背腔式微带天线电磁散射分析的FEM/PO—PTD方法

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X波段宽带微带天线阵设计与分析

X波段宽带微带天线阵设计与分析

对本文天线结构的设计,我们主要采用基于有限元法的 A o七H ( i s n f F s Hg h
p q n s u u s l o 和 于 量 的I D 应 软 。 些电 场 ru c t cr i a r 基 矩 法 E 等 用 件 这 磁 数 ee y r t e 田 t ) 3
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进展。 直到七十年代初, . . so 和J Q H ll R E 枷nn . . 佣e 等人设计出了第一批实用的 微带 天线后【 , 幻 微带天线才获得了 阁 迅猛的 发展。 年代, 0 8 微带天线无论在理论的深 度上和广度上都获得了 进一步的发展, 其理论趋于成熟,其应用与日 俱增,新形式、 高性能的微带天线不断涌现。 微带天线具有以 下几个方面的 优点: 1 微带天线及其阵列具有剖面薄, ( ) 容易与 载体 ( 如飞行器) 共形的特点:( 体积小,重量轻,成本低,易于大量生产;() ) 2 3 微带天线具有平面结构, 与集成电路有良 好的兼容性, 能和有源器件、 电路集成为统
七 nt lc i ( M , e o f o e ( O )肚ei仃 d 以 了 e teeetc F )M t do M n M M , n o u 沮.了 n h l‘r E h mt
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f e ir o r栩ga c叮 l 面e ・ j o 苗p ah ne n r 5 p c a tl 曰 t
线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗带宽限制, 采用馈线匹配技术可以使其
工作于 较宽频域上。 例如采用简单的 双枝节匹 配技术, 可将带宽增大至2 倍左右; 利 用切比 雪夫网络来综合宽频带阻抗匹 络, 配网 可将带宽增大到4 倍左右.

微带-槽线转换结构的数值分析

微带-槽线转换结构的数值分析
t lcr ma n t i lt n r s l d .T a s in t i e e tso l e w d h r lo s ua e h ee to g e i s c mu a i e u t i ma e r n i o s w h d f r n l t n t sa e as i ltd o sS t i f i i m .
Nu e i a n l sso i r s r p s o lne t a ii n m r c la a y i f m c a -e g , Z ANG i, J ANG a -h n , YANG ig wu Xi Xio fn H Ru I W n s u M n-

要: 文章利用 F D算法对微带一 DT 槽线正交背靠背转 换结构 进行 了仿 真模拟 , 提取 了 O l ~ OGHz 频率 范
围内传输 系数 和反射系数 , 所得结果与 HF S 真软件 图形具有较好 的一致性 , S仿 与等效电路理论 的结 果接近 , 表明方法可靠有效 ; 计算得到该模型 的中心频率为 5 1 . GHz 10 7 的相对带宽 内插入损耗小于 1 3 B 同 ,0 . 3 . , d 时建立 了等效 电路模型并与 电磁仿真结果进行 比较 ; 变槽线宽度进 行 F T 改 D D仿 真 , 制 S w l 曲面图 绘 z( , ) 厂
ahee vr lt ebn w dho 0 . 3/.E u a n i u dl set lh da dtecmp r o ci do e r ai a d t f10 7 o q i l t r imo e i s bi e n o a sn v ae v i 0 v e cc t a s h i
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微波天线设计中的电磁场仿真与优化研究

微波天线设计中的电磁场仿真与优化研究

微波天线设计中的电磁场仿真与优化研究随着通信技术的不断发展,微波天线作为信号传输中不可或缺的一种重要器件,对其设计的质量和精度要求越来越高。

而电磁场仿真与优化则是微波天线设计的重要环节,是保证其性能稳定性和有效性的必经之路。

一、电磁场仿真在微波天线设计中的地位在微波天线的设计过程中,电磁场仿真是用于分析和模拟天线的电磁性能的重要工具。

通过对电磁场分布、变化规律以及反射、衰减等特性进行仿真分析,可以更加准确地预测天线的性能指标和工作效果,并提高设计质量和效率。

此外,在微波天线的设计中,电磁场仿真还可以帮助设计人员快速判断天线设计方案的可行性,避免因为设计误差带来的不必要的损失和浪费。

二、电磁场仿真的方法目前,在微波天线的设计中,电磁场仿真可以采用两种主要的方法:数值仿真和实验仿真。

数值仿真:数值仿真是通过计算机数值计算的手段对天线的电磁场进行模拟和分析。

数值仿真方法的优点是计算准确度高、计算速度快、试验成本低,同时可以进行大量的参数优化和分析,具有很大的灵活性。

常见的数值仿真方法有矢量网络分析法(VNA)、有限元分析法(FEA)、矢量散射模式(VSM)、方法(IFT)、单元法、矩量法等。

实验仿真:实验仿真是通过实验手段对天线的电磁场进行观测和分析。

实验仿真方法的优点是天线显然,直观可见,同时可以在实验的过程中进行实时的调整和优化,具有非常高的可靠性和实用性。

通常采用的实验仿真技术有通用测试技术(GTT)和矢量网络分析法(VNA)等。

三、电磁场仿真中的优化基于电磁场仿真所得到的模拟结果,设计人员会根据需求对天线进行优化和改进。

首先,天线的结构形式在仿真结果分析中占据着非常重要的因素。

设计人员可以通过仿真结果分析获得天线内部电场的变化规律和电磁波传递的路径,从而对天线的结构进行优化和改进。

其次,在取得与需求规格不符的仿真结果后,人们会采取一系列的优化方案。

例如,针对条形天线重点优化天线长度、线宽和窄带等,通过S参数优化耦合器、同轴电缆、隔离器合适的线路结构等。

微带阵列天线的设计与FDTD分析

微带阵列天线的设计与FDTD分析

是一种用于电磁场数值计算的专业软件 , 利用 F D T D对天线 进行建模与数值计算 , 得到该天线 的系列性能参数 , 如 回波 损耗、 驻波 比、 输入阻抗 、 远场辐射方 向图等l 6 ] 。 用时域有限差分 法( F D T D) 对上 述微带天 线进行 分析 计算 , 计 算空 间选为 4 0 m m×6 0 am×4 r mm, 划分 网格数 为 6 6 ×6 9 ×1 3 ( 非均匀 网格 ) , 计算 空间 的吸收边界 采用 理想
元 间 互耦 的影 响 , 并 得 出了 结 论 。
关键词 天线 ;微带阵列天线 ;时域有 限差分法 ; 远场辐射方 向图
中图分类号 TN8 2 DO 1 : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n 1 6 7 2 — 9 7 3 0 . 2 0 1 3 . 1 2 . 0 2 2
Vo l _ 3 3 No . 1 2
64
舰 船 电 子 工 程
S h i p El e c t r o n i c En g i n e e r i
总第 2 3 4期 2 0 1 3年第 1 2期
微 带 阵 列天 线 的设 计 与 F D T D分 析
汪 涛 黄 正峰 张 鉴 张 天 畅
Cl a s s Nu mb e r TN8 2
1 引 言
由微带天线单元 组成 的阵列天线具有体 积小 、 重量 轻、 成本低 、 容易 同安装表 面共形 等优点 , 但 可变参数 很多 , 同 简单单元天线相 比较 , 设计 、 分析 较复杂 _ 1 ] 。 目前 , 由微带
天线组成的各种阵列天线 , 在 国际 上 的 研 究 特 别 活 跃 , 应 用 非 常 广 阔 。基 于 微 带 阵 列 天线 可 以实 现 复 杂 功 能 的 远 距 离

北航电磁兼容课件 苏东林 6-计算电磁学

北航电磁兼容课件 苏东林 6-计算电磁学

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有限元法的求解步骤
2. 插值函数的选择
有限元分析的第二步是选择能近似表达一个单元中 未知解的差值函数。通常,插值函数可选择为一阶(线 性)、二阶(二次)、或高阶多项式。尽管高阶多项式 的精度较高,但通常得到的公式也比较复杂。因此,简 单且基本的线性插值仍被广泛采用。一旦选定了多项式 的阶数,就能推导出一个单元中未知解得表达式。 以
a
n 1
N
n
f m , L( f n ) f m , g
这里 m 1,2,3......, n,得到 N N 矩阵方程 Za b,矩阵元素为:
z mn f m , L( f n )
bm f m , g
9
矩量法的核心求解步骤
矩量法求解一般性问题的算法步骤:
开始
① 将未知量 在算子的定义域内展开成 有基函数所组成的级数; ②
4
4.1矩量法
矩量法是将积分方程化为差分方程,或将积分方 程中积分化为有限求和,从而建立代数方程组, 所以其本质是求解代数方程组。在矩量法求解代 数方程组的过程中,矩阵规模的大小涉及到占用 内存的多少,在很大程度上影响了计算的速度, 如何尽可能减少矩阵存储量,成为加速矩量法计 算的关键。
5
4.1矩量法
15
改进发展方向
2. 开发快速算法
1) 快速多极子(FMM)和多层快速多极子算法(MLFMA),与传统的矩 量法不加区别地处理各离散单元间的相互作用相比较, 前两者方法将所有离 散单元分为若干组,组内单元之间都是近区作用,再将所有组分为近区组 集合和远区组集合,对近区组集合中单元之间的相互作用仍采用传统的矩 量法进行计算,而对远区组集合内单元之间的相互作用则采用特殊的算法 。源对远区的作用可适当减少信息量,对计算精度不产生明显的影响,却 可以使由矩量法所形成的满阵成为稀疏矩阵,从而适用于迭代求解。 2) 自适应积分方程法(AIM),AIM的引入可以分析不规则物体的特性,它 首先使用三角形面单元或四面体划分待求物体,再将定义在三角形面元或 四面体上的基函数及其散度或旋度映射到其附近均匀划分的矩形网格节点 上,然后使用求解矩阵方程的方法求解阻抗矩阵方程,得到电流分布。这 种方法在源区使用多个源点代替基函数的作用,这样在源区就不再需要存 储阻抗矩阵元素,可以降低计算机的存储量。 16

第五讲微带天线

第五讲微带天线
1<εreff<εr,并且当εr>>1时,εreff将接近εr。εreff 也是频率的函数,频率不高时,具有静态值
reff


r
2
1


r
2
1
1

12
h W
1 2

W h 1 (2)
EMW Propagation Engineering
School of Electronic Engineering
0 10
(12)
图6 矩形微带贴片天线及其传输线模型
EMW Propagation Engineering
微带天线的传输线模型
School of Electronic Engineering
事实上,单槽电导可由腔体模型法推导出的场表示
式进行计算
G1

2 Prad V0 2
(13)
辐射功率为
Prad
W 1
2 c0
2
(8)
2 fr 00 r 1 2 fr r 1
②利用(2)计算εreff ③利用(3)计算ΔL
④微带贴片的实际长度为
L
1
2L
(9)
2 fr reff 00
EMW Propagation Engineering
School of Electronic Engineering
图4 典型的微带线有效介电常数随频率变化的曲线
EMW Propagation Engineering
微带天线的传输线模型
School of Electronic Engineering
有效长度、谐振频率 由于纵向的边缘效应,微带贴片的电尺寸比实际物

基于HFSS的微带天线线阵仿真

基于HFSS的微带天线线阵仿真本文将介绍基于HFSS(High Frequency Simulation Software)的微带天线线阵仿真。

我们将确定文章类型为议论文,围绕HFSS技术和微带天线线阵仿真展开论述。

在无线通信领域,微带天线作为一种常见的天线类型,具有体积小、易于集成、易于共形等特点,被广泛应用于各种无线设备中。

为了优化微带天线的性能,常常需要对天线进行仿真和设计。

其中,HFSS是一款广泛使用的三维电磁仿真软件,可以用于微带天线的设计和仿真。

我们来了解一下HFSS的基本原理。

HFSS是一款基于有限元方法的电磁仿真软件,通过建立三维模型,对电磁场进行数值计算和仿真。

使用HFSS进行微带天线线阵仿真时,我们需要建立天线的三维模型,设置材料属性、边界条件和激励源等参数,然后进行计算和后处理。

在微带天线线阵仿真中,选用HFSS技术的原因主要有以下几点。

HFSS 可以精确地模拟电磁场分布和天线性能。

HFSS具有强大的网格划分功能,可以对复杂的微带天线结构进行精确的建模和仿真。

HFSS还提供了丰富的数据处理和可视化工具,方便用户对仿真结果进行分析和优化。

在进行微带天线线阵仿真时,需要注意以下几点。

需要对微带天线线阵的结构进行仔细设计,确保天线的性能符合要求。

在设置材料属性和边界条件时,需要充分考虑天线的实际情况,保证仿真的准确性。

在仿真过程中,需要对计算时间和计算精度进行合理控制,以获得最佳的仿真效果。

通过使用HFSS进行微带天线线阵仿真,我们可以获得以下成果。

我们可以得到天线的辐射特性和阻抗特性等关键性能参数。

我们可以观察到电磁场的分布情况,以及天线在不同频率和不同方向上的性能表现。

我们可以根据仿真结果对天线进行优化设计,提高天线的性能指标,例如增益、波束宽度、交叉极化等。

基于HFSS的微带天线线阵仿真是一种有效的天线设计和优化方法。

通过使用HFSS进行仿真和分析,我们可以快速地获得天线的性能参数和电磁场分布情况,从而更好地理解微带天线的性能和设计要点。

2024版HFSS天线仿真实例系列教程1


导出报告
将仿真结果和优化过程导出为报告,供后续分析 和参考。
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07
总结与展望
2024/1/29
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教程内容回顾
2024/1/29
HFSS天线仿真基本原理
介绍了高频结构仿真(HFSS)的基本原理及其在天线设计中的应用。
天线设计基础
详细阐述了天线设计的基本概念,如辐射、方向性、增益等,以及常 见的天线类型和性能指标。
03
优化设计
根据分析结果,对天线设计进行优 化,如调整振子长度、改变馈电结
构等,以提高天线性能。
2024/1/29
02
结果分析
对仿真结果进行分析,包括S参数 曲线、辐射方向图、增益等性能指
标的评估。
04
再次仿真验证
对优化后的设计进行再次仿真验证, 确保性能达到预期要求。
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05 微带天线仿真实例
2024/1/29
• 天线参数:描述天线性能的主要参数有方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化等。这些参数可以通过仿真或 测量得到,用于评估天线的性能优劣。
• 仿真模型:在天线仿真中,需要建立天线的三维模型并设置相应的边界条件和激励源。模型的准确性直接影响 到仿真结果的可靠性。因此,在建立模型时需要充分考虑天线的实际结构和工作环境。
求解参数设置
包括频率范围、收敛精度、最大迭代次数 等参数的设置。
B
C
自适应网格划分
根据模型复杂度和求解精度要求,自动调整 网格大小和密度。
并行计算支持
利用多核处理器或集群计算资源,加速求解 过程。
D
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03 天线设计原理及性能指标
2024/1/29
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FEKO教案1解析

FEKO 1一、简介FEKO是美国EMSS公司推出的一款针对天线设计、天线布局与电磁兼容性分析的专业电磁场分析软件。

FEKO是以矩量法(MOM)为基础,采用多层快速多极子算法(MLFMM),并与物理光学法(PO)、一致性绕射理论(UTD)等高频电磁分析方法相结合,在保证计算精度的同时,大大提高了计算速度,可以分析电大尺寸结构的电磁辐射、散射、EMC等确定性问题。

FEKO特点:具有多种算法可供选择,比如求解电小结构的天线,FEKO可以采用完全的矩量法进行分析;对于具有电小与电大尺寸混合结构,既可以采用多层快速多极子,也可以采用混合算法——采用矩量法分析电小结构部分,而用高频方法分析电大结构部分。

网址:FEKO 软件的界面包括CADFEKO 、EDITFEKO 、POSTFEKO ,软件模块包括PREFEKO 、FEKO 、OPTFEK 和OTIMEFEKO 。

CADFEKO 主要用于创建几何模型,进行网格划分以及进行求解设置。

本课程中,重点对CADFEKO 建立模型和网格,并在POSTFEKO 中输出可视化结果的过程进行学习。

更多其他模块的使用方法请参考用户使用手册。

二、操作界面 CADFEKO 的用户界面包括工具条、建模窗口、工程树、快捷工具、细节窗口和消息窗口。

绘图窗口 消息窗口细节窗口 工程树窗口工具按钮菜单工具三、建模仿真过程1、建立工程文件和保存在CADFEKO中新建和保存后生成*.cfx文件(原始模型文件,包括几何模型、网格、求解设置、优化设置),*.cfm文件(保存网格数据)和*.pre文件(PREFEKO输入文件)。

运行PREFEKO又会生成*.fek文件(求解模型信息)。

运行FEKO后,又会生成*.bof(图形数据)和*.out(ASCII形式的结果文件)2、基本参数设置设置单位通过选择菜单Model-Model unit进行设置。

系统默认的是cm。

偏好设置中,可以在菜单Option-Colour中选择例如背景颜色。

北邮-电磁场与电磁波实验报告--用谐振腔微扰法测量介电常数、天线的特性和测量

电磁场与微波测量实验班级:xxx成员:xxxxxxxxx撰写人:xxx实验六用谐振腔微扰法测量介电常数微波技术中广泛使用各种微波材料,其中包括电介质和铁氧体材料。

微波介质材料的介电特性的测量,对于研究材料的微波特性和制作微波器件,获得材料的结构信息以促进新材料的研制,以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。

一、实验目的1.了解谐振腔的基本知识。

2.学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法二、实验原理本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。

反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板,另一端加上封闭的金属板,构成谐振腔,具有储能、选频等特性。

谐振条件:谐振腔发生谐振时,腔长必须是半个波导波长的整数倍,此时,电磁波在腔内连续反射,产生驻波。

谐振腔的有载品质因数QL由下式确定:式中:f0为腔的谐振频率,f1,f2分别为半功率点频率。

谐振腔的Q值越高,谐振曲线越窄,因此Q值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外,还表示频率选择性的好坏。

如果在矩形谐振腔内插入一样品棒,样品在腔中电场作用下就会极化,并在极化的过程中产生能量损失,因此,谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。

电介质在交变电场下,其介电常数ε为复数,ε和介电损耗正切tanδ可由下列关系式表示:其中:ε’和ε’’分别表示ε的实部和虚部。

选择TE10n,(n为奇数)的谐振腔,将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处,即x=α/2,z=l/2处,且样品棒的轴向与y轴平行,如图2所示。

假设:1.样品棒的横向尺寸d(圆形的直径或正方形的边长)与棒长九相比小得多(一般d/h<1/10),y方向的退磁场可以忽略。

2.介质棒样品体积Vs远小于谐振腔体积V0,则可以认为除样品所在处的电磁场发生变化外,其余部分的电磁场保持不变,因此可以把样品看成一个微扰,则样品中的电场与外电场相等。

这样根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式:式中:f0,fs分别为谐振腔放人样品前后的谐振频率,Δ(1/QL)为样品放人前后谐振腔的有载品质因数的倒数的变化,即QL0,QLS分别为放人样品前后的谐振腔有载品质因数。

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少 、 算 时 间短 等优 点 。 计
关 键 词 电磁 散 射 ,微 带 天 线 ,有 限 元 法 ,物 理 光 学 法 ,物 理 绕 射理 论
中 图分 类 号 04 1 4 .4 文献标识码 A
F EM / O— T me h d f rs a t rn y mir srp P P D t o o c te i g b c o ti
等 发 表 了一 些 相 关 论 文 ’ , 是 , 们 所 分 析 的 背 但 他
腔式 微 带 天 线 均 为 放 置 于 无 穷 大 接 地 导 体 平 面 上 和 无 穷长 的接地导体 圆柱上 , 用边界 积分方程将 内 、 利
外 空 间场 联 系 起 来 , 实 际 结 构 总 是有 限 尺 寸 的 。 而 本 文 将 一 种 混 合 方 法- F EM / 0一 T 方 法 , P P D
N a j n an u 1 0 6,Chia) n i g Ji gs 2 0 9 n
Ab t a t I hi p p r y rdt c i u — EM / sr c n t s a e ,ah b i e hnq e F PO— PTD t o sa p id i ol me h d i p l n s — e
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DI NG e— i g W ip n XU i — i g Jn pn  ̄
( .Colgeo I f r to in ea d Teh o o I le f n o ma i n Sce c n c n lgy,N UAA,Na j n a gs 0 6, hia; n i g Jin u 21 01 C n 2 t t y L b r t r f M ilmee y s .S a eKe a o a o y o li tr Wa e ,So t e s i e st uh a tUn v r iy,
背 腔 式 微 带 天 线 电 磁 散 射 分 析 的 F EM / o- T 方 法 P P D
丁 卫 平 徐 金 平。
( .南 京 航 空 航 天 大 学 信 息 科 学 与 技 术 学 院 , 苏 南 京 2 0 1 ; 1 江 1 0 6 2 .东 南 大 学 毫 米 波 国 家 重 点 实 验 室 , 苏 南 京 2 0 9 ) 江 1 0 6
维普资讯
第 1 7卷 第 4期
2 02 年 8 月 0






Vo . 7 NO 4 11 , .
A ug t 2 2 us , 00
CHI NES J E OURNAL OF RADl S ENCE O CI
文 章 编 号 1 0 — 3 8 2 0 ) 4 0 6 — 5 0 50 8 ( 0 2 0 — 3 50
t a iy b c d mir t i nt n a u t d r s e tv l n a fn t t l b e t wo c vt — a ke c osrp a e n smo n e e p c i ey o i ieme a jc o
ar a c l t nd a l z d. T he nu e ialr s t how he efi i nc he t c e c l u a ed a na y e m r c e uls s t fc e y of t e h— ni e w i h s m e a qu t o dva a s i a ng c nt ge n s vi om put r m e or nd C PU i e e m ya tm . Ke y wor e e t o a e i c t e i ds l c r m gn t c s a t rng, i r s r p ant nna FE M , m c o t i e s, PO , PT D
摘 要 将 一 种 新 的 混 合 方 法一 F EM/ — TD 方 法 , 用 于 分 析 计 算 背 腔 式 微 带 PO P 应 天 线 的 电磁 散 射 特 性 。通 过 无 穷 大接 地 导体 平 面 上 矩 形 背 腔 式 微 带 天 线 的 R CS计
算 , 证 了该 方 法 的 正 确 性 。在 此 基 础 上 , 算 了 两组 有 限 尺 寸 金 属 载体 上 背 腔 式 微 验 计 带 天 线 的 RC S曲 线 。理 论 分 析 与 计 算 结 果 表 明 , 混 合 方 法 具 有 计 算 机 内存 需 求 该
vi g e e t om a n lc r gne i s a t rng tc c t e i by m i r t i pa c a e c os rp t h nt nnas e i ng n c viy. r s di i a a t T he R CS ’ e t ngul r c v t ba ke a r u e i nfnie gr S of a r c a a a iy— c d pe t r n an i i t ound pl ne a杂 结 构 目标 的 电 磁 散 射 特 性 分 析 是 计 算
电 磁 学 的重 要 内 容 。 微 带 贴 片 天 线 以 其 重 量 轻 、 低 轮 廓 、 加 工 和 易于 共 形 等 特 点 , 得 了 十 分 广 泛 的 易 获
应 用 。 关 于 微 带 天 线 RC 分 析 , 以 往 的 有 关 文 献 S 在
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