JP2002374121A - クロスパッチ平面配列アンテナ - Google Patents
クロスパッチ平面配列アンテナInfo
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- JP2002374121A JP2002374121A JP2001177957A JP2001177957A JP2002374121A JP 2002374121 A JP2002374121 A JP 2002374121A JP 2001177957 A JP2001177957 A JP 2001177957A JP 2001177957 A JP2001177957 A JP 2001177957A JP 2002374121 A JP2002374121 A JP 2002374121A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エレメント間の相互結合量が従来よりも小さ
い平面配列アンテナの実現。 【解決手段】 裏面に地導体4が張り付けられた誘電体
基板3の表面に配置するアンテナエレメントを、同じ長
方形同士を十字交差させたと同様の輪郭を有するクロス
パッチエレメント1とし、これを直線上或いは行列状に
配置することにより、従来の正方形エレメントや円形エ
レメントに較べ、同じ素子間隔で配列した場合のエレメ
ント間の隙間が大きくなるとともに、隣りのエレメント
の対応する辺同士が平行にならないため相互結合量が小
さくなる。
い平面配列アンテナの実現。 【解決手段】 裏面に地導体4が張り付けられた誘電体
基板3の表面に配置するアンテナエレメントを、同じ長
方形同士を十字交差させたと同様の輪郭を有するクロス
パッチエレメント1とし、これを直線上或いは行列状に
配置することにより、従来の正方形エレメントや円形エ
レメントに較べ、同じ素子間隔で配列した場合のエレメ
ント間の隙間が大きくなるとともに、隣りのエレメント
の対応する辺同士が平行にならないため相互結合量が小
さくなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一方の面に地導体
が張り付けられた誘電体基板の他方の面上に、アンテナ
エレメントを配列した平面配列アンテナの技術分野に属
する。
が張り付けられた誘電体基板の他方の面上に、アンテナ
エレメントを配列した平面配列アンテナの技術分野に属
する。
【0002】
【従来の技術】従来の平面配列アンテナに用いられてい
るアンテナエレメントの形状は円形或いは正方形が用い
られている。その大きさは、正方形の場合には、一辺の
長さが、使用波長の2分の1を実効誘電率εの平方根で
除した値程度である。円形の場合には、その面積が前記
正方形の面積と大体同じ位になる大きさである。円の直
径は正方形の一辺の約1.08倍になる。
るアンテナエレメントの形状は円形或いは正方形が用い
られている。その大きさは、正方形の場合には、一辺の
長さが、使用波長の2分の1を実効誘電率εの平方根で
除した値程度である。円形の場合には、その面積が前記
正方形の面積と大体同じ位になる大きさである。円の直
径は正方形の一辺の約1.08倍になる。
【0003】次に、アンテナエレメントの配列間隔(ア
ンテナエレメントの中心から中心までの間隔:素子間隔
という)は、ビーム走査をする場合のグレーティングロ
ーブ(特定の方向に出るサイドローブ)が出ないように
するには2分の1波長以下とするのが望ましい。一方、
素子間隔が小さくなる程、素子間結合、従って、相互イ
ンピーダンスが大きくなり、アンテナエレメントの入力
インピーダンスがずれ、インピーダンス不整合を生じる
ことになる。
ンテナエレメントの中心から中心までの間隔:素子間隔
という)は、ビーム走査をする場合のグレーティングロ
ーブ(特定の方向に出るサイドローブ)が出ないように
するには2分の1波長以下とするのが望ましい。一方、
素子間隔が小さくなる程、素子間結合、従って、相互イ
ンピーダンスが大きくなり、アンテナエレメントの入力
インピーダンスがずれ、インピーダンス不整合を生じる
ことになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
平面配列アンテナでは正方形や円形のアンテナエレメン
トが用いられているが、波長をλ、実効誘電率をεとし
た場合、1辺の長さがλ/2√εの正方形エレメントを
図7の(a)のようにλ/2間隔で配列するとエレメン
ト間の隙間sは数式1で表される。
平面配列アンテナでは正方形や円形のアンテナエレメン
トが用いられているが、波長をλ、実効誘電率をεとし
た場合、1辺の長さがλ/2√εの正方形エレメントを
図7の(a)のようにλ/2間隔で配列するとエレメン
ト間の隙間sは数式1で表される。
【0005】
【数1】
【0006】ここで、√εの値の多くは1〜2というよ
うな値であるから、sは非常に小さくエレメントの辺同
士が非常に接近した状態で平行になり、素子間結合が大
きくなってインピーダンス不整合が生じるという問題が
ある。そこで、相互結合を小さくすべく、各エレメント
を45度ずつ傾けて図7の(b)のように配列すること
が考えられる。ところで、1辺の長さがλ/2√εであ
る正方形の対角線の長さLは、数式2で表される。
うな値であるから、sは非常に小さくエレメントの辺同
士が非常に接近した状態で平行になり、素子間結合が大
きくなってインピーダンス不整合が生じるという問題が
ある。そこで、相互結合を小さくすべく、各エレメント
を45度ずつ傾けて図7の(b)のように配列すること
が考えられる。ところで、1辺の長さがλ/2√εであ
る正方形の対角線の長さLは、数式2で表される。
【0007】
【数2】
【0008】ここで、√εの値は前述のように多くは2
より小さく従ってLはλ/2より大きくなる。このよう
な寸法のエレメントをλ/2間隔で配列すると(b)の
ようにエレメントの角部分が重なってしまうという問題
がある。また、1辺の長さがλ/2√εである正方形の
面積と同面積の円の直径Rは数式3で表される。
より小さく従ってLはλ/2より大きくなる。このよう
な寸法のエレメントをλ/2間隔で配列すると(b)の
ようにエレメントの角部分が重なってしまうという問題
がある。また、1辺の長さがλ/2√εである正方形の
面積と同面積の円の直径Rは数式3で表される。
【0009】
【数3】
【0010】この数式によれば、εが4/π(約1.2
73)より小さければ直径Rはλ/2より大になり、エ
レメント同士が一部重なってしまうし、また重ならなく
ともエレメント間の隙間が図7の(c)のように小さ
く、そのため相互結合が大きくなり、インピーダンス不
整合を起こすという問題がある。そこで、従来は素子間
隔を0.7波長程度に設定していたが、その分だけグレ
ーティングローブが出るという問題があった。
73)より小さければ直径Rはλ/2より大になり、エ
レメント同士が一部重なってしまうし、また重ならなく
ともエレメント間の隙間が図7の(c)のように小さ
く、そのため相互結合が大きくなり、インピーダンス不
整合を起こすという問題がある。そこで、従来は素子間
隔を0.7波長程度に設定していたが、その分だけグレ
ーティングローブが出るという問題があった。
【0011】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑みて、素子間隔を2分の1波長以下にしても、素子間
結合が従来より小さいクロスパッチエレメントを用いた
平面配列アンテナを提供することにある。
鑑みて、素子間隔を2分の1波長以下にしても、素子間
結合が従来より小さいクロスパッチエレメントを用いた
平面配列アンテナを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のクロスパッチ平面配列アンテナは以下のよ
うな構成を有する。第1の構成は、一方の面に地導体が
張り付けられた誘電体基板の他方の面上に、同じ長方形
同士を十字交差させたと同様の輪郭を有するクロスパッ
チ状のアンテナエレメントが、使用波長の2分の1以下
の間隔で直線状又は行列状に複数配置され、各アンテナ
エレメントへは1点給電で直線偏波を放射することを特
徴とするクロスパッチ平面配列アンテナである。
め、本発明のクロスパッチ平面配列アンテナは以下のよ
うな構成を有する。第1の構成は、一方の面に地導体が
張り付けられた誘電体基板の他方の面上に、同じ長方形
同士を十字交差させたと同様の輪郭を有するクロスパッ
チ状のアンテナエレメントが、使用波長の2分の1以下
の間隔で直線状又は行列状に複数配置され、各アンテナ
エレメントへは1点給電で直線偏波を放射することを特
徴とするクロスパッチ平面配列アンテナである。
【0013】第2の構成は、一方の面に地導体が張り付
けられた誘電体基板の他方の面上に、同じ長方形同士を
十字交差させたと同様の輪郭を有するクロスパッチ状の
アンテナエレメントが、使用波長の2分の1以下の間隔
で直線状又は行列状に複数配置され、各アンテナエレメ
ントには、前記各長方形における相対位置が同じである
点にそれぞれ1箇所ずつ計2点の給電点を設け、両給電
点を同相で励振したときには直線偏波を放射し、90度
位相差で励振したときには円偏波を放射することを特徴
とするクロスパッチ平面配列アンテナである。
けられた誘電体基板の他方の面上に、同じ長方形同士を
十字交差させたと同様の輪郭を有するクロスパッチ状の
アンテナエレメントが、使用波長の2分の1以下の間隔
で直線状又は行列状に複数配置され、各アンテナエレメ
ントには、前記各長方形における相対位置が同じである
点にそれぞれ1箇所ずつ計2点の給電点を設け、両給電
点を同相で励振したときには直線偏波を放射し、90度
位相差で励振したときには円偏波を放射することを特徴
とするクロスパッチ平面配列アンテナである。
【0014】第3の構成は、一方の面に地導体が張り付
けられた誘電体基板の他方の面上に、長辺の長さが異な
る長方形同士を十字交差させたと同様の輪郭を有するク
ロスパッチ状のアンテナエレメントが、使用波長の2分
の1以下の間隔で直線状又は行列状に複数配置され、各
アンテナエレメントへは1点給電で、上記長辺の長さが
異なることにより、円偏波を放射することを特徴とする
クロスパッチ平面配列アンテナである。
けられた誘電体基板の他方の面上に、長辺の長さが異な
る長方形同士を十字交差させたと同様の輪郭を有するク
ロスパッチ状のアンテナエレメントが、使用波長の2分
の1以下の間隔で直線状又は行列状に複数配置され、各
アンテナエレメントへは1点給電で、上記長辺の長さが
異なることにより、円偏波を放射することを特徴とする
クロスパッチ平面配列アンテナである。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、一方の面
に地導体板が張り付けられた誘電体基板の他方の面上
に、長方形を十字交差させたと同様の輪郭を有するクロ
スパッチ状のアンテナエレメントを直線状或いは行列状
に複数配置したものであり、次の3つの形態が考えられ
る。第1の形態は、アンテナエレメントのクロスパッチ
の形状が、同じ長方形を十字交差させたと同様の輪郭を
有し、各エレメントへの給電が1点給電で直線偏波を放
射するものである。
に地導体板が張り付けられた誘電体基板の他方の面上
に、長方形を十字交差させたと同様の輪郭を有するクロ
スパッチ状のアンテナエレメントを直線状或いは行列状
に複数配置したものであり、次の3つの形態が考えられ
る。第1の形態は、アンテナエレメントのクロスパッチ
の形状が、同じ長方形を十字交差させたと同様の輪郭を
有し、各エレメントへの給電が1点給電で直線偏波を放
射するものである。
【0016】第2の形態は、第1の形態と同じクロスパ
ッチの形状で、各長方形における相対位置が同じである
点にそれぞれ1箇所ずつ計2点の給電点を有し、両給電
点を同相で励振すると直線偏波となり、90度位相差で
励振すると円偏波になるというものである。
ッチの形状で、各長方形における相対位置が同じである
点にそれぞれ1箇所ずつ計2点の給電点を有し、両給電
点を同相で励振すると直線偏波となり、90度位相差で
励振すると円偏波になるというものである。
【0017】第3の形態は、クロスパッチを形成する2
つの長方形の長辺の長さを1点の給電点からみたインピ
ーダンスの差により、流れる電流の位相が90度差にな
るように異ならせることにより、円偏波を放射するとい
うものである。
つの長方形の長辺の長さを1点の給電点からみたインピ
ーダンスの差により、流れる電流の位相が90度差にな
るように異ならせることにより、円偏波を放射するとい
うものである。
【0018】図5の(a)に示すような長方形エレメン
ト6を給電点2から励振すると、電界方向Eは長方形の
長辺方向に形成され、磁界(磁流)方向Mは電界方向E
に直角の方向、即ち短辺方向に形成される。従って、こ
のような長方形エレメントを図5の(b)のように十字
交差させて、1点給電で励振すれば、電界方向E1 とE
2 は直交で同相となるから直線偏波が得られることにな
る。
ト6を給電点2から励振すると、電界方向Eは長方形の
長辺方向に形成され、磁界(磁流)方向Mは電界方向E
に直角の方向、即ち短辺方向に形成される。従って、こ
のような長方形エレメントを図5の(b)のように十字
交差させて、1点給電で励振すれば、電界方向E1 とE
2 は直交で同相となるから直線偏波が得られることにな
る。
【0019】また、図5の(c)のように、第1の長方
形エレメント7に対する第1の給電点9と第2の長方形
エレメント8に対する第2の給電点10を設けて両給電
点を同相で励振すれば、直線偏波となるし、90度の位
相で励振すれば円偏波となる。
形エレメント7に対する第1の給電点9と第2の長方形
エレメント8に対する第2の給電点10を設けて両給電
点を同相で励振すれば、直線偏波となるし、90度の位
相で励振すれば円偏波となる。
【0020】更に、図5の(d)のように第1の長方形
エレメント7と第2の長方形エレメント8の長辺の長さ
を給電点2から見たインピーダンスの差により、流れる
電流の位相が90度異なるように違わせることにより、
給電点2からの励振により円偏波とすることができる。
エレメント7と第2の長方形エレメント8の長辺の長さ
を給電点2から見たインピーダンスの差により、流れる
電流の位相が90度異なるように違わせることにより、
給電点2からの励振により円偏波とすることができる。
【0021】以上のように、クロスパッチエレメントに
より直線偏波や円偏波を放射することができるうえ、図
6に示すように、長辺がλ/2√εの実線で示されたク
ロスパッチエレメントの方が、1辺がλ/2√εの正方
形エレメントに較べて隣接エレメント間の隙間が大きく
なり、且つ隣リのエレメントの対応する辺同士が平行に
ならないため、配列素子間隔を2分の1波長以下にした
場合でも、両エレメント間の相互結合は従来より小さく
なるため、各エレメントのインピーダンス不整合が小さ
くなるという利点がある。
より直線偏波や円偏波を放射することができるうえ、図
6に示すように、長辺がλ/2√εの実線で示されたク
ロスパッチエレメントの方が、1辺がλ/2√εの正方
形エレメントに較べて隣接エレメント間の隙間が大きく
なり、且つ隣リのエレメントの対応する辺同士が平行に
ならないため、配列素子間隔を2分の1波長以下にした
場合でも、両エレメント間の相互結合は従来より小さく
なるため、各エレメントのインピーダンス不整合が小さ
くなるという利点がある。
【0022】
【実施例】以下、本発明のクロスパッチ平面配列アンテ
ナの実施例を図面を参照して説明する。図1は、下面に
地導体4が張り付けられた誘電体基板3の上面に、クロ
スパッチエレメント1が、λ/2以下の寸法の素子間隔
を置いて3行3列の行列状に配列された平面配列アンテ
ナの例である。
ナの実施例を図面を参照して説明する。図1は、下面に
地導体4が張り付けられた誘電体基板3の上面に、クロ
スパッチエレメント1が、λ/2以下の寸法の素子間隔
を置いて3行3列の行列状に配列された平面配列アンテ
ナの例である。
【0023】この実施例では、各クロスパッチエレメン
ト1への励振は給電点2の1点給電で行われるようにな
っており、クロスパッチを形成する各長方形の長辺の長
さが同じであれば直線辺波となり、またこの長さを違え
ることにより、円偏波とすることもできる。
ト1への励振は給電点2の1点給電で行われるようにな
っており、クロスパッチを形成する各長方形の長辺の長
さが同じであれば直線辺波となり、またこの長さを違え
ることにより、円偏波とすることもできる。
【0024】図2の(a)は、クロスパッチエレメント
1を2個横方向に配列した例である。図2の(b)は、
(a)に対応させた形で従来の正方形エレメント2を
(a)と同様に配列させたものである。図2の(c)は
(b)に対しエレメントの向きを45°傾けた場合であ
る。今、(a)の場合が、(b)や(c)の場合に較べ
てエレメント相互間の相互結合量がどの程度小さいかを
モーメント法で電磁界解析して計算した結果をグラフに
したのが図3および図4である。
1を2個横方向に配列した例である。図2の(b)は、
(a)に対応させた形で従来の正方形エレメント2を
(a)と同様に配列させたものである。図2の(c)は
(b)に対しエレメントの向きを45°傾けた場合であ
る。今、(a)の場合が、(b)や(c)の場合に較べ
てエレメント相互間の相互結合量がどの程度小さいかを
モーメント法で電磁界解析して計算した結果をグラフに
したのが図3および図4である。
【0025】図3は、図2の(a)および(b)の例に
ついて、エレメントの向きはそのままとして素子間隔を
変化させた場合の相互結合量S21(dB)を示したも
のである。これより、クロスパッチエレメントの方が相
互結合量が小さく、素子間隔が狭くなる程、その傾向が
大きくなり、クロスパッチエレメントの方が入力インピ
ーダンスの不整合の度合いが小さくなることを示してい
る。
ついて、エレメントの向きはそのままとして素子間隔を
変化させた場合の相互結合量S21(dB)を示したも
のである。これより、クロスパッチエレメントの方が相
互結合量が小さく、素子間隔が狭くなる程、その傾向が
大きくなり、クロスパッチエレメントの方が入力インピ
ーダンスの不整合の度合いが小さくなることを示してい
る。
【0026】図4は、図2の(a)および(c)の例に
おいて、素子間隔を2分の1波長とし、一方のエレメン
ト、例えば左側のエレメントはそのままとし、右側のエ
レメントをその場で0度から45度ずつ回転させて各角
度におけるエレメント相互間の相互結合量S21(d
B)を示したものである。中央原点を中心とする360
度が回転角度であり、中央原点からの放射方向距離が相
互結合量である。
おいて、素子間隔を2分の1波長とし、一方のエレメン
ト、例えば左側のエレメントはそのままとし、右側のエ
レメントをその場で0度から45度ずつ回転させて各角
度におけるエレメント相互間の相互結合量S21(d
B)を示したものである。中央原点を中心とする360
度が回転角度であり、中央原点からの放射方向距離が相
互結合量である。
【0027】□印が、その角度における正方形エレメン
ト間の相互結合量であり、×印がクロスパッチエレメン
ト間の相互結合量であり、いずれの角度においてもクロ
スパッチエレメントの場合の方が相互結合量が小さいこ
とを示している。
ト間の相互結合量であり、×印がクロスパッチエレメン
ト間の相互結合量であり、いずれの角度においてもクロ
スパッチエレメントの場合の方が相互結合量が小さいこ
とを示している。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の平面配列
アンテナはアンテナエレメントとしてクロスパッチエレ
メントを用いたので、同じ素子間隔でも従来の、正方形
エレメントや円形エレメントの場合に較べて、エレメン
ト相互間の隙間が大きく、エレメント間の相互結合量が
小さく、相互結合に起因する各エレメントの励振インピ
ーダンスの不整合の程度が小さいので、素子間隔を2分
の1波長以下にすることができ、励振インピーダンスの
不整合を起こすことなく、グレーティングローブの発生
を抑えることができるという利点がある。
アンテナはアンテナエレメントとしてクロスパッチエレ
メントを用いたので、同じ素子間隔でも従来の、正方形
エレメントや円形エレメントの場合に較べて、エレメン
ト相互間の隙間が大きく、エレメント間の相互結合量が
小さく、相互結合に起因する各エレメントの励振インピ
ーダンスの不整合の程度が小さいので、素子間隔を2分
の1波長以下にすることができ、励振インピーダンスの
不整合を起こすことなく、グレーティングローブの発生
を抑えることができるという利点がある。
【図1】本発明のクロスパッチ平面配列アンテナの実施
例で、クロスパッチエレメントが3行3列に配列された
場合の斜視図である。
例で、クロスパッチエレメントが3行3列に配列された
場合の斜視図である。
【図2】エレメントが2つの場合の本発明および従来の
平面配列アンテナの例を示す図である。
平面配列アンテナの例を示す図である。
【図3】図2の(a)および(b)のアンテナにおいて
素子間隔を変化させた場合のエレメント間の相互結合量
の変化を示すグラフである。
素子間隔を変化させた場合のエレメント間の相互結合量
の変化を示すグラフである。
【図4】図2の(a)および(c)のアンテナにおい
て、一方のエレメントをその位置で45度ずつ回転させ
た場合のエレメント間の相互結合量の変化を示すグラフ
である。
て、一方のエレメントをその位置で45度ずつ回転させ
た場合のエレメント間の相互結合量の変化を示すグラフ
である。
【図5】長方形エレメントおよびそれを十字交差させた
クロスパッチエレメントにおける給電と生成電界および
生成磁界の状況説明図である。
クロスパッチエレメントにおける給電と生成電界および
生成磁界の状況説明図である。
【図6】クロスパッチエレメントの方が正方形エレメン
トに較べてエレメント相互の隙間が大きいことを説明す
る平面図である。
トに較べてエレメント相互の隙間が大きいことを説明す
る平面図である。
【図7】従来の正方形エレメントおよび円形エレメント
の配列間隙説明図である。
の配列間隙説明図である。
1 クロスパッチエレメント 2 給電点 3 誘電体基板 4 地導体 5 正方形エレメント 6 長方形エレメント 7 第1の長方形エレメント 8 第2の長方形エレメント 9 第1の給電点 10 第2の給電点
Claims (3)
- 【請求項1】 一方の面に地導体が張り付けられた誘電
体基板の他方の面上に、同じ長方形同士を十字交差させ
たと同様の輪郭を有するクロスパッチ状のアンテナエレ
メントが、使用波長の2分の1以下の間隔で直線状又は
行列状に複数配置され、各アンテナエレメントへは1点
給電で直線偏波を放射することを特徴とするクロスパッ
チ平面配列アンテナ。 - 【請求項2】 一方の面に地導体が張り付けられた誘電
体基板の他方の面上に、同じ長方形同士を十字交差させ
たと同様の輪郭を有するクロスパッチ状のアンテナエレ
メントが、使用波長の2分の1以下の間隔で直線状又は
行列状に複数配置され、各アンテナエレメントには、前
記各長方形における相対位置が同じである点にそれぞれ
1箇所ずつ計2点の給電点を設け、両給電点を同相で励
振したときには直線偏波を放射し、90度位相差で励振
したときには円偏波を放射することを特徴とするクロス
パッチ平面配列アンテナ。 - 【請求項3】 一方の面に地導体が張り付けられた誘電
体基板の他方の面上に、長辺の長さが異なる長方形同士
を十字交差させたと同様の輪郭を有するクロスパッチ状
のアンテナエレメントが、使用波長の2分の1以下の間
隔で直線状又は行列状に複数配置され、各アンテナエレ
メントへは1点給電で、上記長辺の長さが異なることに
より、円偏波を放射することを特徴とするクロスパッチ
平面配列アンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001177957A JP2002374121A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | クロスパッチ平面配列アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001177957A JP2002374121A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | クロスパッチ平面配列アンテナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002374121A true JP2002374121A (ja) | 2002-12-26 |
Family
ID=19018727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001177957A Pending JP2002374121A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | クロスパッチ平面配列アンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002374121A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005045346A (ja) * | 2003-07-23 | 2005-02-17 | Toshiba Tec Corp | 平面アンテナ及びこれを用いた無線装置 |
JP2007282201A (ja) * | 2006-03-11 | 2007-10-25 | Rcs:Kk | 小型高利得セラミックアンテナ |
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