CN1166056C - 边沿反射型表面声波器件的频率特性调节方法与制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种调节边沿反射型表面声波器件频率特性的方法,包括获得具有压电基片的边沿反射型表面声波器件的频率特性的步骤。边沿反射型表面声波器件的一对压电基片边沿限定了其间的预定距离。接着,在一对位置的至少一个位置上切割压电基片,当边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要高于得到的频率特性时,该位置限定的距离便短于预定距离;而当边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要低于得到的频率特性时,该位置限定的距离则长于预定距离。
Description
技术领域
本发明涉及制造应用于带通滤波器,隔波器或其它合适器件的边沿反射型表面声波器件的方法和调节交指换能器谐振频率的方法。
背景技术
如在日本待审专利申请公报No.5-183376和No.5-145370中揭示的那样,以前曾提出过应用BGS波导剪切水平(SH)型表面波的各种边沿反射型表面声波器件。
在边沿反射型表面声波器件中,在具有两相对边沿的压电基片上设置了一种交指换能器,交指换能器中的多个电极指沿平行于边沿的方向延伸,受激表面声波在两相对边沿之间反射而产生驻波,可利用基于该波的谐振特性。
由于边沿反射型表面声波器件不需要反射器,故表面波器件可实现超小型化。
对制造上述的边沿反射型表面声波器件,要用压电材料制备一块晶片,然后在上面形成多个交指换能器,再切割该晶片而形成其两个相对的边沿,并由单块晶片切出多个边沿反射型表面声波器件。
在边沿反射型表面声波器件中,除非正确地形成两个相对的边沿,否则无法获得期望的谐振特性与滤波特性。因此在用单块板型边沿反射型表面声波器件形成边沿时,各边沿先前切割的位置从各最外面电极指附近的电极指中心沿表面声波传播方向隔开λ/2或λ/2整数倍的距离。另一方面,当用包括一对电极指部分的双电极型交指换能器形成边沿时,各边沿的切开位置从沿表面声波传播方向设置在该交指换能器最外侧的各电极指附近的电极指的成对电极指部分之间的中心朝外沿表面声波传播方向隔开λ/2整数倍的距离。
在实际制造过程中,多个边沿反射型表面声波器件从一块晶片切开,而且在大量制造边沿反射型表面声波器件时,在每块晶片上以同样方法形成交指换能器,由此切割多块晶片。
然而,即使制备了多块晶片且以同一方法形成的多个交指换能器,而且以高粘度切割形成了边沿,仍然有这样一个问题,即在得到的众多边沿反射型表面声波器件当中,频率特性是不同的,原因在于各晶片的压电特性有异。
发明内容
为解决上述问题,本发明的诸较佳实施例提出一种制造边沿反射型表面声波器件的方法,由此可消除制造的边沿反射型表面声波器件之间频率特性的变化,实现期望的频率特性。
调节本发明一较佳实施例的边沿反射型表面声波器件的频率特性的方法,包括确定具有压电基片的边沿反射型表面声波器件的频率特性的步骤。该边沿反射型表面声波器件有一对限定其间某一预定距离的压电基片的边沿。压电基片在一对位置的至少一个位置上切割,该位置限定的距离在边沿反射型表面声波器件的最终频率特性高于确定的频充特性时短于预定距离,而在边沿反射型表面声波器件的最终频率特性低于预定频率特性时长于预定距离。
压电基片在切割步骤中的切割位置,较佳地偏离在频率特性确定步骤中限定预定距离的边沿位置约λ/8或更小,更佳地偏离的λ/16,其中λ是要在边沿反射型表面声波器件中被激励的剪切水平型表面波的波长。
边沿反射型表面声波器件可以包括单电极型交指换能器,此时限定预定距离的边沿位置最好位于电极中心附近。
或者,边沿反射型表面声波器件可以包括双电极型交指换能器,此时限定预定距离的每个边沿位置接近均成双电极的一对电极指的中心。
根据本发明的另一较佳实施例,制造包括至少一个交指换能器并应用剪切水平型表面波的边沿反射型表面声波器件的方法包括步骤:在压电基片上形成多个交指换能器;切割压电其i和制造一基准边沿反射型表面声波器件,其中包括至少一交指换能器和一对压电基片边沿,该对边沿限定了其间的预定距离,测量该基准边沿反射型表面声波器件的频率特性,根据测得的频率特性确定限定每个剩余边沿反射型表面声波器件的一对边沿的位置,当剩余边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要高于测得的频率特性时,剩余边沿反射型表面声波器件的该对边沿间的距离最好短于预定距离,而在剩余边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要低于测量的频率特性时,剩余边沿反射型表面声波器件的该对边沿间的距离最好长于预定距离,并在确定的位置切割压电基片以制造剩余的边沿反射型表面声波器件。
通过以下结合附图对本发明诸较佳实施例所作的详细描述,本发明的上述与其它要素、特征、特点和优点将更清楚了。
附图说明
图1是系出本发明第一较佳实施例的边沿反射型表面声波器件的透视图。
图2是第一实施例的曲线图,表示切割形成的边沿与设计位置的偏移量同测得谐振频率与目标谐振频率f的偏移量边沿反射型表面声波器件f与目标谐振频率f之比的关系。
图3是第一实施例的曲线图,表示边沿位置是设计位置-λ/4、-λ/8和-λ/16时的频率特征;
图4是示出本发明第二实施例中边沿反射型表面声波器件电极配置的示意平面图。
图5是图4所示第二实施例中边沿反射型表面声波器件的局部放大平面图,说明形成边沿的切割位置。
图6是本发明第二实施例的曲线图,表示切割形成的边沿位置测得的中心频率与目标中心频率f0的偏移量边沿反射型表面声波器件f和目标中心频率f0之比的关系。
图7是本发明第二实施例的曲线图,表示当边沿位置是设计位置-λ/4、-λ/8和-λ/16时的频率特性。
图8是表示包括单电极型交指换能器的横向耦合型表面波滤波器的透视图,作为一例本发明诸较佳实施例都适用的表面声波器件;
图9是表示包括双电板型交指换能器的横向耦合型表面波滤滤器的示意平面图,作为一例本发明诸较佳实施例都适用的表面波器件。
图10是一曲线图,表示当边沿位置变化时,包括单电极型交指换能器的横向耦合型谐振滤波器中频率特性的变化。
图11是包括单电极型交指换能器的纵向耦合型表面声波滤波器的透视图,作为另一例本发明诸实施例都适用的表面波器件。
图12是包括双电极型交指换能器的纵向耦合型表面声波滤波器电极配置的示意平面图,作为又一例本发明诸实施例都适用的表面波器件。
图13是包括单电极型交指换能器的梯型滤波器的平面图,作为另一例本发明诸实施例都适用的端面反射型表面波器件;和
图14是包括双电板型交指换能器的梯型滤波器的平面图,作为又一例本发明诸实施例都适用的端面反射型表面波器件。
具体实施方式
图1是本发明第一实施例中一例边沿反射型表面声波器件的透视图。本例的边沿反射型表面声波器件1最好是一种将BGS波用作SH型表面波的边沿反射型表面声波器件。
边沿反射型表面声波器件1的压电基片上为矩形板状,最好由LiNbO3、LiTaO3等压电单晶或钛酸锆酸铅基陶瓷(PET)等压电陶瓷制作。当压电基片2为压电陶瓷时,它要沿图1箭头P的方向作极化处理。压电基片2的端面2a与2b基本上相互平行。
交指换能器3置于压电基片2的顶面上,它有一对最好的Al等合适的金属材料制成的梳状电极4与5,而梳状电极4与5分别有多根电极板指4a与4b和5a-5c。在交指换能器3中,在最外侧沿表面波传播方向定位的电极指5a与5c,最好宽度各为约λ/8,这里λ指受激表面波的波长。
各剩余电极指4a、4b和5b的宽度最好约为λ/4,电极指的间隙最好约为λ/4。
端面2a与2b之间的距离最好的约为λ2×N,其中λ是准备由交指换能器3激励的表面声波的波长,N是大于1的整数,因而受激波在端面2a与2b之间变成了驻波。
在制造本例的边沿反射型表面声波器件1的方法中,首先制备用于形成压电基片的晶片。具体地说,制备一块由上述压电单晶或压电陶瓷构成的大尺寸晶片,并在其上设置多个交指换能器3以例构制多个边沿反射型表面声波器件1。
接着,按厚度方向切割晶片而形成端面2a与2b,于是切开边沿反射型表面声波器件1。此时将端面2a与2b间的距离设置成设计值,使边沿反射型表面声波器件1具有包括谐振频率的设计的特性。
然而,如上所述,各块晶片的压电特性不同,因此当由多块晶片制得众多的边沿反射型表面声波器件1时,这些边沿反射型表面声波器件的谐振特性各不相同。
因此,在本例中,首先在设计的位置上从晶片切开一对边沿2a与2b,形成单个边沿反射型表面声波器件两相对的边沿,并且测量频率特性,尤其是形成这些边沿的边沿反射型表面声波器件1的谐振频率。这样,推定要从晶片剩余部分的切开的其它边沿反射型表面声波器件都具有在设计位置上从晶片切开而测得的同样的频率特性。当如此测得的频率特性偏离期望特性时,通过改变两相对边沿的切割位置而校正该偏差,于是可通过切割形成在晶片剩余部分构成的各边沿反射型表面声波器件的两相对边沿。
具体而言,调整边沿的形成位置(即边沿的距离)可调节频率。一般情况下,把边沿2a与2b的实际位置确定成与边沿2a与2b的设计位置相同,距离的λ/2×N。相反地,在本发明诸实施例中,边沿2a与2b的实际位置沿表面声波的传播方向设置在设计位置之内或之外,使边沿2a与2b的实际距离与距离约为λ/2×N的边沿2a与2b的设计位置相比可能变得更长或更短,由此调节了谐振频率。
这可以参照与最外面电极指附近下一内部电极指位置的相对位置来解释。具体而言,通常将2a与2b的每个位置设置于从最外面电极指5a与5c附近各电极指4a与4b的中心沿表面声波传播方向向外隔开λ/2的位置。相反地,在本例中,通过在设计位置之内或之外的位置上进行切割,形成两相对边沿的每个边沿,而该设计位置是从各电极指4a与4b的中心沿表面声波传播方向朝外隔开约λ/2的位置。
图2表示在分别具有15对与80对电极的边沿反射型表面声波器件1中,当边沿2b在从设计位置向外偏移的位置上形成时(该位置与电极指4b的中心隔开约λ/2),边沿反射型表面声波器件1的谐振频率。图2的结果从实施获得,其中在边沿反射型表面声波器件1中,在PZT制作的压电基片上设置了15对和80对电极指,λ约58μm。应指出,本语“对”指属于梳状电极4的一根电极指和属于梳状电极5的一根电极指,它们互相接近。
图2的垂直轴代表测得的谐振频率f1与目标谐振频率f的偏差量Δf=f1-f同目标谐振频率f的比值Δf/f。水平轴上“0”代表设计的位置,它沿表面声波传播方向朝外与电极指4b的中心隔开λ/2。水平轴上的“边沿位置”指设计的位置置于原点(即0)时的边沿形成位置。这里从设计位置0起的“+”向表示在设计位置之外沿表面声波传播方向形成的边沿。
要指出,图2表示当边沿2a与2b都以同一偏移量沿同一方向形成时所得到的结果。边沿2a与2b最好以同一偏移量沿同一方向形成,从而边沿反射型表面声波器件相对于基本上平行于交指线电极指的中心线呈对称。然而,只要将边沿2a或2b偏离各自的设计位置,就可偏移谐振频率。
从图2可见,将各边沿2a与2b偏离设计位置,谐振频率就偏移。具体而言,已经知道,当通过在设计位置之外切割压电基片使边沿2a与2b的距离大于约λ/2×N设计值而形成各边沿时,调节频率使谐振频率变得更低,而当各边沿沿表面波传播方向定位在设计位置之内使边沿2a与2b的距离变成小于约λ/2×N的设计值时,调节频率可使谐振频率变得更高。
这样,通过在沿表面波传播方向朝外或朝里偏离设计位置的位置上进行切割,就能调节谐振频率。
因此,根据本发明的诸较佳实施例,首先要通过实验获得某个校正量,该校正量表示相对于图2那样与边沿设计位置的定位偏离的频移。于是,基准边沿反射型表面声波器件具有一对在设计位置上切开晶片的形成的边沿2a与2b,并测量该基准边沿反射型表面声波器件的谐振频率。
之后,计算测得的谐振频率与设计的谐振频率的偏差,根据该差值通过校正可得出定位偏差量与偏差方向,从而消除差值。这样,能够可靠地得到具有预定谐振频率的边沿反射型表面声波器件。
应该指出,当各边沿2a与2b的形成位置朝外或朝里偏离设计位置过大时,不仅会降低谐振特性的阻抗比,还会在频率特性中出现不需要的乱真响应。图3中箭头P1表示的特性,表示在各边沿2a与2b沿表面声波传播方向朝里偏离设计位置约λ/4的位置上形成时的频特性。当各边沿在朝里偏离设计位置超过的±λ/8的设计位置范围内,如在约-λ/8设计位置上时的频率特性。可以看出,在图3的P1内标以“X”的乱真响应被明显减小了。
因此可以明白,在约±λ/8设计在位置范围内的某一位置形成各边沿,可有铲地抑制乱真响应,而且由图2可见,能方便可靠地调节谐振频率。
更佳地,各边沿2a与2b在约±λ/16设计位置范围内形成。图3箭头P3表示当各边沿2a与2b在约-λ/16设计位置的位置上形成时的频率特性。通过与图3箭头P2指出的特性相比较可以看出,在箭头P3指示的特性中,更有效地抑制了上述的乱真响应。
图1所示的边沿反射型表面声波器件1是包括单电极型交指换能器3的表面波谐振器的一应用例。然而,本发明还适用于一种制造表面波器件的方法,所述表面波器件包括具有一对电极指部分的双电板型交指换能器。
图4是本发明第二实施例中边沿反射型表面声波器件11电极配置的示意平面图,该器件有一双电极型交指换能器12。
交指换能器12有多根电极指,各电段指有一种双电板(或分裂电极)结构,其中设置3一对电极指部分。例如,图4中交指换能器12的电极指13和14被配置成分别由电极指部分13a与13b及14a与14b限定这些对。
在本例中,把沿表面声波传播方向朝外隔开电板13中心(即沿表面声波传播方向最外面电极指14附近的电极指部分13a与13b的中心)约λ/2的位置设置为设计位置,通过在设计位置约±λ/8范围的某一位置切割而形成边沿。
图5是局部放大的切割平面图,表示在图4所示交指换能器12的电极指13与14外部沿表面声波传播方向准备形成边沿的部分。
具体而言,交指换能器12经配置,使其电极指13具有一对电极指部分13a与13b,并使其最外面的电极指14具有一对电极指部分14a与14b。当试图切割晶片而形成边沿反射型表面声波器件11时,把沿表面声波传播方向朝外隔开电板13中心(即电极指部分13a与13b沿表面声波传播方向的中心)的λ/2的位置(位置C)设置为设计位置,并通过在设计位置之内或之外的某一位置上切割而形成边沿。这里,当在A-F指示的位置之一处切割时,就可能切掉最外面电极指14中的电极指部分14b。
图6示出当以上述方法形成各边沿,并且其位置在边沿反射型表面声波器件1中偏离设计位置而产生约λ/2×N距离时,谐振频率发生的变化。图6的结果由实验得到,其中交指换能器12的15对,34对和80对电极指分别设置在电PZT组成的压电基片上,λ约为36μm。
图6的垂直轴代表测得的谐振频率f2与目标谐振频率f0的偏移量边沿反射型表面声波器件f=f2-f0同目标谐振频率f0之比,水平轴代表端面的位置。水平轴上的“0”表示该边沿位于设计位置(位置C),该位置沿表面声波传播方向朝外隔开电极指部分13a与13b的中心约λ/2。
由图6可见,在包括双电板型交指换能器12的边沿反射型反射器中,通过偏移各边沿的位置,使谐使振频率以第一实施例同样的方法变化。
同样地,在第二实施例中,当各边沿在朝外或朝里偏离设计位置过多的位置上形成时,频率特性中会出现明显的乱真响应。
图7箭头Q1指示的特性,表示当各边沿在沿表面波传播方向偏离设计位置约-λ/4的位置上形成时的频率特性。如图中箭头Y所指,可看到明显的乱真响应。
图7箭头Q2指示的特性,表示当各边沿在位于偏离设计位置约-λ/8的位置时的频率特性。可以看出,上述乱真响应受到很大的抑制。
同样地,图7箭头Q3指示的特性,表示当各边沿位于偏离设计位置的-λ/16的位置的频率特性。可以看出,当各边沿的位置在设计位置+λ/16的范围内时,可更有效地抑制上述的乱真响应。
因此,在第二实施例中也可肯定,通过将各边沿形成在设计约+λ/8,更佳地在+λ/16范围的位置上,可得到乱真响应低的优良频率特性。
在第一与第二实施例中,分别描述了应用单电板型和双电板型交指换能器的表面波谐振器的例子,但本发明适用于制造包括单、双电板型换能器的各种表面波器件的方法。图8-14示出的其它一些表面波器件的例子可应用本发明的诸较佳实施例。
图8和9的边沿反射型表面声波器件21与31确立是横向耦合型边沿反射型表面波滤波器,分别具有两个单电板型交指换能器22与23和两个双电板型交指换能器32与33。
图10示出图9中应用最好由PET组成的压电基片的横向耦合型谐振滤波器的特性例子。图10中,C表示各边沿形成在设计位置上时的特性,D-G表示各边沿形成在分别偏出设计位置约λ/32、λ/16、λ/8和λ/4位置时的特性,可以看出,改变边沿形成位置可以调节中心频率。要注意,相对于滤波器特性,当各边沿形成在偏出设计位置约λ/4时,扦入损失板差,且乱真响应板大。当边沿形成位置偏出设计位置约λ/8时,这些滤波器特性得出适中的结果,而当形成位置偏出设计位置约λ/16时,滤波器特性呈现优良的结果。虽然图10示出了边沿形成位置偏出设计位置时的结果,但是边沿形成位置偏入设计位置以内可使中心频率调成偏向更高的频率。在此情况,扦入损失与乱真响应呈现出与边沿形成位置偏出设计位置的情况同样的值。下面要描述的纵向耦合型谐振滤波器也有同样的结果。
图11的表面波器件41是纵向耦合型表面声波滤波器,其中单电极型交指换能器43沿表面波传播方向置于压电基片42上。
图12的边沿反射型表面声波器件51是具有双电极型交指换能器52与53的纵向耦合型表面声波滤波器。
图13和14的边沿反射型表面声波器件61与71均为梯型滤波器,分别具有单与双电极型交指换能器。
除了上述图8~14的不同边沿反射型表面声波器件以外,根据本发明诸实施例制造边沿反射型表面声波器件的方法一般适于制造各种交指换能器。
由以上描述可见,在根据本发明各种实施例制造边沿反射型表面声波器件的方法中,即使因晶片的原因使频率特性出现偏差时,通过测量在同样晶片上最先形成的边沿反射型表面声波器件的特性,通过测量在同样晶片上最先形成的边沿反射型表面声波器件的特性,并根据得到的特性与目标特性的偏差调节同一晶片上剩余边沿反射型表面声波器件的边沿形成位置,仍可容易地获得具有期望频率特性的边沿反射型表面声波器件。
在本发明诸实施例的一个方面中,在离设计位置约+λ/8范围内的某一位置切割压电基片而形成两相对边沿的每个边沿,由此将频率调得更低。另一方面,在本发明诸实施例的第二方面中,在设计位置以内如离设计位置约-λ/8范围内的某一位置切割压电基片而形成两相对边沿的每个边沿,由此将频率调得更高。
在本发明诸实施例的第一或第二方面中,尤其在设计位置的+λ/16或-λ/16范围内的某一位置通过切割而成各边沿时,甚至更加抑制了不需要的乱真响应,由此获得优良的谐振特性或滤波特性。
在本发明诸实施例的第三与第四方面中,在压电基片上形成交指换能器后,将沿表面声波传播方向朝外隔开各最外面电极指附近电极指中心的λ/2的位置设置为设计位置,并在设计位置约+λ/8范围内的某一位置通过切割而形成两相对边沿的每个边沿,可有效地抑制不需要的乱真响应,从而实现优良的谐振或滤波特性。另外,当在设计位置±λ/8范围内的某一位置通过切割而形成各边沿时,调节各边沿的位置就能方便地将谐振频率或中心频率调成更低或更高。
在本发明诸实施例的第三或第四方面中,当在设计位置±λ/16范围内通过切割而较佳地形成各边沿时,能更有效地抑制不需要的乱真响应。
虽然已参照目前被认为较佳的诸实施例描述了本发明,但是应当理解,可对本发明作出各种改变和更改而不偏离本发明的各个方面,因此,所附权项试图覆盖落在本发明的实际精神与范围内的所有此类改变和更改。
Claims (14)
1、一种调节边沿反射型表面声波器件的频率特性的方法,其特性在于包括步骤:
确定具有压电基片的边沿反射型表面声波器件的频率特性,所述边沿反射型表面声波器件的一对压电基片边沿限定了其间的预定距离;和
在一对位置的至少一个位置上切割压电基片,在边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要高于获得的频率特性时,所述位置限定的距离短于预定距离,并且在一对位置的至少一个位置上切割压电基片,在边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要低于获得的频率特性时,所述位置限定的距离长于预定距离。
2、如权利要求1所述的调节边沿反射型表面声波器件频率特性的方法,其中在压电基片切割步骤中切割压电基片的位置,偏离在频率特性获取步骤中限定预定距离的边沿位置的λ/8或更小,其中λ是准备在边沿反射型表面声波器件中被激励的剪切水平型表面波的波长。
3、如权利要求2所述的调节边沿反射型表面声波器件频率特性的方法,其中在压电基片切割步骤中切割压电基片的位置,偏离在频率特性获取步骤中限定预定距离的边沿位置的λ/16或更小。
4、如权利要求1所述的调节边沿反射型表面声波器件频率特性的方法,其中边沿反射型表面声波器件包括单电极型交指换能器。
5、如权利要求4所述的调节边沿反射型表面声波器件频率特性的方法,其中限定预定距离的边沿位置接近电极的中心。
6、如权利要求1所述的调节边沿反射型表面声波器件频率特性的方法,其中边沿反射型表面声波器件包括双电极型交指换能器。
7、如权利要求6所述的调节边沿反射型表面声波器件频率特性的方法,其中限定预定距离的各边沿位置接近组成双电极的一对电极指的中心。
8、一种制造包括至少一个交指换能器并利用剪切水平型表面波的边沿反射型表面声波器件的方法,包括步骤:在压电基片上制成多个交指换能器;在确定的位置上切割压电基片以制造剩余的边沿反射型表面声波器件,其特征在于,在上述两步骤之间,所述方法进一步包括:
切割压电基片并制造包括至少一个交指换能器和一对压电基片边沿的基准边沿反射型表面声波器件,该对边沿限定了其间的预定距离;
测量所述基准边沿反射型表面声波器件的频率特性;
根据测得的频率特性,确定一对限定每个剩余边沿反射型表面声波器件的边沿的位置,当剩余的边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要高于测得的频率特性时,剩余边沿反射型表面声波器件的该对边沿间的距离短于预定距离,而当剩余边沿反射型表面声波器件的最终频率特性要低于测得的频率特性时,剩余边沿反射型表面声波器件的该对边沿间的距离就长于预定距离。
9、如权利要求8所述的制造边沿反射型表面声波器件的方法,其中剩余边沿反射型表面声波器件的边沿位置偏离基准边沿反射型表面声波器件的基准边沿位置的λ/8或更小,其中λ是准备在剩余边沿反射型表面声波器件中被激励的剪切水平型表面波的波长。
10、如权利要求9所述的制造边沿反射型表面声波器件的方法,其中剩余边沿反射型表面声波器件的边沿位置偏离基准边沿反射型表面声波器件的基准边沿位置的λ/16或更小。
11、如权利要求8所述的制造边沿反射型表面声波器件的方法,其中边沿反射型表面声波器件包括单电极型交指换能器。
12、如权利要求11所述的制造边沿反射型表面声波器件的方法,其中限定预定距离的边沿位置接近电极中心。
13、如权利要求8所述的制造边沿反射型表面声波器件的方法,其中边沿反射型表面声波器件包括双电极型交指换能器。
14、如权利要求13所述的制造边沿反射型表面声波器件的方法,其中限定预定距离的各边沿位置接近组成双电极的一对电极指的中心。
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