CN112310616B - 一种低成本辐射单元及天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本辐射单元及天线，所述低成本辐射单元包括：介质基板；第一贴片，所述第一贴片设置于所述介质基板任一表面上；第二贴片，所述第二贴片与所述第一贴片同侧且与所述第一贴片间隔设置，所述第二贴片与第一贴片之间以空气为介质或者所述第二贴片与第一贴片之间设置有支撑件；馈电网络，所述馈电网络设置于所述介质基板上并连接所述第一贴片与馈源以实现对所述第一贴片馈电。本发明具有尺寸小、结构简单、组件少，装配简单，无需焊接就能实现性能，且结构可靠牢固、成本低的优点。

Description

一种低成本辐射单元及天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种低成本辐射单元及天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，天线在通信系统中的作用愈发重要。近些年来，目前采用的天线方案大致可分为两类：一类是对称偶极子天线，一类是空气贴片天线。这两类天线大都需要通过焊接，来保证辐射单元的电气连接，而且装配复杂、调试件多，难免成本居高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种低成本辐射单元，旨在解决现有技术中天线成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种低成本辐射单元，所述低成本辐射单元包括：介质基板；第一贴片，所述第一贴片设置于所述介质基板任一表面上；第二贴片，所述第二贴片与所述第一贴片同侧且与所述第一贴片间隔设置，所述第二贴片与第一贴片之间以空气为介质或者所述第二贴片与第一贴片之间设置有支撑件；馈电网络，所述馈电网络设置于所述介质基板上并连接所述第一贴片与馈源以实现对所述第一贴片馈电。
优选地，所述低成本辐射单元还包括：第一金属地，所述第一金属地设置于所述介质基板背离第一贴片的表面。
优选地，第二金属地，所述第二金属地设置于所述介质基板上，且所述第二金属地上开设开口，所述第一贴片设置于所述开口中与所述第二金属地间隔设置；多个金属连接件，所述金属连接件穿过所述介质基板连接所述第一金属地和第二金属地。
优选地，所述馈电网络设置于所述第一金属地内，所述馈电网络包括：第一功分器，所述第一功分器的第一输入线连接至第一馈源，所述第一功分器的两条第一输出线分别连接至所述第一贴片的两条第一对角点位置；第二功分器，所述第二功分器的第二输入线连接至第二馈源，所述第二功分器的两条第二输出线分别连接至所述第一贴片的两条第二对角点位置；其中，两个所述第一对角点位置的连线与两个所述第二对角点位置的连线垂直，以对所述第一贴片差分馈电。
优选地，，一条所述第一输出线与一条所述第二输出线在所述介质基板上的投影相交，且于相交位置处，所述第一输出线布线于所述介质基板上异于第二输出线的表面，以使所述第一输出线跨过所述第二输出线。
优选地，所述馈电网络设置于所述第一金属地内，所述馈电网络包括：第一传输线，所述第一传输线连接所述第一贴片和第一馈源；第二传输线，所述第二传输线连接所述第一贴片和第二馈源；其中，所述第一传输线和第二传输线设置于所述第一贴片所在的介质基板表面，或所述第一传输线和第二传输线设置于所述介质基板背离第一贴片的表面并穿过所述介质基板与第一贴片连接，以对所述第一贴片单点馈电。
优选地，所述第一贴片及/或所述第二贴片自边缘向中心位置开设有多条缝隙，多条所述缝隙关于所在的第一贴片或者第二贴片的中心位置周向均匀分布。
优选地，所述低成本辐射单元还包括：中间接地件，所述中间接地件穿设于所述介质基板中，并连接所述第一贴片的中心位置与所述第一金属地。
优选地，所述低成本辐射单元还包括：介质片，所述介质片设置于所述支撑件与所述第二贴片之间，所述介质片、支撑件及第二贴片任意两者或者三者一体成型或者三者分体成型；屏蔽板，所述屏蔽板与所述第一金属地同侧并与所述第一金属地间隔设置。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种天线，其特征在于，所述天线包括功分板以及如上任一项所述的低成本辐射单元，所述功分板上设置有与所述馈电网络连接的馈源。
本发明的技术方案中通过将所述第一贴片设置于所述介质基板任一表面上，并将所述第二贴片与所述第一贴片同侧且与所述第一贴片间隔设置，所述第二贴片与第一贴片之间以空气为介质或者所述第二贴片与第一贴片之间设置有支撑件，同时将所述馈电网络设置于所述介质基板上并连接所述第一贴片与馈源以实现对所述第一贴片馈电，以形成本发明的低成本辐射单元，所述低成本辐射单元尺寸小、结构简单、组件少，装配简单，无需焊接就能实现性能，且结构可靠牢固。
附图说明
图1为本发明的低成本辐射单元一实施例的结构示意图；
图2为本发明的低成本辐射单元另一实施例的结构示意图；
图3为本发明的低成本辐射单元的爆炸结构示意图；
图4为本发明的馈电网络与第一贴片的一实施例的配合结构示意图；
图5为本发明的馈电网络与第一贴片的另一实施例的配合结构示意图；
图6为本发明的馈电网络与第一贴片的再一实施例的配合结构示意图；
图7为本发明的馈电网络与第一贴片的又一实施例的配合结构示意图；
图8为本发明的低成本辐射单元的电压驻波比示意图；
图9为本发明的低成本辐射单元耦合度示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请一并参阅图1-4，本发明提供一种低成本辐射单元100，所述低成本辐射单元100包括：介质基板40；第一贴片50，所述第一贴片50设置于所述介质基板40任一表面上；第二贴片10，所述第二贴片10与所述第一贴片50同侧且与所述第一贴片50间隔设置，所述第二贴片10与第一贴片50之间以空气为介质或者所述第二贴片10与第一贴片50之间设置有支撑件20；馈电网络60，所述馈电网络60设置于所述介质基板40上并连接所述第一贴片50与馈源以实现对所述第一贴片50馈电。
在本实施例中，所述介质基板40可为单层的或者多层的介质基板40，优选为单层的介质基板40以降低所述低成本辐射单元100的生产成本，所述第一贴片50设置于所述介质基板40的任一表面上，所述第一贴片50可与所述介质基板40一体成型或者分体成型，本发明对此不做限制，所述第一贴片50可为任意尺寸或者任意形状，优选为所述第一贴片50为方形、矩形、或者圆形。所述第二贴片10与所述第一贴片50位于所述介质基板40的同一侧且所述第二贴片10片间隔设置，以在所述第一贴片50受到激励时，所述第二贴片10在所述第一贴片50的影响下也受到激励，从而使得所述低成本辐射单元100通过所述第一贴片50和第二贴片10一起向空间辐射信号。所述第二贴片10与第一贴片50之间设置有支撑件20时，通过所述支撑件20保持所述第二贴片10与所述第一贴片50的相对固定，可以理解，所述第二贴片10可与所述支撑件20一体成型或者分体成型；所述第二贴片10与所述第一贴片50之间以空气为介质而保持间隔设置时，所述第二贴片10可设置于包含该低成本辐射单元100的天线罩上，以进一步省略所述支撑件20，降低成本。所述馈电网络60连接至馈源并设置于所述介质基板40上，且所述馈电网络60可以设置于所述介质基板40的任一表面，在所述馈电网络60设置于所述介质基板40上设置有所述第一贴片50的表面时，所述馈电网络60还直接与所述第一贴片50连接以对所述第一贴片50馈电以激励所述第一贴片50，在所述馈电网络60设置于所述介质基板40上背离所述第一贴片50的表面时，所述馈电网络60通过金属柱或者金属化过孔等穿过所述介质基板40并与所述第一贴片50连接，以对所述第一贴片50馈电以激励所述第一贴片50。
综上所述，本发明的技术方案中通过将所述第一贴片50设置于所述介质基板40任一表面上，并将所述第二贴片10与所述第一贴片50同侧且与所述第一贴片50间隔设置，所述第二贴片10与第一贴片50之间以空气为介质或者所述第二贴片10与第一贴片50之间设置有支撑件20，同时将所述馈电网络60设置于所述介质基板40上并连接所述第一贴片50与馈源以实现对所述第一贴片50馈电，以形成本发明的低成本辐射单元100，所述低成本辐射单元100尺寸小、结构简单、组件少，装配简单，无需焊接就能实现性能，且结构可靠牢固。
请继续参阅图3-4，优选地，所述低成本辐射单元100还包括：第一金属地80，所述第一金属地80设置于所述介质基板40背离第一贴片50的表面。
在本实施例中，所述介质基板40上仅设置有一金属地，也即所述第一金属地80，从而减低所述低成本辐射单元100的成本；此时，所述馈电网络60可设置于所述第一金属地80内并与所述第一金属地80间隔设置，所述馈电网络60通过金属柱或者金属化过孔等穿过所述介质基板40并与所述第一贴片50连接，以对所述第一贴片50馈电以激励所述第一贴片50；或者，所述馈电网络60可直接设置于所述介质基板40上设置有所述第一贴片50的表面，所述馈电网络60直接与所述第一贴片50连接(见图7所示实施例)。
请继续参阅图3-4，优选地，所述低成本辐射单元100还包括：第二金属地30，所述第二金属地30设置于所述介质基板40上，且所述第二金属地30上开设开口31，所述第一贴片50设置于所述开口31中与所述第二金属地30间隔设置；多个金属连接件70(见图4)，所述金属连接件70穿过所述介质基板40连接所述第一金属地80和第二金属地30。
在本实施例中，所述第一金属地80设置于所述介质基板40背离第一贴片50的表面，所述第二金属地30设置于所述介质基板40上设置有所述第一贴片50的表面，也即，所述第一金属地80与所述二金属地分别设置于所述介质基板40的两个相背的表面，且所述第二金属地30与所述第一贴片50共面；具体地，所述第二金属地30内开设收容所述第一贴片50的开口31，所述开口31的尺寸大于所述第一贴片50尺寸，以使所述第一贴片50放入所述开口31后，所述第一贴片50与所述第二金属地30之间存在间隙，避免所述第一贴片50与所述第二金属地30短路。进一步地，所述第一金属地80与所述第二金属地30之间连接有多个穿设于所述介质基板40的金属连接件70，所述金属连接件70可为金属柱或者金属化过孔，且优选地，所述金属连接件70一端连接至所述第二金属第形成所述开口31的边缘，所述金属连接件70一端连接至所述第一金属地80，所述第一金属地80、多个金属连接件70以及第二金属地30三者共同形成一个“凹”字形隔离空间，而所述第一贴片50设置于所述“凹”字形隔离空间内，对所述第一贴片50形成良好的隔离作用，所述馈电网络60可以紧凑地围绕在“凹”字形隔离空间的外圈，所述“凹”字形隔离空间隔离激励所述第一贴片50与馈电网络60，使所述第一贴片50与所述馈电网络60间的耦合减小，有利于馈电网络60更加紧凑的分部在第一贴片50周围，节省了线路布局空间，能使所述低成本辐射单元100尺寸变小。
请参阅图2、4，优选地，在一种具体实施例中，所述馈电网络60设置于所述第一金属地80内，所述馈电网络60包括：第一功分器61，所述第一功分器61的第一输入线611连接至第一馈源601，所述第一功分器61的两条第一输出线612分别连接至所述第一贴片50的两条第一对角点位置A；第二功分器62，所述第二功分器62的第二输入线621连接至第二馈源602，所述第二功分器62的两条第二输出线622分别连接至所述第一贴片50的两条第二对角点位置B；其中，两个所述第一对角点位置A的连线与两个所述第二对角点位置B的连线垂直，以对所述第一贴片50差分馈电。
在本实施例中，以方形的所述第一贴片50进行说明，但不限于方形，方形的所述第一贴片50包括四个对角点；所述第一功分器61和所述第二功分器62均为一分二功分器，所述第一功分器61的两条第一输出线612分别连接至所述第一贴片50的两条第一对角点位置A，两条第一对角点在同一条对角线上，同理，所述第二功分器62的两条第二输出线622分别连接至所述第二贴片10的两条第二对角点位置B，两条第二对角点在同一条对角线上，也即，此时，两个所述第一对角点位置A的连线(对角线)与两个所述第二对角点位置B的连线(对角线)垂直，基于上述结构，所述第一功分器61的两条第一输出线612中一条较短，一条较长，从而使得两条所述第一输出线612功率相等且相位相反，同理，所述第二功分器62的两条第二输出线622中一条较短，一条较长，从而使得两条所述第二输出线622功率相等且相位相反，从而实现对所述第一贴片50的多点差分馈电。
在本实施例中，所述馈电网络60设置于所述第一金属地80内，也即所述馈电网络60设置于所述介质基板40背离所述第一贴片50的表面，所述第一输出线612和第二输出线622通过穿过所述介质基板40的金属柱连接至所述方形的第一贴片50的四个对角点。进一步地，所述第一功分器61及第二功分器62在第一贴片50所在介质基板40的表面的投影，除了所述第一输出线612、第二输出线622与所述第一贴片50的四个对角点的存在部分重合外，其余部分间隔设置，以提高所述馈电网络60与所述第一贴片50的隔离度。可以理解的是，上述实施例只是较为优选的实施例，所述第一贴片50可以是其他形状如圆形、矩形或者不规则图形等，所述两个所述第一对角点位置A的连线与两个所述第二对角点位置B的连线可以不垂直，而是呈夹角设置等。
在本实施例中，结合所述第一金属地80、多个金属连接件70以及第二金属地30三者共同形成一个“凹”字形隔离空间，所述第一贴片50设置于所述“凹”字形隔离空间内，对所述第一贴片50形成良好的隔离作用，所述第一功分器61及第二功分器62可以紧凑地围绕在“凹”字形隔离空间的外圈，所述“凹”字形隔离空间隔离所述第一贴片50与第一功分器61及第二功分器62，使所述第一贴片50与所述第一功分器61及第二功分器62间的互相影响减小，有利于第一功分器61及第二功分器62更加紧凑的分部在第一贴片50周围，节省了线路布局空间，能使所述低成本辐射单元100尺寸变小。
如图4所示，进一步地一所述第一输出线612与一所述第二输出线622在所述介质基板40上的投影垂直相交，且于相交位置处，所述第一输出线612布线于所述介质基板40上异于第二输出线622的表面，以使所述第一输出线612跨过所述第二输出线622。
在一实施例中，以较短的第一输出线612a与较短的第二输出线622a为例进行说明，所述第一输出线612a与第二输出线622a在所述介质基板40上的投影可以相交，优选为垂直相交，在相交位置处，所述第一输出线612a布线于所述介质基板40上异于第二输出线622a的表面也即第一贴片50所在表面，该第一输出线612a在第一贴片50所在表面的部分603两端分别通过金属柱与位于所述介质基板40的背离第一贴片50的表面的第一输出线612a的其他部分线路连接，以使所述第一输出线612a跨过所述第二输出线622a，避免所述第一输出线612a与所述第二输出线622a短路。可以理解的是，也可以是较短的所述第二输出线622a跨过所述第一输出线612a；此外，在另外一些实施例中，可以较长的第一输出线612与较短的第二输出线622a相交，或者较短的第一输出线612a与较长的第二输出线622相交，或者较长的第一输出线612与较长的第二输出线622相交，在馈电网络60为前述的差分馈电网络时，只需保证所述第一输出线612a与所述第二输出线622a不短路即可。
请参阅图5-7，优选地，在一种具体实施例中，所述馈电网络60设置于所述第一金属地80内，所述馈电网络60包括：第一传输线63，所述第一传输线63连接所述第一贴片50和第一馈源601；第二传输线64，所述第二传输线64连接所述第一贴片50和第二馈源602；其中，所述第一传输线63和第二传输线64设置于所述第一贴片50所在的介质基板40表面(如图6-7所示)，或所述第一传输线63和第二传输线64设置于所述介质基板40背离第一贴片50的表面并穿过所述介质基板40与第一贴片50连接(如图5所示)，以对所述第一贴片50单点馈电。
在本实施例中，所述馈电网络60仅包括第一传输线63和第二传输线64，所述第一传输线63连接所述第一贴片50和第一馈源601，所述第二传输线64连接所述第一贴片50和第二馈源602，所述第一传输线63和第二传输线64优选为连接至所述第一贴片50的对角点位置，从而实现对所述第一贴片50的单点馈电；进一步地，所述第一传输线63和第二传输线64可以设置于所述第一贴片50所在的介质基板40表面直接与所述第一贴片50的对角点位置连接(如图6-7所示)，此时，多个所述金属连接件70可保留(如图6)，也可去掉(如图7)；或者，所述第一传输线63和第二传输线64设置于所述介质基板40背离第一贴片50的表面并通过金属柱穿过所述介质基板40与第一贴片50连接对角点位置连接。本实施例的单点馈电需要的馈电网络60更简单，布线更容易，进一步降低了所述低成本辐射单元100的成本，满足辐射单元的基本性能要求。
优选地，所述第一贴片50及/或所述第二贴片10自边缘向中心位置开设有多条缝隙90，多条所述缝隙90关于所在的第一贴片50或者第二贴片10的中心位置周向均匀分布。
在本实施例中，所述第一贴片50及/或所述第二贴片10自边缘向中心位置开设有多条缝隙90，多条所述缝隙90优选为关于所在的第一贴片50或者第二贴片10的中心位置周向均匀分布，所述缝隙90增加了第一贴片50及第二贴片10上电流的路径，有利于减小贴片的尺寸，有助于天线的小型化。可以理解，所述缝隙90也可以是不均匀分布的。
优选地，所述低成本辐射单元100还包括：中间接地件(图未示)，所述中间接地件穿设于所述介质基板40中，并连接所述第一贴片50的中心位置与所述第一金属地80。
在本实施例中，所述中间接地件优选为金属柱或者金属化过孔，所述中间接地件穿设于所述介质基板40中，并连接所述第一贴片50的中心位置与所述第一金属地80，所述中间接地件的引入使第一贴片50上的电流的分别更加对称均匀，有利于提高所述低成本辐射单元100的交叉极化及隔离度。
优选地，所述低成本辐射单元100还包括：介质片(图未示)，所述介质片设置于所述支撑件20与所述第二贴片10之间，所述介质片、支撑件20及第二贴片10任意两者或者三者一体成型或者三者分体成型；屏蔽板(图未示)，所述屏蔽板与所述第一金属地80同侧并与所述第一金属地80间隔设置。
在本实施例中，所述介质片，所述介质片设置于所述支撑件20与所述第二贴片10之间，所述介质片、支撑件20及第二贴片10任意两者或者三者一体成型或者三者分体成型，一体成型可以减小零件数量，无需焊接就能实现性能，且结构可靠牢固，并进一步降低成本。
在本实施例中，所述屏蔽板与所述第一金属地80同侧并与所述第一金属地80间隔设置，用于屏蔽第一金属地80所在平面的线路如馈电网络60，避免馈电网络60受到包含所述低成本辐射单元100的天线的其他电路如功率分配电路、校准网络的影响。
请参阅图8及图9，由图8可知，本发明的所述低成本辐射单元100在2.5GHz-2.7GHz频段范围内电压驻波比小于1.42，带宽大且匹配良好。由图9所述，所述低成本辐射单元100在2.5GHz-2.7GHz频段范围内耦合度小于-27.48dB，即隔离大于27.48dB，隔离度高。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种天线，所述天线包括功分板以及如上所述的低成本辐射单元100，所述功分板上设置有与所述馈电网络60连接的馈源。
在本实施例中，所述功分板上设置有与所述馈电网络60连接的馈源包括上述的第一馈源601、第二馈源602等，同时，所述天线还进一步包括反射板，天线罩等，也可进一步包括校准网络。由于所述天线至少包括上述的低成本辐射单元100，因而至少具有上述的低成本辐射单元100有益效果，在此不在赘述。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种低成本辐射单元，其特征在于，所述低成本辐射单元包括：
介质基板；
第一贴片，所述第一贴片设置于所述介质基板任一表面上；
第二贴片，所述第二贴片与所述第一贴片同侧且与所述第一贴片间隔设置，所述第二贴片与第一贴片之间以空气为介质或者所述第二贴片与第一贴片之间设置有支撑件；
馈电网络，所述馈电网络设置于所述介质基板上并连接所述第一贴片与馈源以实现对所述第一贴片馈电；
其中，所述低成本辐射单元还包括：
第一金属地，所述第一金属地设置于所述介质基板背离第一贴片的表面，其中，所述介质基板包括单层的或者多层的介质基板；
其中，所述低成本辐射单元还包括：
第二金属地，所述第二金属地设置于所述介质基板上，且所述第二金属地上开设开口，所述第一贴片设置于所述开口中与所述第二金属地间隔设置；
多个金属连接件，所述金属连接件穿过所述介质基板连接所述第一金属地和第二金属地；
其中，所述馈电网络设置于所述第一金属地内，所述馈电网络包括：
第一传输线，所述第一传输线连接所述第一贴片和第一馈源；
第二传输线，所述第二传输线连接所述第一贴片和第二馈源；
其中，所述第一传输线和第二传输线设置于所述第一贴片所在的介质基板表面，或所述第一传输线和第二传输线设置于所述介质基板背离第一贴片的表面并穿过所述介质基板与第一贴片连接，以对所述第一贴片单点馈电。
2.如权利要求1所述的低成本辐射单元，其特征在于，所述馈电网络设置于所述第一金属地内，所述馈电网络包括：
第一功分器，所述第一功分器的第一输入线连接至第一馈源，所述第一功分器的两条第一输出线分别连接至所述第一贴片的两条第一对角点位置；
第二功分器，所述第二功分器的第二输入线连接至第二馈源，所述第二功分器的两条第二输出线分别连接至所述第一贴片的两条第二对角点位置；
其中，两个所述第一对角点位置的连线与两个所述第二对角点位置的连线垂直，以对所述第一贴片差分馈电。
3.如权利要求2所述的低成本辐射单元，其特征在于，一条所述第一输出线与一条所述第二输出线在所述介质基板上的投影相交，且于相交位置处，所述第一输出线布线于所述介质基板上异于第二输出线的表面，以使所述第一输出线跨过所述第二输出线。
4.如权利要求1所述的低成本辐射单元，其特征在于，所述第一贴片及/或所述第二贴片自边缘向中心位置开设有多条缝隙，多条所述缝隙关于所在的第一贴片或者第二贴片的中心位置周向均匀分布。
5.如权利要求1-4任一项所述的低成本辐射单元，其特征在于，所述低成本辐射单元还包括：
中间接地件，所述中间接地件穿设于所述介质基板中，并连接所述第一贴片的中心位置与所述第一金属地。
6.如权利要求1-5任一项所述的低成本辐射单元，其特征在于，所述低成本辐射单元还包括：
介质片，所述介质片设置于所述支撑件与所述第二贴片之间，所述介质片、支撑件及第二贴片任意两者或者三者一体成型或者三者分体成型；
屏蔽板，所述屏蔽板与所述第一金属地同侧并与所述第一金属地间隔设置。
7.一种天线，其特征在于，所述天线包括功分板以及如权利要求1-6任一项所述的低成本辐射单元，所述功分板上设置有与所述馈电网络连接的馈源。
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