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Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 1 ���� Impedância Generalizada em situações especiais: Z z ` a = η1 η2@ jη1 tg βz b c η1@ jη2 tg βz b cfffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff H LLJ I MMK 1) O meio de reflexão é sem perdas (σ = 0, α = 0) e o de transmissão é condutor perfeito (σ = ∞): mas η2 = 0, então vai resultar em: Z z ` a =@ jη1 tg βz b c OBS.: Z @ d` a=@ jη1 tg @βd b c = jη1 tg βd b c imaginário puro ≡ reatância capacitiva ou indutiva X C = 1 ωc ffffffff Q ZC = 1 jωC fffffffffffffff X L = ωLQ ZL = jωL Z = + jXQ X L Z =@ jXQ X C 2) O meio de reflexão é sem perdas (σ = 0, α = 0) e o de transmissão apresenta η2 >> η1: Z z ` a = η1 1 @ jtg βz b cfffffffffffffffffffffffffffffffhj i k � Z z ` a = η1 jcotg βz b c ���� Grade Condutora: E x HY fffffffff =@ EY H X fffffffffff (incidência normal) � Onda Incidente: Ejjjjjjn= E+ A e@ jβz ax^ Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 2 Hjjjjjjjjjjn= E+ηffffffffA e@ jβz ay^ � Onda Refletida: E @ = ΓL AE @ A e+ jβz ax^ Hjjjjjjjjjjn=@ΓLηffffffffAE@ A e+ jβz ay^ � Onda Transmitida: Ejjjjjjn= τ AE+ A e@ jβz ax^ τ = 1 + Γ L Hjjjjjjjjjjn= τ AE+ηfffffffffffffffffA e@ jβz ay^ E+ x d H+ •••• H- •••• z E- + y d < 110 fffffffλ Q para reflexão total da polarização V d > 110 fffffffλ Q para transmissão total Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 3 Polarização em x ���� reflete Polarização em y ���� transmite ���� Perda de Retorno (Return Loss): R L = 10 A log P i P r fffffffff g , onde P i = potência incidente e P r = potência refletida � se Pr = 0 � não há reflexão � RL = ∞dB � se Pi = Pr � reflexão total � RL = 0dB 0 < RL < ∞ à medida que ∞ > SWR > 1 ���� Coeficiente de Reflexão de Potência: Γ LP = |Γ L | 2 = P r P i ffffffff = α |E @ | |E + | ffffffffffffffhj i k 2 ���� Perda de Descasamento (ou de reflexão): PddB = 10 A log P i P i@P r ffffffffffffffffffffffffhj i k= 10 A logP i@ 10 A log P i@P rb c potência absorvida � Pr = 0 � não há reflexão � Pd = 0dB � Pr = Pi � reflexão total � Pd = ∞dB Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 4 ���� Meios de reflexão com perdas: 1 2 z α ≠ 0, σ ≠ 0 O1 O2 Γ L é o coeficiente de reflexão na fronteira Γ z ` a = Γ L A e2γz , onde γ = α + jβ , então: Γ z ` a = Γ L A e2αz A e j2βz , onde e2αz é o fator de fase e e j2βz é o fator de atenuação Como, no meio 1, z é NEGATIVO � Γ @ d ` a = ΓL A e@ 2αd A e@ j2βd Assim, à medida que nos afastamos da fronteira, o coeficiente de reflexão vai caindo com a distância. ���� Incidência Oblíqua de OPU: ���� Considerações: 1) Os meios são considerados dielétricos sem perdas (σ1 = σ2 = 0); 2) Os 2 meios são de permeabilidades iguais (µ1 = µ2 = 0). Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 5 ���� Polarização perpendicular (⊥⊥⊥⊥), horizontal ou polarização E: E⊥⊥⊥⊥r H⊥⊥⊥⊥r meio 1 E⊥⊥⊥⊥t meio 2 σ = 0 x µ1, ε1 H⊥⊥⊥⊥t pr pt θθθθr θθθθt z θθθθi pi H⊥⊥⊥⊥i E⊥⊥⊥⊥i ���� Polarização paralela (//), vertical ou polarização H: H//r meio 1 E//t H//t meio2 σ = 0 x µ1, ε1 E//r pr pt θθθθr θθθθt z θθθθi pi E//i H//i Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 6 ���� Na fronteira, onde z = x = 0, tem-se: pi A cosθi@ pr A cosθr = p t A cosθ t pijjjjjjjjjjjjn= 12ffff E i LLL MMM2 η1 ffffffffffffffff cos 2 ωt ` a ar i^ prjjjjjjjjjjjjjjn= 12ffff E r LLL MMM2 η1 ffffffffffffffff cos 2 ωt ` a ar r^ , onde:E r = Γ AE i ptjjjjjjjjjjjjn= 12ffff E t LLL MMM2 η2 fffffffffffffffff cos 2 ωt ` a ar t^ , onde:E t = Τ AE i pjjjjn= E t` ajjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjnB H t` ajjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn sn= 12ffffRe EjjjjjjjjjjnB H Cjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn R S ���� Aplicando esses valores acima à equação logo abaixo do desenho,temos que: 1 η1 ffffffE iLLL MMM2 A cosθi@ E rLLL MMM2A cosθr D E = 1 η2 ffffffE tLLL MMM2A cosθ t D E Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 7 2 D θθθθi B pi θθθθr θθθθi θθθθr θθθθi θθθθr 1 x A C θθθθt pt θθθθt z Num determinado intervalo de tempo ∆t, enquanto o raio 1 percorre AB ffffffffff , o raio 2 percorre CD ffffffffff . Assim, ∆t = AB ffffffffff v1 fffffffffff PQ ∆t = CD v1 ffffffffffffffffffffffff [ AB fffffffffff = CD fffffffffff N senθr = AC fffffffffff AC fffffffffffffffffffffff e senθi = AC fffffffffff CD ffffffffffffffffffffff senθr AC ffffffffffffffffffffffffffff = 1 AB fffffffffffffffffffff Aplicando N, temos: senθr AC ffffffffffffffffffffffffffff = senθi AC fffffffffffffffffffffffffff[ senθr = senθi[ θr = θi senθi AC fffffffffffffffffffffffffff = 1 CD fffffffffffffffffffff ���� Lei de Snell da Reflexão: θr = θi Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 8 ���� Lei de Snell da Refração: senθi senθ t ffffffffffffffffff = 1 µε1 ffffffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww 1 µε2 ffffffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww fffffffffffffffff h llllllj i mmmmmmk= ε2 ε1 ffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww= v1 v2 ffffff = n1 n2 fffffff � Voltando à equação das potências: E i LLL MMM2 η1 ffffffffffffff A cosθi@ E r LLL MMM2 η1 fffffffffffffff A cosθr = E t LLL MMM2 η2 ffffffffffffff A cosθt ÷ E i LLL MMM2 η1 ffffffffffffff A cosθi h lj i mk � cosθi η1 ffffffffffffffffE iLLL MMM2@ E rLLL MMM2D E= 1η2 ffffffE tLLL MMM2 A cosθt D � 1@ E r E i fffffffffLLLLLL MMMMMM 2 h lj i mk= E t E i ffffffffffLLLLLL MMMMMM 2 A η1 η2 ffffff A cosθ t cosθi fffffffffffffffff , onde: η1 η2 ffffff = µ ε1 ffffffrwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww µ ε2 ffffffrwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww ffffffffffffff h llllj i mmmmk= ε2 ε1 ffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww Caso A) Polarização ⊥⊥⊥⊥ (ΓΓΓΓ⊥⊥⊥⊥, ΤΤΤΤ⊥⊥⊥⊥) As componentes de E⊥ estão // à fronteira � E?i + E?r = E?t , se dividirmos tudo por E?i : � 1 + E? r E? i fffffffff = E? t E? i fffffffff � Τ ? = 1 + Γ ? Fazendo manipulações matemáticas, chegamos à fórmula do Γ1: Γ ? = cosθi@ ε2 ε1 ffffffrwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwA cosθt cosθi + ε2 ε1 ffffff A cosθtrwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff Manipulando mais ainda e lembrando que: cosθt = 1@ ε1 ε2 fffffff g A sen2 θi vuut wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww , teremos: Γ ? = cosθi@ ε2 ε1 ffffff @ sen2 θir wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww cosθi + ε2 ε1 ffffff @ sen2 θir wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwfffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 9 Caso Especial 1: ε1 = ε2[Γ? = 0[ Transmissão total, não ocorre reflexão não existe diferença de fase b entre os meios a Caso Especial 2: ε2 ε1 ffffff>sen2 θi[ Γ? = cosθi@Acosθi + A fffffffffffffffffffffffffffff , A é Real, @ 1 < Γ ? < 1, 0 <Τ ? < 2[ existe reflexão para o 1º meio e transmissão para o 2º meio Caso Especial 3: ε2 ε1 ffffff = sen2 θ1[ Γ? = 1 = E? r E? i fffffffff [ Transmissão total e reflexão sem inversão de fase[ Τ ? = 1 + Γ ? = 2 � θt = pi 2 fffff Então, a onda transmitida está paralela ao eixo x, é dita ONDA SUPERFICIAL. O ângulo de incidência onde ocorre a transmissão de uma onda superficial é dito ÂNGULO CRÍTICO. θi C = arcsen ε2 ε1 ffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww Caso Especial 4: ε2 ε1 ffffff< sen2 θi , θi > θi C[ Γ? = B ∠ φB ∠@ φfffffffffffffffffffffffff= 1 A e j2φ[ exsite refletida Sobre a transmitida: s t @ = 1 2 fff ax^ A senθt A T ? AE0 LLL MMM2 η2 fffffffffffffffffffffffffffff A e @ 2β2 z sen2 θi A ε1 ε2 ffffffff @ 1s wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwHLJ I MK é válido para θi ≥ θi CQ existe na pol A ? s t ? jjjjjjjjjjjjjjjjjjn = Τ ? AE0 LLL MMM2 η2 fffffffffffffffffffffffffffff A ε1 ε2 ffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwA senθi A e@ 2αe z ax^ , onde: α e = α efetivo =β2A sen2 θi A ε1ε2 ffffff @ 1s wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 10 Caso B) Polarização // (H// fronteira) Condição de contorno para E tg : E paralela i A cosθi b c + E paralela r A cosθr = E paralelat A cosθt Γ paralela = ε2 ε1 ffffff @ sen2 θir wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww@ ε2 ε1 ffffff A cosθi ε2 ε1 ffffff @ sen2 θir wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww + ε2 ε1 ffffff A cosθi fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff Caso Especial 1: ε2 ε1 ffffff = sen2 θi[ Γ paralela =@ 1[Τ paralela = 0[ não há transmissão para o meio 2 Neste caso, θi não tem um nome específico, chamamos na sala de ângulo de Leni: θi L = arcsen ε2 ε1 ffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww Caso Especial 2: ε2 >ε1[ Γ paralela = Real@X Real + X fffffffffffffffffffffffffffff [ existe e, portanto,Τ paralela = 1 + Γ paralela existe também, ocorrendo tanto a transmissão, quanto a reflexão da OPU Caso Especial 3: ε2 ε1 ffffff A cosθi = ε2 ε1 ffffff @ sen2 θis wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww [ Γ paralela = 0 Não ocorre reflexão e a OPU é totalmente transmitida para o meio 2. Neste caso, o ângulo de incidência é conhecido como ângulo de BREWSTER: θi B = arccos ε1 ε1 + ε2 ffffffffffffffffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww= arctg ε2 ε1 ffffffswwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww= arcsen 1 1 + ε1 ε2 ffffffffffffffffffffffff vuuut wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww Caso Especial 4: ε2 ε1 ffffff< sen2 θi[Γ paralela = 1 A e jφ[ existe reflexão e transmissão Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 11 sen2 θi sen2 θt fffffffffffffffffffff = ε1 ε2 ffffff , senθt > 1 OBS.: Se o meio de transmissão em incidência oblíqua é um bom condutor σ ωε fffffffffd e>> 1 , verifica-se que Γ paralelat@ 1 e Γ?t@ 1 , isto é, praticamente ocorre reflexão total das componentes de campo // e ⊥⊥⊥⊥ ���� Características de Polarização na reflexão oblíqua: A polarização de uma onda em incidência oblíqua pode ser diferenciada da refletida e transmitida, dependendo das características dos meios e do ângulo de incidência. Caso A: Para a onda incidente: E t ijjjjjjjjjjjjjjn = E? ijjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn+ E paralelaijjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn= EHijjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn+ EVijjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn E? i = EH i A e j ωt@ βr + δb c E paralela i = EV i A e j ωt@ βrb c ξ paralelai = EVi A cos ωt@βr b c ξ ? i = EH i A cos ωt@βr + δ b c δ = 0 ou δ = pi [ polarização linear δ =F pi2 fffff [ EH i = EV i [ PCQDQ negativo PCQ EQ positivo EH i ≠ EV i [ PEQDQ negativo PEQEQ positivo δ ≠ 0 ou δ ≠ pi ou δ ≠ pi2 fffff [ PEQD PEQE Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 12 Caso B: Para a onda refletida: E t rjjjjjjjjjjjjjjjjn = E paralela rjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn + E? rjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn ξ paralelar |r = 0 = Γ paralela LLL MMMAEVi A cos ωt + φ paralela + pi b c ξ ? r | r = 0 = Γ? LLL MMMAEHi A cos ωt + δ + φ? b c θadr = ∠ E?r b c @∠ E paralel r b c = φ ? + δ @ φ paralela + pi b c [ θadr = φ?@φ paralela + δ @pi ,onde: δ = adiantamento da componente ⊥ em relação à //, da onda incidente θadr = 0 ou θadr = pi [ polarização linear θadr =F pi 2 fffff [ Γ paralela LLL MMMAEVi = Γ?LLL MMMAEHi [ PCQDQ negativo PCQ EQ positivo Γ paralela LLL MMMAEVi ≠ Γ?LLL MMMAEHi [ PEQDQ negativo PEQEQ positivo θadr ≠ 0 ouθadr ≠ pi ouθadr ≠F pi 2 fffff [ PEQD PEQE Caso C: Para a onda transmitida: E t tjjjjjjjjjjjjjjn = E paralela tjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn + E? tjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn ξ paralelat |r = 0 = Τ paralela LLL MMMAEVi A cos ωt + ϕ paralela b c ξ ? t | r = 0 = Γ? LLL MMMAEHi A cos ωt + δ + ϕ? b c θadt = ∠ E?t b c @∠ E paralela t b c = ϕ ? + δ @ϕ paralela[ θad t = ϕ ? @ϕ paralela + δ Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 13 θadt = 0 ou θadt = pi [ polarização linear θadt =F pi 2 fffff [ Τ paralela LLL MMMAEVi = Τ?LLL MMMAEHi [ PCQDQ negativo PCQ EQ positivo Τ paralela LLL MMMAEVi ≠ Τ?LLL MMMAEHi [ PEQDQ negativo PEQEQ positivo θadt ≠ 0 ouθadt ≠ pi ouθadt ≠F pi 2 fffff [ PEQD PEQ E ���� Expressões dos Campos e densidades de potência em incidência oblíqua: a) Polarização Paralela a.1) incidente s paralela ijjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn = 1 2 ffffE paralelai LLLL MMMM2 η1 fffffffffffffffffffffffffffffff az^ cosθi + ax^ senθi b c [ s paralela i = 1 2 ffffE paralelai LLLL MMMM2 η1 fffffffffffffffffffffffffffffff a.2) refletida s paralela rjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn = 1 2 ffffΓ paralela AE paralelai LLLL MMMM2 η1 fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff @ az^ cosθi + ax^ senθi b c [ s paralela r = 1 2 ffffΓ paralela AE paralelai LLLL MMMM2 η1 fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff a.3) transmitida s paralela tjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjn = 1 2 ffffΤ paralela AE paralelai LLLL MMMM2 η2 ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff az^ cosθ t + ax^ senθ t b c [ s paralela t = 1 2 ffffΤ paralela AE paralelai LLLL MMMM2 η2 ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff b) Polarização Perpendicular b.1) incidente s? ijjjjjjjjjjjjjjn = 1 2 ffffE ?iLLL MMM2 η1 fffffffffffffffff az^ cosθi + ax^ senθi b c [ s? i = 1 2 ffffE ?iLLL MMM2 η1 fffffffffffffffff Eletromagnetismo III – P2 – Profa. Leni – Aluno: Bernardo Cretton Vieira 14 b.2) refletida s? rjjjjjjjjjjjjjjn = 1 2 ffffΓ? AE ?i LLLL MMMM2 η1 ffffffffffffffffffffffffffffffff @ az^ cosθr + ax^ senθr b c [ s? r = 1 2 ffffΓ? AE ?i LLLL MMMM2 η1 ffffffffffffffffffffffffffffffff b.3) transmitida s? tjjjjjjjjjjjjjjn = 1 2 ffffΤ? AE ?i LLLL MMMM2 η2 fffffffffffffffffffffffffffffff az^ cosθ t + ax^ senθ t b c [ s? t = 1 2 ffffΤ? AE ?i LLLL MMMM2 η2 fffffffffffffffffffffffffffffff
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