CN113300787A - 用于测试被测设备的方法和测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于通过使用测试系统(10)来测试被测设备(12)的方法。该方法包括以下步骤:生成宽带调制信号,将所述宽带调制信号转发到被测设备(12)的输入(22),通过定向元件(16)分离在所述输入(22)处反射的电磁波,将所述反射的电磁波转发到矢量信号分析器(24),处理与所述宽带调制信号相关联的参考信号,以及通过考虑所述参考信号和所述被测设备(12)的至少一个散射参数来确定信道响应,其中所述散射参数取决于所述反射电磁波。进一步,本发明涉及一种测试系统(10)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过使用测试系统测试被测设备的方法。进一步,本发明涉及一种用于测试被测设备的测试系统。
背景技术
如今,处理电磁信号的许多电子设备必须针对不同的特性进行测试。因此,需要至少两个不同的测试台来执行这些不同的测试。例如,第一测试台包括矢量网络分析器(vector network analyzer,VNA),其用于测量相应设备的端口匹配,即测量被测设备的相应端口匹配参数。端口匹配测量通常通过基于连续波(continuous wave,CW)信号的方法来完成。而且,第二测试台可以用于测试相应的设备,其包括矢量信号发生器(vector signalgenerator,VSG)和矢量信号分析器(vector signal analyzer,VSA)。VSG和VSA用于测量需要已调制的激励的某些参数。借助于第二测试台获得的相应参数可以用于确定相邻信道泄漏功率比(adjacent channel leakage power ratio,ACLR)或误差矢量幅值(errorvector magnitude,EVM)。一般而言,ACLR定义了所分配的信道上的发射功率与相邻信道中接收的功率之比。EVM是用于量化待测电子设备(尤其是接收器或发射器)的性能的度量。
然而,各个测试需要很长时间,因为连续波信号用于测试端口匹配,从而导致测试信号的各个频率扫描。此外,被测设备随后必须被放置到两个不同的测试台,这又由于不同的测试台和更多的工作量而导致更高的成本。
因此,需要一种成本有效且快速的方法来测试被测设备。
发明内容
本发明提供了一种用于通过使用测试系统测试被测设备的方法。该方法包括以下步骤:
通过至少一个矢量信号发生器生成宽带调制信号,
经由至少一个定向元件将宽带调制信号转发到被测设备的输入,
通过定向元件分离在被测设备的输入处反射的电磁波,
经由定向元件将反射的电磁波转发到矢量信号分析器,其中矢量信号分析器与矢量信号发生器具有所定义的相位关系,
通过矢量信号分析器处理参考信号,其中参考信号与所述宽带调制信号相关联,以及
通过考虑参考信号和被测设备的由矢量信号分析器确定的至少一个散射参数来确定信道响应,其中散射参数取决于反射的电磁波。
另外,本发明提供了一种用于测试被测设备的测试系统。该测试系统包括至少一个矢量信号发生器,该至少一个矢量信号发生器被配置成生成宽带调制信号。测试系统包括至少一个矢量信号分析器,该至少一个矢量信号分析器与矢量信号发生器具有所定义的相位关系。而且,测试系统包括至少一个定向元件,该至少一个定向元件被配置成分离入射电磁波和反射的电磁波。定向元件至少具有第一端口、第二端口和第三端口。矢量信号发生器经由第一端口与定向元件连接。矢量信号分析器经由第三端口与定向元件连接。第二端口用于连接被测设备。矢量信号发生器被配置成经由定向元件将宽带调制信号转发到被测设备。定向元件被配置成分离在被测设备的输入处反射的电磁波。矢量信号分析器被配置成处理与宽带调制信号相关联的参考信号。矢量信号分析器被配置为通过考虑参考信号和被测设备的由矢量信号分析器确定的至少一个散射参数来确定信道响应,其中散射参数取决于反射的电磁波。
因此,宽带调制信号用于确定被测设备的至少一个散射参数(端口匹配测量)。事实上,矢量信号发生器和矢量信号分析器一起使用,而不是与矢量网络分析器一起使用来测量被测设备的端口匹配。因此,相同的测试系统(特别是测试系统的相同设置)可以用于测量端口匹配(参数)以及需要已调制的激励的其他参数,例如与ACLR和/或EVM测量相关联的参数。
一般而言,由矢量信号发生器提供的宽带调制信号不仅覆盖给定的频率范围,而且还覆盖一定的幅值范围。因此,宽带调制信号将连续波频率扫描和电平扫描结合成单个激励。因此,整个测试时间可以适当减少,因为单个激励就足够了,而不是使用连续波频率和电平扫描。
信道响应也可以称为信道频率响应、频率响应或确切地说传递函数。一般而言,信道响应与矢量信号发生器和被测设备相关联。事实上,信道响应对应于系统响应于激励的输出频谱的定量测量。因此,信道响应用于表征系统的动态特性。相应的系统包括矢量信号发生器和被测设备。被测设备的散射参数影响信道响应,并且因此在确定信道响应时考虑这些参数。
定向元件通常被配置成分离入射电磁波(即宽带调制信号或者更确切地说矢量信号发生器的单个激励)以及反射的电磁波(即在被测设备的输入处反射的电磁波)。
例如,定向元件通过定向耦合器建立,特别是3端口定向耦合器或4端口定向耦合器。
进一步,矢量信号发生器(即提供激励的相应信号源)以及矢量信号分析器(即信号接收器)能够传输/接收宽带调制(任意)信号,而不是连续波信号。
一般而言,使得测试系统(特别是测试系统的各个测试设置)能够允许典型的和已知的矢量网络分析器校准例程和标准。
另外,本发明允许更小且更具成本效益的测试系统,或者更确切地说测试设置。
根据一方面,反射的电磁波与转发到被测设备的宽带调制信号相关联。由于阻抗不匹配,转发到被测设备的相应的反射的电磁波在被测设备的输入处被部分反射。
另一方面提供了信道响应与在矢量信号发生器和被测设备之间建立的信道相关联。换句话说,在匹配的被测设备的情况下,信道响应(也称为传递函数)将对应于被测设备的(固有的)前向传输。
另一方面提供了,至少一个散射参数还取决于与宽带调制信号相关联的入射电磁波。因此,用于确定信道响应的至少一个散射参数取决于入射电磁波(即与所生成的宽带调制信号相关联的电磁波)以及反射的电磁波。因此,至少一个散射参数对应于与输入反射系数相关联的S11参数。S11参数通过将反射的电磁波除以入射电磁波获得。这可以通过矢量信号分析器来实现,该分析器接收与由矢量信号发生器生成的宽带调制信号相关联的参考信号以及经由定向元件接收反射的电磁波。
根据另一方面,矢量信号分析器从被测设备的输出接收传输的信号。通过矢量信号分析器测量传输信号(即被测设备处理的传输的信号)。因此,矢量信号分析器与被测设备的输出相连,用于接收传输的信号。传输的信号用于确定S21参数,该参数被分配用于被测设备的前向传输。
一般而言,传输的信号与已转发到被测设备的输入的宽带调制信号相关联。
特别地,通过考虑参考信号、被测设备的S11参数和被测设备的S21参数来确定信道响应。相应的散射参数(即S11参数和S21参数)由矢量信号分析器基于接收的信号或确切地说电磁波(即参考信号、从定向元件接收的反射的电磁波以及从被测设备的输出接收的传输的信号)来确定。
根据另一方面,同时确定调制精度和/或非线性效应。调制精度可以通过(多个)EVM或ACLR测量来确定。非线性效应可以对应于压缩。事实上,当获得至少一个散射参数时,可以同时获得以上提及的信息。因此,所需的整个测试时间可以进一步减少。
另外,可以进行热态S参数测量。这意味着被测设备是在真实条件下进行测试。因此,操作测试设备时通常使用的信号用于测试目的。换句话说,热态S参数测量的构思是通过施加适当的大信号激励信号(即由矢量信号发生器提供的宽带调制信号),将被测设备置于实际操作条件下。
根据另一方面,第二定向元件与被测设备的输出连接。因此,被测设备的S22参数可以通过测试系统来确定。S22参数对应于输出反射系数。
事实上,S22参数可以以与如上所述确定的S11参数类似的方式来确定。然而,相应的信号(即由矢量信号发生器提供的宽带调制信号)被转发到被测设备的输出而不是其输入,使得在被测设备的输出处反射的电磁波经由定向元件被转发到矢量信号分析器。
而且,反向传输(即S12参数)也可以以类似于上面关于S21参数描述的方式来确定。
根据一方面,随后测量被测设备的不同S参数。因此,矢量信号分析器的单个端口以后续的方式与测试系统的不同组件和/或被测设备的端口连接。
根据另一方面,在将各个电磁波映射到矢量信号分析器的不同端口的同时,同时测量被测设备的不同S参数。因此,矢量信号分析器具有几个端口,这些端口与测试系统的不同组件和/或被测设备的不同端口同时连接。因此,矢量信号分析器被配置成接收用于确定被测设备的不同S参数的相应电磁波。
系统误差校正可以用于定义参考平面并补偿测试系统内的至少一个非理想组件。测试系统可以被配置为使用系统误差校正来定义参考平面,并补偿测试系统内的至少一个非理想组件。因此,提供了失配校正,其总体上改善了需要已调制的激励的参数测量。
矢量信号分析器可以经由与矢量信号发生器连接的数据输入和/或射频输入接收参考信号。因此,可以经由数据输入提供和/或加载与宽带调制信号相关联的数据,其中该数据由矢量信号分析器处理,以便基于该数据生成参考信号。数据输入可能涉及用于接收数据存储介质的接口。替代性地,数据输入是连接到矢量信号发生器的相对应的数据接口的数据接口。
替代性地,可以在矢量信号分析器和矢量信号发生器之间建立射频连接,使得宽带调制信号被直接转发到矢量信号分析器。
矢量信号分析器可以通过参考信号获得关于入射波的相应信息,以便确定S11参数。
一般而言,被测设备的S参数、调制精度和非线性效应利用测试系统的相同设置来确定。换句话说,测试系统可以被配置为以相同设置执行S参数测量、调制精度测量和非线性效应测量。因此,可以同时进行不同种类的测量,以便确定以上提及的不同的测量参数。事实上,各个测量可以通过使用单个宽带测量信号而不是连续波扫描来同时进行。换句话说,相同的单个激励可以用于所有不同种类的测量。
一方面提供了,测试系统包括被配置为测试被测设备的测试设备。测试设备具有外壳,该外壳包围矢量信号发生器、矢量信号分析器和定向元件。因此,单个设备被用于测试被测设备。定向元件是内部定向元件。
替代性地,测试系统的各个组件相对于彼此分离地形成,其中提供了各个电缆或者更确切地说是连接线用于互连这些组件。
此外,本发明提供了显著的速度优势。因为相同的激励可以用于所有的测量,所以附加的时间节省是可能的。
而且,可以使用具有定义的(已知的)相位关系的几个矢量信号发生器和/或几个矢量信号分析器。替代性地,可以使用参考接收器来确保所定义的相位关系。
此外,被测设备可以对应于1端口被测设备。一般而言,本发明的主题可从1端口被测设备扩展到N端口被测设备。然而,矢量信号发生器和/或矢量信号分析器的数量不一定与被测设备的端口的数量成比例。
本发明还确保负载牵引和/或源牵引。负载牵引对应于系统地改变呈现给被测设备的负载阻抗并监控单个性能参数或一组性能参数的过程。源牵引对应于系统地改变呈现给被测设备的源阻抗并监控单个性能参数或一组性能参数的过程。
附图说明
所要求保护的主题的前述各方面和许多伴随的优点将变得更容易理解,因为其参考以下结合附图进行的详细描述变得更好理解,在附图中:
图1示意性示出了根据本发明的测试系统的代表性实施例;以及
图2示出了图示根据本发明的测试被测设备的代表性方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对所公开主题的各种实施例的描述,而不旨在代表唯一的实施例,在附图中,相同的标号指代相同的元件。本公开中描述的每个实施例仅作为示例或说明提供,并且不应被解释为优选于或优于其他实施例。本文提供的说明性示例并不旨在是穷举性的或将所要求保护的主题限制到所公开的精确形式。本文提供的说明性示例并不旨在是穷举性的或将所要求保护的主题限制到所公开的精确形式。出于本公开的目的,短语“A、B和C中的至少一个”例如意味着(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C),当列出多于三个元素时包括所有另外的可能排列。换句话说,术语“A和B中的至少一个”通常是指“A和/或B”,即“仅A”、“仅B”或“A和B”。
在图1中,示出了用于测试被测设备12的测试系统10。
测试系统10包括至少一个矢量信号发生器14,该至少一个矢量信号发生器被配置成生成包含特定频率范围以及特定幅值范围的宽带调制信号。
矢量信号发生器14与定向元件16连接,特别地与定向元件16的第一端口18连接。
定向元件16还具有分配给被测设备12的第二端口20,使得由矢量信号发生器14生成的信号可以经由定向元件16(特别是定向元件16的第一端口18以及第二端口20)被转发到被测设备12的输入22。
另外,测试系统10具有矢量信号分析器24,该矢量信号分析器与定向元件16的第三端口26连接。
定向元件16可以经由其第四端口29被分配给匹配终端28,这确保被测设备12的端口匹配测量可以通过测试系统10的相应设置以适当的方式来执行。替代性地,可以集成匹配终端28。
测试系统10还可以包括连接到被测设备12的输出32的第二定向元件30,其中第二定向元件30是可选的,或者更确切地说,仅用于某些测量,如将在后面描述的那样。
一般而言,矢量信号分析器24也可以被分配给被测设备12的输出32,以便接收在被测设备12的输出32处提供的传输的信号,如将在后面描述的那样。
矢量信号分析器24可以包括数据输入34,经由该数据输入可以输入由矢量信号分析器24处理的数据,例如数据文件。该数据用于获得与由矢量信号发生器14生成的宽带调制信号相关联的参考信号。
数据输入34可以被配置成接收数据存储介质,该数据存储介质包括关于所生成的宽带调制信号的信息。数据输入34也可以通过接口建立,经由该接口,矢量信号分析器24具有到矢量信号发生器14的数据连接,用于从矢量信号发生器14接收与所生成的宽带调制信号相关的数据。
矢量信号分析器24还可以包括射频输入36,该射频输入经由相应的射频线38连接到矢量信号发生器14。因此,矢量信号分析器24接收源自矢量信号发生器14的射频信号,该射频信号与所生成的宽带调制信号相关联。
在任何情况下,矢量信号分析器24接收数据,或者更确切地说,接收射频信号,使得由矢量信号分析器24获得参考信号,其中参考信号与由矢量信号发生器14生成的宽带调制信号相关联。
一般而言,使得测试系统10能够利用测试系统10的相同设置来确定被测设备12的散射参数(S参数)、调制精度和至少一个非线性效应。这意味着没有必要为了确定以上提及参数而建立两个不同的测试台或者更确切地说是不同的测试设置。
这将在下文中参考图2更详细地描述,图2示出了用于通过使用如图1所示的测试系统10来测试被测设备12的方法的流程图。
在第一步骤S1中,由矢量信号发生器14生成宽带调制信号。
在第二步骤S2中,宽带调制信号经由定向元件16从矢量信号发生器14转发到被测设备12的输入22。定向元件16通常被配置成分离入射电磁波和反射的电磁波。
在第三步骤S3中,在被测设备12的输入22处反射的电磁波通过定向元件16被分离,该电磁波由于输入22相对于测试系统10的阻抗不匹配而被反射。
在第四步骤S4中,反射的电磁波经由矢量信号分析器24连接到的定向元件16(即定向元件16的第三端口26)被转发到矢量信号分析器24。
在第五步骤S5中,由矢量信号分析器24处理与由矢量信号发生器14生成的宽带调制信号相关联的参考信号。参考信号可以经由数据输入34或者更确切地说经由与矢量信号发生器14连接的射频输入36获得。
在第六步骤S6中,借助于矢量信号分析器24确定被测设备12的至少一个散射参数。例如,矢量信号分析器24确定S11参数,该S11参数取决于从定向元件16(特别是其第三端口26)获得的反射的电磁波、以及入射电磁波。入射波可以从参考信号中获得。S11参数通过将反射的电磁波除以入射电磁波获得。
因此,至少一个散射参数取决于反射的电磁波以及与通过矢量信号发生器14生成的宽带调制信号相关联的入射电磁波。
在第七步骤S7中,由矢量信号分析器24接收传输的信号,该传输信号由被测设备12基于转发给被测设备12的宽带调制信号输出。换句话说,传输的信号是从被测设备12的输出32接收的。
在第八步骤S8中,通过考虑参考信号和被测设备12的至少一个散射参数来确定信道响应。信道响应由矢量信号分析器24确定。信道响应也称为信道频率响应、频率响应或传递函数。事实上,信道响应与矢量信号发生器14和被测设备12之间建立的信道相关联。
事实上,信道响应是通过考虑S11参数以及被测设备12的S21参数来确定的,其中后一参数是从传输的信号中导出的。
因此,矢量信号分析器24被配置为确定被测设备12的S21参数。
而且,可以通过使用矢量信号发生器14以及矢量信号分析器24来确定被测设备12的另外的散射参数。
例如,S22参数通过使用连接到被测设备12的输出32的第二定向元件30来确定。矢量信号发生器14还生成宽带调制信号,该宽带调制信号被转发到被测设备12的输出32,其中第二定向元件30分离在被测设备12的输出32处反射的电磁波。因此,矢量信号分析器24考虑参考信号以及在被测设备12的输出32处反射的电磁波,以确定S22参数。
而且,S12参数也可以以如上所述的类似方式来确定。
除了散射参数之外,测试系统10的相同设置可以用于同时测量调制精度以及非线性效应。调制精度可以通过误差矢量幅值(EVM)测量和/或相邻信道泄漏功率比(ACLR)测量来确定。该至少一个非线性效应可以涉及压缩。
各个测量可以同时进行,因为宽带调制信号用于执行各个测量。宽带调制信号包含一定频率范围以及一定幅值范围,其对应于连续波频率和电平扫描。
因此,测量所需的时间可以显著减少。换句话说,获得了测量各个散射参数方面的显著速度优势,因为散射参数是通过宽带调制信号而不是连续波频率和电平扫描来测量的。
此外,用于确定各个参数的整个测量时间可以进一步减少,因为相同的单个激励(即宽带调制信号)可以用于上述所有不同种类的测量。
事实上,可以通过热态S参数测量来执行S参数测量,其中生成真实的操作信号并将其转发给被测设备12。
此外,系统误差校正可以用于定义参考平面并补偿测试系统10内的至少一个非空闲组件,使得可以以更精确的方式执行各个测量,特别是误差矢量幅值(EVM)测量和/或相邻信道泄漏功率比(ACLR)测量。
在以后续方式将矢量信号分析器24的相应端口与测试系统10的相应组件和/或被测设备12的端口连接时,可以随后测量被测设备12的不同S参数。
替代性地,在将各个电磁波同时映射到矢量信号分析器24的不同端口的同时,可以同时测量被测设备12的不同S参数。另外,矢量信号分析器24的几个端口在测试系统10的相应测试设置中被占用。
一般而言,被测设备12的S参数、调制精度和非线性效应是同时利用测试系统10的相同设置来确定。相同的激励(即由矢量信号发生器14生成的宽带调制信号)可以用于确定各个不同种类的参数。
因此,可以减少成本和时间,因为单个测试设置(而不是两个不同的测试台或测试设置)足以获得和测量各个参数。
矢量信号发生器14、定向元件16以及矢量信号分析器24可以包含在单个测试设备40中,该单个测试设备具有由图1中的虚线示出的公共外壳42。
外壳42包围测试系统10的各个组件,即矢量信号发生器14、定向元件16以及矢量信号分析器24。
一般而言,通过使用宽带调制信号作为单个激励,而不是通过矢量网络分析器进行的连续波扫描,可以获得时间和成本节省。此外,用于测试的成本可以进一步降低,因为不需要购买相对昂贵的矢量网络分析器。
Claims (15)
1.一种用于通过使用测试系统(10)来测试被测设备(12)的方法,所述方法包括以下步骤:
-通过至少一个矢量信号发生器(14)生成宽带调制信号,
-经由至少一个定向元件(16)将所述宽带调制信号转发到被测设备(12)的输入(22),
-通过所述定向元件(16)分离在所述被测设备(12)的所述输入(22)处反射的电磁波,
-经由所述定向元件(16)将所述反射的电磁波转发到矢量信号分析器(24),所述矢量信号分析器(24)与所述矢量信号发生器(14)具有定义的相位关系,
-通过所述矢量信号分析器(24)处理参考信号,其中所述参考信号与所述宽带调制信号相关联,以及
-通过考虑所述参考信号和所述被测设备(12)的由所述矢量信号分析器(24)确定的至少一个散射参数来确定信道响应,其中所述散射参数取决于所述反射的电磁波。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述反射的电磁波与转发到所述被测设备(12)的所述宽带调制信号相关联。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述信道响应与在所述矢量信号发生器(14)和所述被测设备(12)之间建立的信道相关联。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述至少一个散射参数还取决于与所述宽带调制信号相关联的入射电磁波。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述矢量信号分析器(24)从所述被测设备(12)的输出(32)接收传输的信号。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中通过考虑所述参考信号、所述被测设备(12)的S11参数和所述被测设备(12)的S21参数来确定所述信道响应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中同时确定调制精度和/或非线性效应,和/或其中执行热态S参数测量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中第二定向元件(30)与所述被测设备(12)的输出(32)连接,并且其中所述被测设备(12)的S22参数通过所述矢量信号发生器(14)和所述矢量信号分析器(24)来确定。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述被测设备(12)的不同S参数随后被测量,或者其中所述被测设备(12)的不同S参数被同时测量,同时将各个电磁波映射到所述矢量信号分析器(24)的不同端口。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中使用系统误差校正来定义参考平面并补偿所述测试系统(10)内的至少一个非理想组件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述矢量信号分析器(24)经由与所述矢量信号发生器(14)连接的数据输入端(34)和/或射频输入端(36)接收所述参考信号。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述被测设备(12)的S参数、调制精度和非线性效应利用所述测试系统(10)的相同设置来确定。
13.一种用于测试被测设备(12)的测试系统,所述测试系统(10)包括:
-至少一个矢量信号发生器(14),所述至少一个矢量信号发生器被配置为生成宽带调制信号,
-至少一个矢量信号分析器(24),所述至少一个矢量信号分析器与所述矢量信号发生器(14)具有定义的相位关系,以及
-至少一个定向元件(16),所述至少一个定向元件被配置为分离入射电磁波和反射的电磁波,
其中所述定向元件(16)至少具有第一端口(18)、第二端口(20)和第三端口(26),所述矢量信号发生器(14)经由所述第一端口(18)与所述定向元件(16)连接,所述矢量信号分析器(24)经由所述第三端口(26)与所述定向元件(16)连接,并且所述第二端口(20)被提供用于连接被测设备(12),
其中所述矢量信号发生器(14)被配置成经由所述定向元件(16)将所述宽带调制信号转发到所述被测设备(12),
其中所述定向元件(16)被配置成分离在所述被测设备(12)的输入(22)处反射的电磁波,
其中所述矢量信号分析器(24)被配置成处理与所述宽带调制信号相关联的参考信号,并且
其中所述矢量信号分析器(24)被配置为通过考虑所述参考信号和所述被测设备(12)的由所述矢量信号分析器(24)确定的至少一个散射参数来确定信道响应,其中所述散射参数取决于所述反射电磁波。
14.根据权利要求13所述的测试系统,其中所述测试系统(10)包括被配置为测试所述被测设备(12)的测试设备(40),所述测试设备(40)具有外壳(42),所述外壳包围所述矢量信号发生器(14)、所述矢量信号分析器(24)和所述定向元件(16)。
15.根据权利要求13或14所述的测试系统,其中所述测试系统(10)被配置为以相同设置执行S参数测量、调制精度测量和非线性效应测量,和/或其中所述测试系统(10)被配置为使用系统误差校正来定义参考平面并补偿所述测试系统(10)内的至少一个非理想组件。
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