mit einer Kurzschlußwand versehen ist, die zur zentralen Einkopplung einer koaxialen Leitung dient, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgegebenem Abstand von dieser Kurzschlußwand (7) ein mit dem Innenleiter (1) der Koaxialleitung leitend verbundener und mit Verdickungen (8, 13, 14) versehener Quersteg (4) angebracht ist, der parallel zur großen Querschnittsachse des Hohlleiters (2) verläuft, mit der Hohlleiterwand beidseitig verbunden ist und einen senkrecht zum Innenleiter (1) und senkrecht zum Quersteg (4) zentral angebrachten weiteren Metallsteg (5) aufweist, dessen ernes Ende mit der Hohlleiterwand verbunden ist und dessen anderes Ende etwas über den Quersteg (4) hinausragt.1. Arrangement for the excitation of a wave in a waveguide with an elliptical or elliptical shape Cross-section which is provided at its end with a short-circuit wall, which leads to the central Coupling of a coaxial line is used, characterized in that in a predetermined Distance from this short-circuit wall (7) to the inner conductor (1) of the coaxial line a transverse web (4) that is conductively connected and provided with thickenings (8, 13, 14) is attached, which runs parallel to the large cross-sectional axis of the waveguide (2) with the waveguide wall connected on both sides and one perpendicular to the inner conductor (1) and perpendicular to the crossbar (4) centrally mounted further metal web (5), the ernes end of which with the waveguide wall is connected and the other end protrudes slightly over the crosspiece (4). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (Z3) von der Kurzschlußwand (7) und der KoppeLzone zwischen λΗΙ% und InIId liegt und vorzugsweise λη/16 ist, wobei mit In die Hohlleiterwellenlänge bezeichnet ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the distance (Z 3 ) from the short-circuit wall (7) and the coupling zone is between λ Η Ι% and I n IId and preferably λ η / 16 , where I n is the waveguide wavelength is designated. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß symmetrisch zur mittleren Ver-" dickung (14) des Quersteges (4) zwei weitere Verdickungen (8) vorgesehen sind, deren gegenseitiger Abstand ungefähr XnIA beträgt.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that two further thickenings (8) are provided symmetrically to the central thickening (14) of the transverse web (4), the mutual spacing of which is approximately X n IA . 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Metall-4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the total length of the metal Steges (5) ungefähr XnIA beträgt.Web (5) is approximately X n IA . 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der beiden zwischen der mittleren Verdickung (14) und den beiden symmetrisch zur Mitte angeordneten weiteren Verdickungen (8) vorhandenen Nuten (10) jeweils eine Länge von ungefähr %/20 aufweist.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the length of the two is between the central thickening (14) and the two other symmetrically arranged to the center Grooves (10) present in thickenings (8) each have a length of approximately% / 20. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Enden (9 bzw. 13) des Quersteges (4) ebenfalls Verdickungen aufweisen.Ends (9 or 13) of the transverse web (4) also have thickenings. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Verdickungen (8, 13, 14) zwischen7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Diameter of the thickenings (8, 13, 14) between 0,15 <d/b< 0,30.15 <d / b < 0.3 liegen und vorzugsweise den Wert 0,25 aufweisen, wobei b den kleinen Durchmesser des Hohlleiters (2) darstellt.and preferably have the value 0.25, where b represents the small diameter of the waveguide (2). 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis, gebildet aus dem kleinsten Durchmesser des Quersteges (4) und dem kleinsten8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Ratio, formed from the smallest diameter of the crossbar (4) and the smallest IO Durchmesser des Hohlleiters (2) den Betrag von etwa 0,15 aufweist.IO diameter of the waveguide (2) has the amount of about 0.15. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlleiterwand, welche dem nur wenig über die Achse des Hohlleiters hinausragenden Ende des Metallsteges (5) gegenüberliegt, zwei Abgleichschrauben (11,12) vorgesehen sind, deren gegenseitiger Abstand λΗ/8 beträgt, wobei die dem Quersteg (4) benachbarte Schraube (12) von diesem einen Abstand von ungefähr λΗ/8 aufweist. 9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that two adjustment screws (11, 12) are provided in the waveguide wall which is opposite the end of the metal web (5) protruding only a little beyond the axis of the waveguide, the mutual spacing λ Η / 8 , the screw (12) adjacent to the transverse web (4) being at a distance of approximately λ Η / 8 therefrom. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 870 469.Considered publications:
German utility model No. 1 870 469. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 609 569/165 5. 66 © Bundesdruckerei Berlin609 569/165 5. 66 © Bundesdruckerei Berlin
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