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第四章微波网络基础PPT课件

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微波技术原理 第4章 微波网络基础

微波技术原理 第4章 微波网络基础
若已知归一化阻抗矩阵，就可求出散射矩阵。 反之，若知道散射矩阵，也可求出归一化阻抗矩阵。
7. 互易网络和无损网络的散射矩阵的性质
根据广义散射矩阵的定义得到：
(1) 互易网络的 [z]为对称矩阵，即 [z ]=[z ]T 。 可见，互易网络的散射矩阵是对称矩阵 [S]=[S]T 。
(2) 无损网络各端口的总输入能量等于总输出能量。
第4章 微波网络基础
微波系统中除了传输线外，还有各种各样的微波 元件或接头等非均匀区域。因为这些非均匀区域的形 状不规则，在其中的微波传输规律很复杂。因此，要 想通过求解麦克斯韦方程组得出其中的传输规律是不 可能的。
实际上，我们并不需要知道微波在其中的传输规 律，而只需知道这些非均匀区与外电路连接的端口特 性。所以通常将其等效为一个网络，称为微波网络。
微波网络的端口及其参考面举例
对于单模传输系统，微波网络的端口数 = 被等效区 域与外电路的接口数目 = 参考面的数目。
§4.3 微波网络的端口特性参量
1. 阻抗矩阵和导纳矩阵
V
2
I-2
V+2 I+2
I-3 V-3 I+3 V+3
I+1
V+1
I-1
V-1
I-N
I+N
V-N
V+N
2. 微波网络的互易性
从无耗网络的各个端口输入的总能量为 0。
互易网络的阻抗矩阵是对称的，因此，既互易又
无耗的网络满足：
（实部为0）
这说明，互易无耗网络的阻抗矩阵元为纯电抗。
例1 求下图的两端口网络的Z参量
ZA
ZB
端口1，V1
ZC
V2，端口2
根据定义：

电磁场课件--第四章微波元件及微波网络理论概要

电磁场课件--第四章微波元件及微波网络理论概要

功率分配元器件
• 在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比 例分成几路, 这就是功率分配问题。
• 实现这一功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各 种微波分支器件。
微波谐振器件
• 微波谐振器一般有传输线型谐振器和非传 输线谐振器两大类,
• 传输线型谐振器是一段由两端短路或开路 的微波导行系统构成的, 如金属空腔谐振器、 同轴线谐振器和微带谐振器等, 在实际应用 中大部分采用此类谐振器。
• 一般采用等效为微波网络的方法，微波元 件特性用微波网络的外特性参量描述，而 这些网络外特性参量可以用网络参量描述， 网络参量可以由实验测定。
5 微波元件分类
根据微波元件功能可以将微波元件分类： 1）连接元件 • 功能：不同类型微波传输线连接，实质上
是完成导行电磁波不同模式的转换。 • 技术要求：完成模式转换的同时，引入衰
• 终端负载元件是连接在传输系统终端实现 终端短路、匹配或标准失配等功能的元件;
• 微波连接元件用以将作用不同的两个微波 系统按一定要求连接起来,主要包括波导接 头、衰减器、相移器及转换接头等;
• 阻抗匹配元器件是用于调整传输系统与终 端之间阻抗匹配的器件, 主要包括螺钉调配 器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器等。
耗和反射波尽可能小。 • 波导之间转换、同轴线和波导、同轴线和
微带线、波导和微带线和矩形波导和圆波 导。
2）分支元件
功能：元件接入，对应普通电路并联和串联。
E-T分支（串联），H-T分支（并联），双T 功率分配器。
3）RLC元件
• 功能：电阻性元件吸收电磁场能量，电感、 电容性元件储存电磁场能量。
• 微波元件一般是由微波传输线结构（形状、 尺寸及填充介质）突变而构成。

第4章微波网络.ppt

第4章微波网络.ppt


I1 U2
| U1

0
表示T1面短路时, 端口“2”至端口“1”的转移导 纳
Y21

I2 U1
|U2

0
表示T2面短路时, 纳
端口“1”至端口“2”的转移导
第4章 微波网络基础
Y22

I2 U2
| U1

0
示T1面短路时, 端口“2”
由上述定义可知, ［Y］矩阵中的各参数必须用短路法测得,
称这些参数为短路导纳参数。
第4章 微波网络基础
若将网络各端口电压、 电流对自身特性阻抗归一化后, 得
u1
ab
u2
i1 = b d = i2
对于互易网络: AD-BC=ad-bc=1 对于对称网络: a=d 对于如图 4 -6 所示的两个网络的级联, 有
u2 U2 Ye2
而
[Y ] =
Y11 / Ye1 Y21 / Ye1Ye2
Y12 / Ye1Ye2 Y22 / Ye2
对于同一双端口网络阻抗矩阵［Z］和导纳矩阵［Y］有 以下关系:
［Z］［Y］=［I］
［Y］=［Z］-1
式中, ［I］为单位矩阵。
［例 4 2］求如图 4 - 5 所示双端口网络的［Z］矩阵和 ［Y］矩阵。
I1=Y11U1+Y12U2 I2=Y21U1+Y22U2
写成矩阵形式
第4章 微波网络基础
I1
Y11 Y12
I2
Y21 Y22
U1 U2
简写为
［Z］=［Y］［I］
(4 3 9b)
其中, ［Y］是双端口网络的导纳矩阵, 各参数的物理意
Y11

I1 U1

《微波网络基础》课件

《微波网络基础》课件

移动通信中的微波网络需要解 决信号干扰和多径衰落等问题 ，以保证通信质量和稳定性。
物联网中的微波网络
1

物联网中的微波网络主要用于实现物体之间的信 息交换和远程控制，具有广泛的应用前景。
2
物联网中的微波网络通常采用低功耗、低成本的 微波模块，以实现无线数据传输和控制。
3
物联网中的微波网络需要解决信号传输过程中的 能量效率和可靠性等问题，以保证物体之间的有 效通信。
高效性原则
优化微波网络系统的性能参数，提高数据传 输效率。
扩展性原则
设计时应考虑未来发展需求，方便系统升级 和扩容。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，尽可能降低建设 和运营成本。
微波网络的系统组成
发射机
负责将信号从微波网络发送出去。
馈线
连接发射机和接收机的传输线。
接收机
负责接收微波网络传送的信号。
3
集成工艺
将多个微波元件集成在一个芯片上，实现微波系 统的微型化。
微波网络的测试技术
测试设备
包括信号源、频谱分析仪、功率计、网络分析仪等，用于测试微波元件的性能 参数。
测试方法
根据不同的元件和性能参数，选择合适的测试方法，如电压驻波比测试、插入 损耗测试等。
05
微波网络的应用实 例
卫星通信中的微波网络
微波网络的应用领域
广播电视传输
微波网络广泛应用于广播电视节目的传输，如卫 星电视、地面无线电视等。
电信通信
微波网络在电信通信领域中用于构建移动通信网 络、宽带接入网络等。
军事通信
由于微波网络具有较好的抗干扰能力和保密性， 因此在军事通信领域中也有广泛应用。
微波网络的发展趋势

第4章 微波网络基础

第4章 微波网络基础

et (x, y) ht (x, y) ds
若等效，要求P 1=P 2
所以： et (x, y) ht (x, y) ds 1
功率归一化条件
8
4.1等 效 传 输 线
三、矩形波导TE10模的等效阻抗Ze
Ey
x
E10 sin a
e jz
e10(x)U (z)
Hx
E10 Z TE 10
sin x
s
Et
H t
ds
S为波导的横截面
7
4.1等 效 传 输 线
因为： Et (x, y, z) et (x, y)U (z) Ht (x, y, z) ht (x, y)I (z)
所以：
1 P2 2 Re
Et (x, y, z) Ht(x, y, z) ds
1 Re[U (z)I (z)] 2
U(z)
b 2
E10e j z
I (z) a E10 e j z 2 ZTE10
b Ze a ZTE10
12
4.1等 效 传 输 线
四、电压、电流和阻抗的归一化
平行双线：
Zin
Zin ZC
波导传输线：
Zin
Zin Ze
U
Z Z I
U/
ZC U
ZC ZC I ZC
I
归一化电压： U U / ZC
归一化电流： I I ZC
13
4.1等 效 传 输 线
平均功率：
P1
1 2
Re
U
I
1 2
Re
U
ZC
I
ZC
1 2
Re
U
I
14
4.2 微波网络的分类

《微波网络基础》PPT课件

《微波网络基础》PPT课件
S
• (3)电压与电流之比等于选定的等效阻抗值。 假设所选定等效阻抗为Ze, 则有
精选PPT
13
h e
Ze
Ht Et
• 当模式横向场Et、 Ht已知时，可以求出e, h, 从而也就定出V、I。
精选PPT
14
• 以矩形波导H10波为例
•令
Et
ayEy
ay
a H0
sin
a
xejz
Ht
axHx
ax
– 电压与电流； Ze(V)IV/I2b aZWH
– 电流与功率； Ze(IP )P/I24b aZWH
– 电压与功率；
Ze(V)PV2/Pb aZWH
精选PPT
18
• 由上述可见，在三种等效阻抗定义下， 算出的等效阻抗绝对值各不相同，但只 差一个常数。在微波技术中，通常只用 阻抗相对值，因此在三种等效阻抗表示 式中，可只留下与截面尺寸有关的部分， 作为公认的等效阻抗表达式，即
– 对无耗网络， S具有么正性(酉正性)，即
ST I
– 当网络对称时，有
Sii S（ij 全对称）
Sik
S
（部分对称）
jk
精选PPT
52
传输矩阵(T矩阵)
• 当网络输出端口的场量a2和b2已知，欲 求输入端口的场量a1、 b1时，用T作变 换矩阵最为方便，即
a1 b1
TT1211
T12b2 T22a2
精选PPT
24
•但
E teV H thI
• 代入 Ht /z 和 Et /z 得
V z
j
Ze ZWH
I
Z1I
I
z j Ze V Y1V
电报 方程

《微波网络分析》课件

《微波网络分析》课件
在设计微波网络时，需要综合考虑增益和功率容量，以确保网络的性能和 稳定性。
04
微波网络的测量技术
微波信号发生器
信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备，主要用于微波网络的测 量和调试。
微波信号发生器的主要性能指标包括频率范围、输出功率、频率稳定度、输出波形失真度等 。
常见的微波信号发生器有晶体管信号发生器和合成信号发生器，其中合成信号发生器具有频 率范围宽、频率稳定度高、输出波形失真度小等优点，广泛应用于微波网络的测量和调试。
人工智能技术在微波网络中的应用包括深度学习、神经网络、模式识别等技术， 可以实现对微波信号的智能识别、分类和预测，提高微波网络的智能化水平。同 时，人工智能技术还可以用于微波网络的优化设计，提高网络性能和传输效率。
THANKS
《微波网络分析》PPT课件
$number {01}
目录
• 微波网络概述 • 微波网络的基本元件 • 微波网络的性能参数 • 微波网络的测量技术 • 微波网络的实际应用 • 微波网络的发展前景
01
微波网络概述
微波网络的定义与特点
总结词
微波网络是指利用微波频段的电磁波进行信息传输和处理的 一种网络技术，具有高速、宽带、灵活和抗干扰等特点。
微波信号分析仪
微波信号分析仪是一种用于测量和分析微波信号的仪器，具有测量精度高、测量速 度快、操作简便等优点。
微波信号分析仪的主要性能指标包括频率范围、动态范围、测量精度、测量速度等 。
常见的微波信号分析仪有频谱分析仪和矢量网络分析仪，其中矢量网络分析仪具有 测量精度高、测量速度快等优点，广泛应用于微波网络的测量和调试。
01
移动通信网络是微波网络的重要应用领域之一 。

微波技术第四章微波网络基础优秀课件

微波技术第四章微波网络基础优秀课件

I2 Y21U1 Y22U2 Y2nUn
In Yn1U1 Yn2U2 YnnUn
式中Ymn为导纳参量，若m=n称它为自导纳，若mn称它为转移导纳。
U1 Z11 Z12 Z1n I1
U2
Z21
Z22
Z2n
I2
Un
Zn1
Zn2
Znn
In
UZI
I1 Y11 Y12 Y1n U1
例如：衰减器、移相器、阻抗 变换器和滤波器等均属于二端口微 波网络。
返回
4.4二端口微波网络的 各种参量矩阵
2。 两大类
（按照考查的电参量划分）
一、反映
之间关系的参量
二、反映
之间关系的参量。
返回
4.4二端口微波网络的 各种参量矩阵
一、反映
之间关系的参量
返回
4.4二端口微波网络的 各种参量矩阵
二、反映 之间关系的参量。
U
1
U1
Z 01
Y Y11
Y 11 01
U
2
U2
Z 02
Y Y12
12
Y01Y02
I I Z I I Z
11
01
2
2
02
Y Y21
21
Y01Y02
Y Y22
Y 22 02
I Y U Y U
1
11 1
12 2
I Y U Y U 2
21
1
22
2
同一网络的[Z]与[Y]的关系
ZY1
I2
Y21
Y22
Y2n
U2
In
Yn1
Yn2
Ynn
Un

微波课件第4.4节

微波课件第4.4节
写成矩阵形式：a 1 T 11 b1 T 21 T 12 b 2 b2 T T 22 a 2 a 2
式中， [T]为双口网络的传输矩阵，T11其中表示参考 面T2接匹配负载时，端口1至端口2的电压传输系数的 倒数，其余三个参数没有明确的物理意义。
1 1 ( a b ) b1 1 (c d ) b 2 1 (a b ) a1 (c d ) a 2
则有：
整理可得：
于是有 S
a b c d 2 abcd 1
S S I
幺正 性
其中，[S]+是[S]的转置共轭矩 阵，[I]为单位矩阵。
《微波技术与天线》
第四章 微波网络基础之散射矩阵与传输矩阵
2.传输矩阵(transmission matrix)
当用a1、b1作为输入量，a2、b2 作为输出量，此时有以下线性方程：
a 1 T 11 b 2 T 12 a 2 b 1 T 21 b 2 T 22 a 2
b 1 S 11 a 1 S 12 l b 2 b 2 S 12 a 1 S 22 l b 2
《微波技术与天线》
第四章 微波网络基础之散射矩阵与传输矩阵
于是输入端参考面T1处的反射系数为：
in b1 a1 S 11 S 12 l
2
1 S 22 l
z 由[S]的定义得： I S ( z I )
于是有
S ( z I )( z I ) 1 z ( I S )( I S ) 1
类似可推得：
《微波技术与天线》

第4部分 微波网络基础

第4部分 微波网络基础

微波网络的分类
按照微波网络内部是否具有功率损耗可分成 无耗与有耗的两大类；
按照网络的特性是否有耗划分 有耗网络 无耗网络
微波网络的分类
按照微波网络是否具有对称性可分成 对称的与非对称的两大类。
按照网络的特性是否对称划分 对称网络 非对称网络
微波网络参量的定义
在未归一化n端口网络中，各个端口参考面上均存在 该端口工作模式的 U 、I 四个量。由于同一端口上有 或 故n个端口的n个量中只有 I Y U U Zc I c 2n个独立(归一化网络也如此)。根据线性网络的性质， 在上述2n个量中可选取n个任意线性无关组合为自变量， 另外n个线性无关组合为因变量，写出n个线性方程的方 程组。表示这两组量之间的关系的量，称为n端口网络的 网络参量。
第四部分 微波网络基础
§4.1 微波网络的基本参量 §4.2 微波网络的阻抗、导纳矩阵 §4.3 微波网络的散射矩阵 §4.4 传输散射矩阵
在微波传输的过程中，需要应用许多微波元器件。
分析微波元器件的方法
电磁场分析法
网络分析法
利用麦克斯韦方程组加边界条 件求出元件中场分布，再求其 传输特性，由于边界条件复杂， 因此一般求解很困难。
第二类是反映参考面上入射波电压与反射波电压之间关系的， 如[S](散射)、[T](传输)参量矩阵
阻抗矩阵[Z]和导纳矩阵[Y]
如图所示的n端口网络，以参考面 Ti上的总电流为自变量， Ii Ii Ii 总电压为因变量 U U U ， i i i Ii以流进网络为正方向。
按照网络的特性是否与所通过的电磁波的 场强有关，微波网络可分成 线性的和非线性的两大类。
按照网络的特性是否线性划分
线性网络 非线性网络

《微波技术与天线》第四章微波网络基础

《微波技术与天线》第四章微波网络基础
实际的微波传输系统可等效为一个微波网络。
2020/9/25
2
引言
微波网络理论的基本思路
在实际分析中往往不需要了解微波元件的内部结构， 而只关心它对传输系统工作状态的影响。
只要知道了由于插入非均匀区后所引起的反射波和透 射波相对于入射波的振幅和相位，不均匀区的微波网 络特性就唯一地确定了。
微波网络理论的研究目的
10
U (Z )A 1 e jz
I ( z) A1 e j z Ze
Ze
b a Z TE10
1
模式横向分布函数满足：
E120 A12
Ze ZTE10
ab 1 2
h10(x)E A110ZZTeE 10sinax
A1
b 2 E10
唯一确定了TE10模的等效电压和等效电流：U(z) b2E10ejz
P2 1ReSE t H t*ezdS
E t Z w H t e z
（取z从波源端算起的解）
UIejz， U I C H Eddll
P 1 ReUI* 2
U ZcI
ek(x, y)、hk(x, y)：二维实函数, 代表了横向场的模式矢量函
数。
Uk(z)、Ik(z)：一维标量函数, 反映了横向电磁场各模式沿传 播方向的变化规律，称为模式等效电压和模式等效电流。
2020/9/25
15
均匀导波系统等效为长线
电压、电流和阻抗的归一化
归一电压，归一电流和归一阻抗的引入
归一电压和电流的定义：v V( z),i I( z)
Z0
Z0
zin
v i
V( z )/ I( z )
Z0 Z0
Zin Z0
1 1
归一后传输线该模式的输入阻抗、负载阻抗与反射系

微波网络基础(精选)共76页PPT

微波网络基础(精选)共76页PPT
吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
微波网络基础（精选） 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
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E yE 1s 0 ia n xejze1(0 x)U (z)
H xZ E T1 E 0 10sinaxejzh10(x)I(z)
ZTE10 1(0//2a0)2
2020/9/29
U(Z)A1ejz
I (z) A1 e jz Z Microwave Technology and Antenna
模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗
由电磁场理论可知, 各模式的波阻抗为:
ZH Ett e hkk((xx,,yy))U Ikk((zz))h ek kZek
2020/9/29
Zek为该模式等效特性阻抗。
Microwave Technology and Antenna
copyright@Duguohong
参考面移动, 网络参量就会改变
微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
copyright@Duguohong
4
4-1等效传输线
为什么将波导传输线等效为双线传输线？
微波元件均需外接传输线
网络
双线传输线
所有微波系统都可以应用微波网络理论来解决
13
4―2 微波元件等效为微波网络的原理
网络参考面的选择
单模传输时,参考面的位置尽量远离不连续性区域 参考面必须与传输方向相垂直
参考面上的电压和电流有明确的意义
网络参考面选定 网络参数唯一确定 单模传输，外接传输线的路数等于参考面数目
第四章 微波网络基础
杜国宏
电子工程系 2008-7
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
copyright@Duguohong
1
主要内容
本章内容-----微波网络的基本概念与特性
广义传输线的基本理论（等效传输线） 微波网络的五种基本参量及其主要特性、关系 网络参量的测量 网络的工作特性参量
可以导出一系列的其它参量
微波段（波导）
电压、电流定义失去意义（E，H不仅与z有关，还
与横向x，y有关）
微波频率下难于测量电压、电流
如何解决
模式电压
模式电流
模式特性阻抗
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
copyright@Duguohong
6
4-1等效传输线
模式电压与模式电流的共轭乘积的实部等于平 均传输功率
ek(x,y)hk(x,y)d s1 归一化条件
任何一段均匀传输线均可以看成等效双线 并可应用传输线理论来进行分析。
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
copyright@Duguohong
8
4-1等效传输线
9
4-1等效传输线
唯一地确定等效电压和电流, 在选定模式特性 阻抗条件下各模式横向分布函数还应满足
ek hk ds1
ek z hk zek
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
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10
4-1等效传输线
例4-1 求出矩形波导TE10模的等效电压、 等效 电流和等效特性阻抗。
copyreight@Duguohong
b
Ze a ZTE10
11
4-1等效传输线
例4-1
e1
0(x)
E10sinx
A1 a
h10(x)EA110ZZTeE 10sinax
E120 A12
Ze ZTE10
ab 2
1
A1
b 2 E10
Microwave Technology and Antenna
P k1 2R e E k(x,y,z)H k (x,y,z)ds
2020/9/29
1 2R e [U k(zM)iI cro w( caoz vpe) yrT] ieghcht@e nok Dlo( uggx yuoa,hnody nA) gnt ennh ak(x ,y )d s
7
4-1等效传输线
参 考 面T2
入 射 波 反 射 波
透 射 波 入 射 波V1非 均匀 区 V2反 射 波
微 波 等 效 网 络
透 射 波
W 1
W 2
(b) (a)
无论非均匀区的内部如何复杂，只要知道了由于插入非
均匀区后所引起的反射波和透射波相对于入射波的振幅和
相位，不均匀区的微波网络特性就唯一地确定了。这就是
Microwave Technology and Antenna
微波网络理论的基本思路。 2020/9/29
copyright@Duguohong
3
4-1等效传输线
微波网络理论
网络分析
根据实际的电路结构求出网络参量及其工作特性参量
网络综合
根据预定的工作特性参量应用数学方法,求出物理上可 实现的网络结构
微波网络与低频网络的不同
等效电路及其参量只针对一个工作模式
网络端面(即参考面)需取得稍远离不均匀区
波导与双线的不同之处
双线 TEM，无色散、无低频截止现象 kc=0
波导，TE、TM，不一定是单模传输，有色散， 有低频截止现象，kc≠0
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
copyright@Duguohong
5
4-1等效传输线
低频电路（双线）
电压和电流有明确的定义、直接测量
为了定义任意截面沿z方向单模传输的均匀 波导参考面上的模式电压与模式电流,一般 作如下规定:
使模式电压U(z)正比于横向电场ET，模式电流 I(z)正比于横向磁场HT
Et (x, y, z) ek (x, y)Uk(z) Ht (x, y, z) hk (x, y)Ik(z)
矢量模式波型函数 （二维实函数）
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4-1 等效传输线
微波系统
微波传输系统（传输线）------广义传输线方程 微波元件-----不均匀性----类似于低频网络的等效电路
参 考 面T1
参 考 面T2
参 考 面T1
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4-1等效传输线
例4-1
U(z) b2E10ejz I(z) a E10 ejz
2 ZTE10
P1ReU([z)I(z)]abE120
2
4ZT1E0
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