天线增益详解

天线增益详解
天线增益详解

无线增益天线的主要参数

在认识无线增益天线之前我们有必要先来认识它的几个重要参数:

频率范围:是指天线工作在哪个频段,这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。比如某天线的技术指标中频率范围为:2400 ~ 2485 MHz 表示它适用于工作频率在

2.4GHz的802.11b和802.11g标准的无线设备。而802.11a标准的无线设备则需要频率范

围在5GHz的天线来匹配,所以在购买天线时一定要认准这个参数对应相应的产品。

增益:增益表示天线功率放大倍数,数值越大表示信号的放大倍数就越大,也就是说当

增益数值越大,信号越强,传输质量就越好。增益的单位是:dBi

极化方向:所谓天线的极化方向,就是指天线辐射时形成的电场强度方向。我们中学学

过物理就知道电场周围会产生电磁场,而电磁场的方向垂直于电场,所以当电场强度方向

垂直于地面时,此电波就称为垂直极化波,此时无线电波是水平向外传播的;当电场强度

方向平行于地面时,此电波就称为水平极化波,此时无线电波是向垂直方向传播的。

由于电波的特性,决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流,极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减,而垂直极化方式则不易产生

极化电流,从而避免了能量的大幅衰减,保证了信号的有效传播。无线天线有多种类型,

按照天线的部署位置分为室内天线和室外天线。室内天线用于室内传输距离近,发射接收

功率较弱的环境,相反,室外天线一般传输距离远,发射接收功率大。

按照天线辐射和接收在水平面的方向性分为定向天线与全向天线。所谓定向天线是指天

线在对某个特定方向传来的信号特别灵敏并且发射信号时能量也是集中在某个特定方向上。而全向天线可以接受水平方向来自各个角度的信号和向各个角度辐射信号。另外,还有一

种天线界于定向与全向之间就是扇面天线,它具有能量定向聚焦功能,可以在水平180,120,90的范围内进行有效覆盖,例如远程连接点在某一个角度范围内信号都比较集中而

不是仅仅在某个特定方向信号较强时,可以采用扇面天线。

定向天线与全向天线的区别:

全向天线的最大增益一般无法做得很大,但是在安装部署两点之间位置的时候不需要考虑两端天线安装角度的问题,所以安装起来比较方便,适合于距离要求不高的环境。而定向天线可以将增益做得很高,一般的方向性越尖锐的天线增益就越高,信号的传输距离就越远。但是方向性过于尖锐的天线在安装和调整的难度就越大,因为两边的天线必须对准特定角度才能保证信号的传输。适合于距离要求比较高的环境。

全向天线由于其无方向性,所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向,因此能量集中,增益相对全向天线要高,适合于远距离点对点通信,同时由于具有方向性,抗干扰能力比较强。

无线天线选购注意事项

市场上无线天线的品种、品牌比较多,适应不同频率的、不同场合的天线种类繁多。在选购天线时,主要应注意以下几个因素:

无线标准:是无线设备最基本的参数,工作于2.4GHz频段,因此在选购无线天线时一定注意应当购买与使用的无线设备相同无线标准的无线天线。

使用环境:也就是天线使用的环境是在室内还是室外,这就要根据实际情况而定,如果无线设备位于室内,相距不远的情况下可以使用室内天线,当无线设备之间距离较远,比如跨楼等情况下就需要使用室外天线。因此,在选购天线时必须分清它的使用环境。

信号传输范围:当需要进行远距离的数据传输时,应当选择增益值大的天线,而对于传输距离较近的无线网络而言,可以选择增益值小天线。通常情况下,大增益天线适合远距离传输,而小增益天线则适合于网络漫游等需要大覆盖范围的应用。增益的大小使用dBi 表示,室内天线大多为4~5dBi,室外天线大多为8.5~14dBi。

连接设备:我们知道定向天线的方向性很强,可以将信号集中发送至一个方向或从一个方向接收,而全向天线能够全方位发送或接收无线信号虽然信号覆盖范围较远但是每个方

向的信号都比较弱。由于ZIGBEE COORDINATOR或路由器一般作为网络节点中心,当选择全向天线,而END DEIVCE则可采用定向天线。

专业无线总汇

天线增益

1、增益是用来表示天线集中辐射的程度。其在某一方向的定义是指在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比,即功率之比。增益一般与天线方向图有关,方向图主瓣越窄,后瓣、副瓣越小,增益越高。增益的单位用“dBi”或“dBd”表示。 2、天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说,增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度,而在水平面上保持全向的辐射特性。天线增益对移动通信系统运行极为重要,因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围,或者在确定范围内增大增益余量。 可以这样来理解增益的物理含义------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要100W 的输入功率,而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果以半波对称振子作比较对象,其增益的单位是dBd 。半波对称振子的增益为G=0dBd (因为是自己跟自己比,比值为 1 ,取对数得零值。)垂直四元阵,其增益约为G=8.15–2.15=6dBd 。 对于水平极化方式的天线来讲,通常以一个半波水平放置的偶极子天线为标准天线,其增益为0dB(实际指dBd)。调频二偶极子反射板天线的增益通过计算和实验数据,其结果基本一致。相对于半波偶极子天线的增益最高只能做到7.5dB。当天线在进行组阵时,天线系统增益为7.5dB。计算推论如下:总功率在一层四面分配时,天线功率将损失6dB,此时天线增益为7.5-6.5=1.5dB;再根据天线层数增加一倍时天线系统增益将增加3dB的原理,因此两层天线增益就为1.5+3=4.5dB;当天线层数为四层时,天线系统增益就为1.5+3+3=7.5dB,故四层四面调频二偶极子板天线系统增益也只能做到7.5dB。 若天线为全波长二偶极子板天线时,其单片天线增益可以做到8-8.5dB,四层四面分配组阵时,其单片天线增益为8-8.5dB。 目前使用的天线增益,一般在0dBi到20dBi之间 室内:一般采用0 - 8 dBi增益的天线 室外:一般采用9 - 18 dBi增益的天线 高速公路:一般采用20dBi增益的天线 天线增益的若干计算公式 1)天线主瓣宽度越窄,增益越高。对于一般天线,可用下式估算其增益: G(dBi)=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H)} 式中,2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度; 32000 是统计出来的经验数据。 2)对于抛物面天线,可用下式近似计算其增益: G(dBi)=10Lg{4.5×(D/λ0)2} 式中,D 为抛物面直径; λ0为中心工作波长; 4.5 是统计出来的经验数据。 3)对于直立全向天线,有近似计算式 G(dBi)=10Lg{2L/λ0}

一种在60GHz通信的高增益天线讲解

一种用于60GHz通信的高增益、 介质加载采用基片集成波导技术的 对线性渐变开槽天线 摘要——60GHz带宽有提供高速的通信能力。此文章证明了一种能为对线性变槽天线(ALTSA)提供高增益的基片集成波导(SIW)的存在。为了获得高增益,给ALTSA上加了介质加载,并使用了沟槽结构。使用SIW技术实现了高效、简洁和低成本的平面设计。本文使用了一种电磁场仿真工具来设计和模拟这个天线。首先设计一个ALTSA单元,然后在1*4的ALTSA阵列上加上SIW功分器。为了使设计可行,制作和测量了原型。测量结果非常符合仿真值,从而证实了这个设计。测得1*4ALTSA阵列在整个60GHz带宽(57——64GHz)的回波损耗优于12dB,增益为23.10.5dBi。 1.介绍 近些年对在高速通信中极大带宽的需求越来越高。而60GHz带宽(57——64GHz)可以为高速无线通讯以每秒几千兆的速度传输高容量未压缩数据。由于在毫米波频段的微带线相关损耗非常高,因此需要更多的有效的技术,比如SIW。SIW有传统矩形波导低损耗、高品质因数、完全屏蔽和处理高功率情况的特点,也有低成本、平面电路设计的优势。报道表明,已经有大量的研究者从事SIW相关工作多年。天线容易在60GHz 带宽受到大气吸收而衰减,这就要求在使用高增益天线时要减少这类损耗。锥形缝隙天线(TSA)因其宽带宽、高回波损耗和高增益而被经常使用。对线性渐变槽线天线(ALTSA)是TSA的一种类型,在反方向的锥形介质板的上表面和底部金属部分使用对极几何设计。 研究者设计了一种带宽为4——50GHz的反极向天线。天线在带宽内的增益3——12dBi。 本文作者设计了一种在60GHz处增益可达18.75dBi的对费米渐变槽线天线。在张成浩的的文章里,他介绍了一种新颖的技术,即让ALTSA和SIW的上表面和下表面的锥形边缘的馈线重合来克服阻抗失配。有沟槽结构的TSA被用来减小天线宽度以极小化任何对辐射方向图的重要影响,使得阵列天线尺寸更加紧凑。而且,沟槽结构可以提高天线增益,减小旁瓣电平和交叉极化,由此提高天线总性能。TD介绍设计了一种有矩形波纹的带有三角功分器的ALTSA阵列。1*12阵列的增益为19.25dBi。DM介绍了一种有半圆形沟槽的ALTSA,它在7GHz的增益为12.4dBi。介质加载,通过在天线前端放置电介质板作为一个引导结构都可以增强天线增益。平面SIW喇叭天线上的介质加载被用来使E面波束宽度变窄,同时提高增益。NG设计了一种带有SIW喇叭结构和矩形介质加载的高增益ALTSA阵列,其1*4ALTSA阵列的增益为191dBi。

第一章 天线增益测量

天线与电波教学实验指导书 实验三 天线增益测量 3.1实验内容和目的: 用绝对测量法(即测传播损耗的方法)和相对测量法(即比较法)测量喇叭天线的增益,掌握天线增益的一般测量方法。 3.2测量原理 1.天线增益的绝对测量 根据福里斯公式,当发射功率为P t ,发射天线增益为G t ,接收天线增益为 G r ,收发天线相距 R ,则位于远场区的接收天线的最大接收功率为 2244??? ? ??=?=R G G P A R G P P r t t r er t t r πληπ 当收发天线完全相同即G t =G r =G 时,接收功率为 2244??? ? ??=?=R G P A R G P P t r er t t r πληπ 由此可求出每个天线的增益为 G P P R r t =?4πλ 如用dB 表示,则为 ??? ? ???+??? ??=t r P P R dB G lg 10214lg 10)(λπ 因此,如果测出收发电平差、工作频率和收发距离,即可通过上式求出被测天线的增益。 2.天线增益的相对测量 被测天线增益G 和参考天线增益G 0间存在简单的关系: G=gG 0 式中,g 是被测天线相对于参考天线的增益。

因此如果参考天线的增益已知,只要测出g ,即可按上式求出被测天线的增益。 用比较法测天线增益,常用半波对称振子(或折合振子)作线天线的标准增益天线(其增益约为1.64或2.15dB );常用按最佳方向性系数设计的标准增益喇叭作面天线的增益标准天线,其增益理论设计值和实际值相当吻合,可按下式估算: )(4lg 102dB Ak D G λ π≈≈ 式中,A 是喇叭口面面积,k 是口面利用率。对角锥喇叭天线k 取0.51。 3. 天线增益的综合测量 设三个不同天线的增益分别为G G G 010203、、,先用比较法测得1和2对3的相对增益 03 02 203011G G G G G G ==, 当G 03已知时,则 03 20203101G G G G G G ==,, 用dB 表示,即 ) ()()()()()(0320203101dB G dB G dB G dB G dB G dB G +=+=, 当G dB 03()未知时,可用上述1项(天线增益的绝对测量)的方法测出G dB G dB 0102()()+,与上两式联立求出G dB 03()。 3.3 测量方框图: 3.4主要测试设备: 发射源:厘米波分频锁相源(带隔离器,具连续波或1KHz 内方波调制输出,带数字频率指示和功率相对指示,工作频率11GHz ±250MHz ,输出功率连续可调,

大家都来DIY自己手台的天线

大家都来DIY自己手台的天线,说不定性能比原装的还好! 在无线通讯网络中信号品质是大家最关心的问题之一,它直接关系到下情上报和上令下达的准确性和通畅性。确定无线通讯质量除了收发信机的性能外天线是一个非常关键的因素,在整个无线通讯网络工程中天馈系统一直占有相当比例的预算。从天线理论上讲当A电台系统(输出功率25W)所配用天线增益比B电台系统高3dB其实际发射效果与B电台系统功率输出50W时相同,也就是说天线增益增加3dB相当于电台输出功率增加一倍,而且由于在信号接收上同样有信号放大的作用所以实际接收时使用增益比较高的天线对信号接收效果也有明显的提升,理论上高增益天线可以增加通讯覆盖范围,提高弱信号区的通讯质量。天线的性能直接关系到通讯信号的质量。天线根据使用场合的不同可以分为手持台天线、车载天线、基地天线三大类。 一、手持台天线 手持台天线也就是个人使用手持对讲机的天线,常见的有橡胶天线和拉杆天线两大类。根据天线的形式橡胶天线又有四分之一波长橡胶天线和螺旋橡胶天线。四分之一波长橡胶天线相对一般螺旋天线有效率高的优点,因为根据天线原理四分之一波长的导体天线自然谐振,具有较高的辐射效率。这类天线一般辐射体比较细长,如400MHz频段的红灯403KG/403KGP和MOTOROLAGP88/P110/GP300标配使用的细长型天线都属于四分之一波长天线类。一般认为手持对讲机天线中四分之一波长天线的实际辐射效率要优于缩短型的螺旋天线。这也是标配MOTOROLAGP88电台性能出众,通讯距离相对较远的的原因之一。我们做过一个简单的对比试验:用同一台GP300手持电台固定位置,先后使用GP88原配的四分之一波长橡胶天线和GP68原配的橡胶螺旋天线以及GP300选配的原装螺旋橡胶,在一米外固定位置使用场强仪测定场强,结果四分之一波长橡胶天线有明显的优势。不过这种四分之一波长类型的天线也有它的局限性,与螺旋橡胶天线相比它的长度较长。所谓四分之一波长天线它的天线长度为通讯频率波长的四分之一(实际制作中还要根据缩短因子修正),常用的警用通讯频段160MHz、350MHz、410MHz、460MHz分别波长为1.875米、0.857米、0.7317米、0.652米(用常数300除以频率数折算出波长),对于理论四分之一波长天线的长度约为46.875厘米、21.42857厘米、18.29厘米、16.304厘米。由长度可见在160MHz频段使用四分之一波长形式的手持机橡胶天线显然是不适合的,所以这种类型天线一般应用于400MHz以上频段(350MHz也可以应用)。螺旋橡胶天线也有多种形式在此不再细分,总体螺旋橡胶天线根据需要可以缩短天线的尺寸,所以天线长度可以做得比较短,外观比较漂亮。螺旋橡胶天线的辐射效率一般与其缩短率和结构形式有关,通常较长的天线发射效率比较高。在低频段如160MHz橡胶天线大部分采用螺旋的结构,这样可以有效的控制天线的长度。在350MHz以上频段也有各种形式的螺旋橡胶天线,都是以尺寸短小见长,如350MHz/380MHz的MOTOROLAGP300(常规)和PTX600(集群)对讲机标配的都是螺旋橡胶天线。

天线的主要性能指标和相关知识讲解学习

天线的主要性能指标 1、方向图: 天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线为例,从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地,用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图,分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图;垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。 描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度,在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧,功率强度下降到最大值的一半(场强下降到最大值的0.707倍,3dB衰耗)的两个方向的夹角,表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地,GSM定向基站水平面半功率波瓣宽度为65°,在120°的小区边沿,天线辐射功率要比最大辐射方向上低9-10dB。 2、方向性参数 不同的天线有不同的方向图,为表示它们集中辐射的程度,方向图的尖锐程度,我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性,在各方向上辐射强度相等,方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较,在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E02的比值称为该点的方向性参数D=E2/E02。 3、天线增益 增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数,但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的,方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等,天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化,但其变化趋势是一致的。一般地,在实际应用中,取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。 另外,表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益,在各方向的辐射是均匀的;dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下,增益越高,电波传播的距离越远。 4、入阻输入阻抗 输抗是指天线在工作频段的高频阻抗,即馈电点的高频电压与高频电流的比值,可用矢量网络测试分析仪测量,其直流阻抗为0Ω。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。 5、驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致,会产生部分的信号反射,反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波,其相邻的电压最大值与最小值的比即为电压驻波比VSWR。假定天线的输入功率P1,反射功率P2,天线的驻波比VSWR=(+)/(-)。一般地说,移动通信天线的电压驻波比应小于1.5,但实际应用中VSWR应小于1.2。 6、极化方式 根据天线在最大辐射(或接收)方向上电场矢量的取向,天线极化方式可分为线极化,圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化,垂直极化和±45o极化。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式,一般地,移动通信中多采用垂直极化或±45o极化方式。 7、双极化天线隔离度 双极化天线有两个信号输入端口,从一个端口输入功率信号P1dBm,从另一端口接收到同一信号的功率P2dBm之差称为隔离度,即隔离度=P1-P2。 移动通信基站要求在工作频段内极化隔离度大于28dB。±45o双极化天线利用极化正交原理,将两副天线集成在一起,再通过其他的一些特殊措施,使天隔离度大于30dB。

SAS-58X标准增益喇叭天线组

SAS-58x (标准增益喇叭天线组) 标准增益天线组,用于在1GHz-40GHz频率范围内进行辐射和敏感度测试。每个天线都经过线性极化,具有中等增益,低VSWR和恒定的天线因子。标准增益喇叭的性能是非常精确的,能由设计参数进行预测。天线因子和增益的实测值和计算值之间的误差为+/-0.5 dB。所以,这组天线能当作标准参考,类似于1GHz以下的共鸣偶极子天线一样。同轴到波导的适配器,是整个天线上唯一对功率有限制的元件,如果需要很大的场强,可以把这个适配器去掉。每个标准增益天线都可以安装到标准三角架上【?-20母螺纹】。通过旋转三角架上的天线,可以得到水平和垂直极化。 增益:15dB,也有10dB的和20dB的。 标准增益喇叭天线组包括: 型号频率范围说明增益 SAS-580 1.12 GHz - 1.70 GHz 喇叭天线,标准增益14.7 SAS-581 1.70 GHz - 2.60 GHz 喇叭天线,标准增益14.5 SAS-582 2.60 GHz - 3.95 GHz 喇叭天线,标准增益15.1 SAS-583 3.95 GHz - 5.85 GHz 喇叭天线,标准增益14.5 SAS-584 5.85 GHz - 8.20 GHz 喇叭天线,标准增益14.8 SAS-585 8.2 GHz - 12.4 GHz 喇叭天线,标准增益15.6 SAS-586 12.4 GHz - 18.0 GHz 喇叭天线,标准增益14.9 SAS-587 18.0 GHz - 26.5 GHz 喇叭天线,标准增益14.8 SAS-588 26.5 GHz - 40.0 GHz 喇叭天线,标准增益14.6

增益天线种类详解

电源招聘专家 增益天线种类详解 着无线产品价格的逐渐走低,许多人都在企业或家里构筑了无线网络,大大方便了日常应用。不过,家里面积大了,企业间的距离远了,无线网络不稳定、数据传输受阻等技术开始出现。怎样才能解决这些棘手的技术呢? 更换网络设备花销过大,不符合经济节约的消费理念,而更换、加装增益天线却是极为经济切增强无线网络传输能力、稳定性的方法。 了解增益天线 作为增益天线的基本属性,增益是指定方向上的最大辐射强度和天线最大辐射强度的比值,即天线功率放大倍数。在一般情况下,增益的强弱将干扰到天线辐射或接收无线信号的能力。也就是说,在同等条件下,增益越高,无线信号传播距离就越远。增益的单位为dBi,室内天线大多为4dBi~5dBi,室外天线大多为8.5dBi~14dBi。 通常情况下,由于增益的大小和无线带宽成反比,即增益越大,其带宽就越窄;增益越小,带宽则较大。因此,较大增益的天线主要在远距离传输,而小增益天线则更适合于无线信号大覆盖范围的应用环境。 目前在无线网络应用中,天线分为点对点应用、点对多点应用两种,用户可根据不同的应用范围选购不同类型的无线天线,使无线信号能够顺利地被各个无线设备接收和发送。 天线种类扫描 在上文中,我们说明了增益天线的定义和作用。其实,增益天线仅是一个统称而已,我们可以笼统地将它看做是无线天线。在这个天线家族中,还有许多不为人所知的新面孔。在此,我们让大家“见识”一下它们的实力。 1.种类全接触 无线天线可分为全向天线、定向天线、扇形天线、平板天线等类型。 其中全向天线适在各无线接点距离较近、需要覆盖较多数量无线设备及客户端的场合,但这些设备的增益大多较小,信号传递距离较短。 定向天线包括八木定向天线、角型定向天线、抛物面定向天线等品种,适在各无线接点位置距离很远,并且无线接入点集中、数量较少且位置固定的环境。这种天线具有信号传递距离长、能量汇聚能力强的特点。 扇形天线可以多角度的覆盖,如果无线接入点集中在该天线的覆盖范围内,可考虑选购此类天线,它具有能量定向和汇聚功能。 平板天线的角度范围可分为30度和15度,比扇形天线的信号覆盖范围小,但它的能量汇聚能力更强,可用在无线接入点相对较远、更为集中的环境。 2.主流天线详解 在诸多不同类型的天线中,使用全向天线和定向天线的企业和个人非常多,它们也是笔者要重点推荐大家使用的天线。 ●全向天线 所谓全向天线,是指在水平面上辐射和接收无最大方向的天线。由于辐射和接收无方向性,所以此类天线安装起来比较方便,不需要考虑传输点的天线安装角度技术。 不过全向天线没有最大方向,它的天线增益相对较低,这就导致无线信号的传输距离较短。因此,这类天线一般比较适合在传输距离规则不太高的点对多点通信环境使用。例如,在对等网络和无线漫游网络的中心无线AP上使用此类天线,通过中心无线AP,可以均匀地将

射频参数解析

盛年不重来,一日难再晨。及时宜自勉,岁月不待人。 射频参数 1.回波损耗 又称反射损耗,是电缆线路由于阻抗不匹配所产生的反射,是一对线自身的反射。 不匹配主要发生在连接器的地方,但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方。 回波损耗是传输线端口的反射功率与入射波功率之比,以对数形式来表示,单位是dB,一般是负值,其绝对值可以成为反射损耗。 回波损耗= -10 lg [(反射功率)/(入射功率)] 2.反射系数 反射波和入射波电压之比 回波损耗= 20|lg(反射系数Γ)| 3.驻波比 全称电压驻波比,又名VSWR或SWR,英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。指驻波波腹电压与波谷电压幅度之比,又称驻波系数、驻波比。驻波比为1时,表示馈线和天线的阻抗完全匹配,此时高频能量全部被天线辐射出去,没有能量的反射损耗;驻波比为无穷大时表示全反射,能量完全没有辐射出去。 驻波比会随着频率而改变 在入射波和反射波相位相同的地方,电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ,形成波腹;在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin ,形成波谷。 其它各点的振幅值则介于波腹与波谷之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的电压幅值Vmax与波谷处的电压幅值Vmin之比 驻波比就是一个数值,用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果SWR 的值等于

1,则表示发射传输给天线的电波没有任何反射,全部发射出去,这是最理想的情况。 如果SWR 值大于1,则表示有一部分电波被反射回来,最终变成热量,使得馈线升温 驻波比反射率: 1.00.00% 1.10.23% 1.20.83% 1.3 1.70% 1.5 4.00% 1.7 6.72% 1.88.16% 2.011.11% 2.518.37% 3.025.00% 4.036.00% 5.044.44% 7.056.25% 1066.94% 1576.56% 2081.86% 4.天线增益 天线增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。 增益与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一。 一般来说,增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度,而在水平面上保持全向的辐射性能。 表示天线增益的参数有dBd和dBi,dBi是相对于点源天线的增益,在各方向上的辐射是均匀的;dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同条件下,增益越高,电波传播的距离越远

矩形天线书

天线原理设计说明书 矩形喇叭天线 学生姓名:李帅学号:1205094219 学生姓名:王涛学号:1205094221 学生姓名:唐毓孝学号:1205094230 学院:信息与通信工程学院 专业:信息对抗技术 指导教师:姚金杰 2015年 6 月15日

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一、题目要求以及研究背景意义 1.1题目要求 设计一个(4GHz-6GHz)频段最佳增益矩形喇叭天线,其在5GHz时的增益需要大于15dB,喇叭采用WR430矩形波导来馈电,输入阻抗50欧。 (1)建立天线结构; (2)完成天线的设计与仿真; (3)完成仿真结果参数的分析。(频率、带宽、输入阻抗、方向图等) 1.2研究背景意义 喇叭天线是面天线,波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线,是使用最广泛的一类微波天线。它的辐射场是由喇叭的口面尺寸与传播型所决定的。其中,喇叭壁对辐射的影响可以利用几何绕射的原理来进行计算的。如果喇叭的长度保持不变,口面尺寸与二次方相位差会随着喇叭张角的增大而增大,但增益则不会随着口面尺寸变化。如果需要扩展喇叭的频带,则需要减小喇叭颈部与口面处的反射;反射会随着口面尺寸加大反而减小。喇叭天线的结构比较简单,方向图也比较简单而容易控制,一般作为中等方向性天线。频带宽、副瓣低和效率高的抛物反射面喇叭天线常用于微波中继通信。 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线,其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。合理的选择喇叭尺寸,可以取得良好的辐射特性:相当尖锐的主瓣,较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛,是一种常见的测试用天线。喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的,由于是波导开口面的逐渐扩大,改善了波导与自由空间的匹配,使得波导中的反射系数小,即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去,反射的能量很小。从原理上来说,波导开口端和喇叭天线是很简单的天线,但严格求解它们的口径场及外场却相当困难。首先,波导开口端面上与喇叭口面上的场分布与无限长波导内的场分布不同,而且空间传播的TEM波也不同,是结构较为复杂的波。其次,在口面上除了入射波,还有反射波。再次,在口面上除了主波以外,还有高次波型。此外由于波导和喇叭的开放性结构,波导开口和喇叭开口边缘处和外壁上都有电流存在,它们也参与辐射。 由于喇叭天线结构简单和方向图易于控制,通常用作中等方向性天线,如标准喇叭,最常见的是用作反射面的馈源。当它用作独立天线时,一般都加上校正相位的反射面或透镜。喇叭-抛物反射面天线具有频带宽、副瓣低和效率高等特性,常用于微波中继通信。而透镜因其重量较重和结构复杂等原因,已很少用作喇叭的相位校正。 喇叭天线常用于如下几个方面:1大型射电望远镜的馈源,卫星地面站的反射面天线馈源,微波中继通讯用的反射面天线馈源;2相控阵的单元天线;3在天线测量中,喇叭天线常用作对其它高增益天线进行校准和增益测试的通用标准等。 二、矩形喇叭天线设计方案 2.1设计原理 啊啊1、矩形喇叭天线的口面场结构为了说明喇叭天线的口面场结构,可用一个矩形喇叭来说明。图画出了一个矩形扇形喇叭天线的场分布图。

高增益微带八木天线的设计

高增益微带八木天线的设计

高增益微带八木天线的设计 【摘要】本文基于八木天线的结构设计并制作了一个准八木高增益微带天线,利用电磁仿真软件CST进行仿真设计。通过增加引向器的个数来增加增益随着引向器的增加,增益由4.15dBi增加到8.2dBi;通过增加x方向的单元数,压缩E 面的方向性进而提高增益,其增益由8.2dBi提高到12.7dBi。最终设计出一款工作于5.8GHz,增益约为12.7dBi,前后比为26dB的天线,实测与仿真结果基本吻合。 1、微带八木天线的设计原理 随着微波技术的发展,微带准八木天线由于其结构简单易于加工实现而成为国内外的一个研究热点。微带准八木天线的工作原理如图,采用180°相位差的微带传输线作为馈线,馈入八木天线的两臂的信号刚好等幅反向。八木天线可看作是端射式行波天线,其波瓣图可近似为间距λ/4,相位递减90°的电源端射阵。在微带八木中要实现输入端的阻抗匹配很关键,2单元6元阵子在馈电微带的阻抗匹配计算如图1所示 图1 阻抗匹配计算 八木天线的地板作为反射器,馈电后的主阵子向空间辐射电磁波,同时引向阵子由于耦合作用产生了感应电流,也向外辐射电磁波,引向器和反射器的相互作用能将有源振子辐射的能量集中到主辐射方向。引向器的数目在一定的范围内越多,方向性越强,增益就越高。有源振子的长度一般取半波长,通过调整阵子间的间距以及无源振子的长度,可以改变无源振子上产生的交变感应电流的相位和幅度,使得电磁场在主方向上叠加,从而达到增强天线辐射方向性的目的,进而提高天线的增益和辐射效率。不同数量引向阵子对应增益增量如表1所示。 表1 不同单元八木天线的增益值

发射功率与增益详解

发射功率与增益详解 2011-09-28 15:31:48| 分类:TEC-Hardware|举报|字号订阅 本文转载自jason《发射功率与增益详解》 无线电发射机输出的射频信号,通过馈线(电缆)输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,由天线接收下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到无线电接收机。因此在无线网络的工程中,计算发射装置的发射功率与天线的辐射能力非常重要。 Tx是发射(Transmits)的简称。无线电波的发射功率是指在给定频段范围内的能量,通常有两种衡量或测量标准: 功率(W)-相对1瓦(Watts)的线性水准。 增益(dBm)-相对1毫瓦(Milliwatt)的比例水准。 两种表达方式可以互相转换: dBm = 10 x log[ 功率mW] mW = 10 [ 增益dBm / 10 dBm] 在无线系统中,天线被用来把电流波转换成电磁波,在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”,这种能量放大的度量成为“增益(Gain)”。天线增益的度量单位为“dBi”。 由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生,因此度量发射能量最好同一度量-增益(dB),例如,发射设备的功率为100mW ,或20dBm;天线的增益为10dBi,则: 发射总能量=发射功率(dBm)+天线增益(dBi) =20dBm +10dBi =30dBm

或者:=1000mW =1W 在“小功率”系统中每个dB都非常重要,特别要记住“3dB法则”。 每增加或降低3dB,意味着增加一倍或降低一半的功率: -3 dB = 1/2 功率 -6 dB = 1/4 功率 +3 dB = 2x 功率 +6 dB = 4x 功率 例如,100mW的无线发射功率为20dBm,而50mW的无线发射功率为17dBm,而200mW的发射功率为23dBm。 0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10 所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W 故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W 还有左边加3=右边乘2,如40+3DBM=10*2W,即43DBM=20W 例如机器20W 在400MHZ频率上使用30米50-7(物理发泡低损耗电缆)到天线上还剩下多少增益 20W=43DB 30米50-7损耗一米小于0.09 按照最大值0.09*30=2.7DB 43DB-2.7DB=40.3DB 天线增益16DBi+40.3DB=56.3DB

天线增益相关知识

h t t p ://w w w. m s c b s c .c o m h t t p ://w w w. m s c b s c .c o m /a s k p r o / 本文档来源于移动通信网(mscbsc)技术问答,原文地址:https://www.360docs.net/doc/e65024541.html,/askpro/question5283 天线增益是什么意思? 对天线增益概念理解有点模糊,哪位给详解一下? --------------- 提问者:chgfagy 提问时间:2009-05-19 18:14:00———————————————————————————— 答: 1、增益是用来表示天线集中辐射的程度。其在某一方向的定义是指在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比,即功率之比。增益一般与天线方向图有关,方向图主瓣越窄,后瓣、副瓣越小,增益越高。增益的单位用“dBi”或“dBd”表示。 2、天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说,增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度,而在水平面上保持全向的辐射特性。天线增益对移动通信系统运行极为重要,因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围,或者在确定范围内增大增益余量。 可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要 100W 的输入功率,而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。如果以半波对称振子作比较对象,其增益的单位是 dBd 。半波对称振子的增益为 G=0dBd (因为是自己跟自己比,比值为 1 ,取对数得零值。)垂直四元阵,其增益约为 G=8.15–2.15=6dBd 。 对于水平极化方式的天线来讲,通常以一个半波水平放置的偶极子天线为标准天线,其增益为0dB(实际指dBd)。调频二偶极子反射板天线的增益通过计算和实验数据,其结果基本一致。相对于半波偶极子天线的增益最高只能做到7.5dB。当天线在进行组阵时,天线系统增益为7.5dB。计算推论如下:总功率在一层四面分配时,天线功率将损失6dB,此时天线增益为7.5-6.5=1.5dB;再根据天线层数增

制作超强的无线网卡天线-最远30公里

最远30公里!-制作超强的无线网卡天线 无线路由器越来越普及,引出的讨论也越来越多。特别是信号强度,接收性的问题相当值得注意。而大家最经常想到、比较可行的办法就是采用增益天线。因此,编者特收集 整理相关制作天线的例子,从国内外、从低端到终极,以一种比较客观的角度,展示天线制作 的技巧方法、天线的作用有多大、能达到什么样的效果。 初学者型奶粉罐天线 一、选型 先上网收集天线资料,看到很多国外的天线DIYER做出来的WIFI天线真是五花八门!有螺旋天线、有八木天线、有菱形天线、有栅网天线、还有罐头天线......让人看得眼花缭乱。经过再 三筛选,最终把制作目标锁定在罐头天线上。选择它为DIY对象主要是因为这种天线取材方便、效率高!十分适合初学者制作。 二、制作 圆筒天线之所以取材方便,是由于人人家里必定有铁罐、金属筒之类的东西。笔者就是随便拿 了一个奶粉罐制作的。 下面是参照外国WIFI网站的图片而画的制作图。 各数据如下: 中心频点=2.445G 圆筒直径=127mm 圆筒长度=111mm 振子长度=31mm 振子距圆筒底部边距=37mm 从图片可以看出,馈线的屏蔽网连接金属圆筒,信号通过圆筒反射到振子上,当然振子就是馈 线的芯线了,芯线与金属筒是绝缘的,这点必须注意! 1001下载乐园 https://www.360docs.net/doc/e65024541.html,

在参照外国爱好者制作WIFI天线的同时,笔者加入了自己的想法:很多爱好者都喜欢在圆筒加装N座或BNC座,然后在馈线的连接处做对应的N头或BNC头,用于连接。但笔者觉得虽然该方法对使用十分方便,但同时也对信号造成了损耗(估计1-2DBI),尤其在2.4G的频段更加明显!因此,mr7决定把屏蔽网直接焊在圆筒上(焊接前先把外壳打磨光滑),而作为振子的芯线则保留其原来的泡沫绝缘。这样一来把损耗减到最低。有点专线专用的味道了! 建议大家最好在焊接前找根直径稍比馈线粗一点的小铜管和热缩套管,先把铜管套在馈线上,然后跟屏蔽网一起焊牢在金属圆筒的外壳上,然后用热风筒把热缩套管来回吹多次,把馈线固定在铜管上,这样一来可以很好的减低由于调节天线时给馈线和振子带来的影响! 馈线笔者是选用双屏蔽的RG-58电缆,接头是SMA母头,用于接在WIFI的AP上面。一般来说馈线直径越粗越好,而且长度要尽量短,不然馈线过长所造成的损耗比天线增益还大,失去

MIMO技术详解

MIMO技术详解 1.介绍 随着无线通信系统的充分发展,语音业务已经不能够满足人们对高速数据业务的要求。提供网页浏览、多媒体数据传输以及其他类型的数据业务是发展无线通信系统和服务的一个重要目的。特别是,基于码分多址的第三代移动通信系统。虽然已经提出多种利用现有无线资源(诸如码道、时隙、频率等)提高数据传输速率的建议,但是其只不过是以语音容量换取数据容量的方法。随着MIMO的技术的出现,一种利用多个发射天线、多个接收天线进行高速数据传输的方法已经被提出,并成为未来无线通信技术发展的一种趋势。最早提出MIMO概念的是Telatar和Foschini,其中Foschini等人提出的BLAST结构是典型的利用MIMO技术进行空间多路复用的技术。已经证明,具有M个发射天线以及P 个接收天线的MIMO系统,在P≥M的情况下几乎可以使得信道容量提高到原来的M倍。 传统的MIMO系统均是非扩频的系统,而第三代移动通信系统是基于CDMA技术的扩频系统。可以采用码复用(Code-Reuse)方式把MIMO技术与CDMA系统结合起来,从而有效地提高其高速下行分组接入(HSDPA)的总体数据速率。同样,TD-SCDMA系统也可以采用码复用的方式来应用MIMO技术,本文给出了一种TD-SCDMA系统的MIMO技术解决方案。这样,TD-SCDMA系统将既可以应用智能天线技术,也可以应用MIMO天线技术,本文将初步分析应用MIMO技术之后对智能天线技术的影响。 2.MIMO技术概述 MIMO技术大致可以分为两类:发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去,在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品,从而获得更高的接收可靠性。举例来说,在慢瑞利衰落信道中,使用1根发射天线n根接收天线,发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的,可以获得最大的分集增益为n,平均误差概率可以减小到,单天线衰落信道的平均误差概率为。对于发射分集技术来说,同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中,如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落,可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据,形成指向某些用户的赋形波束,从而有效的提高天线增益,降低用户间的干扰。广义上来说,智能天线技术也可以算一种天线分集技术。 分集技术主要用来对抗信道衰落。相反,MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degrees of freedom)。从本质上来讲,如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的,那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流,可以提供传输数据速率,这被成为空间复用。需要特别指出的是在高SNR 的情况下,传输速率是自由度受限的,此时对于m根发射天线n根接收天线,并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。 根据子数据流与天线之间的对应关系,空间多路复用系统大致分为三种模式:D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。 D-BLAST最先由贝尔实验室的Gerard J. Foschini提出。原始数据被分为若干子流,每个子流之间分别进行编码,但子流之间不共享信息比特,每一个子流与一根天线相对应,但是这种对应关系周期性改变,如图1.b所示,它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状,称为D-BLAST(Diagonally- BLAST)。D-BLAST的好处是,使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端,提高了链路的可靠性。其主要缺点是,由于符号在空间与时间上呈对角线形状,使得一部分空时单元被浪费,或者增加了传输数据的冗余。如图1.b所示,在数据发送开始时,有一部分空时单元未被填入符号(对应图中右下角空白部分),为了保证D-BLAST的空时结构,在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用burst模式的数字通信,并且一个burst的长度大于M(发送天线数目)个发送时间间隔,那么burst的长度越小,这种浪费越严重。它的数据检测需要一层一层的进行,如图1.b所示:先检测c0、c1和c2,然后a0、a1和a2,接着b0、b1和b2…… 另外一种简化了的BLAST结构同样最先由贝尔实验室提出。它采用一种直接的天线与层的对应关系,即编码后的第k个子流直接送到第k根天线,不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图1.c所示,它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量,称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系,因此在检测过程中,只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据,检测过程简单。 考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点,一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出:T-BLAST。等文献分别提及这种结构。它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布,如图2所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后,每个子流被对应的天线发送出去,并且这种对应关系周期性改变,与D-BLAST系统不同的是,在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送,而是所有天线均进行发送,使得单从一个发送时间间隔来看,它的空时分布很像V-BALST,只不过在不同的时间间隔中,子数据流与天线的对应关系周期性改变。更普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变,而是随机改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道,而且没有空时单元的浪费,并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。

第四章 增益测量

第四章 增益测量 第一节 引言 天线的方向增益(通常称方向性系数)是表征天线所辐射的能量在空间分布情况的量,定义为在相同辐射功率情况下,该天线辐射强度),(?θp 与平均辐射强度之比,即 0p 0 ) ,(),(p p D ?θ?θ= (4﹒1) 由于辐射强度正比于电场强度的平方,因此,方向性系数也可写为 2 2),(),(E E D ?θ?θ= (相同辐射功率) (4﹒2) 式中,),(?θE 是该天线在),(?θ方向产生相同电场强度的条件下,点源天线的总辐射功率与该天线的总辐射功率之比,即 ) ,(),(0?θ?θT T P P D = (相同电场强度) (4﹒3) 一般情况均指最大辐射方向的方向性系数,因此,式(4﹒1)、(4﹒2)、(4﹒3)可写为 2 02 0E E p p D m m m == (相同辐射功率) mT oT P P = (相同电场强度) (4﹒4) 方向性系数是以辐射功率为基点,没有考虑天线能量转换率。为了更完整地描述天线的特性,我们以天线输入功率为基点,将该天线与点源天线作比较,于是,仿照方向性系数所定义的量就叫做天线的功率增益(通常称为增益系数),即 2 2),(),(E E G ?θ?θ= (相同输入功率) (4﹒5) 或 ) ,(),(0?θ?θin in P P G = (相同电场强度) (4﹒6) 式中,和in P 0),(?θin P 分别是点源天线和该天线的输入功率。 若指天线最大辐射方向的增益,则式(4﹒5)和(4﹒6)可写为 2 2E E G m m = (相同输入功率)

inm in P P 0= (相同电场强度) (4﹒7) 将式( 4﹒7)进行简单的换算,则有 A m inm mT mT oT oT in inm oin m D P P P P P P P P G ηη??=? ?== 00 (4﹒8) 式中,0η和A η分别是点源天线和某天线的效率。 令点源天线效率10=η,并因一般谈及方向性系数或增益系数均指最大发射方向,为简化书写,我们将足标“”去掉,于是式(4﹒8)就变为 m D G A η= (4﹒9) 可见,天线的增益系数等于天线的效率与方向性系数之积。如果天线效率为100%,则天线的方向性系数也就是天线的增益系数了。 天线增益的测量可以根据定义测取相对功率或相对场强而得到,基本方法有两大类:一类是比较法,另一类是绝对法。 第二节 比较法测天线增益 比较法是将待测天线与一已知增益的标准天线进行比较而测得其增益值的。定义增益时,以点源天线作比较标准,但辐射球状方向图的标准点源天线实际上难以实现。因此,测量时,通常是用有方向特性的天线(如半波偶极天线或喇叭天线等)作比较标准,相对于标准天线增益的待测天线增益则为 s G G P P G G s s = (相同电场强度) (4﹒10) 或 2 2s s E E G G = (相同输入功率) (4﹒11) 为了简单,式中功率P 和场强E 的足标已省掉。按式(4﹒10)或式(4﹒11)用比较法进行天线增益测量时,可以有多种方案。 一、标准天线和待测天线作发射 1. 相对功率法 测试电路如图4﹒1所示,步骤如下: ⑴辅助天线接入发射端,并调整匹配,是输出功率最大; ⑵辅助天线接入接收端,并使其最大辐射方向与发射天线的最大辐射方向对准; ⑶调节可变衰减器,使接收端指示器指示适当的值A,记下功率计读数; s P

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