TWI806511B - 相移電路及功率分配器 - Google Patents
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Abstract
一種相移電路和一種功率分配器被揭露。相移電路對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移，其中N為正整數。相移電路包含第一電感、第一電容、第二電感和第二電容。第一電感為接地且串聯耦接第一電容。第二電感為接地且串聯耦接第二電容。位於第一電容與第一電感間的第一節點耦接位於第二電容與第二電感間的第二節點。功率分配器包含級聯串接的多個電路區塊。每一此些電路區塊對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移。
Description
本揭露是指一種可用於天線陣列之共同饋電網路的相移電路和功率分配器。
功率分配器為天線陣列之共同饋電網路的必要元件。圖1為依據先前技術之習知功率分配器100。功率分配器100為具四分之一波長傳輸線TL’的T形接合（T-junction）功率分配器，其中四分之一波長傳輸線TL’工作為四分之一波長阻抗轉換器（impedance transformer）。四分之一波長傳輸線TL’的一端耦接輸入埠P1’，且其另一端耦接輸出埠P2’、P3’。輸入埠P1’用以接收輸入訊號，且輸出埠P2’、P3’用以輸出由輸入訊號所分出的訊號。四分之一波長傳輸線TL’的長度為在功率分配器100的操作頻率的波長的四分之一。然而，功率分配器100占用大佈局區域，且僅在對應四分之一波長傳輸線TL’的長度之基本操作頻率的奇次諧波作用，其造成陣列天線系統的使用限制。雖然可整合各個功率分配器以路由不同頻率的訊號，但此整合需要使用多層基板（例如多層印刷電路板），其造成產品成本和設計難度的增加。
本揭露之一方面是指一種相移電路，其對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移，其中N為正整數。相移電路包含第一電感、第一電容、第二電感和第二電容。第一電感為接地且串聯耦接第一電容。第二電感為接地且串聯耦接第二電容。位於第一電容與第一電感間的第一節點耦接位於第二電容與第二電感間的第二節點。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一電容和第二電容的電容值實質相同，且上述第一電感和第二電感的電感值實質相同。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述相移電路更包含耦接於第一節點與第二節點之間的傳輸線。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述傳輸線為微帶線。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述相移電路更包含耦接於第一節點與第二節點之間的電感-電容（LC）電路。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一電容之相對第一節點的一端和上述第二電容之相對第二節點的一端分別為訊號的輸入和輸出。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一電容和第二電容為可變電容。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一電感和第二電感為可變電感。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述相移電路更包含第三電感、第三電容、第四電感和第四電容。第三電感為接地且串聯耦接第三電容。第四電感為接地且串聯耦接第四電容。第一電容耦接於第一節點與位於第三電容與第三電感間的第三節點之間，且第二電容耦接於第二節點與位於第四電容與第四電感間的第四節點之間。
本揭露之又一方面是指一種相移電路，其對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移，其中N為正整數。相移電路包含第一電感、第一電容和第一傳輸線。第一電感為接地且耦接第一電容。第一傳輸線耦接第一電容。第一傳輸線、第一電容與第一電感依序串聯耦接。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述相移電路更包含第二電容和第二傳輸線。第二電容耦接第一電感。第二傳輸線耦接第一電容。第二傳輸線、第二電容和第一電感依序串聯耦接。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述相移電路更包含第二電感和第二傳輸線。第二電感為接地且耦接位於第一傳輸線與第一電容間的第一節點。第二傳輸線的一端耦接位於第一電容與第一電感間的第二節點。
本揭露之又一方面是指一種功率分配器，其包含級聯串接的多個電路區塊，每一此些電路區塊對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移，其中N為此些電路區塊的個數。
依據本揭露之一或多個實施方式，至少一電路區塊包含第一電容、第一電感、第二電容和第二電感。第一電感為接地且串聯耦接第一電容。第二電感為接地且串聯耦接第二電容，且位於第一電容與第一電感間的第一節點耦接位於第二電容與第二電感間的第二節點。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述電路區塊更包含耦接於第一節點與第二節點之間的傳輸線。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述電路區塊更包含耦接於第一節點與第二節點之間的電感-電容電路。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述電路區塊更包含第三電感、第三電容、第四電感和第四電容。第三電感為接地且串聯耦接第三電容。第四電感為接地且串聯耦接第四電容。第一電容耦接於第一節點與位於第三電容與第三電感間的第三節點之間，且第二電容耦接於第二節點與位於第四電容與第四電感間的第四節點之間。
依據本揭露之一或多個實施方式，至少一個電路區塊包含第一電感、第一電容和第一傳輸線。第一電感為接地且耦接第一電容。第一傳輸線第一電容。第一傳輸線、第一電容和第一電感依序串聯耦接。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述電路區塊更包含第二電容和第二傳輸線。第二電容耦接第一電感。第二傳輸線耦接第一電容。第二傳輸線、第二電容和第一電感依序串聯耦接。
依據本揭露之一或多個實施方式，上述電路區塊更包含第二電感和第二傳輸線。第二電感為接地，且耦接位於第一傳輸線與第一電容間的第一節點。第二傳輸線的一端耦接位於第一電容與第一電感間的第二節點。
以下仔細討論本揭露的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本揭露之範圍。
在本文中所使用的用語僅是為了描述特定實施例，非用以限制申請專利範圍。除非另有限制，否則單數形式的「一」或「該」用語也可用來表示複數形式。
以下說明和申請專利範圍可使用術語「耦接」及其衍生詞。在特定實施例中，「耦接」可指二或多個元件相互直接實體或電性接觸，或是不彼此直接接觸。「耦接」還可指二或多個元件相互操作或動作。
可被理解的是，雖然在本文可使用「第一」、「第二」…等用語來描述各種訊號、元件和/或零件，但此些用語不應限制此些訊號、元件和/或零件。此些用語僅用以區別一訊號、元件和/或零件與另一訊號、元件和/或零件。
在本文中，依據不同使用方式，相移電路的第一端和第二端可分別作為相移電路的輸入端和輸出端，且/或可分別作為相移電路的輸出端和輸入端。
圖2為依據本揭露一些實施方式之功率分配器200的示意圖。功率分配器200可以是T形接合（T-junction）功率分配器，且可使用在天線陣列的共同饋電網路中。如圖2所示，功率分配器200包含級聯串接的電路區塊B1-B4。每一電路區塊B1-B4具有第一端和第二端。電路區塊B1的第一端耦接輸入埠P1，電路區塊B2-B4的第一端分別耦接電路區塊B1-B3的第二端，且電路區塊B4的第二端耦接分離自電路區塊B4的訊號路徑為分別對應輸出埠P2、P3之兩路的節點。每一電路區塊B1-B4可產生22.5度相移，且因此功率分配器200之電路區塊B1-B4的組合作用為提供90度相移和阻抗匹配的四分之一波長阻抗轉換器（impedance transformer）。
應注意的是，功率分配器200亦可被使用為用於合成不同頻帶及分別來自輸出埠P2、P3之訊號的功率合成器。再者，功率分配器200的電路區塊數量可依據每一電路區塊的設計決定。舉例而言，若每一電路區塊產生30度相移，則功率分配器200可包含三個串聯耦接的電路區塊。
圖3示意性地示出依據本揭露一些實施方式之相移電路300。相移電路300為可對具兩個不同操作頻率的訊號提供(90/N)度相移的相移電路，其中N為正整數。相移電路300可以是圖2所示之每一電路區塊B1-B4的實施方式。
相移電路300可被視為負折射率傳輸線超材料（metamaterial）。如圖3所示，相移電路300包含電容301、301’、電感302、302’和傳輸線303。傳輸線303可以是微帶線或其他合適的傳輸線媒介。電容301串聯耦接電感302。電容301的一端耦接電感302的一端，電容301的另一端耦接第一端T1，且電感302的另一端為接地。電容301’和電感302’串聯耦接。電容301’的一端耦接電感302’的一端，電容301’的另一端耦接第二端T2，且電感302’的另一端為接地。傳輸線303的一端耦接位於電容301與電感302間的節點，且傳輸線303的另一端耦接位於電容301’與電感302’間的節點。在一些實施方式中，電容301、301’可以是可變電容，且/或電感302、302’可以是可變電感。
相移電路300可以是對稱電路或非對稱電路。要點在於具有與傳輸線串聯耦接的電容和與傳輸線並聯耦接且耦接接地端的電感。對稱電路和非對稱電路中使用何種實施例的選擇是依據偏好以及在任何給定情況下何種實施例提供最佳的實體實現。在對稱電路方面，電容301的電容值可實質相同於電容301’的電容值，且電感302的電感值可實質相同於電感302’的電感值。電容301、301’的電容值、電感302、302’的電感值和傳輸線303的長度可依據相移電路300所需之特性阻抗和期望的操作頻帶而決定。
舉例而言，圖4為相移電路300之相移對輸入訊號頻率的標繪圖。對於圖4所示的標繪圖，每一電容301、301’的電容值為2.28pF，且每一電感302、302’的電感值為2.85nH。相移電路300在頻率為7.48GHz或28.15GH時的相移為22.5度。返回參照圖2，由於每一電路區塊B1-B4產生22.5度的相移，故功率分配器200達成四分之一波長相移，從而在大約為7.5GHz和28GHz的頻率下作為四分之一波長傳輸線。
圖5示意性地繪示功率分配器200耦接測試平台的配置。功率分配器200的輸入埠耦接兩個訊號輸入電路，且功率分配器200的輸出埠分別耦接兩個訊號輸出電路。訊號輸出電路中的一個可包含串聯耦接的輸入負載M1、傳輸線RT1和帶拒濾波器（band stop filter）F1，且另一個可包含串聯耦接的輸入負載M2、傳輸線RT2和帶拒濾波器F2。帶拒濾波器F1用以截斷在第一頻帶內的訊號成分，且帶拒濾波器F2用以截斷在相異於第一頻帶之第二頻帶內的訊號成分。在一些實施方式中，帶拒濾波器F1可由用以使在第二頻帶內的訊號成分通過的帶通濾波器（band pass filter）替代，且帶拒濾波器F2由用以使在第一頻帶內的訊號成分通過的帶通濾波器替代。此些輸出電路的其中一個可包含串聯耦接的輸出負載M3和傳輸線RT3，且另一個可包含串聯耦接的輸出負載M4和傳輸線RT4。此外，可耦接另外的傳輸線RT5於功率分配器200與訊號輸入電路之間。在一些實施方式中，帶拒濾波器F1、F2和/或傳輸線RT5可以是功率分配器200的一部分。
圖6為圖5之配置的反射係數強度標繪圖，其中對於一些實施方式而言，輸入負載M1、M2配置為分別提供28GHz輸入訊號和7.5GHz輸入訊號。在圖6中，曲線610代表具中心截止頻率（center cutoff frequency）大約為7.5GHz的帶拒濾波器F1之訊號輸入電路中輸入負載M1的反射係數，且曲線620代表具中心截止頻率大約為28GHz的帶拒濾波器F2之訊號輸入電路中輸入負載M2的反射係數。如圖6所示，在頻率大約為28GHz時，輸入負載M1的反射係數降低至約為-25dB，而輸入負載M2的反射係數約為0dB；在頻率大約為7.5GHz時，輸入負載M1的反射係數約為0dB，而輸入負載M2的反射係數降低至約為-30dB。由上述可知，功率分配器200在與兩個輸入訊號相關聯的兩個不同頻率提供不錯的反射係數表現。
圖7為圖5之配置的傳輸係數強度的標繪圖。在圖7中，曲線710代表由輸入負載M1至輸出負載M3的傳輸係數，且曲線720代表由輸入負載M2至輸出負載M3的傳輸係數。如圖7所示，在頻率大約為28GHz時，由輸入負載M1至輸出負載M3的傳輸係數約為-3dB，而由輸入負載M2至輸出負載M3的傳輸係數降低至低於-30dB；在頻率大約為7.5GHz時，由輸入負載M1至輸出負載M3的傳輸係數降低至低於-30dB，而由輸入負載M2至輸出負載M3的傳輸係數約為-3dB。此外，由輸入負載M1至輸出負載M4的傳輸係數大致與由輸入負載M1至輸出負載M3的傳輸係數相同，且由輸入負載M2至輸出負載M4的傳輸係數大致與由輸入負載M2至輸出負載M3的傳輸係數相同。由上述可知，功率分配器200可分配具兩個不同操作頻率之輸入訊號的功率為兩個相等功率的輸出訊號。
相移電路300的替代配置方式亦為可能。圖8A和圖8B分別示出依據本揭露一些實施方式之相移電路800A、800B，其為相移電路300的其他對稱配置形式。在圖8A中，相移電路800A包含形成T形電路的傳輸線801、801’、電容802、802’和電感803，其中傳輸線801和電容802串聯耦接，且以電感803為中心鏡像產生傳輸線801’和電容802’。電容802具有分別耦接傳輸線801之一端和電感803之非接地端的相對兩端，且傳輸線801的另一端耦接第一端T1。相似地，電容802’具有分別耦接傳輸線801’之一端和電感803之非接地端的相對兩端，且傳輸線801’的另一端耦接第二端T2。在圖8B中，相移電路800A包含形成π形電路的傳輸線804、804’、電感805、805’和電容，其中傳輸線804和電感805為並聯連接，且以電容806為中心鏡像形成傳輸線804’和電感805’。電感805具有分別耦接傳輸線804之一端和接地端的相對兩端，且傳輸線804的另一端耦接第一端T1。相似地，電感805’具有分別耦接傳輸線804’之一端和接地端的相對兩端，且傳輸線804’的另一端耦接第二端T2。
圖8C示出依據本揭露一些實施方式之相移電路800C，其為相移電路300的另一功能等效電路形式。在圖8C中，相移電路800C為非對稱，且包含電容807、傳輸線808和電感809。在此例中，傳輸線808、電容807和電感809依序串聯耦接，且電感809耦接接地端。傳輸線808的相對兩端分別耦接電容807和第一端T1，且電感809分別耦接接地端和第二端T2。
進一步地，如圖8D所示，僅基於個別元件的設計在功能上可與前述相移電路相同；此設計可藉由以電感-電容（LC）電路取代傳輸線的所有實例（例如傳輸線801）而實現。此變更方式可應用在本揭露的任何實施例。舉例而言，圖8D示出依據本揭露一些實施方式之相移電路800D，其為相移電路300的變更。在圖8D中，相移電路800D包含電容810、810’、電感811、811’和電感-電容電路812。相移電路300、800D相似，但相移電路800D是採用電感-電容電路812以取代傳輸線。電感-電容電路812包含在相移電路800D之串聯分支中的電感812A和在相移電路800D之並聯分支中的電容812B。電感812A的一端耦接位於電容810與電感811間的節點，且其另一端耦接位於電容810’與電感811’間的節點。電容812B的一端耦接接地端，且其另一端耦接位於電容810’與電感811’間的節點。
依據本揭露實施方式的功率分配器可變更為分配具多於兩個操作頻率的訊號。圖9示出用於此類功率分配器之相移電路900的示例，其中額外的電感-電容電路增加在其每一側。如圖9所示，相移電路900包含電容901、901’、電感902、902’、傳輸線903和電感-電容電路904、904’。電容901、901’、電感902、902’和傳輸線903分別相似於相移電路300的電容301、301’、電感302、302’和傳輸線303。電感-電容電路904、904’新增在相移電路900中以增加操作頻率。電感-電容電路904耦接於電容901與第一端T1之間，且包含串聯耦接的電容904A和電感904B。電容904A耦接第一端T1，電感904B具有耦接接地端的一端並與電容901並聯耦接，且電容901耦接位於電容904A與電感904B間的節點。電容904A的電容值和電感904B的電感值可分別與電容901的電容值和電感902的電感值相異，且可基於期望的操作頻率而選擇。相似地，電感-電容電路904’耦接於電容901’與第二端T2之間，且包含並聯耦接的電容904A’和電感904B’。電容904A’耦接第二端T2，電感904B’具有耦接接地端的一端並與電容901’並聯耦接，且電容901’耦接位於電容904A’與電感904B’間的節點。電容904A’的電容值和電感904B’的電感值可分別與電容901’的電容值和電感902’的電感值相異，且可基於期望的操作頻率而選擇。
相移電路900可操作於三個不同的操作頻率，且一般而言，操作頻率的數量對應獨特電感-電容電路的數量，包含與其傳輸線近似的元件。增加電感-電容電路之相同概念可等效應用於任何替代實施例。
此外，圖2所示之功率分配器為兩路功率分配器，其中訊號路徑被分為兩路輸出，但本揭露不限於此。所屬技術領域中具有通常知識者可變更本文所述的功率分配器而達成具多路輸出的多路功率分配器。
進一步地，可級聯依據本揭露實施方式之二或多個功率分配器而形成多路級聯功率分配器。舉例而言，兩個功率分配器的輸入埠可分別耦接另一功率分配器的輸出埠而形成4路級聯功率分配器。
根據上述說明，依據本揭露實施方式之功率分配器可實現對具二或多個操作頻率之訊號的功率分配，不限制在基本操作頻率的諧波，且對多重訊號而言可重複使用，以降低產品成本。此外，依據本揭露實施方式之功率分配器可減少所需的佈局區域，因級聯電路區塊的長度不限於在功率分配器中的訊號之波長的四分之一。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100,200:功率分配器
B1-B4:電路區塊
300,800A,800B,800C,800D,900:相移電路
301,301’,802,802’,806,807,810,810’,812B,901,901’,904A,904A’:電容
302,302’,803,805,805’,809,811,811’,812A,902,902’,904B,904B’:電感
303,801,801’,804,804’,808,903,RT1-RT5:傳輸線
610,620,710,720:曲線
812,904,904’:電感-電容電路
F1,F2:帶拒濾波器
M1,M2:輸入負載
M3,M4:輸出負載
P1,P1’:輸入埠
P2,P2’,P3,P3’:輸出埠
T1:第一端
T2:第二端
TL’:四分之一波長傳輸線
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：
[圖1]為依據先前技術之習知功率分配器的示意圖；
[圖2]為依據本揭露一些實施方式之功率分配器的示意圖；
[圖3]示意性地示出依據本揭露一些實施方式之相移電路；
[圖4]為[圖3]之相移電路之相移對輸入訊號頻率的標繪圖；
[圖5]示意性地繪示[圖2]之功率分配器耦接測試平台的配置；
[圖6]為[圖5]之配置的反射係數強度標繪圖；
[圖7]為[圖5]之配置的傳輸係數強度標繪圖；
[圖8A]至[圖8D]分別示出依據本揭露各實施方式之相移電路；以及
[圖9]示出用於可分配具多於兩個操作頻率的訊號之功率分配器之相移電路的一示例。
國內寄存資訊（請依寄存機構、日期、號碼順序註記）
無
國外寄存資訊（請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記）
無
200:功率分配器
B1-B4:電路區塊
P1:輸入埠
P2,P3:輸出埠
Claims (19)
- 一種相移電路，其對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移，其中N為正整數，且該相移電路包含：接地之一第一電感；一第一電容，串聯耦接該第一電感；接地之一第二電感，該第一電感與該第二電感之電感值實質相同；以及一第二電容，串聯耦接該第二電感，該第一電容與該第二電容之電容值實質相同；其中位於該第一電容與該第一電感間之一第一節點耦接位於該第二電容與該第二電感間之一第二節點。
- 如請求項1所述之相移電路，更包含：一傳輸線，耦接於該第一節點與該第二節點之間。
- 如請求項2所述之相移電路，其中該傳輸線係一微帶線。
- 如請求項1所述之相移電路，更包含：一電感-電容(LC)電路，耦接於該第一節點與該第二節點之間。
- 如請求項1所述之相移電路，其中該第一電 容之相對該第一節點的一端和該第二電容之相對該第二節點的一端分別為該訊號之輸入和輸出。
- 如請求項1所述之相移電路，其中該第一電容和該第二電容係可變電容。
- 如請求項1所述之相移電路，其中該第一電感和該第二電感係可變電感。
- 如請求項1所述之相移電路，更包含：接地之一第三電感；一第三電容，串聯耦接該第三電感；接地之一第四電感；以及一第四電容，串聯耦接該第四電感；其中該第一電容耦接於該第一節點與位於該第三電容與該第三電感間之一第三節點之間，且該第二電容耦接於該第二節點與位於該第四電容與該第四電感間之一第四節點之間。
- 一種相移電路，其對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移，其中N為正整數，且該相移電路包含：接地之一第一電感；一第一電容，耦接該第一電感；以及 一第一傳輸線，耦接該第一電容；其中該第一傳輸線、該第一電容和該第一電感依序串聯耦接。
- 如請求項9所述之相移電路，更包含：一第二電容，耦接該第一電感；以及一第二傳輸線，耦接該第二電容；其中該第二傳輸線、該第二電容和該第一電感依序串聯耦接。
- 如請求項9所述之相移電路，更包含：接地之一第二電感，耦接位於該第一傳輸線與該第一電容間之一第一節點；以及一第二傳輸線，其一端耦接位於該第一電容與該第一電感間之一第二節點。
- 一種功率分配器，包含：級聯串接之複數個電路區塊，每一該些電路區塊對二或多個操作頻率的訊號提供(90/N)度相移，該些電路區塊中之第1電路區塊之一第一端耦接該功率分配器之一輸入埠，該些電路區塊中之第i電路區塊之一第二端耦接該些電路區塊中之第(i+1)電路區塊之一第一端，以及該些電路區塊中之第N電路區塊之一第二端耦接該功率分配器之兩個輸出埠，其中N為該些電路區塊之個數，且i為小於N的正 整數。
- 如請求項12所述之功率分配器，其中該些電路區塊中之至少一者包含：接地之一第一電感；一第一電容，串聯耦接該第一電感；接地之一第二電感；以及一第二電容，串聯耦接該第一電容；其中位於該第一電容與該第一電感間之一第一節點耦接位於該第二電容與該第二電感間之一第二節點。
- 如請求項13所述之功率分配器，其中該些電路區塊中之該至少一者更包含：一傳輸線，耦接於該第一節點與該第二節點之間。
- 如請求項13所述之功率分配器，其中該些電路區塊中之該至少一者更包含：一電感-電容電路，耦接於該第一節點與該第二節點之間。
- 如請求項13所述之功率分配器，其中該些電路區塊中之該至少一者更包含：接地之一第三電感；一第三電容，串聯耦接該第三電感； 接地之一第四電感；以及一第四電容，串聯耦接該第四電感；其中該第一電容耦接於該第一節點與位於該第三電容與該第三電感間之一第三節點之間，且該第二電容耦接於該第二節點與位於該第四電容與該第四電感間之一第四節點之間。
- 如請求項12所述之功率分配器，其中該些電路區塊中之至少一者包含：接地之一第一電感；一第一電容，耦接該第一電感；以及一第一傳輸線，耦接該第一電容；其中該第一傳輸線、該第一電容和該第一電感依序串聯耦接。
- 如請求項17所述之功率分配器，其中該些電路區塊中之該至少一者更包含：一第二電容，耦接該第一電感；以及一第二傳輸線，耦接該第二電容；其中該第二傳輸線、該第二電容和該第一電感依序串聯耦接。
- 如請求項17所述之功率分配器，其中該些電路區塊中之該至少一者更包含： 接地之一第二電感，其耦接位於該第一傳輸線與該第一電容間之一第一節點；以及一第二傳輸線，其一端耦接位於該第一電容與該第一電感間之一第二節點。
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