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TWI551069B - 無線通訊裝置、方法及其功率放大器 - Google Patents

無線通訊裝置、方法及其功率放大器 Download PDF

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TWI551069B
TWI551069B TW104101098A TW104101098A TWI551069B TW I551069 B TWI551069 B TW I551069B TW 104101098 A TW104101098 A TW 104101098A TW 104101098 A TW104101098 A TW 104101098A TW I551069 B TWI551069 B TW I551069B
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Inventor
李建樺
林晏詮
Original Assignee
宏達國際電子股份有限公司
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Publication date
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Description

無線通訊裝置、方法及其功率放大器
本發明是有關於一種無線通訊技術，且特別是有關於一種無線通訊裝置、方法及其功率放大器。
在無線通訊系統中，通常設置有收發器(transceiver)，以對資料訊號進行處理，例如加密、調變、數位及類比形式間的轉換、濾波及功率放大等，並產生可供天線傳送的射頻(radio frequency；RF)訊號。其中，收發器可支援不同模式或不同頻段的訊號。不同模式或不同頻段的訊號係分別對應至不同的無線傳輸技術，例如全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications；GSM)、通用分組無線服務(GPRS；General Packet Radio Service)、寬頻碼分多址(Wideband Code Division Multiple Access；WCDMA)及長期演進技術(Long Term Evolution；LTE)等。然而，如對應不同模式或不同頻段的訊號分別設置對應的功率放大器進行處理，將使得無線通訊裝置的面積及成本無法進一步地下降。
因此，如何設計一個新的無線通訊裝置、方法及其功率放大器，以解決上述的問題，乃為此一業界亟待解決 的問題。
因此，本發明之一實施態樣是在提供一種功率放大器(power amplifier)，包含：第一功率放大路徑、複數第一匹配電路、第一選擇電路、第二功率放大路徑、複數第二匹配電路以及第二選擇電路。第一功率放大路徑用以接收位於第一頻率範圍之第一輸入訊號，第一輸入訊號係為第一頻率範圍中之複數第一子頻段其中之一。第一匹配電路分別具有對應於第一子頻段其中之一之第一電路結構及第一匹配參數。第一選擇電路耦接於第一功率放大路徑及第一匹配電路間，俾根據第一輸入訊號之頻段選擇第一匹配電路其中之一對第一輸入訊號進行第一匹配處理，以產生第一輸出訊號。第二功率放大路徑用以接收位於第二頻率範圍之第二輸入訊號，第二輸入訊號位於第二頻率範圍中之複數第二子頻段其中之一，其中第二頻率範圍之頻率高於第一頻率範圍之頻率。第二匹配電路分別具有對應於第二子頻段其中之一之第二電路結構及第二匹配參數。第二選擇電路耦接於第二功率放大路徑及第二匹配電路間，俾根據第二輸入訊號之頻段選擇第二匹配電路其中之一對第二輸入訊號進行第二匹配處理，以產生第二輸出訊號。
因此，本發明之另一實施態樣是在提供一種無線通訊裝置，包含：功率放大器以及天線。功率放大器包含：第一功率放大路徑、複數第一匹配電路、第一選擇電路、第二功率放大路徑、複數第二匹配電路以及第二選擇電 路。第一功率放大路徑用以接收位於第一頻率範圍之第一輸入訊號，第一輸入訊號係為第一頻率範圍中之複數第一子頻段其中之一。第一匹配電路分別具有對應於第一子頻段其中之一之第一電路結構及第一匹配參數。第一選擇電路耦接於第一功率放大路徑及第一匹配電路間，俾根據第一輸入訊號之頻段選擇第一匹配電路其中之一對第一輸入訊號進行第一匹配處理，以產生第一輸出訊號。第二功率放大路徑用以接收位於第二頻率範圍之第二輸入訊號，第二輸入訊號位於第二頻率範圍中之複數第二子頻段其中之一，其中第二頻率範圍之頻率高於第一頻率範圍之頻率。第二匹配電路分別具有對應於第二子頻段其中之一之第二電路結構及第二匹配參數。第二選擇電路耦接於第二功率放大路徑及第二匹配電路間，俾根據第二輸入訊號之頻段選擇第二匹配電路其中之一對第二輸入訊號進行第二匹配處理，以產生第二輸出訊號。天線耦接於功率放大器，以傳送第一輸出訊號及/或第二輸出訊號。
本發明之另一實施態樣是在提供一種無線通訊方法，應用於無線通訊裝置中，包含：經由第一功率放大路徑接收位於第一頻率範圍之第一輸入訊號，以及/或經由第二功率放大路徑接收位於第二頻率範圍之第二輸入訊號；其中該第一輸入訊號係為第一頻率範圍中之複數第一子頻段其中之一，該第二輸入訊號係為第二頻率範圍中之複數第二子頻段其中之一，以及該第二頻率範圍之頻率高於第一頻率範圍之頻率；根據第一輸入訊號之頻段選擇複數第 一匹配電路其中之一對第一輸入訊號進行第一匹配處理，以產生第一輸出訊號，以及/或根據第二輸入訊號之頻段選擇複數第二匹配電路其中之一對第二輸入訊號進行第二匹配處理，以產生第二輸出訊號；其中第一匹配電路分別具有對應於第一子頻段其中之一之第一電路結構及第一匹配參數，以及其中第二匹配電路分別具有對應於第二子頻段其中之一之第二電路結構及第二匹配參數；以及經由天線傳送第一輸出訊號及/或第二輸出訊號。
本發明的無線通訊裝置可對大頻率範圍內的訊號進行匹配處理，而不需針對不同頻率範圍的訊號設置不同的處理通道，大幅節省電路的面積。
1‧‧‧無線通訊裝置
10‧‧‧基頻帶收發器
100‧‧‧功率放大器
102‧‧‧功率放大器
104‧‧‧低雜訊放大器
12‧‧‧雙工器及濾波器
14‧‧‧收發器及頻帶切換模組
16‧‧‧天線
200‧‧‧第一功率放大路徑
202(1)-202(11)‧‧‧第一匹配電 路
204‧‧‧第一選擇電路
206‧‧‧第二功率放大路徑
208(1)-208(4)‧‧‧第二匹配電路
210‧‧‧第二選擇電路
220‧‧‧第一輸入選擇電路
222‧‧‧第二輸入選擇電路
230、232‧‧‧匹配電路
234、236‧‧‧放大電路
240、242‧‧‧匹配電路
244、246‧‧‧放大電路
250‧‧‧控制模組
300‧‧‧無線通訊方法
301-304‧‧‧步驟
第1圖為本發明一實施例中，一種無線通訊裝置之方塊圖；第2圖為本發明一實施例中，功率放大器之方塊圖；以及第3圖為本發明一實施例中，一種無線通訊方法之流程圖。
請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，一種無線通訊裝置1之方塊圖。無線通訊裝置1包含：基頻帶收發器10、雙工器及濾波器12、收發器及頻帶切換模組14及天線16。
如第1圖所示，在資料傳送方面，基頻帶收發器10可產生第三代行動通訊技術(3G)或第四代行動通訊技術(4G)的資料訊號，以經由功率放大器100進行放大及匹配後，由雙工器及濾波器12與收發器及頻帶切換模組14進行進一步的處理，並從天線16傳送出去。而基頻帶收發器10所產生第二代行動通訊技術(2G)的資料訊號，則可經由功率放大器100進行放大及匹配後，由收發器及頻帶切換模組14進行進一步的處理，並從天線16傳送出去。
而在資料接收方面，天線16所接收的資料訊號，可經由收發器及頻帶切換模組14與雙工器及濾波器12進行處理後，經由低雜訊放大器(low noise amplifier；LNA)104進行放大及匹配，再由基頻帶收發器10接收。
請參照第2圖。第2圖為本發明一實施例中，功率放大器100之方塊圖。功率放大器100包含第一功率放大路徑200、第一匹配電路202(1)-202(11)(於第2圖係以文字標示為第一匹配電路(1)-(11))、第一選擇電路204、第二功率放大路徑206、第二匹配電路208(1)-208(4)(於第2圖係以文字標示為第二匹配電路(1)-(4))以及第二選擇電路210。
功率放大器100可接收位於第一頻段範圍內的第一輸入訊號Vi1或位於第二頻段範圍內的第二輸入訊號Vi2，且第二頻段範圍的頻率高於第一頻段範圍的頻率。於一實施例中，第一頻率範圍位於700兆赫(MHz)至2000兆赫間，該第二頻率範圍位於2000兆赫至2700兆赫間。 其中，第一輸入訊號Vi1及第二輸入訊號Vi2係為射頻訊號。
功率放大器100進一步可對第一輸入訊號Vi1及/或第二輸入訊號Vi2進行功率放大的處理，並產生第一輸出訊號Vo1及/或第二輸出訊號Vo2。
第一功率放大路徑200用以接收位於第一頻率範圍之第一輸入訊號Vi1。於一實施例中，功率放大器100更包含第一輸入選擇電路220，以選擇複數第一輸入子頻段其中之一的第一輸入訊號Vi1。以長期演進技術(Long Term Evolution；LTE)中的定義為例，第一輸入選擇電路220可自對應於B5/(B8+B26)、B14/B20、B12/B13/B17、B3/B4及B1/(B2+B25)的五個頻帶進行選擇，以接收第一輸入訊號Vi1。其中，上述的B1、B2、B3...各對應至一個特定頻率附近的頻段。舉例來說，B2約對應至1900兆赫附近的頻段，B12約對應至700兆赫附近的頻段。
需注意的是，上述的頻帶數目及頻帶範圍僅為一實施例，本發明並不為其所限。並且，於不同實施例中，第一輸入選擇電路220可由多工器、多刀單投(multiple-pole single-throw)開關或其他可進行訊號源選擇的模組實現。舉例來說，第一輸入選擇電路220可由五刀單投開關實現。
於一實施例中，第一功率放大路徑200可包含相串聯之複數級匹配電路以及複數級放大電路，例如但不限於第2圖所繪示的匹配電路230、232以及放大電路234、236。匹配電路230、232以及放大電路234、236可對第一輸入訊號Vi1進行放大及匹配處理。
第一匹配電路202(1)-202(11)分別對應於第一頻率範圍中之複數第一子頻段其中之一。以長期演進技術中的定義為例，可設置十一個第一匹配電路202(1)-202(11)，分別對應B1、B2+B25、B3、B4、B5、B8+B26、B12、B13、B14、B17及B20的十一個子頻段的訊號進行例如但不限於功率匹配、阻抗匹配或其組合的處理。
於第2圖中，係範例性的繪示對應於子頻段B1、B2+B25、B3...及B20的第一匹配電路202(1)-202(11)。其中，各個第一匹配電路202(1)-202(11)可具有不同的電路結構及/或匹配參數，以對應不同的子頻段來進行匹配。舉例來說，第一匹配電路202(1)-202(11)的電路結構可為包含電容與電感(未繪示)的各式容感電路，而電路元件參數則可包含不同的電容值與電感值。
需注意的是，上述的頻帶數目及頻帶範圍僅為一實施例，本發明並不為其所限。
第一選擇電路204耦接於第一功率放大路徑200及第一匹配電路202(1)-202(11)間，俾根據第一輸入訊號Vi1的頻段，選擇第一匹配電路202(1)-202(11)其中之一對第一輸入訊號Vi1進行上述的匹配處理，以產生第一輸出訊號Vo1。
於不同實施例中，第一選擇電路204可由多工器、單刀多投開關或其他可進行訊號源選擇的模組實現。舉例來說，第一選擇電路204可由單刀十一投開關實現。
第二功率放大路徑206用以接收位於第二頻率範 圍之第二輸入訊號Vi2。於一實施例中，功率放大器100更包含第二輸入選擇電路222，以選擇複數第二輸入子頻段其中之一的第二輸入訊號Vi2。以長期演進技術中的定義為例，第二輸入選擇電路222可自對應於B40、B38/B41及BAND 7的三個頻帶進行選擇，以接收第二輸入訊號Vi2。其中，上述的B40、B38、B41...各對應至一個特定頻率附近的頻段。舉例來說，B38約對應至2500兆赫附近的頻段，B40約對應至2300兆赫附近的頻段。
需注意的是，上述的頻帶數目及頻帶範圍僅為一實施例，本發明並不為其所限。並且，於不同實施例中，第二輸入選擇電路222可由多工器、多刀單投開關或其他可進行訊號源選擇的模組實現。舉例來說，第二輸入選擇電路222可由三刀單投開關實現。
於一實施例中，第二功率放大路徑206可包含相串聯之複數級匹配電路以及複數級放大電路，例如但不限於第2圖所繪示的匹配電路240、242以及放大電路244、246。匹配電路240、242以及放大電路244、246可對第二輸入訊號Vi2進行放大及匹配處理。
第二匹配電路208(1)-208(4)分別對應於第二頻率範圍中之複數第二子頻段其中之一。以長期演進技術中的定義為例，可設置四個第二匹配電路208(1)-208(4)，分別對應B38、B40、B41、BAND 7的四個子頻段的訊號進行例如但不限於功率匹配、阻抗匹配或其組合的處理。
於第2圖中，係繪示對應於子頻段B38、B40、B41 及BAND 7的第二匹配電路208(1)-208(4)。其中，各個第二匹配電路208(1)-208(4)可具有不同的電路結構及/或匹配參數，以對應不同的子頻段來進行匹配。匹配參數可藉由此些第二匹配電路208(1)-208(4)的電路元件結構及電路元件參數調整。舉例來說，第二匹配電路208(1)-208(4)的電路元件結構可為包含電容與電感(未繪示)的各式容感電路，而電路元件參數則可包含不同的電容值與電感值。
需注意的是，上述的頻帶數目及頻帶範圍僅為一實施例，本發明並不為其所限。
第二選擇電路210耦接於第二功率放大徑206及第二匹配電路208(1)-208(4)間，俾根據第二輸入訊號Vi2的頻段，選擇第二匹配電路208(1)-208(4)其中之一對第二輸入訊號Vi2進行上述的匹配處理，以產生第二輸出訊號Vo2。
於不同實施例中，第二選擇電路210可由多工器、單刀多投開關或其他可進行訊號源選擇的模組實現。舉例來說，第二選擇電路210可由單刀四投開關實現。
於一實施例中，功率放大器100更包含控制模組250，用以分別對第一輸入選擇電路220、第二輸入選擇電路222、第一選擇電路204及第二選擇電路210進行控制，以達到訊號選擇及電路選擇之功效。
本發明之無線通訊裝置1可藉由功率放大器100的設計，以單一功率放大器電路接收在相當寬頻範圍內不同頻段及不同模式的訊號，以進行功率放大與匹配的處理，並由天線進行傳送，以達到大幅降低面積及成本之功效。
請參照第3圖。第3圖為本發明一實施例中，一種無線通訊方法300之流程圖。無線通訊方法300可應用於如第1圖所繪示的無線通訊裝置1中。無線通訊方法300包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。
於步驟301，經由第一功率放大路徑200接收位於第一頻率範圍之第一輸入訊號Vi1及/或經由第二功率放大路徑206接收位於第二頻率範圍之第二輸入訊號Vi2，其中第二頻率範圍之頻率高於第一頻率範圍之頻率。
於步驟302，由第一選擇電路204根據第一輸入訊號Vi1的頻段，選擇複數第一匹配電路202(1)-202(11)其中之一，對第一輸入訊號Vi1進行第一匹配處理，以產生第一輸出訊號Vo1。
於步驟303，由第二選擇電路210根據第二輸入訊號Vi2的頻段，選擇複數第二匹配電路208(1)-208(4)其中之一，對第二輸入訊號Vi2進行第二匹配處理，以產生第二輸出訊號Vo2。
於步驟304，經由天線16傳送第一輸出訊號Vo1及/或第二輸出訊號Vo2。於一實施例中，功率放大器100可如第1圖所示，選擇性地設置雙工器及濾波器12與收發器及頻帶切換模組14，以透過雙工器及濾波器12與收發器及頻帶切換模組14將第一輸出訊號Vo1及/或第二輸出訊號Vo2經由天線16傳送出去。
雖然本申請案內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本申請案內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本申請案內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本申請案內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧功率放大器
200‧‧‧第一功率放大路徑
202(1)-202(11)‧‧‧第一匹配電路
204‧‧‧第一選擇電路
206‧‧‧第二功率放大路徑
208(1)-208(4)‧‧‧第二匹配電路
210‧‧‧第二選擇電路
220‧‧‧第一輸入選擇電路
222‧‧‧第二輸入選擇電路
230、232‧‧‧匹配電路
234、236‧‧‧放大電路
240、242‧‧‧匹配電路
244、246‧‧‧放大電路
250‧‧‧控制模組

Claims (20)

  1. 一種功率放大器，包含：一第一功率放大路徑，用以接收位於一第一頻率範圍之一第一輸入訊號，該第一輸入訊號係為該第一頻率範圍中之複數第一子頻段其中之一；複數第一匹配電路，每一第一匹配電路分別具有對應於該等第一子頻段其中之一之一第一電路結構及一第一匹配參數；一第一選擇電路，耦接於該第一功率放大路徑及該等第一匹配電路間，俾根據該第一輸入訊號之頻段選擇該等第一匹配電路其中之一以便對該第一輸入訊號進行一第一匹配處理，以產生一第一輸出訊號；一第二功率放大路徑，用以接收位於一第二頻率範圍之一第二輸入訊號，該第二輸入訊號係為該第二頻率範圍中之複數第二子頻段其中之一，其中該第二頻率範圍之頻率高於該第一頻率範圍之頻率；複數第二匹配電路，每一第二匹配電路分別具有對應於該等第二子頻段其中之一之一第二電路結構及一第二匹配參數；以及一第二選擇電路，耦接於該第二功率放大路徑及該等第二匹配電路間，俾根據該第二輸入訊號之頻段選擇該等第二匹配電路其中之一以便對該第二輸入訊號進行一第二匹配處理，以產生一第二輸出訊號。
  2. 如請求項1所述之功率放大器，更包含：一第一輸入選擇電路，以選擇複數第一輸入子頻段其中之一之該第一輸入訊號，以輸入至該第一功率放大路徑；以及一第二輸入選擇電路，以選擇複數第二輸入子頻段其中之一之該第二輸入訊號，以輸入至該第二功率放大路徑。
  3. 如請求項2所述之功率放大器，更包含一控制模組，以控制該第一選擇電路、該第二選擇電路、該第一輸入選擇電路以及該第二輸入選擇電路進行選擇。
  4. 如請求項1所述之功率放大器，其中該第一功率放大路徑包含相串聯之複數級匹配電路以及複數級放大電路，以對該第一輸入訊號進行一放大及匹配處理。
  5. 如請求項1所述之功率放大器，其中該第二功率放大路徑包含相串聯之複數級匹配電路以及複數級放大電路，以對該第二輸入訊號進行一放大及匹配處理。
  6. 如請求項1所述之功率放大器，其中該第一匹配處理及該第二匹配處理分別包含一功率匹配處理、一阻抗匹配處理或其組合。
  7. 如請求項1所述之功率放大器，其中該第一頻率範 圍位於700兆赫(MHz)至2000兆赫間，以及該第二頻率範圍位於2000兆赫至2700兆赫間。
  8. 一種無線通訊裝置，包含：一功率放大器，包含：一第一功率放大路徑，用以接收位於一第一頻率範圍之一第一輸入訊號，該第一輸入訊號係為該第一頻率範圍中之複數第一子頻段其中之一；複數第一匹配電路，每一第一匹配電路分別具有對應於該等第一子頻段其中之一之一第一電路結構及一第一匹配參數；一第一選擇電路，耦接於該第一功率放大路徑及該等第一匹配電路間，俾根據該第一輸入訊號之頻段選擇該等第一匹配電路其中之一以便對該第一輸入訊號進行一第一匹配處理，以產生一第一輸出訊號；一第二功率放大路徑，用以接收位於一第二頻率範圍之一第二輸入訊號，該第二輸入訊號係為該第二頻率範圍中之複數第二子頻段其中之一，其中該第二頻率範圍之頻率高於該第一頻率範圍之頻率；複數第二匹配電路，每一第二匹配電路分別具有對應於該等第二子頻段其中之一之一第二電路結構及一第二匹配參數；一第二選擇電路，耦接於該第二功率放大路徑及該等第二匹配電路間，俾根據該第二輸入訊號之頻段 選擇該等第二匹配電路其中之一以便對該第二輸入訊號進行一第二匹配處理，以產生一第二輸出訊號；以及一天線，用以耦接於該功率放大器，以傳送該第一輸出訊號及/或第二輸出訊號。
  9. 如請求項8所述之無線通訊裝置，其中該功率放大器更包含：一第一輸入選擇電路，以選擇複數第一輸入子頻段其中之一之該第一輸入訊號，以輸入至該第一功率放大路徑；以及一第二輸入選擇電路，以選擇複數第二輸入子頻段其中之一之該第二輸入訊號，以輸入至該第二功率放大路徑。
  10. 如請求項9所述之無線通訊裝置，其中該功率放大器更包含一控制模組，以控制該第一選擇電路、該第二選擇電路、該第一輸入選擇電路以及該第二輸入選擇電路進行選擇。
  11. 如請求項8所述之無線通訊裝置，其中該第一功率放大路徑包含相串聯之複數級匹配電路以及複數級放大電路，以對該第一輸入訊號進行一放大及匹配處理。
  12. 如請求項8所述之無線通訊裝置，其中該第二功 率放大路徑包含相串聯之複數級匹配電路以及複數級放大電路，以對該第二輸入訊號進行一放大及匹配處理。
  13. 如請求項8所述之無線通訊裝置，其中該第一匹配處理及該第二匹配處理分別包含一功率匹配處理、一阻抗匹配處理或其組合。
  14. 如請求項8所述之無線通訊裝置，其中該第一頻率範圍位於700兆赫至2000兆赫間，以及該第二頻率範圍位於2000兆赫至2700兆赫間。
  15. 一種無線通訊方法，應用於一無線通訊裝置中，包含：經由一第一功率放大路徑接收位於一第一頻率範圍之一第一輸入訊號，以及/或經由一第二功率放大路徑接收位於一第二頻率範圍之一第二輸入訊號；其中該第一輸入訊號係為該第一頻率範圍中之複數第一子頻段其中之一，該第二輸入訊號係為該第二頻率範圍中之複數第二子頻段其中之一，以及該第二頻率範圍之頻率高於該第一頻率範圍之頻率；根據該第一輸入訊號之頻段選擇複數第一匹配電路其中之一以便對該第一輸入訊號進行一第一匹配處理，以產生一第一輸出訊號，以及/或根據該第二輸入訊號之頻段選擇複數第二匹配電路其中之一以便對該第二輸入訊號進行 一第二匹配處理，以產生一第二輸出訊號；其中每一該等第一匹配電路分別具有對應於該等第一子頻段其中之一之一第一電路結構及一第一匹配參數，以及其中每一該等第二匹配電路分別具有對應於該等第二子頻段其中之一之一第二電路結構及一第二匹配參數；以及經由一天線傳送該第一輸出訊號及/或該第二輸出訊號。
  16. 如請求項15所述之無線通訊方法，更包含：經由一第一輸入選擇電路選擇複數第一輸入子頻段其中之一之該第一輸入訊號，以輸入至該第一功率放大路徑；以及/或經由一第二輸入選擇電路選擇複數第二輸入子頻段其中之一之該第二輸入訊號，以輸入至該第二功率放大路徑。
  17. 如請求項15所述之無線通訊方法，其中更包含使該第一功率放大路徑對該第一輸入訊號進行一放大及匹配處理。
  18. 如請求項15所述之無線通訊方法，其中更包含使該第二功率放大路徑對該第二輸入訊號進行一放大及匹配處理。
  19. 如請求項15所述之無線通訊方法，其中該第一匹 配處理及該第二匹配處理分別包含一功率匹配處理、一阻抗匹配處理或其組合。
  20. 如請求項15所述之無線通訊方法，其中該第一頻率範圍位於700兆赫至2000兆赫間，以及該第二頻率範圍位於2000兆赫至2700兆赫間。
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