CN220753765U - 一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，由多个结构单元沿水平方向级联而成，结构单元包括金属辐射层、介质层组、金属地板、金属馈电层、第一探针和第二探针；金属馈电层包括第一馈电网络、第三调控元件和第二馈电网络；金属辐射层包括第一调控元件和第二调控元件，第三调控元件与第二馈电网络相连。本实用新型由多个结构简单的结构单元组成，且通过调节每个结构单元的辐射相位和幅值，从而获得不同极化的动态波束可重构能力，从而解决了传统天线难以满足低剖面、小型化和集中化的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线。
背景技术
目前，现代通信系统对于低剖面、低成本、波束可重构天线有着强烈的需求。波束可重构天线主要有机械扫描天线和相控阵天线两种形式。
机械扫描天线是最早的波束可重构天线形式，由伺服系统和天馈线系统两部分组成。机械扫描天线工作过程中，天线波束指向始终和天线阵面保持相对静止，通过后端的伺服系统控制天线姿态实现波束扫描。此类天线工作原理相对简单，设计难度较低，但机械伺服系统体积和重量较为庞大，功耗较高，且波束扫描速度慢。
相比于机械扫描天线，相控阵天线具有扫描速度快、通信链路建立时间短、可实现多目标跟踪等优点，传统相控阵天线通常由成百甚至上千个辐射单元组成，并且每个辐射单元都配装有一套独立的发射/接收(T/R)组件。然而，正是因为大量T/R组件的存在，导致相控阵造价高昂，同时复杂的散热结构不但造成相控阵天线体积庞大、重量重，且影响天线的电磁特性。
反射阵和透射阵天线与相控阵天线相比，反射阵和透射阵天线虽然不需要复杂的功率分配网络，规避了大量T/R组件的使用，有效降低了天线成本，但是天线中馈电喇叭和天线阵面需要保持一定的距离，使得天线整体剖面明显提高。综上，传统的波束可重构天线难以满足现代通信系统对于天线低剖面、小型化、集成化的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，本方案由多个结构简单的结构单元组成，且通过调节每个结构单元的辐射相位和幅值，从而获得不同极化的动态波束可重构能力，从而解决了传统天线难以满足低剖面、小型化和集中化的需求。
为实现上述目的，本实用新型提供如下的技术方案：
一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，由多个结构单元沿水平方向级联而成，所述结构单元包括金属辐射层、介质层组、金属地板、金属馈电层、第一探针和第二探针；所述金属馈电层包括第一馈电网络、第三调控元件和第二馈电网络；
所述金属辐射层覆于介质层组的上表面，所述金属地板覆于所述介质层组的内部，所述金属馈电层覆于介质层组的下表面，所述第一探针竖直穿过所述介质层组和金属地板，所述第一探针的顶部与所述金属辐射层相连形成第一馈电点，所述第一探针的底部与所述第一馈电网络相连；
所述第二探针竖直穿过所述介质层组和金属地板，所述第二探针的顶部与所述金属辐射层相连形成第二馈电点，所述第二探针的底部与所述第二馈电网络相连；
所述金属辐射层包括第一调控元件和第二调控元件，所述第三调控元件与所述第二馈电网络相连。
可选的，所述介质层组包括上层介质基板、介质板粘合层和下层介质基板，所述金属地板覆于所述介质粘合层的上表面。
可选的，所述金属辐射层包括双极化辐射贴片、第一调控元件、第二调控元件、第二极化寄生馈电贴片、寄生贴片以及寄生带条；
所述寄生贴片安装于所述双极化辐射贴片的前侧，所述第二极化寄生馈电贴片安装于所述双极化辐射贴片的后侧，所述第一馈电点位于所述双极化辐射贴片的中心，所述第二馈电点位于所述第二极化寄生馈电贴片；
所述寄生带条设有两个，两个所述寄生带条分别位于所述寄生贴片的前后两端，两个所述寄生带条关于第一馈电点对称；
所述第一馈电点分别通过第一调控元件和所述第二调控元件与所述双极化辐射贴片相连。
可选的，寄生贴片的结构与第二极化寄生馈电贴片的结构相同，并关于第一馈电点对称。
可选的，所述金属馈电层还包括第一馈电枝节、第一馈电旁路枝节、第二馈电枝节和第二馈电旁路枝节；
所述第一馈电枝节的一端与所述第一馈电网络相连，所述第一馈电枝节的远离所述第一馈电网络的一端通过第一探针与所述第一馈电点相连，所述第一馈电旁路枝节的一端加载于所述第一馈电点，所述第一馈电旁路枝节的远离所述第一馈电点的另一端开路朝向所述第一馈电网络；
第三调控元件位于第二馈电枝节，所述第二馈电枝节的靠近所述第三调控元件的一端与所述第二馈电网络相连，所述第二馈电枝节的远离所述第二馈电网络的一端通过第二探针与所述第二馈电点相连，所述第二馈电旁路枝节的一端加载于所述第二馈电点，所述第二馈电旁路枝节的远离所述第二馈电点的另一端开路朝向所述第二馈电网络。
可选的，所述双极化辐射贴片设有镂空结构，所述双极化辐射贴片的镂空结构的中心与所述双极化辐射贴片的中心相重叠；
所述寄生带条加载于所述矩形镂空结构，所述第一调控元件的端部与所述镂空结构的边缘相连，所述第二调控元件的端部与所述镂空结构的边缘相连，两个所述寄生贴片、所述第一调控元件和所述第二调控元件呈菱形排布于所述镂空结构；
所述双极化辐射贴片的前后两端均设置有多个环形镂空结构。
可选的，所述环形镂空结构为矩形、梯形圆形、椭圆形中的一种。
可选的，所述第一馈电旁路枝节和所述第二馈电旁路枝节均为L形。
与现有技术相比，本实用新型的实施例具有以下有益效果：
1.由多个结构简单的结构单元组成，且通过调节每个结构单元的辐射相位和幅值，从而获得不同极化的动态波束可重构能力，从而解决了传统天线难以满足低剖面、小型化和集中化的需求；
2.该实现第一极化辐射的天线单元的工作原理为，直流信号通过直流馈线控制第一调控元件和第二调控元件的工作状态；当第一调控元件为射频断路、第二调控元件为射频短路时；当第一调控元件为射频短路、第二调控元件为射频断路时，这两种状态工作模式可以使结构单元的辐射相位产生180°的相位差，以实现需要实现的辐射波。
附图说明
图1是本实用新型其中一实施例低剖面串行馈电双极化波束可重构天线的俯视图；
图2是本实用新型其中一实施例低剖面串行馈电双极化波束可重构天线的爆炸图；
图3是本实用新型其中一实施例金属辐射层的示意图；
图4是本实用新型其中一实施例金属馈电层的示意图；
图5是图4中A处的放大图；
图6是本实用新型其中一实施例第一探针和第二探针的示意图；
其中，1、金属辐射层；2、上层介质基板；21、双极化辐射贴片；22、第一调控元件；23、第二调控元件；24、第二极化寄生馈电贴片；25、寄生贴片；26、寄生带条；27、镂空结构；28、环形镂空结构；3、金属地板；4、介质板粘合层；5、下层介质基板；6、金属馈电层；61、第一馈电网络；62、第一馈电枝节；63、第一馈电旁路枝节；64、第二馈电网络；65、第二馈电枝节；66、第二馈电旁路枝节；67、第三调控元件；7、第一探针；71、第一馈电点；8、第二探针；81、第二馈电点。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合图1至图2，描述本实用新型实施例的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线。
一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，由多个结构单元沿水平方向级联而成，所述结构单元包括金属辐射层1、介质层组、金属地板3、金属馈电层6、第一探针7和第二探针8；所述金属馈电层6包括第一馈电网络61、第三调控元件67和第二馈电网络64；
所述金属辐射层1覆于介质层组的上表面，所述金属地板3覆于所述介质层组的内部，所述金属馈电层6覆于介质层组的下表面，所述第一探针7竖直穿过所述介质层组和金属地板3，所述第一探针7的顶部与所述金属辐射层1相连形成第一馈电点71，所述第一探针7的底部与所述第一馈电网络61相连；
所述第二探针8竖直穿过所述介质层组和金属地板3，所述第二探针8的顶部与所述金属辐射层1相连形成第二馈电点81，所述第二探针8的底部与所述第二馈电网络64相连；
所述金属辐射层1包括第一调控元件22和第二调控元件23，所述第三调控元件67与所述第二馈电网络64相连。
本方案的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，由五个或五个以上的结构单元组成，其中该结构单元的外轮廓尺寸为wx×wy，wx的取值范围为0.1λ0-0.35λ0，wy的取值范围为0.3λ0-0.7λ0(λ0为中心工作频率自由空间波长)，从而可以制备一种体积小巧的双极化波束可重构天线。
金属馈电层6包括第一馈电网络61和第二馈电网络64，其中第一馈电网络61为第一极化的工作模式馈电，第二馈电网络64为第二极化的工作模式馈电。第一探针7竖直连接第一馈电网络61和金属辐射层1，第二探针8竖直连接第二馈电网络64和金属辐射层1。其中，本方案采用的第一馈电网络61和第二馈电网络64均采用的是SPP传输线，该传输线可以更加精准的调控传输线的传播常数。
低剖面串行馈电波束重构的工作原理如下：
第一极化——假设第一馈电网络61中的参考波为φref，通过金属辐射层1的相位调制转换成的辐射波为φobj。当需要实现的辐射波φobj确定后，可以通过φref×φ* obj以获得金属辐射层1的相位响应φintf，根据相位响应φintf可以获得第一调控元件22和第二调控元件23的“开”和“关”的工作状态，然后通过直流电压控制第一调控元22件和第二调控元件23以实现需要实现的辐射波φobj。
第二极化——假设第二馈电网络64中的参考波为φref，通过金属辐射层1的相位调制转换成的辐射波为φobj。当需要实现的辐射波φobj确定后，可以通过φref×φ* obj以获得金属辐射层1的幅值响应φintf，根据相位响应φintf可以获得第三调控元件67所需的直流电压，进而实现需要实现的辐射波φobj。
值得说明的是，第一调控元件22、第二调控元件23和第三调控元件67均可由PIN二极管，变容二极管，场效应管，RF-MEMS、液晶开关等可调控微波电路通断的器件构成。
本方案由多个结构简单的结构单元组成，且通过调节每个结构单元的辐射相位和幅值，从而获得不同极化的动态波束可重构能力，从而解决了传统天线难以满足低剖面、小型化和集中化的需求。
所述介质层组上层介质基板2、介质板粘合层4和下层介质基板5，所述金属地板3覆于所述介质粘合层的上表面。
值得说明的是，上层介质基板2和下层介质基板5为微波板，其相对介电常数εr在2-10之间，损耗角正切tanδ<0.01，厚度小于5mm。介质基板粘合层4为PCB加工工艺中的半固化片或粘合剂。
所述金属辐射层1包括双极化辐射贴片21、第一调控元件22、第二调控元件23、第二极化寄生馈电贴片24、寄生贴片25以及寄生带条26；
所述寄生贴片25安装于所述双极化辐射贴片21的前侧，所述第二极化寄生馈电贴片24安装于所述双极化辐射贴片21的后侧，所述第一馈电点71位于所述双极化辐射贴片21的中心，所述第二馈电点81位于所述第二极化寄生馈电贴片24；
所述寄生带条26设有两个，两个所述寄生带条26分别位于所述寄生贴片25的前后两端，两个所述寄生带条26关于第一馈电点71对称；
所述第一馈电点71分别通过第一调控元件22和所述第二调控元件23与所述双极化辐射贴片21相连。
第一探针7竖直连接第一馈电网络61与第一馈电点71，第一馈电点71分别与第一调控元件22和第二调控元件23相连，使得直流信号通过直流馈线控制第一调控元件22和第二调控元件23的工作状态的“开”或“关”时；当第一调控元件22的工作状态为“关”、第二调控元件23的工作状态为“开”时；当第一调控元件22的工作状态为“开”、第二调控元件23的工作状态为“关”，这两种状态工作模式可以使结构单元的辐射相位产生180°的相位差。值得说明的是，上述所说的“开”为射频断路，“关”为射频短路。
第二探针8竖直连接第二馈电网络64和第二馈电点81，第二馈电点81位于第二极化寄生馈电贴片24上，其中双极化辐射贴片21和第二极化寄生馈电贴片24之间没有电气连接。
寄生贴片25的结构与第二极化寄生馈电贴片24的结构相同，并关于第一馈电点71对称。寄生贴片25可以保证结构单元的远场方向图的对称性，还可以降低第二极化辐射天线由于结构不对称导致的单元方向图的畸变。
所述金属馈电层6还包括第一馈电枝节62、第一馈电旁路枝节63、第二馈电枝节65和第二馈电旁路枝节66；
所述第一馈电枝节62的一端与所述第一馈电网络61相连，所述第一馈电枝节62的远离所述第一馈电网络61的一端通过第一探针7与所述第一馈电点71相连，所述第一馈电旁路枝节63的一端加载于所述第一馈电点71，所述第一馈电旁路枝节63的远离所述第一馈电点71的另一端开路朝向所述第一馈电网络61；
第三调控元件67位于第二馈电枝节65，所述第二馈电枝节65的靠近所述第三调控元件67的一端与所述第二馈电网络64相连，所述第二馈电枝节65的远离所述第二馈电网络64的一端通过第二探针8与所述第二馈电点81相连，所述第二馈电旁路枝节66的一端加载于所述第二馈电点81，所述第二馈电旁路枝节66的远离所述第二馈电点81的另一端开路朝向所述第二馈电网络64。
第一馈电枝节62的一端与第一馈电网络61相连，另一端筒第一探针7与第一馈电点71相连，第一馈电点71分别通过第一调控元件22和第二调控元件23与双极化辐射贴片21连接。第一馈电旁路枝节63的一端加载在第一馈电点，另一端开路，开路端朝向第一馈电网络，可以形成第一极化辐射。
其中，该实现第一极化辐射的天线单元的工作原理为，直流信号通过直流馈线控制第一调控元件22和第二调控元件23的工作状态；当第一调控元件22为射频断路、第二调控元件23为射频短路时；当第一调控元件22为射频短路、第二调控元件23为射频断路时，这两种状态工作模式可以使结构单元的辐射相位产生180°的相位差，以实现需要实现的辐射波。
第二馈电枝节65的一端与第二馈电网络64相连，另一端通过第二探针8与第二极化寄生馈电贴片24上的第二馈电点81相连，值得说明的是双极化辐射贴片21和第二极化寄生馈电贴片24之间无电气连接。第二馈电旁路枝节66的一端加载在第二馈电点81，另外一端开路，开路端朝向第二馈电网络64，可以实现第二极化辐射。
该实现第二极化辐射的天线单元的工作原理为，直流信号控制第三调控元件67实现；当直流电压不同时可以改变结构单元辐射能量，从而实现需要实现的辐射波。
所述双极化辐射贴片21设有镂空结构27，所述双极化辐射贴片21的镂空结构27的中心与所述双极化辐射贴片21的中心相重叠；
所述寄生带条26加载于所述矩形镂空结构27，所述第一调控元件22的端部与所述镂空结构27的边缘相连，所述第二调控元件23的端部与所述镂空结构27的边缘相连，两个所述寄生贴片25、所述第一调控元件22和所述第二调控元件23呈菱形排布于所述镂空结构27；
所述双极化辐射贴片21的前后两端均设置有多个环形镂空结构28。
寄生带条26加载在辐射贴片镂空结构27里，并且与双极化辐射贴片21连接，可以起到抑制交叉极化和阻抗匹配的作用。双极化辐射贴片21的镂空结构27中心与双极化辐射贴片21相重合，该镂空结构27可以为第一调控元件22和第二调控元件23提供加载空间，并且可以减小天线的尺寸。
为进一步降低天线的尺寸，在双极化辐射贴片21上加载了环形镂空结构28，该环形金属结构加载在双极化辐射贴片21上。
所述环形镂空结构28为矩形、提醒、圆形、椭圆形中的一种。
优选的，环形镂空结构28为方环。双极化辐射贴片21为矩形贴片，其长为l1，宽为w1；其镂空结构27为矩形，其长为l2，宽为w2；第二极化寄生馈电贴片为矩形，长为l3，宽为w3。
上述参数取值范围为：0.15λ0≤l1≤0.50λ0、0.05λ0<w1≤0.25λ0、0.1λ0≤l2≤0.35λ0、0.01λ0≤w2≤0.05λ0、0.05λ0≤l3≤0.3λ0、0.05λ0≤w3≤0.30λ0(λ0为自由空间波长)。
所述第一馈电旁路枝节63和所述第二馈电旁路枝节66均为L形。“L”形的第一馈电旁路枝节63和第二馈电旁路枝节66可以降低阵列后向辐射电平。
根据本实用新型实施例的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，由多个结构单元沿水平方向级联而成，所述结构单元包括金属辐射层、介质层组、金属地板、金属馈电层、第一探针和第二探针；所述金属馈电层包括第一馈电网络、第三调控元件和第二馈电网络；
所述金属辐射层覆于介质层组的上表面，所述金属地板覆于所述介质层组的内部，所述金属馈电层覆于介质层组的下表面，所述第一探针竖直穿过所述介质层组和金属地板，所述第一探针的顶部与所述金属辐射层相连形成第一馈电点，所述第一探针的底部与所述第一馈电网络相连；
所述第二探针竖直穿过所述介质层组和金属地板，所述第二探针的顶部与所述金属辐射层相连形成第二馈电点，所述第二探针的底部与所述第二馈电网络相连；
所述金属辐射层包括第一调控元件和第二调控元件，所述第三调控元件与所述第二馈电网络相连。
2.根据权利要求1所述的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，所述介质层组包括上层介质基板、介质板粘合层和下层介质基板，所述金属地板覆于所述介质板粘合层的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，所述金属辐射层包括双极化辐射贴片、第一调控元件、第二调控元件、第二极化寄生馈电贴片、寄生贴片以及寄生带条；
所述寄生贴片安装于所述双极化辐射贴片的前侧，所述第二极化寄生馈电贴片安装于所述双极化辐射贴片的后侧，所述第一馈电点位于所述双极化辐射贴片的中心，所述第二馈电点位于所述第二极化寄生馈电贴片；
所述寄生带条设有两个，两个所述寄生带条分别位于所述寄生贴片的前后两端，两个所述寄生带条关于第一馈电点对称；
所述第一馈电点分别通过第一调控元件和所述第二调控元件与所述双极化辐射贴片相连。
4.根据权利要求3所述的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，寄生贴片的结构与第二极化寄生馈电贴片的结构相同，并关于第一馈电点对称。
5.根据权利要求3所述的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，所述金属馈电层还包括第一馈电枝节、第一馈电旁路枝节、第二馈电枝节和第二馈电旁路枝节；
所述第一馈电枝节的一端与所述第一馈电网络相连，所述第一馈电枝节的远离所述第一馈电网络的一端通过第一探针与所述第一馈电点相连，所述第一馈电旁路枝节的一端加载于所述第一馈电点，所述第一馈电旁路枝节的远离所述第一馈电点的另一端开路朝向所述第一馈电网络；
第三调控元件位于第二馈电枝节，所述第二馈电枝节的靠近所述第三调控元件的一端与所述第二馈电网络相连，所述第二馈电枝节的远离所述第二馈电网络的一端通过第二探针与所述第二馈电点相连，所述第二馈电旁路枝节的一端加载于所述第二馈电点，所述第二馈电旁路枝节的远离所述第二馈电点的另一端开路朝向所述第二馈电网络。
6.根据权利要求3所述的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，所述双极化辐射贴片设有镂空结构，所述双极化辐射贴片的镂空结构的中心与所述双极化辐射贴片的中心相重叠；
所述寄生带条加载于所述镂空结构，所述第一调控元件的端部与所述镂空结构的边缘相连，所述第二调控元件的端部与所述镂空结构的边缘相连，两个所述寄生贴片、所述第一调控元件和所述第二调控元件呈菱形排布于所述镂空结构；
所述双极化辐射贴片的前后两端均设置有多个环形镂空结构。
7.根据权利要求6所述的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，所述环形镂空结构为矩形、提醒、圆形、椭圆形中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线，其特征在于，所述第一馈电旁路枝节和所述第二馈电旁路枝节均为L形。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321032938.2U CN220753765U (zh) | 2023-05-04 | 2023-05-04 | 一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321032938.2U CN220753765U (zh) | 2023-05-04 | 2023-05-04 | 一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN220753765U true CN220753765U (zh) | 2024-04-09 |
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ID=90570113
Family Applications (1)
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| CN202321032938.2U Active CN220753765U (zh) | 2023-05-04 | 2023-05-04 | 一种低剖面串行馈电双极化波束可重构天线 |
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2023
- 2023-05-04 CN CN202321032938.2U patent/CN220753765U/zh active Active
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