CN1160984C - 天线装置和便携式无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种天线装置和便携式无线通信装置，即使在使用任何无线通信频率的时候，也能安全降低对应于至少两种或多种无线通信系统的局部平均SAR。本发明使导电平板11A和11B开路端的输入阻抗在第一和第二无线通信频率接近无限，并通过限制向上述导电平板11A、11B和屏蔽壳2提供高频电流来限制电磁波的发射，从而即使在使用任何无线通信频率的时候，也能安全降低对应于至少两种或多种无线通信系统的局部平均SAR。

Description

天线装置和便携式无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线装置和便携式无线通信装置，特别是例如适用于便携式无线通信装置，其中配置该装置以符合至少两类利用不同无线通信频率的无线通信系统。
背景技术
近年来随着便携式无线通信装置的迅速普及，单个无线通信系统趋向不能提供足够数目的电路。因此想到通过利用另一个使用不同频带的无线通信系统来预留必要数目的电路，并且由于紧密和轻型配置技术的显著进步，已经开发了一种终端，该终端允许单个便携式无线通信装置使用两种无线通信系统。
另一方面，每单位时间和单位质量人体特定区域(主要是头部)所吸收的电磁波量与便携式无线通信装置发射的电磁波的比定义为便携式无线通信装置的平均局部吸收率(SAR)，要求将此SAR的最大值限制到指定的值或更低。
图1中，参考标记1表示了一种便携式无线通信装置，开发该便携式无线通信装置来从总体上将局部平均SAR的最大值抑制到指定值或更低。在该图中，无线通信所需的电路衬底(未示出)容纳在一箱体(未示出)中，该箱体由非导电材料制成并覆盖着用作密封件的屏蔽壳2。
因为该在内容纳的电路衬底覆盖有屏蔽壳2，此便携式无线通信装置1使安装在电路衬底上的发射接收电路和其它各种电路防止对彼此、天线4和其它装置产生不利的影响。
此外，为该内部电路衬底配置有与基站通信的发射接收电路以产生预定格式的发射-接收信号、从天线4经天线供电部分3向基站传送信号、和解调接收信号，该接收信号利用天线4并经天线供电部分3接收。
天线4例如是由导线材料制成的棒状天线，但该便携式无线通信装置也可配制成能使用其它各种天线，诸如以螺旋形式缠绕的导线材料制成的螺旋天线和棒状天线和螺旋天线组合类型的扩展型天线。
仅仅上述天线4并不能用作天线，还要将高频电流提供给电路衬底的密封导体或屏蔽壳2，由此该便携式无线通信装置1总体上才能用作天线。
配置该便携式无线通信装置1以测量通信期间的局部平均SAR，已经确认局部平均SAR具有最大值的点(以下称为热点)是在耳朵邻近，耳朵与图2所示扬声器7接触。
考虑的原因在于该便携式无线通信装置1用于下述情况，其中在通信期间扬声器7一直接触人体耳朵，而且存在于扬声器7后侧的电路衬底的密封导体或用作天线一部分的屏蔽壳2发射电磁波。
因此便携式无线通信装置1(图1)具有位于扬声器7(未示出)相对位置的导电平板5，该导电平板5稍稍离开屏蔽壳2的顶表面2A以便几乎与顶表面2A保持平行。
顺便提一下，导电平板5和屏蔽壳2的顶表面2A之间的间隙根据无线通信频率确定，配置该便携式无线通信装置1以便能根据上述的间隙调整频带带宽。
导电平板5的一端通过短路导体6与屏蔽壳2短路，导电平板5的另一端沿箭头a所指方向向上电开路于屏蔽壳2，选择短路端到开路端的距离L1是射频波长λ的1/4。
相应地，导电平板5和便携式无线通信装置1的屏蔽壳2之间的阻抗在短路端几乎是＂0＂但在开路端接近于无限，因此从天线供电部分3的邻近到导电平板5和屏蔽壳2几乎不提供高频电流。
顺便提一下，实验证明当从导电平板5的短路端到开路端所测量的距离L1选定为在无线通信射频波长λ的1/4时，输入阻抗在短路端为0和输入阻抗在开路端为最大值，而且当从短路端到开路端所测量的距离L1选定为在无线通信射频波长λ的1/2时，开路端的输入阻抗为0。
相应地，便携式无线通信装置1使得高频电流几乎不提供给导电平板5和屏蔽壳2，由此能够减少从导电平板5和屏蔽壳2发射的电磁波量，和降低耳朵邻近的局部平均SAR。
但在具有上述结构的便携式无线通信装置1中，由所使用的无线通信频率确定从导电平板5的短路端到开路端的距离L1，甚至当导电平板5从短路端到开路端的距离L1是波长λ的1/4和在900MHz无线通信频率的开路端阻抗是最大值的时候，例如从导电平板5的短路端到开路端的距离L1相应于在1.8GHz的无线通信频率波长λ的1/2。
相应地，便携式无线通信装置1允许导电平板5的开路端的阻抗降低并增加从导电平板5和屏蔽壳2发射的电磁波量，从而不能降低在1.8GHZ的无线通信频率上的局部平均SAR，尽管便携式无线通信装置1允许在导电平板5的开路端的阻抗达到最大值并降低发射的电磁波量，从而能够在900MHz的无线通信频率上降低耳朵邻近的局部平均SAR。
相应地，便携式无线通信装置1难以用导电平板5降低对应使用不同无线通信频率的两种无线通信系统的的局部平均SAR。
发明内容
考虑到上述的内容，本发明的目的在于提供一种天线装置和便携式无线通信装置，对应于分别使用不同无线通信频率的至少两种或多种无线通信系统，其结构紧密简单并能减少人体吸收的电磁波量，即使是使用任何无线通信频率。
为了实现本发明的上述目的和其它目的。本发明提供一种用作天线的天线装置，该天线装置从电源点向天线单元供电并从电源点向屏蔽壳提供高频电流，所述装置包括：高频限流装置，其包括：第一导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第一短路部分、和另一端电开路的第一开路端部分，设置所述第一开路端部分使在第一无线通信频率输入阻抗接近于无限；和第二导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第二短路部分、和另一端电开路的第二开路端部分，设置所述第二开路端部分使在第二无线通信频率输入阻抗接近于无限；其中所述第一导电平板和所述第二导电平板形成为一体，开路端部分的导电平板与屏蔽壳几乎平行。
另外，本发明还提供一种具有一天线装置的便携式无线通信装置，该天线装置将天线单元和接地导体用作天线，通过从电源点向所述天线单元供电，及从所述电源点向所述屏蔽壳提供高频电流，所述装置包括：高频限流装置，其包括：第一导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第一短路部分、和另一端电开路的第一开路端部分，设置所述第一开路端部分使在第一无线通信频率输入阻抗接近于无限；和第二导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第二短路部分、和另一端电开路的第二开路端部分，设置所述第二开路端部分使在第二无线通信频率输入阻抗接近于无限；其中所述第一导电平板和所述第二导电平板形成为一体，开路端部分的导电平板与屏蔽壳几乎平行。
因为在导电平板开路端的输入阻抗分别在多个无线通信频率接近于无限，因此有可能通过限制提供到上述导电平板和屏蔽壳的高频电流来限制电磁波的辐射，从而对应于使用不同无线通信频率的至少两种或多种无线通信系统，安全地减少人体接受的电磁波量，即使是使用任何无线通信频率。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中本发明的本质、原理和使用将更加明显，其中类似的部分用类似的参考标记来表示。
在附图中：
图1是表示传统便携式无线通信装置结构的示意透视图；
图2是表示局部平均SAR热点的示意图；
图3是表示根据本发明第一实施例的便携式无线通信装置结构的示意透视图；
图4是表示根据本发明第二实施例的便携式无线通信装置结构的示意透视图；和
图5A到5D是表示使用导电平板时局部平均SAR测量结果的示意图。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的优选实施例：
(1)第一实施例
图3中，用相同的参考标记表示与图1所示的相应部件，参考标记10表示根据本发明第一实施例的便携式无线通信装置。实现无线通信所需的电路衬底(未示出)容纳在一箱体(未示出)中，该箱体由非导电材料制成并覆盖有用作密封件的屏蔽壳2。
因为该在内容纳的电路衬底覆盖有屏蔽壳2，配置此便携式无线通信装置10使安装在电路衬底上的发射接收电路和其它各种电路不对彼此、天线4和其它装置产生不利的影响。
此外，为该内部电路衬底配置有与基站通信的发射接收电路以产生预定信号格式的传输信号、从天线4经天线供电部分3发射此信号到基站、和在经天线供电部分3接收该接收信号之后解调利用天线4接收的接收信号。
天线4由导线材料制成的棒状天线构成，但上述天线4不用作天线而是从天线供电部分3为该密封部件或屏蔽壳2提供高频电流，因此便携式无线通信装置10总体上用作天线。
在这种情况下，假设局部平均SAR具有最大值的热点在要接触扬声器(未示出)的耳朵邻近，将在下面描述便携式无线通信装置10。
便携式无线通信装置10具有一导电平板11，该导电平板位于几乎平行于屏蔽壳2的顶表面2A的位置并且在从上述顶表面2A测量为h1的高度，上述导电平板11通过左侧短路导体12和右侧短路导体13与屏蔽壳2短路。
该导电平板11配置为单个板，其包括几乎在中心相交的矩形左侧平板部分11A和矩形右侧平板部分11B，矩形左侧平板部分11A具有从短路端到开路端的距离为L2和宽度为W2的左侧短路导体12，矩形右侧平板部分11B具有从短路端到开路端的距离为L3和宽度为W3的右侧短路导体13。
选择从导电平板11的左侧平板部分11A的短路端到开路端的距离L2，例如是第一无线通信频率900MHz波长λ的1/4。
此外，选择导电平板11的右侧平板部分11B的短路端到开路端的距离L3，例如是第二无线通信频率1.8GHz波长λ的1/4。
相应地，便携式无线通信装置10能够使上述导电平板11的开路端的输入阻抗接近于无限，因为导电平板11的左侧平板部分11A在第一射频(900MHz)时工作。
类似的，便携式无线通信装置10能够使上述导电平板11的开路端的输入阻抗接近于无限，因为导电平板11的右侧平板部分11B在第二射频(1.8GHz)时工作。
虽然实验证明当从短路端到开路端测量的距离L2选择为无线通信频率波长λ的1/2时开路端的输入阻抗为0，从导电平板11的右侧平板部分11B的短路端到开路端测量的距离L3不符合在第一射频(900MHz)的波长λ的1/2，由于右侧平板部分11B在第一射频工作，则认为几乎不产生任何影响。
但是，从导电平板11左侧平板部分11A的短路端到开路端测量的距离L2符合在第二射频(1.8GHz)波长λ的1/2，则认为降低了左侧平板部分11A开路端的输入阻抗，但是因为从导电平板11右侧平板部分11B的短路端到开路端测量的距离L3比左侧平板部分11A的距离L2短，则认为主要是右侧平板部分11B在工作而左侧平板部分11A不起太多的作用。
如上所述配置该便携式无线通信装置10，以使导电平板11开路端的输入阻抗在第一射频(900MHz)和第二射频(1.8GHz)接近于无限，从而使天线供电部分3提供的高频电流几乎不提供到上述导电平板11和屏蔽壳2，从而减少从导电平板11和屏蔽壳2发射的电磁波量，并能降低用户耳朵邻近的局部平均SAR。
具有上述结构的便携式无线通信装置10能使导电平板11开路端的输入阻抗在第一射频和第二射频接近于无限，因为导电平板11位于几乎平行于屏蔽壳2的顶表面2A的位置并且其高度为从上述顶表面2A测量的h1，该导电平板11具有左侧平板部分11A和右侧平板部分11B，左侧平板部分11A具有选定的从短路端到开路端的距离L2因此是在第一射频(900MHz)波长λ的1/4，右侧平板部分11B具有选定的从短路端到开路端的距离L3因此是在第二射频(1.8GHz)波长λ的1/4。
结果，便携式无线通信装置10能够减少导电平板11和屏蔽壳2在第一射频和第二射频发射的电磁波量，从而降低耳朵邻近的局部平均SAR。
在图5A所示1.785GHz的测量频率测量局部平均SAR的情况下，1.785GHz的测量频率接近于第二无线通信频率，便携式无线通信装置10实际上不会使局部平均SAR高于不如此放置该导电平板11的情况。
也就是说，虽然从导电平板11左侧平板部分11A的短路端到开路端的距离L2符合便携式无线通信装置10在第二射频(1.8GHz)波长λ的1/2，上述左侧平板部分11A几乎不工作，便携式无线通信装置10能够保持局部平均SAR，该局部平均SAR等于当导电平板11至少不处于第二无线通信频率时的SAR。
顺便提一下，左侧平板部分11A主要在第一无线通信频率工作并使开路端的输入阻抗接近于无限，因此便携式无线通信装置10能够减少从导电平板11和屏蔽壳2发射的电磁波量，从而安全地降低耳朵邻近的局部平均SAR。
此外，便携式无线通信装置10可以配置成紧密和简单的结构而不必复杂或增大，因为便携式无线通信装置10使用导电平板11，该导电平板11形成为包括左侧平板部分11A和右侧1B的单个平板。
由于上述结构位于扬声器的附近，在该结构中，左侧平板部分11A具有从短路端到开路端测量的距离L2，选择L2为在第一射频的波长λ/4，右侧平板部分11B具有从短路端到开路端测量的距离L3，选择L3为在第二射频波长λ的1/4，便携式无线通信装置10能够降低使用时用户耳朵邻近的局部平均SAR，从而安全地降低人体吸收的电磁波量。
(2)第二实施例
图4中，用相同的参考标记表示相应于图3所示的部件，参考标记20表示根据本发明第二实施例的便携式无线通信装置。下面也根据局部平均SAR具有最大值的热点位于接触扬声器(未示出)的耳朵邻近的假设进行描述。
便携式无线通信装置20使用一导电平板23，该导电平板23处于几乎平行于屏蔽壳2的顶表面2A的位置，并在距离上述顶表面2A的高度h1处，上述导电平板23由短路导体21与屏蔽壳2短路。
导电平板23配置成单个平板，该平板包括几乎在中心相交的矩形左侧平板部分23A和右侧平板部分23B，左侧平板部分23A从短路端到开路端的距离为L4，上述开路端的宽度为W4，右侧平板部分23B从短路端到开路端的距离为L5，上述开路端的宽度为W5。
但是，在这种情况下，导电平板23具有预定长度的隙缝22，该长度是从处于左侧平板部分23A和右侧平板部分23B之间的开路端一侧测量的，因此左侧平板部分23A和右侧平板部分23B很容易独立移动。
选择从导电平板23左侧平板部分23A的短路端到开路端的距离L4，例如是第一无线通信频率900MHz波长λ的1/4。
此外，选择导电平板23的右侧平板部分23B的短路端到开路端的距离L5，例如是第二无线通信频率1.8GHz波长λ的1/4。
相应地，便携式无线通信装置20能够使导电平板23的开路端的输入阻抗在第一射频(900MHz)时接近于无限，这是由于导电平板23的左侧平板部分23A的作用。
类似的，便携式无线通信装置20能够使导电平板23的开路端的输入阻抗在第二射频(1.8GHz)时接近于无限，这是由于导电平板23的右侧平板部分23B的作用。
相应地，配置便携式无线通信装置20以使在导电平板23的左侧平板部分23A和右侧平板部分23B的开路端的输入阻抗在第一射频(900MHz)和第二射频(1.8GHz)时接近于无限，从而能够使天线供电部分3几乎不为上述导电平板23和屏蔽壳2提供高频电流，因此减少从导电平板23和屏蔽壳2发射的电磁波量和降低用户耳朵邻近的局部平均SAR。
具有上述结构的便携式无线通信装置20能使导电平板23的左侧平板部分23A和右侧平板部分23B的开路端的输入阻抗在第一射频和第二射频接近于无限，这是因为导电平板23位于几乎平行于屏蔽壳2的顶表面2A的位置并且距离上述顶表面2A的高度为h1，该导电平板23具有左侧平板部分23A和右侧平板部分23B，左侧平板部分23A具有选定的从短路端到开路端的距离L4使得是在第一射频(900MHz)波长λ的1/4，右侧平板部分23B具有选定的从短路端到开路端的距离L5使得是在第二射频(1.8GHz)波长λ的1/4。
结果，便携式无线通信装置20能够减少导电平板23和屏蔽壳2在第该射频和第二射频发射的电磁波量，从而降低耳朵邻近的局部平均SAR。
如图5B所示，即使实际在1.785GHz的测量频率测量局部平均SAR的情况下，1.785GHz的测量频率接近于第二无线通信频率，便携式无线通信装置20使局部平均SAR低于不如此放置该导电平板23的情况。
因此认为便携式无线通信装置20不允许相应于第一无线通信频率的左侧平板部分23A在第二无线通信频率工作，而且便携式无线通信装置20能够不仅在第一无线通信频率而且在第二无线通信频率安全地降低耳朵邻近的局部平均SAR。
此外，便携式无线通信装置20可以配置成紧密和简单的结构而不必复杂或增大，这是因为便携式无线通信装置20使用导电平板23，该导电平板23配置成包括左侧平板部分23A和右侧23B的单个平板。
具有上述结构的为便携式无线通信装置20能够降低在第一射频和第二射频使用时用户耳朵邻近的局部平均SAR，从而安全地降低人体吸收的电磁波量，这是因为导电平板23位于扬声器的邻近，该导电平板23具有左侧平板部分23A和右侧平板部分23B，左侧平板部分23A具有选定的从短路端到开路端的距离L4使得是在第一射频波长λ的1/4，右侧平板部分23B具有从短路端到开路端的距离L5使得是在第二射频波长λ的1/4。
(3)其它实施例
虽然用作高频限流装置的每个导电平板11和23配置成上述第一和第二实施例的单个板，但本发明并不限制为这些实施例，而且导电平板可以配置成完全分成用作屏蔽板的左侧平板部分11A和23A和用作屏蔽板的右侧平板部分11B和23B的两个板。
虽然左侧平板部分11A和右侧平板部分11B之间没有隙缝的导电平板11用于上述的第一实施例，但本发明并不限于该实施例，导电平板11可以具有从导电平板11的开路端形成预定长度的隙缝。
在这种情况下，如图5C所示当在接近第二无线通信频率的1.785GHz的测量频率测量局部平均SAR时，实验已经证明具有这种隙缝的导电平板11与没有隙缝的导电平板11相比显著降低了局部平均SAR(大致15％)。
此外，虽然具有处于左侧平板部分23A和右侧平板部分23B之间隙缝的导电平板23用于上述第二实施例，但本发明并不限于该实施例，也可以使用左侧平板部分23A和右侧平板部分23B之间没有隙缝的导电平板。
在这种情况下，如图5D所示，实验已经证明当以接近于第二无线通信频率的1.785GHz测量频率测量局部平均SAR时，没有隙缝的导电平板可以提供等于具有隙缝的导电平板23可得到的局部平均SAR。
此外，虽然在上述第一和第二实施例中导电平板11和23都位于扬声器邻近，但本发明并不限于这些实施例，导电平板11和23可以位于其它各种位置，这些位置是接近人体的热点邻近。
此外，虽然在上述第一和第二实施例中，相应于第一无线通信频率的左侧平板部分11A和23A位于左侧，右侧平板部分11B和23B位于屏蔽壳2的顶表面2A的右侧，但本发明并不限于这些实施例，左侧平板部分11A和23A可以与右侧平板部分11B和23B交换。
此外，虽然在上述第一和第二实施例中在屏蔽壳2的顶表面2A和导电平板11和23之间没有部件，但本发明并不限于这些实施例，具有预定介电常数的电介质可以处于屏蔽壳2的顶表面2A与导电平板11和23之间。在这种情况下，从导电平板11和23的短路端到开路端的距离可以缩短，这是因为根据电介质介电常数得到的波长缩短效果。
当使用电介质时，用下面的公式表示从左侧平板部分11A和23A的短路端到开路端的距离L2和L4：
L 2 = λ 1 4 × 1 ϵ r - - - - - - - - - - ( 1 )
(εr：电介质的介电常数，λ1：在900MHz的波长)
L 4 = λ 2 4 × 1 ϵ r - - - - - - - - ( 2 )
(εr电介质的介电常数，λ2：在1.8GHz的波长)
虽然在上述第一和第二实施例中，导电平板11和23的开路端处在屏蔽壳2上流端一侧的位置，但本发明并不限于这些实施例，导电平板11和23的开路端可以处在除了上流端一侧其它的位置，这些位置是提供高频电流的天线供电部分3的邻近。
虽然导电平板11和导电平板23设置在上述第一和第二实施例中，导电平板11包括分别相应于第一无线通信频率和第二无线通信频率的左侧平板部分11A和右侧平板部分11B，导电平板23包括左侧平板部分23A和右侧平板部分23B，但本发明并不限于这些实施例，也可以布置成相应于三种无线通信频率的左侧平板部分、中间平板部分和右侧平板部分的导电平板或相应于一种无线通信频率的导电平板。
虽然已经描述了本发明的优选实施例，但对本领域技术人员来说很明显可以进行各种改变和修改以覆盖所附的权利要求书，这些变化和修改落入本发明的实际精神和范围内。

Claims (11)

1.一种用作天线的天线装置，该天线装置从电源点向天线单元供电并从电源点向屏蔽壳提供高频电流，所述装置包括：
高频限流装置，其包括：
第一导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第一短路部分、和另一端电开路的第一开路端部分，设置所述第一开路端部分使在第一无线通信频率输入阻抗接近于无限；和
第二导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第二短路部分、和另一端电开路的第二开路端部分，设置所述第二开路端部分使在第二无线通信频率输入阻抗接近于无限；
其中所述第一导电平板和所述第二导电平板形成为一体，开路端部分的导电平板与屏蔽壳几乎平行。
2.根据权利要求1的天线装置，其中所述高频限流装置进一步包括具有预定长度的隙缝，该隙缝位于所述第一导电平板和所述第二导电平板的开路端部分之间。
3.根据权利要求1的天线装置，其中从所述第一导电平板和所述第二导电平板的短路端部分到开路端部分的长度等于所述第一无线通信频率和所述第二无线通信频率的无线通信频率波长的1/4。
4.根据权利要求1的天线装置，其中所述高频限流装置包括具有预定介电常数的电介质，该电介质插在所述导电平板和所述屏蔽壳之间。
5.根据权利要求1的天线装置，其中所述高频限流装置的所述导电平板设置在接近所述屏蔽壳的位置，在该位置上，当高频电流流向屏蔽壳时，被人体吸收的电磁波量超过预定的规定值。
6.一种具有一天线装置的便携式无线通信装置，该天线装置将天线单元和屏蔽壳用作天线，通过从电源点向所述天线单元供电，及从所述电源点向所述屏蔽壳提供高频电流，所述装置包括：
高频限流装置，其包括：
第一导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第一短路部分、和另一端电开路的第一开路端部分，设置所述第一开路端部分使在第一无线通信频率输入阻抗接近于无限；和
第二导电平板，具有一端电短路于所述屏蔽壳的第二短路部分、和另一端电开路的第二开路端部分，设置所述第二开路端部分使在第二无线通信频率输入阻抗接近于无限；
其中所述第一导电平板和所述第二导电平板形成为一体，开路端部分的导电平板与屏蔽壳几乎平行。
7.根据权利要求6的便携式无线通信装置，其中所述高频限流装置进一步包括具有预定长度的隙缝，该隙缝位于所述第一导电平板和所述第二导电平板的开路端部分之间。
8.根据权利要求6便携式无线通信装置，其中从所述第一导电平板和所述第二导电平板的短路端部分到开路端部分的长度等于所述第一无线通信频率和所述第二无线通信频率的无线通信频率波长的1/4。
9.根据权利要求6的便携式无线通信装置，其中所述高频限流装置包括具有预定介电常数的电介质，该电介质插在所述多个导电平板和所述屏蔽壳之间。
10.根据权利要求6的便携式无线通信装置，其中所述高频限流装置的所述多个导电平板设置在接近所述屏蔽壳的位置，在该位置上，当向所述屏蔽壳提供高频电流时，被人体吸收的电磁波量将超过预定的规定值。
11.根据权利要求6的便携式无线通信装置，其中所述高频限流装置的所述多个导电平板设置在接近用于所述便携式无线通信装置的扬声器。
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