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圆波导定向耦合器在高功率微波测量中的应用 被引量:16
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作者 孙钧 胡咏梅 +5 位作者 张立刚 滕雁 宋志敏 曹亦兵 陈昌华 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期186-189,共4页
介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况.以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2~10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在(55±2)dB以内,隔离度大于80 dB.在此基础上,设计加工了... 介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况.以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2~10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在(55±2)dB以内,隔离度大于80 dB.在此基础上,设计加工了X波段圆波导定向耦合器并进行了标定测试,测试与仿真结果吻合较好,高功率微波实验证实了其具有较高功率容量,能够满足实验需求.该类圆波导定向耦合器已广泛应用于实验室高功率微波源的在线测量装置中. 展开更多
关键词 高功率微波 圆波导 定向耦合器 在线测量 功率容量
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同轴慢波结构相对论高功率微波产生器理论分析 被引量:11
2
作者 刘国治 +1 位作者 林郁正 陈昌华 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期241-244,共4页
推导了同轴波导的空间电荷限制流,其值大于圆波导的空间电荷限制流。因此在阴极电势和束流相等的情况下,同轴波导中的束流具有更高的动能,同轴器件有可能获得更高的微波转换效率。理论推导出同轴慢波结构中考虑束流空间电荷影响的色散方... 推导了同轴波导的空间电荷限制流,其值大于圆波导的空间电荷限制流。因此在阴极电势和束流相等的情况下,同轴波导中的束流具有更高的动能,同轴器件有可能获得更高的微波转换效率。理论推导出同轴慢波结构中考虑束流空间电荷影响的色散方程,利用Matlab进行了编程求解。不考虑束流空间电荷影响时,编程计算结果与Superfish模拟结果一致。由考虑束流空间电荷影响的色散方程数值计算结果,可知文献中提出的同轴慢波结构相对论高功率微波产生器工作在准TEM模的π模,频率为7.67 GHz,峰值时间增长率较高,电子束损失的能量与其初始能量之比为34%。这些结果均与文献中的数值模拟结果一致。同时理论分析说明该种器件无论在能量转换效率,还是在产生微波脉冲的上升时间上均具有优势。 展开更多
关键词 高功率微波 同轴慢波结构 空间电荷限制流 色散曲线
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同轴慢波结构相对论高功率微波产生器初步实验研究 被引量:10
3
作者 刘国治 +4 位作者 林郁正 陈昌华 邵浩 胡咏梅 王宏军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期839-842,共4页
对一种同轴慢波结构相对论高功率微波产生器进行了初步的实验研究。利用数值模拟优化得到的结构,建立了实验装置。初步实验结果表明:该种器件具有微波产生效率高的优点,在实验系统并没有达到优化状态的情况下得到的微波转换效率达28%,... 对一种同轴慢波结构相对论高功率微波产生器进行了初步的实验研究。利用数值模拟优化得到的结构,建立了实验装置。初步实验结果表明:该种器件具有微波产生效率高的优点,在实验系统并没有达到优化状态的情况下得到的微波转换效率达28%,峰值功率约为1.3 GW。微波频率基本不随二极管电压变化,约为7.7 GHz,这与文献中数值模拟给出的结果一致。 展开更多
关键词 高功率微波 同轴慢波结构 数值模拟 微波产生效率
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阴极金属微凸起电场增强因子数值模拟 被引量:9
4
作者 孙钧 刘国治 +1 位作者 林郁正 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1183-1186,共4页
利用有限元方法对无穷大平板二极管中阴极表面金属微凸起的微观电场增强因子进行了计算研究,给出了微凸起微观电场增强因子随凸起参数的变化规律,拟合得到了微观电场增强因子的简单实用的经验表达式,并与文献中的近似公式进行了比较。... 利用有限元方法对无穷大平板二极管中阴极表面金属微凸起的微观电场增强因子进行了计算研究,给出了微凸起微观电场增强因子随凸起参数的变化规律,拟合得到了微观电场增强因子的简单实用的经验表达式,并与文献中的近似公式进行了比较。模拟的结果表明,对锥状球头微凸起的电场增强因子,文献给出的近似公式误差较大,应避免使用。 展开更多
关键词 微凸起 电场增强因子 数值模拟 有限元方法
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速调型相对论返波管理论研究 被引量:8
5
作者 滕雁 +2 位作者 宋志敏 陈昌华 孙钧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期747-751,共5页
对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结... 对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结构相距较大有关,因而器件从起振到饱和的时间较长。在束波相互作用理论中,全面考虑了电子束与慢波结构前向波基波、反向波-1次空间谐波及空间电荷场相互作用、谐振反射器对电子束进行的束流调制和能量调制作用,以及调制腔和提取腔处引入的耦合阻抗及轴向波数突变。稳态和非稳态计算结果均获得了超过40%的束波转换效率。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 切伦柯夫辐射 渡越辐射 束波相互作用
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高功率微波振荡器的相位控制 被引量:5
6
作者 宋玮 邓昱群 +9 位作者 史彦超 宋志敏 张治强 朱晓欣 李佳伟 胡祥刚 孙钧 陈昌华 邵浩 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期181-185,共5页
基于相对论返波管振荡器,提出了一种小信号牵引相位控制的方法,通过外加小信号对振荡器起振过程的引导,实现对输出微波的相位控制。相比于传统的方法,该方法可以利用ns量级的脉冲在较宽的带宽和较低的注入功率下实现对高功率微波振荡器... 基于相对论返波管振荡器,提出了一种小信号牵引相位控制的方法,通过外加小信号对振荡器起振过程的引导,实现对输出微波的相位控制。相比于传统的方法,该方法可以利用ns量级的脉冲在较宽的带宽和较低的注入功率下实现对高功率微波振荡器的相位控制。在X波段相对论返波管振荡器相位控制实验中,利用百kW级的小信号,实现了对GW级高功率微波的输出相位控制,相位抖动小于±15°。 展开更多
关键词 高功率微波 振荡器 相位控制 锁频锁相 起振
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同轴相对论返波管中波束作用过程 被引量:5
7
作者 滕雁 +4 位作者 宋志敏 孙钧 陈昌华 邵浩 刘国治 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期175-180,共6页
根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过... 根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计,利用500 keV,4.0 kA电子束流,微波起振时间为7 ns,输出效率大于38%,与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到,与空心相对论返波管相比,同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。 展开更多
关键词 高功率微波 同轴相对论返波管 波束作用 输出效率 时域有限差分法
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充空气的同轴慢波结构高功率微波器件粒子模拟 被引量:2
8
作者 刘国治 林郁正 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期910-914,共5页
粒子模拟了电子碰撞空气产生的等离子体对同轴慢波结构高功率微波器件的影响,并且在充空气条件下对器件结构参数进行了进一步优化。模拟表明,气压越高,产生的二极管电流越大,二极管电压越低,频率越低。等离子体离子对电子束的空间电荷... 粒子模拟了电子碰撞空气产生的等离子体对同轴慢波结构高功率微波器件的影响,并且在充空气条件下对器件结构参数进行了进一步优化。模拟表明,气压越高,产生的二极管电流越大,二极管电压越低,频率越低。等离子体离子对电子束的空间电荷中和及等离子体电子对微波的能量吸收共同影响输出微波功率的大小。在一定的气压范围内,提高气压能够提高输出功率,此时等离子体离子对电子束的空间电荷中和起主导作用。气压高于一定值时,所产生的等离子体电子强烈吸收微波,输出功率迅速下降,甚至引起脉冲缩短。此外,由于等离子体的存在,器件最佳相互作用区长度以及最优端面反射系数均有可能发生改变。最后还对慢波结构周期数以及漂移段长度等进行了研究,优化的器件内、外导体周期数为11和8.5,慢波结构前端以及内外慢波结构末端分别接4,17和2 mm的漂移段,在气压4 Pa下获得了1.64 GW的输出功率,效率39%。 展开更多
关键词 高功率微波 同轴慢波结构 粒子模拟 等离子体
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一种提高相对论返波管功率容量的方法 被引量:3
9
作者 张晓微 +2 位作者 陈昌华 张黎军 张立刚 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期3069-3072,共4页
对相对论返波管实验中射频击穿现象进行了分析和数值模拟研究,发现谐振反射器和慢波结构的局部场增强诱导了场致电子发射,引起了金属表面的射频击穿,通过研究分析,提出采用分布反馈式谐振反射器,并采用梯形倒角非均匀慢波结构替换正弦... 对相对论返波管实验中射频击穿现象进行了分析和数值模拟研究,发现谐振反射器和慢波结构的局部场增强诱导了场致电子发射,引起了金属表面的射频击穿,通过研究分析,提出采用分布反馈式谐振反射器,并采用梯形倒角非均匀慢波结构替换正弦慢波结构的方法来抑制射频击穿。数值模拟研究表明,在微波功率2GW时,改进后的反射器最大场强由1.4MV/cm降低为570kV/cm,慢波结构表面最大电场由1.1MV/cm降低到780kV/cm。改进后的结构在二极管电压765kV时获得了微波功率2.2GW、脉宽45ns的实验结果,微波功率和脉宽得到显著提升。 展开更多
关键词 相对论返波管 射频击穿 功率容量 谐振反射器 慢波结构
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相对论返波管慢波结构的起始端设计 被引量:3
10
作者 陈昌华 刘国治 +1 位作者 宋志敏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1121-1125,共5页
对相对论返波管的慢波结构中横磁模-TM01模的空间谐波系数进行了理论计算。理论上证明采用所述的4种方法构造的有限长度的慢波结构谐振腔,其一些电动力学特性可以等效为无限长结构的特性。根据慢波结构内场分布的特点和计算机数值模拟结... 对相对论返波管的慢波结构中横磁模-TM01模的空间谐波系数进行了理论计算。理论上证明采用所述的4种方法构造的有限长度的慢波结构谐振腔,其一些电动力学特性可以等效为无限长结构的特性。根据慢波结构内场分布的特点和计算机数值模拟结果,提出为了提高相对论返波管的转换效率,一般选择慢波结构的起始端从波纹最深处开始。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 慢波结构
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相对论返波管研究进展 被引量:1
11
作者 《现代应用物理》 2022年第2期1-7,15,共8页
高功率微波(high power microwave,HPM)在民用和国防领域具有重要的应用前景。HPM源是HPM系统的核心。相对论返波管(relativistic backward wave oscillator,RBWO)具有相对较高的功率和效率及适合重复频率工作等优点,是最重要的HPM源之... 高功率微波(high power microwave,HPM)在民用和国防领域具有重要的应用前景。HPM源是HPM系统的核心。相对论返波管(relativistic backward wave oscillator,RBWO)具有相对较高的功率和效率及适合重复频率工作等优点,是最重要的HPM源之一。近10年来,本文作者所在团队在RBWO方面开展了系列研究,取得的进展有:(1)提出切伦科夫辐射和渡越辐射混合产生HPM的原理,发明了速调型RBWO,输出功率达数吉瓦,束波转换效率从30%提高到60%以上;(2)提出电子束与基模和高阶模同时相互作用的双模工作机制,发明了双模工作RBWO,使低磁场RBWO功率提升了约2.5倍,转换效率从低于30%提高到42%;(3)提出通过外加注入信号对电子束进行预调制控制振荡器输出微波相位的方法,发明了牵引锁相RBWO,实现了数吉瓦微波的相位控制和功率合成。 展开更多
关键词 高功率微波 切伦科夫辐射 相对论返波管 锁频锁相 功率合成 双模工作
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一种X波段过模高效率相对论返波管 被引量:2
12
作者 史彦超 滕雁 +5 位作者 陈昌华 邓昱群 杨德文 王东阳 孙钧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期33-37,共5页
设计了一种X波段过模高效率相对论返波管(RBWO),主要结构包括双谐振腔反射器、7周期梯形慢波结构与提取腔。该器件慢波结构的过模比为2.6,电子束与结构波TM_(01)模的近π模相互作用,在慢波结构区域束波作用产生的TM_(01)模表面波主要转... 设计了一种X波段过模高效率相对论返波管(RBWO),主要结构包括双谐振腔反射器、7周期梯形慢波结构与提取腔。该器件慢波结构的过模比为2.6,电子束与结构波TM_(01)模的近π模相互作用,在慢波结构区域束波作用产生的TM_(01)模表面波主要转化为TM_(02)模的体波,其输出微波的模式主要为TM_(02)模,占比为81%,其余为TM_(01)模。提出一种过模条件下谐振腔反射器的设计思路,结合模式匹配法,优化得到了一种双谐振腔反射器结构,其对TM_(01)模与TM_(02)模的反射系数均大于0.99,可实现过模条件下RBWO慢波结构与二极管区的良好隔离;同时双谐振腔反射器两个谐振腔中的纵向电场可以对电子束进行充分的预调制,将促进慢波结构区域的束波作用,有利于提升效率。通过在慢波结构后端加入提取腔,进一步提升了转换效率。PIC仿真中,在二极管电压900kV,电流14.3kA,得到了6.6GW的输出功率,转换效率约51%。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 过模 谐振反射器
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二极管波过程理论分析 被引量:1
13
作者 霍少飞 陈昌华 +3 位作者 孙钧 宋志敏 宋玮 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2959-2965,共7页
理论分析了二极管磁绝缘传输线(MITL)区阻抗不连续和二极管阻抗随时间的变化对波过程的影响。结果表明:若MITL区电长度远小于入射波脉宽,则二极管前端测得的电压电流幅值反映了阴极处电压、电流,电压与电流的比值由二极管阻抗确定;为加... 理论分析了二极管磁绝缘传输线(MITL)区阻抗不连续和二极管阻抗随时间的变化对波过程的影响。结果表明:若MITL区电长度远小于入射波脉宽,则二极管前端测得的电压电流幅值反映了阴极处电压、电流,电压与电流的比值由二极管阻抗确定;为加快阴极处电压、电流前沿,MITL区各段传输线沿波的传输方向可采用阻抗渐增的方式,且取中间元件的阻抗为其两端元件阻抗的均方根;测点电压、电流前沿在时间上可分为传输、全反射和束流形成阶段;梯形电压波入射下,测点波形前沿全反射阶段电压较传输阶段增长速度倍增,电流为一段平台;实际电压波入射下,测点电压波形前沿为一条不断增长的曲线,电流波形前沿存在振荡。 展开更多
关键词 二极管 波过程 阻抗不连续 阻抗变化 波形特征
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慢波结构参数对同轴相对论返波管线性增长率的影响 被引量:1
14
作者 滕雁 唐传祥 +3 位作者 刘国治 陈昌华 邵浩 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期507-510,共4页
根据线性理论推导同轴相对论返波管色散方程和线性增长率,分别给出了波纹深度和波纹周期改变对于同轴相对论返波管线性增长率的影响规律,发现在一定范围内,减小波纹周期或者增大波纹深度能够降低结构波相速度,获得较大的线性增长率。
关键词 同轴相对论返波管 线性增长率 波纹周期 波纹深度
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X波段高效率速调型相对论返波管研究 被引量:2
15
作者 杨德文 陈昌华 +6 位作者 史彦超 滕雁 范志强 刘文元 宋志敏 孙钧 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第16期66-76,共11页
本文对一种高效率速调型RBWO进行了理论分析和实验研究.通过理论分析,给出两个预调制腔间距的选择依据;提出一种高功率容量的椭圆形提取腔,可使得提取腔内表面场强降低约25%;分析了磁场分布对效率的影响,结果表明:使用特殊设计的引导磁... 本文对一种高效率速调型RBWO进行了理论分析和实验研究.通过理论分析,给出两个预调制腔间距的选择依据;提出一种高功率容量的椭圆形提取腔,可使得提取腔内表面场强降低约25%;分析了磁场分布对效率的影响,结果表明:使用特殊设计的引导磁场,可克服器件转换效率对收集位置的强烈依赖;分析了阴阳极间距对效率的影响,结果表明:随着阴阳极间距增大,器件的最优工作电压降低,并且效率有所提升.在实验中获得X波段微波功率为2.15 GW,脉宽达到25 ns,转换效率为50%(±5%).实验结果与理论和数值模拟结果吻合. 展开更多
关键词 高效率 速调型 相对论返波管 高功率微波
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提高相对论返波管效率和功率容量的粒子模拟研究 被引量:2
16
作者 陈昌华 +1 位作者 史彦超 杨德文 《真空电子技术》 2019年第6期29-36,共8页
本文综述了近10年来在提高相对论返波管效率和功率容量方面开展的系列粒子模拟研究工作。在提高效率方面,主要是采用非均匀慢波结构,增加调制腔、提取腔、预调制腔,采用局部非均匀磁场,在反射器内加脊,优化束波相互作用区前后的反射系... 本文综述了近10年来在提高相对论返波管效率和功率容量方面开展的系列粒子模拟研究工作。在提高效率方面,主要是采用非均匀慢波结构,增加调制腔、提取腔、预调制腔,采用局部非均匀磁场,在反射器内加脊,优化束波相互作用区前后的反射系数等。在提高功率容量方面,主要是采用TM021谐振反射器和提取腔,分布式能量提取,双模工作,组合模工作以及慢波结构局部优化等。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 效率 功率容量 粒子模拟
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Comparative research on three types of coaxial slow wave structures 被引量:2
17
作者 刘国治 陈昌华 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第10期3807-3811,共5页
This paper studies three types of coaxial slow wave structures (SWSs): (1) with ripples on both the inner and outer conductors; (2) with ripples on the outer conductor and smooth on the inner one; and (3) wit... This paper studies three types of coaxial slow wave structures (SWSs): (1) with ripples on both the inner and outer conductors; (2) with ripples on the outer conductor and smooth on the inner one; and (3) with ripples on the inner conductor and smooth on the outer one. The frequencies, coupling impedances, time growth rates and beam-wave interaction efficiencies of the three types of coaxial SWSs are obtained by theoretical analysis. Moreover, the relativistic Ccrenkov generators (RCGs) with the three types of coaxial SWSs are simulated with a fully electromagnetic particle- in-cell code, and the results verify the theoretical analysis. It is proved that the RCG with double-rippled coaxial SWS has the highest conversion efficiency and the shortest starting time. 展开更多
关键词 relativistic Cerenkov generator coaxial slow wave structure dispersion characteristics particle-in-cell simulation
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一种带双预调制腔的速调型相对论返波管
18
作者 陈昌华 张晓微 《现代应用物理》 2013年第2期-,共6页
在外加注入信号的速调型相对论返波管的基础上,通过在注入腔和谐振反射器之间插入两个预调制腔,提出了一种带双预调制腔的速调型相对论返波管.双预调制腔实现了对电子束的预调制,增加了电子束在双间隙提取腔内的一次谐波电流幅度.与外... 在外加注入信号的速调型相对论返波管的基础上,通过在注入腔和谐振反射器之间插入两个预调制腔,提出了一种带双预调制腔的速调型相对论返波管.双预调制腔实现了对电子束的预调制,增加了电子束在双间隙提取腔内的一次谐波电流幅度.与外加注入信号的速调型相对论返波管相比,功率转换效率从48%提高到57%,控制10 GW输出微波相位所需的注入信号功率从10 MW减少到0.8 MW,注入口的泄露功率从120 MW缩小到35 MW. 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 慢波结构 相位控制 预调制
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Effect of longitudinal applied magnetic field on the self-pinched critical current in intense electron beam diode
19
作者 刘国治 黄文华 +1 位作者 邵浩 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第3期600-603,共4页
The effect of applied longitudinal magnetic field on the self-pinched critical current in the intense electron beam diode is discussed. The self-pinched critical current is derived and its validity is tested by numeri... The effect of applied longitudinal magnetic field on the self-pinched critical current in the intense electron beam diode is discussed. The self-pinched critical current is derived and its validity is tested by numerical simulations. The results shows that an applied longitudinal magnetic field tends to increase the self-pinched critical current. Without the effect of anode plasma, the maximal diode current approximately equals the self-pinched critical current with the longitudinal magnetic field applied; when self-pinched occurs, the diode current approaches the self-pinched critical current. 展开更多
关键词 intense electron beam DIODE self-pinched current
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