JP2023158911A - High frequency transmission structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドーターボードとバックプレーンとの間などで高周波信号を伝送するための高周波伝送構造に関する。 The present invention relates to a high frequency transmission structure for transmitting high frequency signals between a daughter board and a backplane.
機能の拡張、変更が可能な電子装置では、筐体に挿抜するドーターボードと、筐体の背面に配置されてドーターボードと接続するバックプレーンとを備えている。ドーターボードとバックプレーンは、コネクタを介して接続される。このような電子装置のうち、無線通信装置では、ドーターボートとバックプレーンの間で高周波信号を伝送する。一般的に、基板間での高周波信号の伝送には、同軸構造のコネクタが用いられる(例えば、特許文献1参照)。特に、無線通信装置のドーターボートとバックプレーンの間では、複数の同軸コンタクトが装着可能な高密度マルチタイプの同軸コネクタ(例えば、日本航空電子工業株式会社:CJ2シリーズ同軸コネクタなど)が用いられている。 Electronic devices whose functions can be expanded and changed include a daughter board that is inserted into and removed from a housing, and a backplane that is placed on the back of the housing and connected to the daughter board. The daughter board and backplane are connected via connectors. Among such electronic devices, wireless communication devices transmit high frequency signals between a daughter boat and a backplane. Generally, a connector with a coaxial structure is used for transmitting high frequency signals between boards (see, for example, Patent Document 1). In particular, high-density multi-type coaxial connectors (e.g., Japan Aviation Electronics Industry Co., Ltd.'s CJ2 series coaxial connectors) that can attach multiple coaxial contacts are used between the daughter boat and backplane of wireless communication equipment. There is.
しかしながら、高密度マルチタイプの同軸コネクタは、近年では需要低下により生産が縮小傾向にあり、安定的な供給が難しい。また、代替品となる同軸コネクタも存在するが、無線通信装置に使用するにはスペックが過剰で、高価である。 However, production of high-density multi-type coaxial connectors has been decreasing in recent years due to declining demand, making it difficult to provide a stable supply. In addition, there are coaxial connectors that can be substituted, but they have excessive specifications and are expensive for use in wireless communication devices.
そこで本発明は、非同軸構造の汎用的なコネクタを利用して高周波信号が伝送可能な高周波伝送構造を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a high-frequency transmission structure capable of transmitting high-frequency signals using a general-purpose connector with a non-coaxial structure.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、非同軸構造のコネクタに入力された高周波信号を伝送する高周波伝送構造であって、前記コネクタが第1層に取り付けられた多層基板と、前記多層基板の前記第1層に設けられ、一端が前記コネクタ取付ランドに接続されたマイクロストリップ線路と、前記第1層に設けられ、一端が前記マイクロストリップ線路に接続され、他端が出力端とされたコプレナー線路と、前記コプレナー線路の一端側と他端側との間に接続され、前記他端側よりも前記マイクロストリップ線路側に近い位置に配置されたインピーダンスマッチング回路と、前記多層基板の前記第1層よりも下の層に設けられ、前記マイクロストリップ線路を構成するベタグランドパターンと、前記多層基板の前記第1層と、前記ベタグランドパターンが設けられている層との間の層に設けられ、銅箔が除去されたくり抜き部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 provides a high frequency transmission structure for transmitting a high frequency signal input to a connector of a non-coaxial structure, the connector being attached to a first layer of a multilayer board. a microstrip line provided on the first layer of the multilayer board and having one end connected to the connector mounting land; and a microstrip line provided on the first layer with one end connected to the microstrip line and the other end connected to the connector mounting land. an impedance matching circuit connected between a coplanar line serving as an output end and one end side and the other end side of the coplanar line and disposed at a position closer to the microstrip line side than the other end side; A solid ground pattern that is provided in a layer below the first layer of the multilayer board and constitutes the microstrip line, and a layer on which the solid ground pattern is provided and the first layer of the multilayer board. A hollowed out portion is provided in an intermediate layer from which the copper foil is removed.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の高周波伝送構造において、前記マイクロストリップ線路は、複数の前記コネクタ取付ランドの間を通るように配線されている、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, in the high frequency transmission structure according to the first aspect, the microstrip line is wired to pass between the plurality of connector mounting lands.
請求項1に記載の発明によれば、非同軸構造のコネクタに入力された高周波信号をマイクロストリップ線路およびコプレナー線路により伝送するとともに、多層基板内のくり抜き部と、インピーダンスマッチング回路とによってインピーダンスの整合を行う。これにより、安価で入手性のよい汎用型の非同軸構造のコネクタを利用して、反射損失および挿入損失が小さくなるように、高周波信号を伝送することができる。 According to the invention described in claim 1, a high frequency signal input to a non-coaxial connector is transmitted by a microstrip line and a coplanar line, and impedance matching is performed by a hollowed out part in a multilayer board and an impedance matching circuit. I do. This makes it possible to transmit high-frequency signals with low return loss and insertion loss by using a general-purpose, non-coaxial connector that is inexpensive and readily available.
また、請求項2に記載の発明によれば、マイクロストリップ線路を複数のコネクタ取付ランドの間を通るように配線するので、多層基板にマイクロストリップ線路を形成するためだけに必要なスペースを設ける必要がない。したがって、高周波伝送構造の小型化が可能である。 Further, according to the invention as claimed in claim 2, since the microstrip line is wired to pass between the plurality of connector mounting lands, it is necessary to provide a space necessary only for forming the microstrip line on the multilayer board. There is no. Therefore, it is possible to downsize the high frequency transmission structure.
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
図1~図6は、この発明の実施の形態に係る高周波伝送構造を示し、図1(A)、(B)は、本発明に係る高周波伝送構造を用いた高周波伝送装置1の平面図および側面図を示している。高周波伝送装置1は、例えば、無線通信装置のドーターボードとバックプレーンとの間に接続され、UHF帯の高周波信号を伝送するための装置である。 1 to 6 show a high frequency transmission structure according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1(A) and 1(B) are a plan view and a top view of a high frequency transmission device 1 using the high frequency transmission structure according to the present invention. A side view is shown. The high frequency transmission device 1 is, for example, a device that is connected between a daughter board and a backplane of a wireless communication device and transmits a high frequency signal in the UHF band.
高周波伝送装置1は、高周波信号が入力される非同軸構造のコネクタ2と、コネクタ2が取り付けられた多層基板3と、多層基板3に設けられた伝送線路4と、多層基板3に取り付けられたインピーダンスマッチング素子(インピーダンスマッチング回路)5と、高周波信号を出力する同軸コネクタ6とを備えている。 The high frequency transmission device 1 includes a non-coaxial connector 2 into which a high frequency signal is input, a multilayer board 3 to which the connector 2 is attached, a transmission line 4 provided on the multilayer board 3, and a transmission line 4 attached to the multilayer board 3. It includes an impedance matching element (impedance matching circuit) 5 and a coaxial connector 6 that outputs a high frequency signal.
コネクタ2は、例えば、業界基準の「IEC61076-4-101」に準拠した、端子ピッチが2mmのハードメトリックコネクタである。コネクタ2は、例えば、ドーターボードに設けられたコネクタに接続され、ドーターボードから高周波信号が入力される。このような非同軸構造のコネクタ2は、高周波信号の伝送には不適であり、従来は、無線通信装置のドーターボードとバックプレーンとの間の接続には用いられていなかった。 The connector 2 is, for example, a hard metric connector with a terminal pitch of 2 mm, which complies with the industry standard "IEC61076-4-101." The connector 2 is connected to, for example, a connector provided on a daughter board, and receives a high frequency signal from the daughter board. The connector 2 having such a non-coaxial structure is unsuitable for transmitting high-frequency signals, and has not been conventionally used for connection between a daughter board and a backplane of a wireless communication device.
多層基板3は、複数の絶縁基板と銅箔とが積層され、内層の銅箔に回路パターンが作成可能とされたプリント基板である。コネクタ2、インピーダンスマッチング素子5および同軸コネクタ6は、多層基板3の最上層である第1層に取り付けられている。 The multilayer board 3 is a printed circuit board in which a plurality of insulating boards and copper foil are laminated, and a circuit pattern can be formed on the inner layer of copper foil. The connector 2, impedance matching element 5, and coaxial connector 6 are attached to the first layer, which is the top layer of the multilayer board 3.
伝送線路4は、多層基板3の第1層に設けられており、コネクタ2を介してドーターボードから入力された高周波信号を同軸コネクタ6を介してバックプレーンへ伝送する。伝送線路4は、コネクタ2の取付部分に設けられたマイクロストリップ線路41と、このマイクロストリップ線路41と同軸コネクタ6との間を接続するコプレナー線路42とを備えている。 The transmission line 4 is provided on the first layer of the multilayer board 3 and transmits a high frequency signal input from the daughter board via the connector 2 to the backplane via the coaxial connector 6. The transmission line 4 includes a microstrip line 41 provided at the attachment portion of the connector 2 and a coplanar line 42 connecting the microstrip line 41 and the coaxial connector 6.
インピーダンスマッチング素子5は、伝送線路4によって伝送される高周波信号のインピーダンスの整合を行う回路を備えた素子である。インピーダンスマッチング素子5は、コプレナー線路42の一端側(マイクロストリップ線路41側)と他端側(出力端である同軸コネクタ6側)との間に接続されている。また、インピーダンスマッチング素子5は、コネクタ2に入力された高周波信号のインピーダンス整合を早期に行うために、他端側よりもマイクロストリップ線路41側に近い位置に配置されている。 The impedance matching element 5 is an element equipped with a circuit that matches the impedance of the high frequency signal transmitted by the transmission line 4. The impedance matching element 5 is connected between one end side (the microstrip line 41 side) of the coplanar line 42 and the other end side (the coaxial connector 6 side, which is the output end). Further, the impedance matching element 5 is arranged at a position closer to the microstrip line 41 than the other end in order to perform impedance matching of the high frequency signal input to the connector 2 at an early stage.
図2は、図1(A)の側面図において、破線の矩形枠Cで示した部位の多層基板3の層構造を示している。多層基板3は、銅箔層として、上記の伝送線路4が形成された第1層31と、絶縁基板3aを挟んで第1層31の下に形成された第2層32と、絶縁基板3bを挟んで第2層32の下に形成された第3層33とを備えている。 FIG. 2 shows the layer structure of the multilayer substrate 3 at a portion indicated by a broken rectangular frame C in the side view of FIG. 1(A). The multilayer board 3 includes a first layer 31 as a copper foil layer on which the transmission line 4 described above is formed, a second layer 32 formed under the first layer 31 with an insulating substrate 3a in between, and an insulating substrate 3b. A third layer 33 is formed below the second layer 32 with the third layer 33 in between.
第1層31には、伝送線路4が形成されている。第2層32には、銅箔が除去されたくり抜き部8が設けられている。なお、実際のくり抜き部8には、プリプレグや充填材などが充填されている。第3層33には、マイクロストリップ線路41を構成するベタグランドパターン9が設けられている。くり抜き部8は、伝送線路4とベタグランドパターン9との距離を調整して、伝送線路4のインピーダンスを所定のレベル(例えば、50Ω程度)に整合するために設けられている。 A transmission line 4 is formed in the first layer 31 . The second layer 32 is provided with a hollowed out portion 8 from which the copper foil is removed. Note that the actual hollowed out portion 8 is filled with prepreg, filler, or the like. The third layer 33 is provided with a solid ground pattern 9 that constitutes the microstrip line 41 . The hollowed out portion 8 is provided to adjust the distance between the transmission line 4 and the solid ground pattern 9 to match the impedance of the transmission line 4 to a predetermined level (for example, about 50Ω).
図3(A)、(B)および(C)は、多層基板3の第1層31、第2層32および第3層33にそれぞれ設けられたパターンの平面図を示している。第1層31は、略全域にベタグランドパターン31aが設けられている。また、第1層31のコネクタ2が取り付けられる位置には、コネクタ2の多数の端子がそれぞれ挿入・接続されるコネクタ取付ランド31bが設けられている。これらのコネクタ取付ランド31bのうち、ドーターボードから高周波信号が入力されるのは、多数のコネクタ取付ランド31bの略中央付近に設けられた入力用コネクタ取付ランド31cのみである。そのため、入力用コネクタ取付ランド31c以外のコネクタ取付ランド31bは、ベタグランドパターン31aに接続されている。 3A, 3B, and 3C show plan views of patterns provided in the first layer 31, second layer 32, and third layer 33 of the multilayer substrate 3, respectively. The first layer 31 is provided with a solid ground pattern 31a over substantially the entire area. Furthermore, connector attachment lands 31b are provided at positions on the first layer 31 where the connectors 2 are attached, into which a large number of terminals of the connectors 2 are respectively inserted and connected. Among these connector mounting lands 31b, only the input connector mounting land 31c provided near the center of the many connector mounting lands 31b receives the high frequency signal from the daughter board. Therefore, the connector attachment lands 31b other than the input connector attachment land 31c are connected to the solid ground pattern 31a.
第1層31の入力用コネクタ取付ランド31cには、マイクロストリップ線路41が接続されている。このマイクロストリップ線路41は、多数のコネクタ取付ランド31bの間を通るように配線されている。そのため、多層基板3にマイクロストリップ線路41を形成するためだけに必要なスペースを設ける必要がないので、高周波伝送装置1を小型化することが可能である。 A microstrip line 41 is connected to the input connector attachment land 31c of the first layer 31. This microstrip line 41 is wired to pass between a large number of connector attachment lands 31b. Therefore, it is not necessary to provide a space necessary only for forming the microstrip line 41 on the multilayer substrate 3, so it is possible to downsize the high frequency transmission device 1.
マイクロストリップ線路41の端部には、ベタグランドパターン31aとの間に2本のスロットが設けられたコプレナー線路42が形成されている。コプレナー線路42は、インピーダンスマッチング素子5と接続するために、マイクロストリップ線路41に近い位置で分断され、マイクロストリップ線路41側の第1コプレナー線路42aと、同軸コネクタ6(出力端)側の第2コプレナー線路42bを構成している。第2コプレナー線路42bは、同軸コネクタ6の取付ランド31dに接続されている。 A coplanar line 42 is formed at the end of the microstrip line 41 and has two slots between it and the solid ground pattern 31a. The coplanar line 42 is divided at a position close to the microstrip line 41 in order to connect to the impedance matching element 5, and a first coplanar line 42a on the side of the microstrip line 41 and a second coplanar line 42a on the side of the coaxial connector 6 (output end) are separated. It constitutes a coplanar line 42b. The second coplanar line 42b is connected to the attachment land 31d of the coaxial connector 6.
第2層32は、略全域にベタグランドパターン32aが設けられている。また、第2層32のコネクタ2が取り付けられる位置には、第1層31のコネクタ取付ランド31bおよび入力用コネクタ取付ランド31cに対応する位置に、コネクタ取付ランド32bおよび入力用コネクタ取付ランド32cが設けられている。また、第2層32には、第1層31のマイクロストリップ線路41に対応する位置がくり抜き部8aとされている。また、第2層32には、第1層31の第1コプレナー線路42aおよび第2コプレナー線路42bに対応する位置がくり抜き部8b、8cfとされている。 The second layer 32 is provided with a solid ground pattern 32a over substantially the entire area. Further, at the position where the connector 2 of the second layer 32 is attached, a connector attachment land 32b and an input connector attachment land 32c are provided at a position corresponding to the connector attachment land 31b and the input connector attachment land 31c of the first layer 31. It is provided. Further, in the second layer 32, a hollow portion 8a is formed at a position corresponding to the microstrip line 41 of the first layer 31. Further, the second layer 32 has hollowed out portions 8b and 8cf at positions corresponding to the first coplanar line 42a and the second coplanar line 42b of the first layer 31.
第3層33は、略全域にベタグランドパターン33aが設けられている。また、第3層33のコネクタ2が取り付けられる位置には、第1層31のコネクタ取付ランド31bおよび入力用コネクタ取付ランド31cに対応する位置に、コネクタ取付ランド33bおよび入力用コネクタ取付ランド33cが設けられている。また、第3層33は、第1層31のマイクロストリップ線路41に対応する位置と、第1コプレナー線路42aおよび第2コプレナー線路42bに対応する位置とが、ベタグランドパターン33a(図2のベタグランドパターン9に相当)とされている。 The third layer 33 is provided with a solid ground pattern 33a over substantially the entire area. Further, at the position where the connector 2 of the third layer 33 is attached, a connector attachment land 33b and an input connector attachment land 33c are provided at a position corresponding to the connector attachment land 31b and the input connector attachment land 31c of the first layer 31. It is provided. Further, the third layer 33 has a solid ground pattern 33a (a solid ground pattern in FIG. (equivalent to ground pattern 9).
図4、図5は、上記の高周波伝送装置1の通過特性として、Sパラメータ(Scattering parameters)の入力側の反射損失S11および挿入損失S12と、出力側の挿入損失S21および反射損失S22とを示すグラフである。また、図6は、入力側の反射損失S11および出力側の反射損失S22のVSWR値(電圧定在波比:Voltage Standing Wave Ratio)を示すグラフである。なお、これらのグラフでは、本実施形態の高周波伝送装置1の通過特性S1とともに、伝送線路4とベタグランドパターン9との間のくり抜き部を3層にした場合、5層にした場合、くり抜き部を1層、3層および5層にして出力端である同軸コネクタ6を多層基板3の裏面(コネクタ2と反対側の面)に設けた場合の計6種類の高周波伝送装置の通過特性を示している。 4 and 5 show reflection loss S11 and insertion loss S12 on the input side and insertion loss S21 and reflection loss S22 on the output side of S-parameters (Scattering parameters) as the pass characteristics of the above-mentioned high frequency transmission device 1. It is a graph. Moreover, FIG. 6 is a graph showing the VSWR value (Voltage Standing Wave Ratio) of the input side reflection loss S11 and the output side reflection loss S22. In addition, in these graphs, as well as the transmission characteristic S1 of the high frequency transmission device 1 of this embodiment, when the hollow portion between the transmission line 4 and the solid ground pattern 9 is made into three layers, when there are five layers, the hollow portion The passage characteristics of a total of six types of high-frequency transmission devices are shown when the coaxial connector 6, which is the output end, is provided on the back surface of the multilayer board 3 (the surface opposite to the connector 2) with one layer, three layers, and five layers. ing.
図4~6のグラフに示すように、本実施形態の高周波伝送装置1によれば、従来用いられていた同軸コネクタと同程度まで反射損失および挿入損失を小さくして高周波信号を伝送することが可能である。また、くり抜き部の数を3層あるいは5層にした場合、出力用の同軸コネクタ6を多層基板3の裏面に配置した場合でも通過特性が著しく劣化するようなことはないので、利用する多層基板の層構成に応じて伝送線路4とベタグランドパターン9との間隔を調整することも可能である。 As shown in the graphs of FIGS. 4 to 6, the high-frequency transmission device 1 of this embodiment can transmit high-frequency signals with reduced return loss and insertion loss to the same extent as conventional coaxial connectors. It is possible. Furthermore, when the number of cutouts is three or five layers, the transmission characteristics will not deteriorate significantly even if the output coaxial connector 6 is placed on the back side of the multilayer board 3. It is also possible to adjust the interval between the transmission line 4 and the solid ground pattern 9 according to the layer structure.
以上で説明したように、本実施形態の高周波伝送装置1によれば、非同軸構造のコネクタ2に入力された高周波信号をマイクロストリップ線路41およびコプレナー線路42により伝送するとともに、多層基板3内のくり抜き部8と、インピーダンスマッチング素子5とによってインピーダンスの整合を行う。これにより、安価で入手性のよい汎用型の非同軸構造のコネクタ2を利用して、反射損失および挿入損失が小さくなるように、高周波信号を伝送することができる。 As explained above, according to the high frequency transmission device 1 of the present embodiment, the high frequency signal input to the non-coaxial connector 2 is transmitted through the microstrip line 41 and the coplanar line 42, and the Impedance matching is performed by the hollowed out portion 8 and the impedance matching element 5. As a result, high-frequency signals can be transmitted using a general-purpose, non-coaxial connector 2 that is inexpensive and readily available, with low reflection loss and insertion loss.
また、本実施形態の高周波伝送装置1によれば、マイクロストリップ線路41を複数のコネクタ取付ランド31bの間を通るように配線するので、多層基板3にマイクロストリップ線路41を形成するためだけに必要なスペースを設ける必要がない。したがって、高周波伝送装置1の小型化が可能である。 Furthermore, according to the high frequency transmission device 1 of the present embodiment, the microstrip line 41 is wired so as to pass between the plurality of connector mounting lands 31b, so that the microstrip line 41 is only necessary for forming the microstrip line 41 on the multilayer substrate 3. There is no need to provide extra space. Therefore, the high frequency transmission device 1 can be downsized.
なお、上記実施形態では、本発明の高周波伝送構造を1枚の多層基板上に設けた高周波伝送装置として説明したが、バックプレーンなどに高周波伝送構造を組み込むようにしてもよい。 In the above embodiment, the high frequency transmission structure of the present invention is described as a high frequency transmission device provided on one multilayer substrate, but the high frequency transmission structure may be incorporated into a backplane or the like.
また、コネクタ2の端子が挿入される多数のコネクタ取付ランド31bをベタグランドパターン31aに接続して使用しないように構成したが、一部のコネクタ取付ランド31bを高周波信号の伝送に影響を与えない信号の伝送、例えば、電源信号の伝送などに使用するようにしてもよい。これによれば、コネクタ2を高周波信号の入力だけでなく、電源供給用のコネクタとして兼用することが可能である。 In addition, although a large number of connector mounting lands 31b into which the terminals of the connector 2 are inserted are connected to the solid ground pattern 31a so that they are not used, some connector mounting lands 31b are not used to affect the transmission of high frequency signals. It may also be used for signal transmission, for example, power signal transmission. According to this, the connector 2 can be used not only for inputting high frequency signals but also as a connector for power supply.
1 高周波伝送装置
2 コネクタ
3 多層基板
31 第1層
32 第2層
33 第3層
4 伝送線路
41 マイクロストリップ線路
42 コプレナー線路
5 インピーダンスマッチング素子(インピーダンスマッチング回路)
6 同軸コネクタ
8 くり抜き部
9 ベタグランドパターン
1 High frequency transmission device 2 Connector 3 Multilayer board 31 First layer 32 Second layer 33 Third layer 4 Transmission line 41 Microstrip line 42 Coplanar line 5 Impedance matching element (impedance matching circuit)
6 Coaxial connector 8 Hollowed out part 9 Solid ground pattern
Claims (2)
前記コネクタが第1層に取り付けられた多層基板と、
前記多層基板の前記第1層に設けられ、一端が前記コネクタ取付ランドに接続されたマイクロストリップ線路と、
前記第1層に設けられ、一端が前記マイクロストリップ線路に接続され、他端が出力端とされたコプレナー線路と、
前記コプレナー線路の一端側と他端側との間に接続され、前記他端側よりも前記マイクロストリップ線路側に近い位置に配置されたインピーダンスマッチング回路と、
前記多層基板の前記第1層よりも下の層に設けられ、前記マイクロストリップ線路を構成するベタグランドパターンと、
前記多層基板の前記第1層と、前記ベタグランドパターンが設けられている層との間の層に設けられ、銅箔が除去されたくり抜き部と、
を備えることを特徴とする高周波伝送構造。 A high frequency transmission structure that transmits high frequency signals input to a non-coaxial structure connector,
a multilayer board with the connector attached to a first layer;
a microstrip line provided on the first layer of the multilayer board and having one end connected to the connector mounting land;
a coplanar line provided in the first layer, one end connected to the microstrip line, and the other end serving as an output end;
an impedance matching circuit connected between one end side and the other end side of the coplanar line and disposed at a position closer to the microstrip line side than the other end side;
a solid ground pattern that is provided in a layer below the first layer of the multilayer substrate and constitutes the microstrip line;
a hollowed out portion provided in a layer between the first layer of the multilayer board and a layer provided with the solid ground pattern, and from which the copper foil is removed;
A high frequency transmission structure characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の高周波伝送構造。 The microstrip line is wired to pass between the plurality of connector mounting lands,
The high frequency transmission structure according to claim 1, characterized in that:
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Legal Events
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