(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと送受信部との間に設けられるアンテナ給電部において、
両面基板の一面における一側にアンテナと送受信部とを整合するための整合手段が設けられ、前記両面基板の他面が全面アースとされ、アンテナ利得および指向特性を改善することのできる所定の寸法とされたＬ字状の細長い導電性のプレートの一端が、前記他面における前記一側と反対側の他側の所定位置に接続されていることを特徴とするアンテナ給電部。
【請求項２】
ホイップ状エレメントと、該ホイップ状エレメントの先端に電気的に絶縁されてコイル状エレメントが設けられているアンテナと、
筐体に固着され、前記アンテナを筐体に対して伸縮自在に支持するホルダーと、
前記筐体に固着された前記ホルダーに接触するアンテナ接続手段と、該アンテナ接続手段と送受信部との間に設けられ、前記アンテナと前記送受信部とを整合させる整合手段とが一面における一側に設けられ、全面アースとされた他面にアンテナ利得および指向特性を改善することのできる所定の寸法とされたＬ字状の細長い導電性のプレートの一端が、前記他面における前記一側と反対側の他側の所定位置に接続されているアース基板とを備え、
前記アース基板が前記筐体に内蔵されていることを特徴とする携帯無線機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、アンテナと送受信部とを整合させるアンテナ給電部および携帯無線機に関し、特に携帯電話機等の人体に近接して使用される携帯無線機に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯電話機のアンテナとしてはホイップ状のエレメントと、ホイップ状エレメントの先端に絶縁して設けられたコイル状エレメントからなるアンテナが使用されている。このアンテナは、携帯電話機の筐体に対して、伸縮自在に取り付けられており、待ち受け時にはホイップ状エレメントを筐体内に収納してコイル状エレメントを使用して送受信可能とし、通話時には利得の高いホイップ状エレメントを伸張して、このホイップ状エレメントを使用して送受信可能としている。なお、ホイップ状エレメントおよびコイル状エレメントは垂直偏波を放射するアンテナとされ、その指向性は水平面内において無指向性の特性とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような携帯無線機においては、アンテナは携帯無線機の筐体に取り付けられており、携帯無線機を使用する際には携帯無線機の筐体が人体の頭部に近接して使用されることから、アンテナも人体の頭部に近接されることになる。すると、人体によりアンテナの水平面内指向性および垂直面内指向性が乱されるようになり、通信の品質を劣化させるおそれが生じるようになる。
【０００４】
そこで、本発明は、指向性を改善することのできるアンテナ給電部、および、この給電部を備える携帯無線機を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ給電部は、アンテナと送受信部との間に設けられるアンテナ給電部において、両面基板の一面における一側にアンテナと送受信部とを整合するための整合手段が設けられ、前記両面基板の他面が全面アースとされ、アンテナ利得および指向特性を改善することのできる所定の寸法とされたＬ字状の細長い導電性のプレートの一端が、前記他面における前記一側と反対側の他側の所定位置に接続されている。
【０００６】
上記目的を達成することのできる本発明の携帯無線機は、ホイップ状エレメントと、該ホイップ状エレメントの先端に電気的に絶縁されてコイル状エレメントが設けられているアンテナと、筐体に固着され、前記アンテナを筐体に対して伸縮自在に支持するホルダーと、前記筐体に固着された前記ホルダーに接触するアンテナ接続手段と、該アンテナ接続手段と送受信部との間に設けられ、前記アンテナと前記送受信部とを整合させる整合手段とが一面における一側に設けられ、全面アースとされた他面にアンテナ利得および指向特性を改善することのできる所定の寸法とされたＬ字状の細長い導電性のプレートの一端が、前記他面における前記一側と反対側の他側の所定位置に接続されているアース基板とを備え、前記アース基板が前記筐体に内蔵されている
【０００７】
このような本発明によれば、整合手段が設けられたアース基板における全面がアース面とされた裏面に細長いプレートを設けるようにしたので、無線機筐体に内蔵されたアース基板に流れる電流を減少することができるため、人体にアンテナが近接されても水平面内指向性および垂直面内指向性を改善することができる。これにより、携帯無線機を街中や屋内で使用した際に、壁等で反射された影響により主偏波が垂直軸から傾いても、主偏波と交差偏波とのトータルでのアンテナ利得を向上することができ、通話品質を向上することができる。
また、基地局のアンテナにおいては垂直偏波を送受信するアンテナとされており、本発明では基地局のアンテナに適応できるよう垂直偏波の利得を向上することができる。これにより、本発明では通信の品質を向上することができるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のアンテナ給電部を備える本発明の携帯無線機の実施の形態の一例の外観を図１に示す。
図１に示す携帯無線機は本発明を携帯電話機５０に適用した際の外観を示しており、図１において、携帯電話機筐体３０には金属製のホルダー１０が固着されており、このホルダー１０はアンテナ１を伸縮自在に支持している。アンテナ１は、ホイップ状エレメントで構成されているホイップ部５と、上端に形成されたアンテナトップ２内に内蔵されているコイル状のエレメントを備えている。また、ホイップ部５の上端とアンテナトップ２とは、樹脂製のジョイント４が金属製のトッププラグ３にインサート成形される際に一体とされる。この際に、コイル状エレメントとホイップ状エレメントとは絶縁して一体化される。
【０００９】
図１に示す状態はホイップ５が携帯電話機筐体３０から伸張されてホイップ部５の下端部がホルダー１０内に挿入されて電気的に接触することにより、ホイップ部５におけるホイップ状エレメントだけが動作状態とされている。したがって、コイル状エレメントより利得の高いホイップ部５におけるホイップ状エレメントを使用して送受信することが可能となる。
また、ホイップ部５を携帯電話機筐体３０内に収納すると、トッププラグ３がホルダー１０内に挿入されてトッププラグ３とホルダー１０とが電気的に接触する。トッププラグ３にはアンテナトップ２に内蔵されたコイル状エレメントが電気的に接続されているため、この場合には、コイル状エレメントだけが動作状態とされる。したがって、アンテナ１を収納した際には、コイル状エレメントにより送受信することが可能となる。
【００１０】
このような本発明にかかる携帯電話機におけるアンテナ給電部の周辺の構成を示す断面図を図２に示す。
図２において、携帯電話機筐体３０に形成された取り付け孔を挟持するようにホルダー１０が固着されている。この際に、ホルダー１０の下からナット１１がホルダー１０に螺合されることにより、ホルダー１０が携帯電話機筐体３０に固着される。このホルダー１０の側周面に、両面基板とされたアース基板２０の一面に設けられたＵ字状接触端子２１が接触されており、このＵ字状接触端子２１を介してアンテナ１と送受信部を構成する回路部品２４とが、アンテナ１と送受信部とを整合させる整合部品２３を介して接続される。なお、回路部品２４は送受信部を構成する一回路部品であり、他の回路部品は図示されていない。なお、送受信部はアース基板２０を多層基板として多層基板に組み込んだり、あるいは、別に設けた基板に組み込むようにしてもよい。
【００１１】
そして、アース基板２０の裏面に導電性のプレート２２が設けられている。このプレート２２は細長く形成されその断面はＬ字状とされている。このプレート２２の一端はアース基板２０の上端に固着されている。この固着の際に、プレート２２とアース基板２０の裏面の全面に形成されているアース面とが電気的に接続される。このプレート２２は、本発明の特徴点であり、プレート２２を設けることにより、アース基板２０に流れる電流を減少することができ、人体にアンテナ１が近接して配置されてもアンテナ１の水平面内指向性および垂直面内指向性が、後述するように改善されるようになる。
【００１２】
次に、本発明に係るアンテナ整合部の周辺の構成を図３（ａ）（ｂ）に示す。ただし、これらの図においては携帯電話機筐体３０を省略して示している。
図３（ａ）に示すように、アース基板２０の前面にはＵ字状接触端子２１、整合部品２３、回路部品２４が設けられている部分を除いてアース面が形成されている。このアース基板２０の前面に形成されたアース面と、裏面の全面に形成されたアース面とは、アース基板２０の縁に沿って多数形成されたスルーホール２０−１により電気的に接続されている。アース基板２０の前面の上部右側にはＵ字状接触端子２１が固定されており、このＵ字状接触端子２１はホルダー１０の側周面に接触されている。このように、Ｕ字状接触端子２１はホルダー１０の側周面に接触されるのは、ホルダー１０が固着された携帯電話機用筐体３０にアース基板２０が組み込まれる時、あるいは、携帯電話機筐体３０の半截された一方にホルダー１０が固着されており、他方にアース基板２０が固着されている際には、半截された携帯電話機筐体３０を組み立てる時とされる。
【００１３】
また、アース基板２０の裏面には図３（ｂ）に示すように断面Ｌ字状とされた細長いプレート２２の一端が固着されている。この固着は、ビスとナットとで示されている固着手段２６により行われるが、固着手段２６はこれに限らずハンダ付けあるいは他の固着手段であってもよい。プレート２２はアース基板２０に対して所定間隔で対向するよう配置されており、この間隔を保持するために、プレート２２とアース基板２０の間に２つのプレート固定樹脂２５が挟持されている。また、プレート２２はＵ字状接触端子２１とは反対側に配置されている。
【００１４】
次に、図４に本発明のアンテナ給電部の概要を示すが、この図に示すようにアース基板２０に対するプレート２２の間隔であるプレート高Ｈ、プレート２２のアース基板２０に平行する部分のプレート長Ｌ、プレート２２のプレート幅Ｗをパラメータとした場合のアンテナ１を伸張した際と、アンテナ１を収納した際のアンテナの垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）の平均利得の変化を図５および図６に示す。ただし、図６の平均利得は擬似人体装着時の平均利得であり、この際には図４に示す本発明のアンテナ給電部を備える本発明にかかる携帯電話機５０を図９に示すように垂直軸から約６０度傾けて人体頭部モデル５１に近接して配置して測定している。
【００１５】
図５は、測定周波数を９００ＭＨｚ、プレート長Ｌを７０ｍｍ、プレート高Ｈを１０ｍｍとした際に、プレート幅Ｗを５ｍｍないし３２ｍｍとした際のアンテナ利得を示している。なお、図中（Ｌ）はプレート２２の位置をホルダー１０と対向するよう図４に示すプレート２２を図示とは逆に左側に設けた場合を示しており、図中（Ｒ）はプレート２２の位置をホルダー１０とは反対側である図４に示す位置である右側に設けた場合を示している。
この図５を参照すると、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作状態とし、プレート２２の位置をホルダー１０と対向するようプレート２２を左側に設けた場合（Ｌ）は、プレート幅Ｗを５ｍｍより１０ｍｍ、１０ｍｍより２０ｍｍ、２０ｍｍより３２ｍｍとしたほうがアンテナ利得が向上する。図示されるように、プレート２２を設けるとプレート２２を設けない場合に比べてアンテナ利得を向上することができる。
【００１６】
また、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作状態とし、プレート２２をホルダー１０と反対側の右側に設けた場合（Ｒ）は、プレート幅Ｗを５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍとした際にはほぼ同利得とされ、プレート幅Ｗを３２ｍｍとするとアンテナ利得が低下する。ただし、プレート幅Ｗを５から２０ｍｍとした際には、プレート２２を設けない場合に比較して大幅にアンテナ利得を向上することができる。
【００１７】
さらに、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作状態とし、プレート２２の位置をホルダー１０と対向するようプレート２２を左側に設けた場合（Ｌ）は、プレート幅Ｗを５ｍｍより１０ｍｍ、１０ｍｍより２０ｍｍ、２０ｍｍより３２ｍｍとしたほうがアンテナ利得が向上する。ただし、プレート幅Ｗが５ｍｍないし２０ｍｍの場合は、プレート２２を設けるとプレート２２を設けない場合に比べてアンテナ利得が低下し、プレート幅Ｗが３２ｍｍとされた際に、プレート２２を設けない場合に比べてアンテナ利得を向上することができる。
【００１８】
また、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作状態とし、プレート２２をホルダー１０と反対側の右側に設けた場合（Ｒ）は、プレート幅Ｗを５ｍｍとした際に、プレート２２を設けない場合に比較して大幅にアンテナ利得を向上することができる。そして、プレート幅Ｗを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３２ｍｍとするにしたがってアンテナ利得が若干低下する。ただし、プレート２２を右側に配置した場合は、プレート２２を設けるとプレート２２を設けない場合に比べてアンテナ利得を向上することができる。
このように図５に示されるアンテナ利得特性を参照すると、プレート２２を右側（Ｒ）に設け、そのプレート長Ｗは５ｍｍないし２０ｍｍとすると、アンテナ１の利得を向上することができることになる。
【００１９】
図６は、測定周波数を９００ＭＨｚ、プレート幅Ｗを５ｍｍ、プレート２２をホルダー１０と反対側の右側に設け、プレート高Ｈを５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍとすると共に、プレート長Ｌを３０ｍｍないし１１０ｍｍとした際のアンテナ利得を示している。
この図６を参照すると、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作状態とし、プレート高を１５ｍｍとした場合は、プレート長Ｌを４５ｍｍより６５ｍｍとしたほうがアンテナ利得が向上するが、プレート長Ｌを８５ｍｍとすると、かえってアンテナ利得は低下する。ただし、プレート２２を設けるとプレート２２を設けない場合に比べてアンテナ利得は向上するようになる。
【００２０】
また、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作状態とし、プレート高を１０ｍｍとした場合は、プレート長Ｌを７０ｍｍとした際にアンテナ利得が大幅に向上し、プレート長Ｌを３０ｍｍ、５０ｍｍ、あるいは、プレート長Ｌを９０ｍｍ、１１０ｍｍとすると、かえってアンテナ利得は低下する。ただし、プレート長Ｌを７０ｍｍから１１０ｍｍとした際には、プレート２２を設けない場合に比較してアンテナ利得を向上することができる。
さらに、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作状態とし、プレート高を５ｍｍとした場合は、プレート長Ｌを９５ｍｍとした際にアンテナ利得が高く、プレート長Ｌを７５ｍｍ、５５ｍｍとするに従いアンテナ利得は低下する。しかも、この際にはプレート２２を設けない場合に比較してアンテナ利得は低下する。
【００２１】
さらにまた、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作状態とし、プレート高を１５ｍｍとした場合は、プレート長Ｌを４５ｍｍより６５ｍｍとしたほうが、プレート長Ｌを６５ｍｍより８５ｍｍとしたほうがアンテナ利得が向上する。そして、プレート２２を設けるとプレート２２を設けない場合に比べてアンテナ利得は向上するようになる。
さらにまた、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作状態とし、プレート高を１０ｍｍとした場合は、プレート長Ｌを７０ｍｍとした際にアンテナ利得が向上し、プレート長Ｌを３０ｍｍ、５０ｍｍ、あるいは、プレート長Ｌを９０ｍｍ、１１０ｍｍとすると、かえってアンテナ利得は低下する。ただし、プレート２２を設けたほうが、プレート２２を設けない場合に比較してアンテナ利得を向上することができる。
【００２２】
さらにまた、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作状態とし、プレート高を５ｍｍとした場合は、プレート長Ｌを９５ｍｍとした際にアンテナ利得が高く、プレート長Ｌを７５ｍｍ、５５ｍｍとするに従いアンテナ利得は低下する。しかし、この際にはプレート２２を設けない場合とほぼ同じアンテナ利得となる。
このように図６に示されるアンテナ利得特性を参照すると、プレート２２のプレート高Ｈを約１０ｍｍとし、アンテナ長Ｌを約７０ｍｍとするとアンテナ１の利得を大幅に向上することができることになる。
【００２３】
次に、図４に示すアース基板２０に対するプレート２２のプレート高Ｈを１０ｍｍ、プレート長Ｌを７０ｍｍ、プレート幅Ｗを１０ｍｍとし、測定周波数を９００ＭＨｚとした際のアンテナ１の水平偏波（Ｈ）の水平面内指向性と垂直偏波（Ｖ）の水平面内指向性を、プレート２２を有していない従来例と対比して図７（ａ）（ｂ）および図８（ａ）（ｂ）に示す。ただし、この際には図４に示す本発明の給電部を備える本発明にかかる携帯電話機５０を図９に示すように垂直軸から約６０度傾けて人体頭部モデル５１に近接して配置して測定した際の垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）の指向性である。
【００２４】
図７（ａ）に、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作状態とした際のプレートを有していない従来の携帯電話機の水平偏波（Ｈ）の水平面内指向性と垂直偏波（Ｖ）の水平面内指向性を示す。この図に示すように指向性は劣化しており、特に垂直偏波（Ｖ）においては、利得が低下していると共に、指向性が乱れている。この際の平均化利得は垂直偏波（Ｖ）において−１０．４ｄＢｄとされ、水平偏波（Ｈ）において−７．２ｄＢｄとされている。
また、図７（ｂ）は、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作状態とした際の、本発明に係るアンテナ給電部を備える携帯電話機５０の水平偏波（Ｈ）の水平面内指向性と垂直偏波（Ｖ）の水平面内指向性である。この図に示されるように指向性は改善されており、特に垂直偏波（Ｖ）においては、利得が向上されていると共に、指向性も改善されていることがわかる。この際の平均化利得は垂直偏波（Ｖ）において−５．４ｄＢｄと大幅に改善され、水平偏波（Ｈ）においても−６．１ｄＢｄと向上されている。
【００２５】
図８（ａ）に、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作状態とした際のプレートを有していない従来の携帯電話機の水平偏波（Ｈ）の水平面内指向性と垂直偏波（Ｖ）の水平面内指向性を示す。この図に示すように指向性は劣化しており、特に垂直偏波（Ｖ）においては、利得が低下していると共に、指向性が乱れている。この際の平均化利得は垂直偏波（Ｖ）において−１５．３ｄＢｄとされ、水平偏波（Ｈ）において−１１．６ｄＢｄとされている。
また、図８（ｂ）は、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作状態とした際の、本発明に係るアンテナ給電部を備える携帯電話機５０の水平偏波（Ｈ）の水平面内指向性と垂直偏波（Ｖ）の水平面内指向性である。この図に示されるように指向性は改善されており、特に垂直偏波においては、利得が向上されていると共に、指向性も改善されていることがわかる。この際の平均化利得は垂直偏波（Ｖ）において−９．５ｄＢｄと大幅に改善され、水平偏波（Ｈ）においては−１２．８ｄＢｄと若干低下しているが、その分指向性は改善されている。
【００２６】
以上の測定結果をふまえ、主偏波と交差偏波のトータルでアンテナの利得を考えると、図１０に示すようになる。図１０の図表を参照すると、プレート２２のプレート幅Ｗを１０ｍｍ、プレート長Ｌを７０ｍｍ、プレート高１０ｍｍとした際には、垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）の和の利得は、アンテナ１を伸張してホイップ状エレメントを動作させる際には、従来−５．５ｄＢｄであったものが−２．７ｄＢｄに改善され、アンテナ１を収納してコイル状エレメントを動作させる際には、従来−１０．１ｄＢｄであったものが−７．８ｄＢｄに改善される。この際の測定周波数は９００ＭＨｚとされるので、８００ＭＨｚ帯のセルラーシステムにおける送受信周波数帯において、十分動作するようになる。
なお、垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）の和の利得ＧVH［ｄＢｄ］は次式により求めることができる。
ＧVH＝１０ｌｏｇ10（１０VAVR/10 ＋１０HAVR/10 ）
上式において、ＶAVRは垂直偏波平均化利得、ＨAVRは水平偏波平均化利得である。
【００２７】
以上の説明においては、本発明の携帯無線機を携帯電話機として説明したが、本発明の携帯無線機は携帯電話機に限らず、人体に近接して送受信される無線機に適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上のように、整合手段が設けられたアース基板における全面がアース面とされた裏面に細長いプレートを設けるようにしたので、無線機筐体に内蔵されたアース基板に流れる電流を減少することができるため、人体にアンテナが近接されても水平面内指向性および垂直面内指向性を改善することができる。これにより、携帯無線機を街中や屋内で使用した際に、壁等で反射された影響により主偏波が垂直軸から傾いても、主偏波と交差偏波とのトータルでのアンテナ利得を向上することができ、通話品質を向上することができる。
また、基地局のアンテナにおいては垂直偏波を送受信するアンテナとされており、本発明では基地局のアンテナに適応できるよう垂直偏波の利得を向上することができる。これにより、本発明では通信の品質を向上することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナ給電部を備える本発明の実施の形態にかかる携帯無線機の一例の外観を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる携帯電話機におけるアンテナ給電部の周辺の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る携帯電話機におけるアンテナ整合部の周辺の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明のアンテナ給電部を備えた携帯電話機におけるアンテナの電気的特性を測定する際の可変するパラメータを示す図である。
【図５】本発明のアンテナ給電部におけるプレート幅Ｗを可変パラメータとした際のアンテナ利得を示す図表である。
【図６】本発明のアンテナ給電部におけるプレート長Ｌ、プレート高Ｈを可変パラメータとした際のアンテナ利得を示す図表である。
【図７】ホイップ状エレメントを伸張した際の、本発明のアンテナ給電部を備えた携帯電話機におけるアンテナの水平偏波と垂直偏波の指向性を、従来のアンテナの各指向性と対比して示す図である。
【図８】ホイップ状エレメントを収納した際の、本発明のアンテナ給電部を備えた携帯電話機におけるアンテナの水平偏波と垂直偏波の指向性を、従来のアンテナの各指向性と対比して示す図である。
【図９】本発明のアンテナ給電部を備えた携帯電話機におけるアンテナの電気的特性を測定する際の人体頭部モデルに対する携帯電話機の配置を示す図である。
【図１０】本発明のアンテナ給電部を備えた携帯電話機における使用時のアンテナの平均化利得および垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）の和の利得を示す図表である。
【符号の説明】
１  アンテナ
２  アンテナトップ
３  トッププラグ
４  ジョイント
５  ホイップ部
１０  ホルダー
２０  アース基板
２１  Ｕ字状接触端子
２２  プレート
２３  整合部品
２４  回路部品
２５  プレート固定樹脂
２６  固着手段
３０  携帯電話機筐体
５０  携帯電話機
５１  人体頭部モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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