JP3743329B2 - 弾性表面波フィルタ、およびそれを用いた弾性表面波装置、通信機装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ、およびそれを用いた弾性表面波装置、通信機装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の携帯電話などの通信機装置は、加入者の増加やサービスの多様化に伴い、送信側周波数帯と受信側周波数帯の近いものが増えてきている。また装置によっては、別の通信機装置との干渉を防ぐために、通過帯域のごく近傍に一定以上の減衰量を必要とすることがある。そのため、携帯電話機のRF段のバンドパスフィルタとして広く用いられている弾性表面波フィルタにも、通過帯域のごく近傍の減衰を一定以上にする要求が強くなっている。
【0003】
一方で近年、部品点数削減を目的に、弾性表面波フィルタに平衡−不平衡信号変換機能、いわゆるバランの機能を持たせる要求が強くなってきている。そのため、平衡−不平衡信号変換に容易に対応できる縦結合共振子型弾性表面波フィルタが、携帯電話機のRF段のバンドパスフィルタとして主流になってきており、そのような縦結合共振子型弾性表面波フィルタが、例えば特開平5−267990号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の縦結合共振子型弾性表面波フィルタの特徴は、通過帯域よりも高域側にトランスバーサルレスポンスと呼ばれる肩特性の劣化(周波数特性の急峻さの劣化)が現われることである。そのため、PCS(PersonalCommunication System)方式の通信機装置などで要求される通過帯域よりも高域側での減衰量が十分に取れないという問題があった。通過帯域よりも高域側の減衰量が大きいフィルタとして、例えば特開平10−126212号公報に開示されている梯子型の弾性表面波フィルタが挙げられるが、梯子型弾性表面波フィルタでは平衡−不平衡信号変換機能を構成できないという問題がある。すなわち従来の技術では、通過帯域よりも高域側の減衰量が十分で、かつ平衡−不平衡信号変換機能を有する弾性表面波フィルタを構成することが困難であった。
【0005】
本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタは、上述の問題を鑑みてなされたものであり、これらの問題を解決し、トランスバーサルレスポンスを従来の弾性表面波フィルタよりも大幅に低減し、かつ、平衡−不平衡信号変換機能も持たせることができる縦結合共振子型弾性表面波フィルタを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタは、圧電基板と、該圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って並べて形成された少なくとも2つのIDTとを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタにおいて、前記IDTのうち少なくとも1つのIDTにおける他のIDTと隣接する端部に、電極指のピッチが前記少なくとも1つのIDTにおける他の部分の電極指のピッチよりも部分的に狭く構成された狭ピッチ電極指部を設けるとともに、該狭ピッチ電極指の略中央部において、隣り合う2本の電極指の極性を同じにする電極反転を施したことを特徴としている。また、
圧電基板と、該圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って並べて形成された少なくとも2つのIDTとを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタにおいて、
前記IDTのうち少なくとも1つのIDTにおける他のIDTと隣接する端部に、電極指のピッチが前記少なくとも1つのIDTにおける他の部分の電極指のピッチよりも部分的に狭く構成された狭ピッチ電極指部を設けるとともに、該狭ピッチ電極指部内の少なくとも1箇所において、隣り合う2本の電極指の極性を同じにする電極反転を施し、該電極反転を、前記弾性表面波フィルタの中心に対して左右対称となるように施したことを特徴としている。
また、隣接するIDT間における隣り合う電極指の極性を異ならせたことを特徴としている。
【0007】
また、本発明の別の発明は、本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタを用いて構成した平衡−不平衡信号変換機能を有する弾性表面波装置である。
本発明のさらに別の発明は、本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ、または本発明の弾性表面波装置を用いたことを特徴とする通信機装置である。
【0008】
以上のように、狭ピッチ電極指部の少なくとも1箇所において、隣り合う2本の電極指の極性を同じにする電極反転を施すように構成することで、トランスバーサルレスポンスを低減した弾性表面波フィルタを得ることができる。その際、電極反転を施す箇所を、狭ピッチ電極指部の略中央部にすることで、通過帯域幅が広く、トランスバーサルレスポンスを低減した縦結合共振子型弾性表面波フィルタを得ることができる。
【0009】
また、電極反転を弾性表面波フィルタの中心に対して左右対称になるように施すことで、通過帯域内にリップルが入ることなく、トランスバーサルレスポンスを低減した縦結合共振子型弾性表面波フィルタを得ることができる。
【0010】
さらに、隣接するIDT間における隣り合う電極指の極性を異ならせたことで、さらに広い範囲でトランスバーサルレスポンスを低減した縦結合共振子型弾性表面波フィルタを得ることができる。
【0011】
また、本発明の弾性表面波フィルタを平衡−不平衡信号変換機能を備えた縦結合共振子型弾性表面波装置に適用することで、通過帯域よりも高域側の減衰量が良好な平衡−不平衡信号変換機能を有する弾性表面波装置を得ることができる。
【0012】
また、本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタまたは弾性表面波装置を通信機装置に用いることで、通信品質が良く、信頼性の高い通信機装置を得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタおよび弾性表面波装置について図1から図13を用いて説明する。
図1は本発明の第1実施例の構成を示す概略平面図である。なお、本発明の実施例では全て、PCS−Rx用フィルタを例にとって説明する。
【0014】
図1に示す本発明の第1実施例では、40±5゜YcutX伝搬LiTaO3基板上に縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101と弾性表面波共振子102がAl電極により形成されている。そして本実施例では、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101に弾性表面波共振子102を直列接続した構成となっている。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101の構成は、アースに接続された複数の電極指と、信号ラインに接続された複数の電極指とが対向してなるIDT103,104,105と、IDT103,104,105を挟み込むように配置された2つのリフレクタ106,107とからなっている。また、弾性表面波共振子102の構成は、信号ラインに接続された複数の電極指と、IDT103,105に接続された複数の電極指とが対向してなるIDT120と、IDT120を挟みこむように配置された2つのリフレクタ118,119とからなっている。なお、図1では図を簡潔にするために電極指の本数を少なく示している。
【0015】
図1に示すように、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101は、IDT104のIDT103と隣接する側の数本の電極指、およびIDT105と隣接する側の数本の電極指が、IDT104のその他の部分よりピッチが狭い、狭ピッチ電極指部108,109を形成している。また、狭ピッチ電極指部108の隣り合う電極指110と電極指111、および狭ピッチ電極指部109の電極指112と電極指113の極性を同じにした電極反転が施されている。具体的には、アースに接続されている電極指の極性を−、信号ラインに接続されている電極指の極性を+とし、−,+の並びを+1、+,−の並びを−1、+,+または−,−の並びを0とすると、図1の狭ピッチ電極指部108は左から+1,−1,0,+1,−1、狭ピッチ電極指部109は左から+1,−1,0,+1,−1という順に並んでいる。つまり電極反転は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101の中心に対して左右対称になるように施されている。なお、左右非対称にしても本発明のトランスバーサルレスポンスを低減するという効果は得られるが、通過帯域内にリップルが発生するので、本実施例のように左右対称の構造が望ましい。
【0016】
縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101の詳細な設計は、狭ピッチ電極指のピッチで決まる波長をλI2、その他の電極指のピッチで決まる波長をλI1とすると、以下の通りである。
交差幅W:73.9λI1
IDT103のIDT本数:17本
IDT104のIDT本数:45本(その内、左右両端から6本の電極指のピッチを狭くしている。)
IDT105のIDT本数:17本
IDT波長λI1:2.03μm、λI2:1.85μm
リフレクタ波長λR:2.06μm
リフレクタ本数:100本
IDT−IDT間隔(114,117):0.25λI1+0.25λI2
IDT104のλI1とλI2の電極指が並んでいる箇所の間隔(115,116):0.25λI1+0.25λI2
IDT−リフレクタ間隔:0.48λR
IDTのデューティー:0.60
リフレクタのデューティー:0.60
電極膜厚:0.08λI1
また、弾性表面波共振子102の詳細な設計は、以下の通りである。
交差幅W:29.5λ
IDT本数:401本
波長λ(IDT、リフレクタ共):2.03μm
リフレクタ本数:30本
IDT−リフレクタ間隔:0.50λ
IDTのデューティー:0.60
リフレクタのデューティー:0.60
電極膜厚:0.08λ
図2に、本発明の第1実施例の周波数特性を示す。比較として、従来例を示す概略平面図を図3に示し、図3に示す従来例の周波数特性を図4に示す。
【0017】
図3に示す従来例の構成は、第1実施例と同じく縦結合共振子型弾性表面波フィルタ201に、弾性表面波共振子202が直列接続されたものである。縦結合共振子形弾性表面波フィルタ201は、本実施例の縦結合共振子型弾性表面波フィルタと同じく、3つのIDT203,204,205と2つのリフレクタ206,207を有し、IDTが隣接する箇所に、狭ピッチ電極指部208〜211を有している。また弾性表面波共振子202は、本実施例の弾性表面波共振子102と同じく、1つのIDT220と2つのリフレクタ218,219を有している。
【0018】
従来例の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ201の設計の詳細を、以下に示す。
交差幅W:60.6λI1
IDT203のIDT本数:33本(なお右端から4本の電極指のピッチを狭くしている。)
IDT204のIDT本数:51本(なお左右両端から4本の電極指のピッチを狭くしている。)
IDT205のIDT本数:33本(なお左端から4本の電極指のピッチを狭くしている。)
IDT波長λI1:2.06μm、λI2:1.88μm
リフレクタ波長λR:2.06μm
リフレクタ本数:100本
波長λI1とλI2の電極指に挟まれた箇所の電極指間隔(図3の212,214,215,217):0.25λI1+0.25λI2
波長λI2の電極指に挟まれた箇所のIDT−IDT間隔(図3の213,216):0.50λI2
IDT−リフレクタ間隔:0.465λR
デューティー:0.60(IDT、リフレクタ共)
電極膜厚:0.08λI1
また、従来例の弾性表面波共振子202の設計の詳細を、以下に示す。
交差幅W:49.1λ
IDT本数:401本
波長λ(IDT、リフレクタ共):2.04μm
リフレクタ本数:30本
IDT−リフレクタ間隔:0.50λ
デューティー:0.60(IDT、リフレクタ共)
電極膜厚:0.08λ
図2と図4を比較すると、本発明の第1実施例では、通過帯域よりも高域側の2010〜2070MHzにおける減衰量が、従来例に対して約5dB改善している。これは、従来例に対して本発明の第1実施例では、トランスバーサルレスポンスが低減されているためである。
【0019】
図5に、本発明の第1実施例における縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101のみの周波数特性、また、図6に、従来例における縦結合共振子型弾性表面波フィルタ201のみの周波数特性を示す。図5と図6とを比較すると、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ101の方がトランスバーサルレスポンスが低減されており、本発明の効果は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタの狭ピッチ電極指部で、電極反転を施したことで得られていることがわかる。
【0020】
本発明の第1実施例では、狭ピッチ電極指部のほぼ中央付近に電極反転を施した箇所を設けた例を示したが、次に、電極反転を施す位置を第1実施例から変えた場合の周波数特性の例を示す。図7は、電極反転を施す位置を第1実施例より内側に、具体的には狭ピッチ電極指部108を左から+1,−1,+1,0,−1、狭ピッチ電極指部109を左から+1,0,−1,+1,−1と並べた場合の周波数特性、図8は電極反転を施す位置を本発明の第1実施例より外側に、具体的には狭ピッチ電極指部108を左から+1,0,−1,+1,−1、狭ピッチ電極指部109を左から+1,−1,+1,0,−1と並べた場合の周波数特性を示す。
【0021】
図7を参照すると、図2に比べてトランスバーサルレスポンスのレベルが悪化している。また図8を参照すると、図2に比べてトランスバーサルレスポンスは低減しているが、2120MHz付近にあるレスポンスのレベルが悪化し、さらに通過帯域幅が狭くなっている。このように、電極反転を施す位置を第1実施例から異ならせても、同様にトランスバーサルレスポンスを低減する効果は得られるが、全体的な電気的特性のバランスを考えると、第1実施例のように狭ピッチ電極指部の中央付近で電極反転を施した方が良い。
【0022】
以上のように、本発明の第1実施例では、トランスバーサルレスポンスを従来の縦結合共振子型弾性表面波フィルタより低減した縦結合共振子型弾性表面波フィルタが得られる。この第1実施例では、3つのIDTのうち中央のIDTにおいて狭ピッチ電極指部の電極反転を施したが、左右のIDTに狭ピッチ電極指部を設けて電極反転を施すことでも、本発明の効果を得ることができる。
【0023】
なお、第1実施例では40±5゜YcutX伝搬LiTaO3基板を用いたが、これに限定するのものではなく、64〜72゜YcutX伝搬LiNbO3、41゜YcutX伝搬LiNbO3などの基板を用いても同様な効果が得られる。また、第1実施例では3IDT型縦結合共振子型弾性表面波フィルタに弾性表面波共振子を直列接続した構成で説明したが、その他の構成でもよい。例えば、2つのIDTを用いた2IDT構成や4つ、5つ、またはそれ以上のIDTを用いた多電極構成、また、本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタを2段直列接続した構成でも、第1実施例と同様の効果を得ることができる。
【0024】
また、図9のように、図1の構成から3つのIDTのうち中央部に位置するIDTのア−ス端子をシグナル端子に変更し、上下のバスバ−の両方からシグナル端子を接続して差動動作させることで、不平衡−平衡変換機能を有する弾性表面波フィルタを構成することも出来る。
【0025】
次に、本発明の第2実施例の構成を図10を用いて示す。図10は、本発明の第2実施例の構成を示す概略平面図である。
【0026】
この第2実施例の構成は、ほぼ本発明の第1実施例の構成と同じであるが、IDT303,305が第1実施例のIDT103,105と比べて反転している点において異なる。これにより、IDT間で隣り合う電極指の極性が異なることになる。
【0027】
縦結合共振子型弾性表面波フィルタ301の詳細な設計は、狭ピッチ電極指のピッチで決まる波長をλI2、その他の電極指のピッチで決まる波長をλI1とすると、以下の通りである。
交差幅W:64.0λI1
IDT303のIDT本数:17本
IDT304のIDT本数:45本(その内、左右両端から6本の電極指のピッチを狭くしている。)
IDT305のIDT本数:17本
IDT波長λI1:2.03μm、λI2:1.85μm
リフレクタ(306,307)波長λR:2.06μm
リフレクタ本数:100本
IDT−IDT間隔(308,311):0.25λI1+0.25λI2
IDT304のλI1とλI2の電極指が並んでいる箇所の電極指間隔(309,310):0.25λI1+0.25λI2
IDT−リフレクタ間隔:0.46λR
デューティー:0.60(IDT、リフレクタ共)
電極膜厚:0.08λI1
また、弾性表面波共振子302の詳細な設計は、以下の通りである。
交差幅W:32.0λ
IDT本数:401本
波長λ(IDT、リフレクタ共):2.03μm
リフレクタ本数:30本
IDT−リフレクタ間隔:0.50λ
デューティー:0.60(IDT、リフレクタ共)
電極膜厚:0.08λ
図11に、本発明の第2実施例の周波数特性を示す。また、図12に、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ301のみの周波数特性を示す。
【0028】
本発明の第2実施例では、第1実施例に比べて、通過帯域よりも高域側の減衰量が、さらに改善されている。特に、2070MHz以上の帯域の減衰量は、約8dB改善されている。図12を参照すると、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ301のみの特性でも本発明の第1実施例に比べてトランスバーサルレスポンスが大幅に改善されている。
【0029】
このように本発明の第2実施例では、IDTの隣り合う電極指の極性を異ならせることで、第1実施例よりも、さらにトランスバーサルレスポンスを改善した縦結合共振子型弾性表面波フィルタを得ることができる。
【0030】
次に、本発明の第3実施例の構成を図13を用いて示す。図13は、本発明の第3実施例の構成を示す概略平面図である。
【0031】
この第3実施例では、第1実施例の縦結合共振子型弾性表面波フィルタを2つ並列接続して、入力50Ω、出力200Ωの不平衡−平衡変換機能を有する弾性表面波装置を形成している。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ401,402および弾性表面波共振子403,404は、第1実施例の弾性表面波素子と比べて交叉幅をすべて半分としている点、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ402のIDT405を反転している点以外は、詳細な設計パラメータは図1の弾性表面波フィルタと同様である。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ402のIDT405を反転しているのは、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ401の出力信号に対して、位相を180度反転させることが目的であるが、位相を180度反転させる方法は、この方法に限らない。他の方法としては、例えばIDT405ではなく、IDT409,410を反転させる、IDT405を反転せずに2分割してそこからバランス信号を取るなどの方法が考えられる。なお、406は不平衡入力端子、407と408は平衡出力端子である。
【0032】
図13に示す本発明の第3実施例においては、本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタを並列接続して、弾性表面波装置を形成したので、通過帯域よりも高域側の減衰量が大きく、かつ平衡−不平衡信号変換機能を有する弾性表面波装置を得ることができる。
【0033】
本発明の第3実施例のように通過帯域よりも高域側の減衰量が大きく、かつ平衡−不平衡信号変換機能を有する弾性表面波装置が得られる構成は図13の構成に限るものではなく、その他の平衡−不平衡信号変換機能が得られる構成の弾性表面波装置であっても、本発明の弾性表面波フィルタを用いることで同様の効果を得ることができる。
【0034】
図14は、本発明に係る縦結合共振器型弾性表面波フィルタおよび、弾性表面波装置を用いた通信機160を説明するための概略ブロック図である。
【0035】
図14において、アンテナ161に、デュプレクサ162が接続されている。デュプレクサ162と受信側ミキサ163との間に、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ164および増幅器165が接続されている。また、デュプレクサ162と送信側のミキサ166との間には、増幅器167および縦結合共振子型弾性表面波フィルタ168が接続されている。このように、増幅器165が平衡信号に対応している場合、本発明に従って構成された縦結合共振子型弾性表面波フィルタを、上記縦結合共振子型弾性表面波フィルタ164として好適に用いることができる。
【0036】
また、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ164を用いるかわりに、本発明に従って構成された弾性表面波装置を配置することもでき、本発明に従って構成された縦結合共振子型弾性表面波フィルタ同様に好適に用いることができる。
【0037】
【発明の効果】
以上のように、狭ピッチ電極指部内の少なくとも1箇所において、隣り合う2本の電極指の極性を同じにする電極反転を施したことで、トランスバーサルレスポンスを低減した弾性表面波フィルタを得ることができる。その際、電極反転を施す箇所を、狭ピッチ電極指部の略中央部にすることで、通過帯域幅が広く、トランスバーサルレスポンスを低減した縦結合共振子型弾性表面波フィルタを得ることができる。
【0038】
また、電極反転を弾性表面波フィルタの中心に対して左右対称になるように施すことで、通過帯域内にリップルが入ることなく、トランスバーサルレスポンスを低減した縦結合共振子型弾性表面波フィルタを得ることができる。
【0039】
さらに、隣接するIDT間における隣り合う電極指の極性を異ならせたことで、さらに広い範囲でトランスバーサルレスポンスを低減した縦結合共振子型弾性表面波フィルタを得ることができる。
【0040】
また、本発明の弾性表面波フィルタを平衡−不平衡信号変換機能を備えた縦結合共振子型弾性表面波装置に適用することで、通過帯域よりも高域側の減衰量が良好な平衡−不平衡信号変換機能を有する弾性表面波装置を得ることができる。
【0041】
また、本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタまたは弾性表面波装置を通信機装置に用いることで、通信品質が良く、信頼性の高い通信機装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の構成を示す概略平面図である。
【図2】本発明の第1実施例の構成での周波数特性を示す図である。
【図3】従来例の構成を示す概略平面図である。
【図4】従来例の構成での周波数特性を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ単体の周波数特性を示す図である。
【図6】従来例の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ単体の周波数特性を示す図である。
【図7】本発明の第1実施例の構成において、電極反転の位置を内側に変えた場合の周波数特性を示す図である。
【図8】本発明の第1実施例の構成において、電極反転の位置を外側に変えた場合の周波数特性を示す図である。
【図9】本発明の第1実施例の異なる構成を示す概略平面図である。
【図10】本発明の第2実施例の構成を示す概略平面図である。
【図11】本発明の第2実施例の構成での周波数特性を示す図である。
【図12】本発明の第2実施例の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ単体の周波数特性を示す図である。
【図13】本発明の第3実施例の弾性表面波装置を示す概略平面図である。
【図14】本発明の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ、または本発明の弾性表面波装置を用いた通信機装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
101,201,301,401,402 縦結合共振子型弾性表面波フィルタ
106,107,118,119,206,207,218,219,306,307 リフレクタ
108,109,208,209,210,211 狭ピッチ電極指部
102,202,302,403,404 弾性表面波共振子
406 不平衡入力端子
407,408 平衡出力端子
Claims (5)
- 圧電基板と、該圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って並べて形成された少なくとも2つのIDTとを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタにおいて、
前記IDTのうち少なくとも1つのIDTにおける他のIDTと隣接する端部に、電極指のピッチが前記少なくとも1つのIDTにおける他の部分の電極指のピッチよりも部分的に狭く構成された狭ピッチ電極指部を設けるとともに、該狭ピッチ電極指の略中央部において、隣り合う2本の電極指の極性を同じにする電極反転を施したことを特徴とする縦結合共振子型弾性表面波フィルタ。 - 圧電基板と、該圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って並べて形成された少なくとも2つのIDTとを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタにおいて、
前記IDTのうち少なくとも1つのIDTにおける他のIDTと隣接する端部に、電極指のピッチが前記少なくとも1つのIDTにおける他の部分の電極指のピッチよりも部分的に狭く構成された狭ピッチ電極指部を設けるとともに、該狭ピッチ電極指部内の少なくとも1箇所において、隣り合う2本の電極指の極性を同じにする電極反転を施し、該電極反転を、前記弾性表面波フィルタの中心に対して左右対称となるように施したことを特徴とする縦結合共振子型弾性表面波フィルタ。 - 請求項1または請求項2に記載の縦結合共振子型弾性表面波フィルタにおいて、隣接する前記IDT間における隣り合う電極指の極性を異ならせたことを特徴とする縦結合共振子型弾性表面波フィルタ。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の縦結合共振子型弾性表面波フィルタを用いて構成した平衡−不平衡信号変換機能を有する弾性表面波装置。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ、または請求項4に記載の弾性表面波装置を用いたことを特徴とする通信機装置。
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