NVIS en Radio in WW2 Kampf Arnheim Deutsch

 

 

Original source in German, for translation please use the Dutch page http://www.pa3ect.eu/start/nvis-en-radio-in-ww2-battle-arnhem-nederlands//

Hallo Hans,

ich antworte Dir in Deutsch, nur weil es mir leichter fällt als in Englisch (deine Antwort kann aber gerne in Englisch sein, kein Problem). Ich hoffe es geht. Gerne kannst Du diese Dinge von mir auf deiner Homepage verwenden. Es ist ein älterer Vortrag, den ich einmal gehalten hatte. Zum damaligen Zeitpunkt kannten wir alle noch nicht das Antennenanpassgerät, welches zum 15W.S.E.b gehörte und ich hatte noch die Vermutung es sei das Antennenanpassgerät a, welches zu den Bunkerantennenanlagen gehörte. Das Anpassgerät zum 15W.S.E.b kannst Du bei LA6NCA sehen.

Ich beabsichtige darüber in unserer deutschen Gruppe einmal einen Vortrag zu halten, wie dieses Anpassgerät zusammen mit dem 15W.S.E.b gearbeitet hat.

Einen Vortrag über die Panzerfunkanlage FU und wie die Antennenanpassung im Panzer funktioniert hat, hat Arthur Bauer auf seiner Seite eingebaut. Sehe Dir den Vortrag mal an, das war eine interessante technische Lösung. Was keiner bis zu meiner Untersuchung wusste, ist, das die Panzerfunkanlage mit 23 Ohm Antennenanschlussimpedanz gearbeitet hat und die Anpassung mit der Transformation über die Koaxzuleitung und weiteren Anpasselementen vorgenommen wurde.

Wir sollten in Kontakt bleiben, da kann ich Dir sicher das eine oder andere noch zukommen lassen.

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Günter, DJ8CY

 

Antennen / Eigenschaften / Anpassung        

Am Beispiel militärischer Funkanlagen

Günter König

DJ8CY

Trassenheide, 29. April 2005

Vertikale Stabhochantenne für den 15-W-Senderempfänger a oder b

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9-m-Kurbelmast oder 6,25-m-Steckmast mit aufgesteckter 1,4-m-Stabantenne an 7,5 m Zuleitungsdraht

Einfaches oder doppeltes Gegengewicht mit typisch 3 x 6 m Länge

 

 

 

 

 

Vertikale Stabhochantenne für den 15-W-Senderempfänger a oder b

Reichweite 70 km in A1 bzw. 30 km in A3

Rundstrahlcharakteristik

Im vergangenen Jahr hatte ich für diese Antenne mittels EZNEC-Antennensimulation folgende Fußpunkt-Impedanzen für das 80 und 40 m Band ermittelt:

3,7 MHz  Z =   7 – j 670 Ohm

7   MHz  Z = 21 – j 177 Ohm

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Vertikale Stabhochantenne Eine Antenne mit Vor- und Nachteilen

Militärisch einfach zu hand-haben, aber mit eingeschränk-ter Funktion. Bodenwelle.

Senderausgang nicht universell, sondern speziell auf diese Antennenform dimensioniert.

Sender deshalb nur für wenige weitere Antennen verwendbar.

Beispiele: (Antennen mit kap. Blindanteil)

–Einfache, elektrisch kurze Antennen, die von der Anschlussklemme ausgehend unmittelbar verspannt werden (Bunker- oder Deckung)

–Erdantennen

 

 

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Anpassung an 50 Ohm

Die Ausgangsbeschaltung des 15-W.S.E. ist in etwa auf einen realen Abschluss von 15 Ohm dimensioniert und erlaubt keine Variation

Die Blindwertkompensation ist für elektrisch zu kurze Antennen ausgelegt, d.h. es können überwiegend nur kapazitive Blindanteile ausgeglichen werden

Für die Anpassung auf 50-Ohm-Koaxialsysteme hat sich ein 1:4 Ringkern-Transformator bewährt

 

 

 

 

 

 

 

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Schwierigkeiten des Funkverkehrs Ursachen

Probleme mit der Funkreichweite führten Mitte des Krieges zur Ermittlung der Ursachen durch die

„Zentralstelle für Funkberatung“

(Prof. Dr. W. Dieminger)

Ursachen:

–Die Bodenwellenausbreitung ist     stark abhängig von der Geländebeschaffenheit, der Bebauung, des Bewuchs und der Bodenleitfähigkeit.

–Die vertikale Polarisation führt bei Raumwellenausbreitung zu einer größeren toten Zone

Schwierigkeiten des Funkverkehrs Maßnahmen zur Abhilfe

Verwendung von horizontal polarisierten, steil strahlenden Antennen

Entwicklung und Einführung von drei Dipolantennen für den gesamten Frequenzbereich des 15-W.S.E. a oder b

Antenne 1  3000 kHz bis 4940 kHz; Resonanzfrequenz 3490 kHz

Antenne 2  4150 kHz bis 6840 kHz; Resonanzfrequenz 4828 kHz

Antenne 3  5675 kHz bis 7500 kHz; Resonanzfrequenz 6600 kHz

Entwicklung und Einführung des Antennenanpassteil a für den     15-W.S.E. a oder b

Siehe: Druckschrift D 1034/5 „Gebrauchsanleitung für den Antennenanpassteil a für Antennen zur Verbesserung von Kurzwellenverbindungen“ (vom 1.8.1944)

Dipol und seine Einspeisung

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Eindrahtantenne (inverted-L)

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Schrägdrahtantenne

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Antennenanpassteil a für den 15-W.S.E. a oder b

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Hinweis in der Gebrauchsanleitung:

–Das Antennenanpassteil a wurde in erster Linie für den 15 Watt Sender-Empfänger a oder b entwickelt. Es kann aber auch für Sender kleinerer Leistung verwendet werden, deren Antennenkreis ähnlich wie der vom 15-W.S.E. a und b aufgebaut ist, und die einen Frequenzbereich von etwa 3000 – 7500 kHz besitzen.

–(Torn.Fu.a2,b1,c,f oder k)

 

 

 

 

 

 

 

 

Antennenanpassteil a Schaltung

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Das von Werner Thote zur Verfügung gestellte Schaltbild zeigt:

–Das Anpassteil ist nicht universell und arbeitet nur in Verbindung mit den vorstehenden Geräten, die durch ihre Ausgangsbeschaltung kapazitive Blindkomponenten kompensieren können.

–In Kombination ermöglicht es universelle Blindwertkompensation sowie in gewissen Grenzen eine Realwerttransformation.

–Die Bedienungsfunktionen sind leider aus dem Schaltbild nicht abzuleiten.

–Handnotizen von O. Bauer sind eine interessante Ergänzung.

 Notizen O. Bauer, PA0AOB.

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 Fragen zum Antennenanpassteil a

Das Antennenanpassteil a ist mit seiner Einknopf-Bedienung für die vorstehende Problematik eine geniale Lösung.

Offene Fragen sind:

– gab es verschiedene Ausführungen für unterschiedliche Geräte und Leistungen?

Schwierigkeiten auf Seiten der Alliierten

Die Schwierigkeiten der unzureichenden Reichweite mit den gegebenen Kurzwellen- Funkeinrichtungen, deren Vertikalantennen und der Bodenwellenausbreitung führte offensichtlich auch auf alliierter Seite zu Untersuchungen, die jedoch möglicherweise keine ausreichende Berücksichtigung fand.

Eine Betrachtung der von den verschiedenen Nationen eingesetzten Funktechnik zeigt hier Unterschiede, die Anregung für weitere Forschung bietet.

England Operation Market Garden

Mit der Operation Market Garden versuchten die Engländer zwischen dem 17. und 26. September 1944 die Voraussetzung für einen schnellen Vorstoß in das Ruhrgebiet zu schaffen.

Die Operation scheiterte nicht zuletzt an der völlig unzureichenden Vorbereitung, auch auf dem Funksektor!

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Oberkommando Sir Bernhard Montgomery

nCa. 35 000 Soldaten.

Ziel:

–Besetzung und Sicherung aller wichtigen Brücken und Verkehrswege durch Luftlande-Einheiten.

Vorstoß von Infanterie- und Panzerverbänden von Belgien aus über Eindhoven, Nimwegen in Richtung Arnheim.

Obwohl auch die Engländer sich bereits 1943 mit der Funkproblematik in einer wissenschaftlichen Untersuchung beschäftigt hatten, blieben die gewonnenen Erkenntnisse bei der Planung der Operation offensichtlich unberücksichtigt.

Betrachten wir die verwendeten Geräte, die im Frequenzbereich von 1,75 bis 2,9 MHz, 2 bis 8 MHz und 2 bis 12 MHz arbeiteten und ihre Leistungsfähigkeit, sowie die verwendeten kurzen Vertikal-Antennen.

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WS-68P A1/A3 0,25W             1,75-2,9 MHz variabel/ Quarze, 12 ft. (3,6 m) Vertikalantenne ohne Gegengewicht

Manpack, Batteriebetrieb

Reichweite A1 ca. 5-10 Meilen (8-16 km)

Unter den gegebenen Bedingungen weniger als 3 Meilen (5 km) !

 

 

 

 

 

 

 

Operation Market Garden verwendete Funkgeräte

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WS-22  A1/A3   1,5W/1W   2 bis 8 MHz   12 ft. (3,6m) Vertikalantenne, Akkubetrieb

Reichweite A1 ca. 10-20 Meilen (16-32 km)

 

 

 

 

 

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WS-19 A1/A3 12 W 2…8 MHz 12 bis 16ft. (3,6-4,2m) Vertikalantenne u. Gegengewicht

Reichweite ca. 15-25 Meilen (ca. 24-40 km)

 

 

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WS-19HP A1/A3 ca. 30 W 2-8 MHz 12-16ft. (3,6-4,2m) Vertikalantenne u. Gegengewicht

Reichweite ca. 25-35 Meilen (ca. 40-56 km)

Akkubetrieb.

 

WS-76   CW-only   9 W   2-12 MHz Quarzbetrieb, Empfänger R-109. Vertikal- und Horizontalantenne für „Long Range Communication“

Reichweite >300 Meilen (> 500 km)

Es gab große und auch bekannte Probleme mit häufig defekten Quarzen

Irrtümlich falsche Quarzfrequenzen

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WS-76 Sender und R-109 Empfänger

Operation Market Garden Funkprobleme

Die Kommunikation des Corps Commander Browning zu seinen ihm unterstellten Truppen als auch zum Headquarter war während der Schlacht um Arnheim völlig unzureichend, oft gar nicht oder nur marginal gegeben.

Es versagten insbesondere die Verbindungen zu den diversen Luftlandeeinheiten, da diese überwiegend mit den leistungsschwachen WS-68P-Geräten ausgestattet waren.

Die zu überbrückende Entfernung von 10…13 km zu der westlich von Arnheim und die 20 Meilen (32 km) zu der südlich stehenden Gruppe sowie dem dortigen Hauptquartier war bereits zu groß.

Es waren lediglich 2 leistungsstärkere Geräte WS-19 mit im Einsatz und eine Anlage WS-19-HighPower, mit denen die Verbindung zu den Bodentruppen hergestellt werden sollte.

Im Hauptquartier gab es ein WS-76-Set für die Kommunikation mit dem Headquarter in England. Bei diesem Set gab es Frequenz-probleme wegen falsch ausgegebener Quarze.

Die Operation scheiterte nicht alleine an den Funkproblemen.

AORG-Untersuchung NVIS-Operation

Die Funkprobleme waren vorhersehbar und vermeidbar gewesen. Bereits 1943 hatte die „Army Operational Research Group“, Untergruppe 3 (AORG3 „Signals in the Field“) eine eingehende wissenschaftliche Untersuchung vorgenommen.

Es wurde festgestellt, dass die verfügbaren Geräte im Frequenzbereich zwischen 2…12 MHz mit den vorhandenen Vertikalantennen praktisch nur die Bodenwellenausbreitung nutzten und die erreichbaren Entfernungen nur eine oder wenige Meilen betrugen! Die Technik der Geräte war wie auch bei den deutschen Geräten auf kurze Vertikalantennen eingerichtet. Es wurde vorgeschlagen, die Raumwellenausbreitung zu nutzen und einfach zu handhabende Drahtantennen (inverted-L) an den vorhandenen Geräten möglichst ohne weitere Zusätze zu verwenden. In einfachen Anweisungen an die Truppe wurde die Dimensionierung dieser „steil“ strahlenden Antennen bekannt gemacht (Sep. 1943).

Die Aktion ist unter dem Begriff „Near Vertical-Incidence Skywave“, kurz NVIS-Operation bekannt geworden.

NVIS Dokument Inverted-L Antenne

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Die Dimensionierung der Inverted-L-Antenne für die jeweilige Betriebsfrequenz ließ sich leicht mit Hilfe des Diagramms ermitteln.

Damit mit den vorhandenen Geräten eine Anpassung möglich war, wurde eine kapazitiv belastete Eingangsimpedanz, wie sie bei kurzen Vertikalantennen gegeben ist, über die richtige Festlegung der Gesamtlänge der Antenne erreicht.

Wenn dies nicht möglich war, wurde durch Zwischenschaltung eines Serienkondensators (Drehkondensator) die Gesamtanordnung in den kapazitiven Bereich gestimmt.

NVIS Near Vertical-Incidence Skywave

Wie auf deutscher Seite von der „Zentralstelle für Funkberatung“ untersucht, kam auch die AORG zu dem Ergebnis, dass im Frequenzbereich zwischen 2 bis 12 MHz die Funkübertragung im Entfernungsbereich von >10 km bis zu 200…250 km durch den Einsatz von „steil“ strahlenden Antennen entscheidend verbessert oder sogar erst ermöglicht wird.

USA

Interessant unter den vorgetragenen Gesichtspunkten ist die US-amerikanische Funktechnik während des zweiten Weltkrieges, die aufzeigt welchen hohen technologischen und funktechnischen Wissensstand es dort gab.

Die US-amerikanische Funkindustrie hatte vor dem Krieg keinen mit Deutschland vergleichbaren Stand, sondern verteilte sich auf wenige Großkonzerne und sehr viele kleine, dafür aber äußerst innovative Firmen, die z.B. Produkte für Funkamateure und andere Funkinteressierte herstellten.

Beispielsweise sei hier auf die Entwicklung der Quarztechnologie sowie die Funkgerätehersteller Hammarlund, Hallicrafters, National, Collins etc. verwiesen.

Die sehr freiheitliche Entwicklung des Rundfunks, bereits Anfang der 20er Jahre des vergangenen Jahrhunderts beginnend, hatte dazu beigetragen, dass die Bauteileindustrie ein großes Angebot an preiswerten Elektronikbauteilen anbot und es zahlreiche Radiogerätehersteller gab.

USA Funkgeräte

Bei den militärischen Funkgeräten wurden im Gegensatz zu der Entwicklung in England die taktischen und funktechnischen Erfordernisse deutlich stärker berücksichtigt.

Merkmale:

–Flugfunk im VHF-Bereich 100…156 MHz

–Infanterie/Artillerie/Panzer 20…50 MHz, Frequenzmodulation

–Kommunikation auf höherer Ebene, auch zwischen Land-, See- und Luftstreitkräften erfolgte vornehmlich im Kurzwellenbereich zwischen 2…12 MHz in A1, A2, A3 und F1.

Gerätetechnologie, kaum abweichend von den Merkmalen der Rundfunkgeräte und Amateurfunkgeräte.

Die Funkgeräteentwicklung setzte im wesentlichen und in ihrer Vielfalt erst mit Ausbruch des Krieges in Europa ein und führte sehr schnell zur Großserienfertigung.

Der Technologieanschluss an die RADAR- , SONAR- und sonstige Elektronikentwicklung erfolgte ohne erkennbare Verzögerung und übertraf noch während des Krieges den Stand in Europa.

USA BC-1306

Als passendes Beispiel zu der hier dargestellten Thematik nenne ich den kleinen und vielseitigen Kurzwellen-Senderempfänger BC-1306, der als Parallelgerät, eventuell auch als Nachfolger des Infanterie-Kurzwellengerätes BC-654 im Jahre 1942 heraus kam.

Frequenzbereich 3,8 … 6,5 MHz

Leistung maximal 25 W in A1, maximal 8,5 W in A2 und A3

5m Vertikalantenne für den Mobilbetrieb oder auf kurze Felddistanzen

Inverted-L Drahtantenne für Distanzen >10 km

Stromversorgung wahlweise Handkurbelgenerator und Empfängerbatterie oder 6-, 12-, 24-Volt Akku mit Zerhacker

Der wohl bekannteste Gerätenachfolger nach dem zweiten Weltkrieg heißt GRC-9 .

Universelle Verwendung beim Heer, den Luftstreitkräften und der Marine:

–Ursprünglich als Feldfunkstation für Luftlandetruppen, den so genannten „Special Forces“, entwickelt und somit klein und leicht, mit allem Zubehör in Rucksäcken auf 3…4 Mann verteilt tragbar. Vielseitige und unabhängige Stromversorgung aus Batterien, Handkurbelgenerator oder kleinem, auf dem Rücken tragbaren Benzinaggregat.

–Wurde für den Fahrzeugeinbau mit einer universellen Zerhackerstromversorgung 6-/ 12-/ 24-Volt, Fahrzeug- Gerätehalterung und Fahrzeugantenne ergänzt.

–Für Feldstationen: Ergänzung mit 12m Steckmasten. Wahlweise Dipol, Inverted-L oder Vertikalantenne.

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ANTENNA GROUPS AN/GRA-4

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Damit die Senderauskopplung bei den vorhandenen und nicht veränderbaren Funkgeräten möglich war, wurde auch bei den GRA-4-Antennen ein in Serie zu schaltender Dreh-kondensator mitgeliefert.

Die Abstimmung erfolgte auf maximale Helligkeit an einer Glimmlampe. Letztlich wurde auch hier die resultierende Impedanz in den kapazitiven Bereich geschoben.
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Italien

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Von sehr großem Interesse in diesem Zusammenhang sind ungewöhnliche Bilder von Infanteriefunkgeräten der italienischen Truppen, die durch ihre relativ kleinen Ringantennen auffallen.

Sollten die Italiener das Problem der zu geringen Bodenwellenreich-weite gekannt und bereits vor dem Krieg gelöst haben, obwohl sowohl bei den deutschen als auch den alliierten Truppen dies erst relativ spät während des Krieges erkannt wurde?

Oder gibt es eine andere Erklärung?

 

 

 

 

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Tatsache ist, dass die abgebildeten Geräte im Kurzwellenbereich zwischen 2 bis ca. 4 MHz angesiedelt waren. Es gab mehrere unterschiedliche Geräte, die alle über geschlossene Antennenringe verfügten. Nähere Angaben zu den Geräten und deren technische Daten können bei Werner Thote erfragt werden.

 

 

 

Italien Magnetantenne

Es handelt sich bei dieser für die damalige Zeit ungewöhnlichen Antennenform um magnetisch erregte Antennen, die mechanisch mit dem Gerätekörper verbunden waren und über einen im Sender befindlichen Drehkondensator unmittelbar auf Resonanz abgestimmt wurden. Der Gesamtantennenwirkungsgrad ist dabei nicht nennenswert schlechter als bei kurzen, elektrisch erregten Vertikalantennen im gleichen Frequenzbereich.

Die erzeugten vertikal orientierten magnetischen Feldlinien führen überraschenderweise zu einer Steilstrahlung (NVIS), also Raumwellenausbreitung.

These:

Möglicherweise wurde bei der Entwicklung der Infanterie-Funktechnik in Italien nach dem ersten Weltkrieg von einem ähnlichen zukünftigen Kriegszenario ausgegangen, z. B. Kriegshandlungen in den Alpen. Die Erprobung der ersten Geräte mit Vertikalantennen zeigte dann mit Sicherheit, dass es nahezu unmöglich war, damit von „Tal zu Tal“ zu kommunizieren. Die Nutzung der Raumwelle zur Lösung des Problems war sicher schneller gefunden, als einen technischen Weg zu finden, wie mit einer kleinen Antenne eine senkrechte Abstrahlung erreicht werden kann. Die Lösung war und ist die magnetisch erregte Rahmenantenne. Ganz unbekannt war die magnetische Rahmenantenne auch damals nicht. Es gibt Abbildungen von Kurzwellen-Feldfunkanlagen aus den USA um 1935, die mit kleinen magnetischen Rahmenantennen ausgestattet waren.

Zwei Jahrzehnte später NVIS neu entdeckt

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Funkprobleme im Vietnamkrieg brachten das Thema „Near Vertical-Incidence Skywave“ wieder in Erinnerung, und heute finden sich sogar im militärischen Bereich mobile Lösungen, die wiederum mit magn. Antennen arbeiten.

 

 

 

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NVIS heute

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Danksagung

Ich bedanke mich bei allen herzlich für die Aufmerksamkeit, die vielen Anregungen, Informationen und die Beistellung von Unterlagen, insbesondere bei:

–Conrad von Sengbusch, DJ2DK

–Jon Dombrowsky, DJ8WV

–Werner Thote, DL1VHF

–Hubert Drews, DL7DH

–Dietmar Schröer, DL7HZ

–Dieter Mösch, DL7KB

Literatur:

–D 1025/1: „15 Watt Sender-Empfänger a, 15 Watt Sender-Empfänger b,     Prüfgerät SE 15b“

–Günter König: „Die Antenne des 15-W.S.E.b und ihre komplexe Anpassung“ Vortragsmanuskript Trassenheide 2004

–D 1034/5: „Gebrauchsanleitung für den Antennenanpassteil a“

–Fritz Trenkle: „Die deutschen Funknachrichtenanlagen bis 1945“ Band 2           „Der Zweite Weltkrieg“

–B.A. Austin: „Evolution of near vertical incidence skywave communication and the Battle of Arnheim“ IEE Proc. SCI. Meas. Technol. Vol. 149, No. 2, March 2002

–B.A. Austin: „Near vertical incidence skywaves in World War II“ HF Radio Systems and Techniques, Conference Publication No. 474 IEE 2000

–Louis Meulstee: „Wireless for the Warrior“ Volume 1, 2 & 3

–War Department Technical Manual TM 11-230C: „RADIO SET SCR-694-C“         (BC-1306)

–Janusz Piekalkiewicz: “ Rommel und die Geheimdienste in Nordafrika 1941-1943“

–Horst Kalweit: „Kleine Half-Loop-Antennen“ Soldat und Technik/April 2004

 

 

 

 

 

 

 

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