CN111106452A - 天线阵列、fpc及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线阵列、FPC及电子设备，其中，天线阵列包括天线馈点、第一天线走线、第二天线走线以及滤波器；其中，第一天线走线和第二天线走线通过滤波器连接；天线馈点与第一天线走线连接；滤波器位于距离天线馈点的预定范围内；第一天线走线的工作频段为第一频段，第二天线走线的工作频段为第二频段；滤波器用于滤除第一频段中第三频段，使所述第二频段通过。本发明能够在现有4G天线阵列基础上添加滤波器，在对4G天线阵列改动较小的情况下满足其天线同时支持两种频段信号的需求，解决了现有技术中电子设备的天线不能实现既能支持一种频段信号，又能支持另一种频段信号的问题，避免了4G天线走线和5G天线走线之间的相互影响。

Description

天线阵列、FPC及电子设备
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种天线阵列、FPC及电子设备。
背景技术
近年来，全球信息通信产业移动化、宽带化和智能化的发展趋势日益明显。随着传统工业和互联网的融合以及物联网的蓬勃发展，无线数据流量快速增长。移动通信的发展给社会生活带来了巨大的变化，同时移动通信还是极具辐射性和带动性的产业，已经成为经济增长的新引擎。
从第一代移动通信到第五代移动通信的演进，三十载浮沉展现了波澜壮阔的移动通信史。5G(the 5th Generation wireless systems)是在第4G(the 4th Generationwireless systems long term evolution)之后面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。根据移动通信的发展规律，5G将具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高了一个量级或者更高，其天线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。5G移动通信将其他无线移动通信技术密切结合，构成新一代功能强大的移动信息网络，以满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发展需求。5G作为一种新型网络，不仅可以提升目前的移动宽带服务，还可以将移动网络扩展，支持海量终端和服务，以及连接新的行业，并且性能更佳、效率更高且成本更低。5G将重新定义众多提供互联服务的行业，包括从零售到教育，从交通运输到娱乐以及其间的所有行业。
天线作为移动通信系统的感知器官在通信系统中的地位越来越复杂，并且作用也越来越重要。天线是发射和接收电磁波重要的无线电设备，在无线电系统中，由发射端的发射机将射频信号通过馈线(电缆)输出至发射端天线，由发射端天线将这些信号以电磁波的形式发射出去，由接收端的天线接收该信号，再经过馈线发送至接收端的接收机。随着移动通信从2G、3G、4G到5G的不断发展，移动通信天线也经历了从单极化天线、双极化天线到智能天线、MIMO天线乃至大规模阵列天线的发展历程。
任何新旧科技的更替，都会出现兼容性的问题，由3G、4G向5G无线通信的过渡也是一样的。由于受限于频段资源之间的干扰，在实际组网之前需要考虑5G系统与之前4G系统、3G系统之间的共存问题，否则可能会出现5G系统对之前4G系统、3G系统造成较大的干扰，或者4G系统、3G系统对新增的5G系统造成较大的干扰的现象。在这一过渡过程中需要克服的一个障碍是在一个电子设备中包含新的天线，这种天线既可以支持5G系统的毫米波信号，同时支持由4G系统传输的较长波长的信号。
因此，如何使电子设备中的天线既能支持一种频段信号例如5G信号，又能支持另一种频段信号例如4G信号，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种天线阵列、FPC及电子设备，以解决现有技术中电子设备中的天线不能实现既能支持一种频段信号，又能支持另一种频段信号的问题。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明第一方面，提供了一种天线阵列，包括：天线馈点(1)、第一天线走线(2)、第二天线走线(3)以及滤波器(4)；其中，所述第一天线走线(2)和所述第二天线走线(3)通过所述滤波器(4)连接；所述天线馈点(1)与所述第一天线走线(2)连接；所述滤波器(4)位于距离所述天线馈点(1)的预定范围内；所述第一天线走线(2)的工作频段为第一频段，所述第二天线走线(3)的工作频段为第二频段；所述滤波器(4)用于滤除所述第一频段中第三频段，使所述第二频段通过。
可选地，天线阵列包括：所述滤波器(4)为低通滤波器或者为高通滤波器。
可选地，所述天线阵列还包括天线调谐器(7)，所述天线调谐器(7)与所述第二天线走线(3)连接；所述第一频段包含所述第二频段，所述滤波器(4)为低通滤波器，所述第二频段低于所述第三频段。
可选地，所述第二频段为4G频段，所述第三频段为5G频段。
可选地，所述天线阵列还包括天线调谐器(7’)，所述天线调谐器(7’)与所述第二天线走线(3)连接；所述第一频段包含所述第二频段，所述滤波器(4)为高通滤波器，所述第二频段高于所述第三频段。
可选地，所述第二频段为5G频段，所述第三频段为4G频段。
本发明第二方面，提供了一种FPC，包括上述第一方面中任一所述的天线阵列。
本发明第三方面，提供了一种电子设备，包括上述第二方面所述的FPC。
可选地，所述电子设备包括移动终端或者基站。
可选地，所述电子设备包括移动终端时，所述天线阵列位于所述移动终端的顶部、底部或左右两侧。
本发明实施例技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种天线阵列、FPC及电子设备，其中，天线阵列包括天线馈点、第一天线走线、第二天线走线以及滤波器；其中，第一天线走线和第二天线走线通过滤波器连接；天线馈点与第一天线走线连接；滤波器位于距离天线馈点的预定范围内；第一天线走线的工作频段为第一频段，第二天线走线的工作频段为第二频段；滤波器用于滤除第一频段中第三频段，使所述第二频段通过。以4G和5G复合天线为例，本发明实施例在现有FPC板的4G天线阵列基础上直接添加滤波器，天线结构紧凑，加工过程简单且成品率较高，降低了FPC天线的成本，在对4G天线阵列改动较小的情况下满足其天线同时支持两种频段信号的需求，解决了现有技术中电子设备的天线不能实现既能支持一种频段信号，又能支持另一种频段信号的问题，避免了4G天线走线和5G天线走线之间的相互影响。而且可以广泛应用于内部空间受限的电子设备中，便于相应电子设备大规模地推广和应用，从而有利于实现4G到5G的平稳过渡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明应用于一种无线通信网络；
图2是根据本发明实施例的天线阵列示意图；
图3是根据本发明实施例的另一天线阵列示意图；
图4是根据本发明实施例的另一天线阵列示意图。
主要附图标记说明：
11、蜂窝小区；12、基站；13、移动终端；14、卫星导航系统；15、移动交换中心；16、公共交换电话网络；17、路由器；
1、天线馈点；2、第一天线走线；3、第二天线走线；4、滤波器；
5、低通滤波器；6、高通滤波器；
7、天线调谐器；
7’、天线调谐器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对一种天线阵列、FPC及电子设备中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
请参阅图1，图1是本发明应用于一种无线通信网络，该网络可以包括多个蜂窝小区11，蜂窝小区11包括基站12和移动终端13。该网络可以采用各种通信协议或标准来进行语音通信以及数据通信。移动终端13可以在该网络中通信，同时移动终端装置3也可以与卫星导航系统14(如全球定位系统(Global Positioning System，简称为GPS)、北斗、全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，简称为GLONASS等)进行通信，该移动终端13可以与移动交换中心15(mobile telephone switching center，简称为MSC)通信，可以与公共交换电话网络16(Public Switched Telephone Network，简称为PSTN)通信，也可以通过移动交换中心15或公共交换电话网络16与其他移动终端通信，同时也可以与路由器17进行数据交换，基站12也可以通过特定的信道与该移动终端13进行通信。
由于5G系统既包括新的无线传输技术，也包括现有的各种无线接入技术的后续演进，5G系统必然是将多种无线接入技术，例如5G、4G、通用移动通信系统(universal mobiletelecommunications system,简称为UMTS)和WiFi融合、协同的多制式共存的异构网络，尤其需要实现各代移动通信系统天线之间的复合使用问题。
面对上述问题，本发明实施例提供了一种如图2所示的天线阵列，该天线阵列可以应用于例如：个人计算机(PC)、台式计算机、移动计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机，超极本TM计算机、服务器计算机、手持计算机、手持设备、个人数字助理(PDA)设备、手持PDA设备、车载设备、移动或便携式设备、基站等具备无线通信功能的电子设备。天线可以包括一个或多个天线元件、组件、单元、部件和/或阵列的任何合适的配置、结构和/或布置。在一些实施例中，天线可以使用单独的发射和接收天线元件实现发射和接收功能。在一些实施例中，天线可以使用共用和/或集成的发射/接收元件实现发射和接收功能。天线例如可以包括相控阵列天线、单元件天线、一组波束转换天线和/或类似物。
需要说明的是，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图2，图2是根据本发明实施例的天线阵列示意图，天线阵列包括天线馈点1、第一天线走线2、第二天线走线3以及滤波器4。第一天线走线2和第二天线走线3通过滤波器4连接，第一天线走线2和第二天线走线3可以设计为从馈点开始的一条走线，无旁路无分支。关于走线与滤波器的连接方式，在一个可选实施例中，滤波器器件可直接焊接在天线FPC上，工艺简单，并且比焊接在PCB上损耗更小。
天线馈点1与第一天线走线2连接，滤波器4位于距离该天线馈点1的预定范围内，在一个可选实施例中，滤波器4位于从天线馈点1开始10-15mm的位置，本领域技术人员应当知晓，由于天线阵列结构的不同会导致以上数据的变化，根据实现相应的响应谐振所需的走线长度灵活选择即可，任何显而易见的数据变化均在本实施例的保护范围之内。
第一天线走线2的工作频段为第一频段，第二天线走线3的工作频段为第二频段，滤波器4用于滤除第一频段中第三频段，使第二频段通过。第一天线走线2和第二天线走线3指的是分集天线。考虑到在实际应用中，电子设备既具有传输第2代移动通信信号～第5代移动通信信号(2G～5G信号)中至少一代通信信号的需求，也具有使用全球定位系统(GPS)、无线保真技术(WiFi)的需求，本发明实施例将能够传输2G～5G信号的天线视为同一种规范的天线，这种同规范的天线可称为分集天线。将能够传输GPS信号、或WiFi信号的天线视为另一种规范的天线，这种同规范的天线可称为辅助天线。
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。以4G和5G复合天线为例，通过上述实施例在现有FPC板的4G天线阵列基础上直接添加滤波器，天线结构紧凑，加工过程简单且成品率较高，降低了FPC天线的成本，在对4G天线阵列改动较小的情况下满足其天线同时支持两种频段信号的需求，解决了现有技术中电子设备的天线不能实现既能支持一种频段信号，又能支持另一种频段信号的问题，避免了4G天线走线和5G天线走线之间的相互影响，而且可以广泛应用于内部空间受限的电子设备中，便于相应电子设备大规模地推广和应用，从而有利于实现4G到5G的平稳过渡。
不论第一天线走线2、第二天线走线3作为哪种形式的天线进行信号的传输，均可以是单极天线、倒F天线、平面倒F天线(PIFA天线)、环形天线(Loop)中任意一种类型的天线。
在一个可选实施例中，上述天线阵列可以具有较大的口径，从而具有较大的增益，并可以以不同的角度引导窄波束，具体地，天线阵列可以被配置为在至少两个维度(比如，在高度和方位上)以不同的角度引导窄波束。
在一个可选实施例中，上述天线阵列可以是模块化相控天线阵列，需要说明的是，模块化相控天线阵列仅作为示例，以便于本领域技术人员理解，不能理解为对天线阵列进行限定，具体采用何种天线阵列可以根据实际情况灵活选择。
低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置，在一个可选实施例中，滤波器4可以为低通滤波器5。高通滤波器，又称低截止滤波器、低阻滤波器，允许高于某一截频的频率通过，而大大衰减较低频率的一种滤波器，在另一个可选实施例中，滤波器4还可以为高通滤波器6。
请参阅图3，图3是根据本发明实施例的另一天线阵列示意图，天线阵列还包括天线调谐器7，天线调谐器7与第二天线走线3连接，在滤波器4为低通滤波器5时，第一频段包含第二频段，第二频段低于第三频段。在本实施例中，第一天线走线2是天线线圈，利用天线线圈的辐射体部分进行信号的传输，利用第一天线走线2的天线线圈既能够实现对分集信号4G信号的传输也能实现对分集信号5G信号的传输，即第一频段包括4G频段和5G频段。滤波器特点即允许一定频率信号通过，但对另外一些频率信号滤除，4G频段信号工作在3Ghz以下，5G率先启用的N77/N78/N79工作在3G-5Ghz频段。滤波器4为低通滤波器5时，只允许低于3Ghz的信号通过，对高于3Ghz的信号滤除/截止，低通滤波器5将第一频段中第三频段5G频段滤除，使得第二频段4G频段通过，对5G高频信号来讲，因为滤波器的滤除作用，所以只有在从天线馈点到滤波器之间的一段走线上有5G高频信号，只有这一段才为5G天线，当低频天线由天线调谐器进行调谐时，低频天线谐振根据需要在调谐，但5G高频天线谐振完全不受影响，无变化。从而使得第二天线走线3工作在4G频段，实现了4G天线和5G天线的复合使用。
请参阅图4，图4是根据本发明实施例的另一天线阵列示意图，天线阵列还包括天线调谐器7’，天线调谐器7’与第二天线走线3连接，在滤波器4为高通滤波器6时，第一频段包含第二频段，第二频段高于该第三频段。在本实施例中，第一天线走线2是天线线圈，利用天线线圈的辐射体部分进行信号的传输，利用第一天线走线2的天线线圈既能够实现对分集信号4G信号的传输也能实现对分集信号5G信号的传输，即第一频段包括4G频段和5G频段。滤波器特点即允许一定频率信号通过，但对另外一些频率信号滤除，4G频段信号工作在3Ghz以下，5G率先启用的N77/N78/N79工作在3G-5Ghz频段。滤波器4为高通滤波器6时，只允许高于3Ghz的信号通过，对低于3Ghz的信号滤除/截止，高通滤波器6将第一频段中第二频段4G频段滤除，使得第三频段5G频段通过，从而使得第二天线走线3工作在5G频段，实现了4G天线和5G天线的复合使用。
本发明实施例还提供了一种柔性电路板(Flexible Printed Circuit，简称为FPC)，包括上述实施例中任一该的天线阵列。具体地，FPC是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。FPC不仅是可以挠曲的电路板，同时它也是连成立体线路结构的重要设计方式，这种结构搭配其他电子产品设计，可以构建出各式各样不同的应用，因此从这点来看，FPC与印制电路板(Printed Circuit Board，简称为PCB)是不同的。对于PCB板而言，在一般状况下都是平面式的。因此FPC实现了充分利用立体空间的目的。以PCB板而言，目前常见的空间延伸方案就是利用插槽加上介面卡，但是FPC只要以转接设计就可以做出类似结构，且在方向性设计也较有弹性。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括上述实施例中的FPC。可以理解，在本实施例中的电子设备中设置了包括上述实施例中的天线阵列的FPC，在天线阵列面积变化较小的情况下，可以保证电子设备一定的内部空间，有利于内部器件的合理安装，以及实现电子设备的小型化和轻薄化。同时使得电子设备的信号收发能力得到了扩展，实现了多种种类信号的处理能力，进而实现了前后代移动通信系统的平滑、稳定过渡，提供了良好的用户体验。
在一个可选实施例中，电子设备包括上述FPC电路板、射频系统和电池。射频系统可以包括各种现有的用于执行这些功能的电路元件，射频系统除包括上述天线阵列之外，还包括例如射频收发器、数字信号处理器、加密/解密芯片、用户身份模块(SIM)卡、存储器等等。射频系统可与各种网络如互联网、企业内部网、无线网络进行通讯或者通过无线网络与其他设备进行通讯。上述的无线网络可包括蜂窝式电话网、无线局域网或者城域网。上述的无线网络可以使用各种通信标准、协议及技术，包括但并不限于全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，简称为GSM)、增强型移动通信技术(Enhanced Data GSM Environment，简称为EDGE)，宽带码分多址技术(Wideband CodeDivision Multiple Access，简称为WCDMA)，码分多址技术(Code Division Access，简称为CDMA)、时分多址技术(Time Division Multiple Access，简称为TDMA)，无线保真技术(Wireless Fidelity，简称为Wi-Fi)(如美国电气和电子工程师协会标准IEEE 802.11a，IEEE 802.11b,IEEE802.11g和/或IEEE802.11n)、网络电话(Voice over InternetProtocol，简称为VoIP)、全球微波互联接入(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，简称为Wi-Max)、其他用于邮件、即时通讯及短消息的协议，以及任何其他合适的通讯协议，甚至可包括那些当前仍未被开发出来的协议。上述电路板包括置于电池上侧的主板和置于电池下侧的副板，射频处理电路，射频收发器耦合连接射频处理电路，射频处理电路连接上述天线阵列。
在一个可选实施例中，上述电子设备包括移动终端或者基站。具体的移动终端可以是5G NR手机终端或其他5G NR终端设备，例如客户签约设备(Customer PremiseEquipment，简称为CPE)或者便携式宽带无线装置(Mobile Wifi，简称为MIFI)。更具体地，在电子设备为手机时，手机除包括上述FPC电路板之外，还包括存储器、输入单元、显示单元、传感器、音频电路、扬声器、传声器、传输模块、摄像头、蓝牙模块等，其中，存储器包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器，用于存储软件程序以及模块；输入单元可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入；显示单元可以包括显示面板，可以采用液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称为LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，简称为OLED)等形式来配置显示面板，用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及移动终端的各种图形用户接口，这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成；传感器包括比如光传感器、运动传感器以及其他传感器；音频电路可以将接收到的音频数据转换后的电信号，传输到扬声器；扬声器用于将音频数据转换为声音信号输出；传声器用于将收集的声音信号转换为电信号，由音频电路接收后转换为音频数据，再将音频数据输出处理器处理后，经射频系统以发送给比如另一终端；传输模块(例如Wi-Fi模块)可以帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等，它为用户提供了无线的宽带互联网访问；处理器是手机的控制中心，利用各种接口和线路连接整个手机的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行手机的各种功能和处理数据，从而对手机进行整体监控。可选的，处理器可包括一个或多个处理核心；在一些实施例中，处理器可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。
在一个可选实施例中，电子设备包括移动终端时，天线装置位于该移动终端的顶部、底部或左右两侧，从而节省了移动终端的空间，增大了移动终端推广和应用力度。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种天线阵列，其特征在于，包括：
天线馈点(1)、第一天线走线(2)、第二天线走线(3)以及滤波器(4)；
其中，所述第一天线走线(2)和所述第二天线走线(3)通过所述滤波器(4)连接；所述天线馈点(1)与所述第一天线走线(2)连接；所述滤波器(4)位于距离所述天线馈点(1)的预定范围内；所述第一天线走线(2)的工作频段为第一频段，所述第二天线走线(3)的工作频段为第二频段；所述滤波器(4)用于滤除所述第一频段中第三频段，使所述第二频段通过。
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，包括：
所述滤波器(4)为低通滤波器(5)或者为高通滤波器(6)。
3.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列还包括天线调谐器(7)，所述天线调谐器(7)与所述第二天线走线(3)连接；所述第一频段包含所述第二频段，所述滤波器(4)为低通滤波器，所述第二频段低于所述第三频段。
4.根据权利要求3所述的天线阵列，其特征在于，包括：
所述第二频段为4G频段，所述第三频段为5G频段。
5.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列还包括天线调谐器(7’)，所述天线调谐器(7’)与所述第二天线走线(3)连接；所述第一频段包含所述第二频段，所述滤波器(4)为高通滤波器，所述第二频段高于所述第三频段。
6.根据权利要求5所述的天线阵列，其特征在于，包括：
所述第二频段为5G频段，所述第三频段为4G频段。
7.一种FPC，其特征在于，包括权利要求1-6中任一所述的天线阵列。
8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求7所述的FPC。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括移动终端或者基站。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括移动终端时，所述天线阵列位于所述移动终端的顶部、底部或左右两侧。
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