射頻電路基礎(chǔ)大作業(yè)

射頻電路基礎(chǔ)大作業(yè)

學院電子工程學院

姓名

題目要求

題目一：基于Mu11isim仿真的振幅調(diào)制電路設(shè)計

1.1基本要求

參考教材《射頻電路基礎(chǔ)》第五章振幅調(diào)制與解調(diào)中有關(guān)差分對放大器調(diào)幅

和二極管調(diào)幅的原理，選擇元器件、調(diào)制信號和載波參數(shù)，完成Multisim電路

設(shè)計、建模和仿真，實現(xiàn)振幅調(diào)制信號的輸出和分析。

1.2實踐任務(wù)

(1)選擇合適的調(diào)制信號和載波的振幅、頻率，通過理論計算分析，正確選擇晶

體管和其它元件；搭建單端輸出的差分對放大器，實現(xiàn)載波作為差模輸入電壓，

調(diào)制信號控制電流源情況下的振幅調(diào)制；調(diào)整二者振幅，實現(xiàn)基本無失真的線性

時變電路調(diào)幅；觀察記錄電路參數(shù)、調(diào)制信號、載波和已調(diào)波的波形和頻譜。

(2)參考例5.3.1,修改電路為雙端輸出，對比研究平衡對消技術(shù)在該電路中的

應用效果。

(3)選擇合適的調(diào)制信號和載波的振幅、頻率，通過理論計算分析，正確選擇二

極管和其它元件；搭建單二極管振幅調(diào)制電路，實現(xiàn)載波作為大信號，調(diào)制信號

為小信號情況下的振幅調(diào)制；調(diào)整二者振幅，實現(xiàn)基本無失真的線性時變電路調(diào)

幅；觀察記錄電路參數(shù)、調(diào)制信號、載波和已調(diào)波的波形和頻譜。

(4)參考例5.3.2,修改電路為雙回路，對比研究平衡對消技術(shù)在該電路中的應

用效果。

題目二：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的集成器件學習

2.1基本要求

《射頻電路基礎(chǔ)》第八章數(shù)字調(diào)制與解調(diào)是調(diào)制信號為數(shù)字基帶信號時的調(diào)

制與解調(diào)，是第五章和第七章的擴展，直接面向應用。學生可以通過自學了解基

本理論，并認識數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的集成器件。

2.2實踐任務(wù)

(1)學習數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的基本原理，重點是原理框圖和波形。

(2)上網(wǎng)查詢英文資料，選擇一種數(shù)字調(diào)制或解調(diào)的集成芯片，根據(jù)芯片資料學

習其性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)電路。

題目一：基于Multisim仿真的振幅調(diào)制電路設(shè)計

摘要

調(diào)制就是對信號源的信息進行處理加到載波上，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男?/p>

式的過程。就是使載波隨信號而改變的技術(shù)。一般來說，信號源的信息也稱為信

源，含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號?；鶐盘柾荒茏?/p>

為傳輸信號因此必須把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言頻率非常高的

信號以適合于信道傳輸。這個信號叫做已調(diào)信號而基帶信號叫做調(diào)制信號。調(diào)

制是通過改變高頻載波即消息的載體信號的幅度、相位或者頻率使其隨著基帶

信號幅度的變化而變化來實現(xiàn)的。而解調(diào)則是將基帶信號從載波中提取出來以便

預定的接收者也稱為信宿處理和理解的過程。調(diào)制的種類很多分類方法也

不一致。按調(diào)制信號的形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。用模擬信號調(diào)制稱為模

擬調(diào)制，用數(shù)據(jù)或數(shù)字信號調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。按被調(diào)信號的種類可分為脈沖調(diào)

制、正弦波調(diào)制和強度調(diào)制（如對非相干光調(diào)制）等。調(diào)制的載波分別是脈沖正

弦波和光波等。正弦波調(diào)制有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種基本方式后

兩者合稱為角度調(diào)制。此外還有一些變異的調(diào)制，如單邊帶調(diào)幅、殘留邊帶調(diào)幅

等。脈沖調(diào)制也可以按類似的方法分類。此外還有復合調(diào)制和多重調(diào)制等。不同

的調(diào)制方式有不同的特點和性能。

第一章信號振幅調(diào)制原理介紹

調(diào)制，就是用調(diào)制信號（如聲音、圖像等低頻或視頻信號）去控制載波（其

頻率遠高于調(diào)制信號頻率，通常又稱“射頻”）某個參數(shù)的過程。載波受調(diào)制后

成為已調(diào)波。設(shè)載波41）的表達式和調(diào)制信號的表達式分別為

uc（0=Ucmcoscoct〃Q（o=UnmcosQt

根據(jù)調(diào)幅的定義，當載波的振幅值隨調(diào)制信號的大小作線性變化時，即為調(diào)

幅信號，則已調(diào)波的波形如下圖1。

圖1

振幅調(diào)制即就是用調(diào)制信號去控制載波信號的振幅，使載波的振幅按調(diào)制信號的

規(guī)律變化。設(shè)調(diào)制信號為：〃Q?）=UQ,"COSQ/載波信號為COS。/

則根據(jù)振幅調(diào)制的定義，可以得到普通調(diào)幅波的表達式為：

(f)=匕5(1+機COS(Dft)COSCDJ

式中m稱為調(diào)幅度（調(diào)制度）。為使已調(diào)波不失真，調(diào)制度m應小于或等于1,

當m〉l時，此時產(chǎn)生嚴重失真，稱之為過調(diào)制失真。將上式用三角公式展開，可

得至！J：

COS?)/

v.4.,w.(\/)/=Vcutcosc+—2V

由上式看出，單頻調(diào)制的普通調(diào)幅波由三個高頻正弦波疊加而成：載波分量,

上邊頻分量，下邊頻分量。在多頻調(diào)制的情況下，各邊頻分量就組成了上下邊帶。

在調(diào)制過程中，將載波抑制就形成了抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號，用

DSB表示；如果DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除一個邊帶或在調(diào)制過程中直接將一個

邊帶抵消，就形成單邊帶信號，用SSB表示。

由以上討論可以看出，若先將調(diào)制信號和一個直流電壓相加，然后再與載波

一起作用到

乘法器上，則乘法器的輸出將是一個普通調(diào)幅波；若調(diào)制信號直接與載波相乘，

或在AM調(diào)

制的基礎(chǔ)上抑制載波，即可實現(xiàn)DSB調(diào)制；將DSB信號濾掉一個邊帶，即可實

現(xiàn)SSB調(diào)

制。

從頻域上看，振幅調(diào)制把調(diào)制信號的頻譜從低頻頻段搬移到高頻頻段，

成為調(diào)幅信號“am的頻譜;振幅解調(diào)則把0m的頻譜從高頻頻段搬移回低頻頻段,

恢復"0的頻譜。”。包含多個頻率分量時，以上頻譜搬移不改變各個頻率分量

的相對振幅和頻差，即信號的頻譜結(jié)構(gòu)不變，稱為線性頻譜搬移。

根據(jù)調(diào)幅的定義，當載波的振幅值隨調(diào)制信號的大小作線性變化時，即為調(diào)

幅信號。已調(diào)幅波振幅變化的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號的變化規(guī)律相同，而其包絡(luò)內(nèi)

的高頻振蕩頻率仍與載波頻率相同，表明已調(diào)幅波實際上是一個高頻信號。可見,

調(diào)幅過程只是改變載波的振幅，使載波振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即使%變

為U。計KaUoqosQto

2

第二章差分放大器調(diào)幅

1:差分對放大器調(diào)幅原理

差分放大器在電路調(diào)制中有著廣泛的應用。如下圖2所示的單端輸出的差分對放大器調(diào)

幅原理電路中，uc為差模輸入電壓，在交流通路中加在晶體管VI和V2的基極之間；uQ

控制電流源的電流，即晶體管V3的集電極電流/C3o

圖2(b)所示的轉(zhuǎn)移特性給出了VI和V2的集電極電流。icl和ic2與uc和ic3之間的

關(guān)系。根據(jù)差分對放大器的電流方程，有：(、

7ci=%1+砧

I乙uTJ

其中，政為熱電壓。對電流源進行分析可得到：

UEE-0BE(on)+UQ

ZC3~‘E3

UEE一0BE(on)+

ZC1=1+th

4E-UBESTI)11th"c1,,

+——1+th

=/o(/)+g(/)"0

則有

1

/()(')=g(0=-1+th

隼I

以下分三種情況討論70(。和式。中的雙曲正切函數(shù)

(1)當Am〈”時，差動放大器工作在線性區(qū)，雙曲正切函數(shù)近似為其自變量:

，UcUe

th——?——

2UT2UT

(2)當歷m〉40時，差動放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，雙曲正切函數(shù)的取值為1或一1,即

uc>0；

出力。左2(0J)=<

ZUT—1,uc<0

3

其中，在(3Ct)稱為雙向開關(guān)函數(shù)，其傅立葉級數(shù)展開式為

*4

k2(coct)=Z(T嚴———cos(2〃-1)GJ

M(21)下

444

=-cos①J----cos3①JH----cos5①J---

71371571

(3)當歷m的取值介于情況⑴和情況⑵之間時，差動放大器工作在非線性區(qū)，雙曲正切

函數(shù)可以展開成傅立葉級數(shù)：

7/00(、

th虧＞=2,20T77^cos(2〃_l)0j

ZUTn=\\UT,

傅立葉系數(shù)62〃一l(Ucm/UT),〃=1,2,3,…的取值見附錄B,其中，x=Zfon/〃-

仿真原理圖：

單端輸出

(1)當IhMUT時:儂m=15mv),工作在線性區(qū)

輸出的一般調(diào)幅波和福頻特性為:

4

域譜分析儀-XSAl

T10通道_A通道_B[__]

上旦旦I319,975us-505.346mVl反向

(2)當UKUc水4UT時:公m=80mv。工作在非線性區(qū)

5

輸出的一般調(diào)幅波和福頻特性為:

域譜分冊-XSA1

6

小波器-XSC1區(qū)

(3)當Ucm>4UT時:(Ucm=120mv),工作在開關(guān)區(qū)

輸出出的一般調(diào)幅波和福頻特性為

7

時間通道_A通道_B

959,968us-3.241V反向

978,252us4.111V

18.284us7.353V保存

Ext.Trigger

B寸同軸涌道A誦道B

2：差分對放大器平衡對消技術(shù)原理

差分對放大器平衡對消技術(shù)原理圖如下圖3(a)(b)o

4O

8

圖3

為了獲得更好得獲得調(diào)幅信號，我們也可以采用雙端輸出的差分電路實現(xiàn)平衡對消，如

圖3(a)晶體管VI和V2的集電極電流分別為：

1+必、!c=△.1-th

clc22

22UT2UT

其中晶體管V3提供電流源電流：、+式，V3電流將在LC并聯(lián)諧振回路產(chǎn)生輸

._EEBE(pri)c

)3R

E

出電壓〃八，而VI和V3中的集電極電流中的在LC回路中；流向相反，產(chǎn)生的電壓反

0T

相相消，實現(xiàn)平衡對消，去除了再頻分量。當〃時輸出電流為：

UT

j，3加“QJc3UQ__￡￡一%￡(0〃)+%UQ

022。~22U2R2U

TTET

對其進行濾波就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號。

仿真原理圖：

振幅特性：

當〃,〃，(X/m=10mv)

U

UQJU<T

波形:

9

輸出波形具有過零倒相現(xiàn)象

說明：此處會出現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅，其波形圖仿真結(jié)果正確，但是理論其頻譜不應該出現(xiàn)中間的

亥由分行儀-XSA1

那條5MHZ的頻率。

(2)當UT<UQm時:(UQm=100mv)

10

雙端輸出的差分放大電路一般適用于將載波作為直流電源控制電壓而且調(diào)制信號振幅較

小時此時利用平衡對消技術(shù)可以達到較好的調(diào)幅效果。

第三章二極管調(diào)幅

1:單二極管調(diào)幅

若二極管電路工作在大信號下（即輸入電壓幅度大于0.5V）,這樣二極管主要工作于截止區(qū)

和導通區(qū)，則二極管的伏安特性可以近似的用轉(zhuǎn)折的兩端折線逼近，且導通區(qū)折線的斜率為

若ucm>>uQni,同時，ucm足夠大，二極管將在uc的控制下輪流工作在導通區(qū)和截止區(qū),

此時，二極管的工作電流將為半個周期的余弦脈沖序列。

11

若忽略負載電阻RL的反作用；

當UcmBUB'時，二極管導通，流過二極管的電流為:

當UcmWO時，二極管截止，則流過二極管的電流為：

iD=0

在uc的整個周期內(nèi)，流過二極管的電流可以表示為：

+U％之°

.gD^cm^當

［。當Ucm（。

現(xiàn)引入開關(guān)函數(shù)（高度為1的單項周期性方波，稱為單向開關(guān)函數(shù)）

I當2喈

枷卜

1孰M

于是，二極管電流iD可改寫為：

，d=&#磔）圖+心）

%(麗?4-0060^-cos3<v^4-...

2r3不

1?y

所以

冗(①J)

122

U—(〃c+“Q)k[(3d)—(〃c+)(—i—cosG)d-----cos3CDJ+???)

o2n3〃

其頻譜如圖所示：

仿真電路圖:

12

o生G1l

80?R2k

?kQ5

3

R1

—

20QQ

\60mVrms

?)100kHz

振幅特性:

ZJX波器-XSCl

幅頻特性:

13

2.單平衡式二極管調(diào)制器

二極管特性實際是指數(shù)曲線，所以實際單個二極管調(diào)制電路中存在著非線性失

真。為了減小失真，采用了平衡對消技術(shù)v將兩個完全相同的單個二極管調(diào)制器電路組成平

衡式二極管調(diào)制器。DI，?一D1

1+O

由于Ucm?UQm,因此VD1、VD2可以近似認為殊uc控制的開關(guān)。在理想二極管條件下,

uc>O,VDl導通、VD2截止；uc<0時，VD2導通、VD1截止。故得

=g%i(Gj)(“c+〃Q)

ZD2=(-〃c+%)

則總的輸出電壓

“o=冬

=(uc+UQ)ki(a)ct)一(％—"c)k1(①J一兀)

=uc+unk2(coct)

4

^2(Oct)=(-cosWct-——COS3GL)t+——COS5G)t

3兀c5兀c

14

原理圖:

L1G1???

1.3H=：80DpF：

V2WOmVrms

6kHz

C-J5iMvHrZm：s：°n°：：：：：：：：：：s|2OOQ：：：：：：：：：

.^Sr/.a0..............].........................

........................................D2...........................................................................工.........

H"二二二：倒，二二二1：二二二二1gg；-g；

....................................1N5621..........................................................................................................

輸出波形：

示波器-xsci

頻譜:

15

域譜分析儀?XSA1

tnnnMH7-nHR

總結(jié)

通過這次課程大作業(yè),對信號振幅調(diào)制的原理和方法有了更深的了解；理解了差分對放大器

調(diào)幅的原理和相關(guān)性能的分析，了解了平衡對消技術(shù)的在實際電路中應用和效果；對課本上

的理論知識有了更客觀的認識和理解。學會應用軟件的仿真實驗，提高了動手能力和分析問

題解決問題的能力。

參考文獻

[1]趙建勛陸曼如鄧軍.射頻電路基礎(chǔ).西安：西安電子科技大學出版社.2011

[2]孫肖子.模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ).西安:西安電子科技大學出版社.2008

[3]張新喜許軍MultisimlO電路仿真及應用北京：機械工程出版社.2010

題目二：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的集成器件學習

芯片介紹：

AD9852是近年推出的高速芯片，具有小型的80管腳表貼封裝形式，其時鐘頻

率為300MHz,并帶有兩個12位高速正交D/A轉(zhuǎn)換器、兩個48位可編程頻率寄存

器、兩個14位可編程相位移位寄存器、12位幅度調(diào)制器和可編程的波形開關(guān)鍵功能,

16

并有單路FSK和BPSK數(shù)據(jù)接口，易產(chǎn)生單路線性或非線性調(diào)頻信號。當采用標準時

鐘源時，AD9852可產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正、余弦輸出，可用作捷

變頻本地振蕩器和各種波形產(chǎn)生器。AD9852提供了48位的頻率分辨率，相位量化到

14位，保證了極高頻率分辨率和相位分辯率，極好的動態(tài)性能。其頻率轉(zhuǎn)換速度可達

每秒100x106個頻率點。在高速時鐘產(chǎn)生器應用中，可采用外接300MHz時鐘或外接

低頻時鐘倍頻兩種方式，給電路板帶來了極大的方便，同時也避免了采用高頻時鐘帶

來的問題。在AD9852芯片內(nèi)部時鐘輸入端有4?20倍可編程參考時鐘鎖相倍頻電路,

外部只需輸入一低頻參考時鐘60MHz,通過AD9852芯片內(nèi)部的倍頻即可獲得

300MHz內(nèi)部時鐘。300MHz的外部時鐘也可以采用單端或差分輸入方式直接作為時

鐘源。AD9852采用+3.3V供電，降低了器件的功耗。工作溫度范圍在一4CTC?+

85℃o

（英文原圖）

17

FUNCTIONALBLOCKDIAGRAM

4x-20xIlls'.

REFCLKHHSINC

od3FILTER

BUFFERFLIERwlc

n3m1UJ

0unH

w<sd3

nwzA

bdvN

v。0

DELTA

FREQUENCY

RATETIMER

DELTAFREQUENCYFREQUENCY1ST14-8TPHASE；2ND14-8ITPHASE；AMMOCULAHON12-BTDC

FREQUENCYTUNhGTUNNCOFFBETWORDOFFSETWCRDCONTFKX

WORDWCRD1WORD2

PROGRAMMINGREGISTERS

READWRfTESERIAL?G-BITADDRESS^BITMASTER

PARALLELORSERIALPARALLELRESET

SELECTPROGRAJ.ir.1INGLOAD

LINES

(中文簡圖)

討鐘模A

式Y(jié)

i*-

參考時

20*

鐘輸入

參考頻

率倍頻

器

KSK/

BFSK人

/H0L頻率控制字.以及頻率控制邏輯

D更新

雙向奇存￥、

更新信”程序寄宿器

基于AD9852的正弦信號發(fā)生器設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS),采用AT89S51單片機實現(xiàn)對DDS集成芯片AD9852的

控制，產(chǎn)生頻率和幅度可控的正弦信號，重點介紹了硬件接口電路設(shè)計以及頻率、幅度控制的關(guān)鍵技

術(shù)。

18

1.系統(tǒng)設(shè)計

1.1.1系統(tǒng)設(shè)計總框圖

圖1:系統(tǒng)總框圖

1.2.1信號發(fā)生器的設(shè)計方案.正弦撥發(fā)生器是設(shè)計的核心部分

采用直接數(shù)字式頻率合成（簡稱DDS）。用隨機讀/寫存儲器RAM存儲所需波形的量化數(shù)據(jù)，按不同的頻率要

求以頻率控制字K為步進對相位增量進行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)。經(jīng)D/A

轉(zhuǎn)換和幅度控制，再濾波就可以得到所需要波形。由于DDS具有相對帶寬，頻率轉(zhuǎn)換時間極短（可小于20uf），頻

率分辯率高，全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成等優(yōu)點，以及輸出相位連續(xù)，頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控，因此，可以完

全滿足本題的要求。

19

1.2.2濾波電路的設(shè)計方案

由于使用DDS芯片，輸出的信號含有大量的雜散波，為使產(chǎn)生的信號平滑，需要對輸出信號進行濾波。設(shè)計

采用電感和電容構(gòu)成7階切比雪夫濾波器。

1.2.3顯示方式選擇

采用LCD液晶顯示。能夠顯示個種字符和多組字符一起顯示，可以有較好的人機界面。

1.2.4鍵盤輸入方式選擇

為了提高單片機的資源利用率,按鍵部分使用8279擴展鍵盤,鍵盤與單片機連接。8279芯片與

單片機之間通信方便，而且由8279對鍵盤進行自動掃描，可以去抖動，充分的提高了單片機的工作

效率。

1.2.5控制模塊的設(shè)計方案

用單片AT89s52作為系統(tǒng)的主控核心。單片機具有體積小，使用靈活的，易于人機對話和良好的數(shù)據(jù)處理，有

較強的指令尋址和運算功能等優(yōu)點。且單片機功耗低，價格低廉的優(yōu)點。

1.2.6.放器電路的設(shè)計方案

采用可編程集成功率放大器。電路簡單，控制靈活，失真小，輸出電壓容易控制。

2.電路設(shè)計

2.1信號發(fā)生電路的設(shè)計和參數(shù)的計算

AD9852內(nèi)部含高速、高性能D/A轉(zhuǎn)換器及高速比較器，外部接精密時鐘源,可產(chǎn)生一個頻譜純凈、

頻率可編程的穩(wěn)定模擬正弦波。如圖2.1o對于計數(shù)容量為才的相位累加器具有M個相位取樣點的

正弦波波形存儲器，若頻率控制字為K,輸出信號頻率為《，參考時中頻率為力，則信號頻率為

￡=左/2"。

20

2.2濾波器電路設(shè)計

本設(shè)計采用7階切比雪夫濾波器。采用自繞電干與容值2?100pF的電容連接。利用掃頻儀調(diào)整

電感和電容的值，使濾波帶寬為0-20MHZ,經(jīng)反復調(diào)整電感電容參數(shù),達到設(shè)計要求的濾波電路如

圖2.2o

2.3DDS接口電路設(shè)計

AD9852的I/O端口較多，考慮到利用資源的問題，使用3片74HC573周圍AD9852的數(shù)據(jù)輸

入和控制端口的狀態(tài)鎖存來解決單片機的I/O資源問題,并在前端加入74HC14作為驅(qū)動。

2.4放大器電路設(shè)計

本系統(tǒng)的放大電路由AD8320可編程增益功率放大器構(gòu)成，所設(shè)計放大電路如圖所視。AD8320

上低噪聲增益線性驅(qū)動器，輸出功率大，最大增益為26dB,256級可編程增益控制。內(nèi)含輸出匹配

電阻。采用串行接口控制。如圖2.4。圖2.4(b)時序圖

2.5鍵盤和顯示電路選擇

鍵盤和顯示采用8279控制數(shù)碼管顯示最小系統(tǒng)板，板上有4x5個按鍵,可編程顯示頻率和電

壓等。為了控制簡單，在外圍增加了控制鍵。如圖2.5o

2.6電源電路的設(shè)計

先通過變壓器把220V的交流點轉(zhuǎn)變?yōu)?5V的直流電。用LM7805穩(wěn)壓提供+5V穩(wěn)定電壓給單

片機和AD9852系統(tǒng)板。用LM7812穩(wěn)壓提供+12V穩(wěn)定電壓給AD8320。

2.7波形轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

系統(tǒng)中要把正弦波轉(zhuǎn)換為方波，再把方波轉(zhuǎn)換為三角波。由于頻率達到了1MHz,所以在正弦波

21

變?yōu)榉讲〞r，系統(tǒng)中用到了高速集成運放AD844。考慮到在三角波轉(zhuǎn)換為方波時參數(shù)難于匹配，所以

采用分頻段輸出三角波。

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22

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DDS波形發(fā)生電路

P3

23

低通濾波器

GNDU574HC573

DATACOM

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is-

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