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申请/专利权人：华南理工大学;京信通信技术(广州)有限公司

摘要：本发明涉及一种天线及其辐射单元。一种天线辐射单元，包括两对极化正交设置的辐射臂和支撑所述辐射臂并为所述辐射臂馈电的巴伦；所述成对设置的辐射臂呈对角设置，且同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置；所述辐射臂内部设有多个第一镂空，以增加所述辐射臂的电长度。该天线辐射单元展宽了天线辐射单元的工作频段，提高了天线辐射单元的工作范围。同时，不对称的辐射臂还可以改善天线的平面波束对称性和交叉极化比，进而提升了用户体验效果。

主权项：1.一种天线辐射单元，其特征在于，包括两对极化正交设置的辐射臂和支撑所述辐射臂并为所述辐射臂馈电的巴伦；所述成对设置的辐射臂呈对角设置，且同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置；所述辐射臂内部设有多个第一镂空，以增加所述辐射臂的电长度；其中，所述第一镂空沿多个方向形成，且任意两个所述辐射臂内部的多个第一镂空相互连通；所述两对极化正交的辐射臂中，每一辐射臂具有一馈电点；且各所述馈电点位于所述两对极化正交的辐射臂形成的中心处；所述巴伦包括十字交叉设置的第一介质板和第二介质板，所述第一介质板和所述第二介质板上各具有馈电微带线，以支撑所述辐射臂并为所述辐射臂馈电。

全文数据：天线及其辐射单元技术领域本发明涉及移动通信领域，特别是涉及天线及其辐射单元。背景技术伴随着移动通信的高速发展，移动通信系统的性能要求越来越高，而天线的性能直接影响着移动通信系统的整体性能。尤其是5G时代的到来，系统容量更高、传输速率更快、端到端时延更低等特点无疑也使天馈系统的设计要求更加严格，特别是天线的工作频段和方向图一致性。传统基站一般采用不同频段的辐射单元分别组成阵列以实现多频基站天线。相比于传统基站中天线的辐射单元，5G天线辐射单元的工作频段要求更宽，而且单元数量成倍于传统基站天线，而尺寸则为传统基站天线的二分之一甚至更小。并且不同于传统基站天线的单列波束覆盖，5G天线的应用场景需要激励多列单元形成合成波束覆盖，因此对各辐射单元方向图的一致性要求更高。发明内容基于此，有必要针对传统基站中天线辐射单元工作频段较窄的问题，提供一种宽工作频段和高方向图一致性的天线辐射单元及使用该天线辐射单元的天线。一种天线辐射单元，包括两对极化正交设置的辐射臂和支撑所述辐射臂并为所述辐射臂馈电的巴伦；所述成对设置的辐射臂呈对角设置，且同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置；所述辐射臂内部设有多个第一镂空，以增加所述辐射臂的电长度。上述天线辐射单元，通过在辐射臂内部设置多个第一镂空增加了辐射臂的电长度，从而展宽了天线辐射单元的工作频段，提高了天线辐射单元的工作范围。同时，不对称的辐射臂还可以改善天线的平面波束对称性和交叉极化比，进而提升了用户体验效果。在其中一个实施例中，所述第一镂空沿多个方向形成；且多个所述第一镂空相互连通。在其中一个实施例中，所述辐射臂的边缘设有向辐射臂内侧凹陷的第二镂空，以增加所述辐射臂的电长度。上述天线辐射单元，通过在辐射臂外设置凹向辐射臂内的第二镂空，进一步增加了辐射臂的电长度，从而展宽了天线辐射单元的工作频段，提高了天线辐射单元的工作范围，进而提升了用户体验效果。在其中一个实施例中，所述辐射臂的外轮廓呈三角形或扇形，每个所述辐射臂在远离天线辐射单元中心的两端分别具有外轮廓角；所述一对辐射臂中，至少一个辐射臂的至少一个外轮廓角设有切角结构，以使所述同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置。上述天线辐射单元，通过在辐射臂的外轮廓角设置切角结构，使该天线辐射单元中对角设置的两个轮廓臂呈中心非对称。该不对称的天线辐射单元可以改善天线的平面波束对称性和交叉极化比，从而提升用户体验效果。在其中一个实施例中，所述两对极化正交的辐射臂中，设有至少两个切角结构，且所述至少两个切角结构两两相邻，以使同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置。在其中一个实施例中，所述两对极化正交的辐射臂中设有四个切角结构；所述四个切角结构两两相邻，以使所述同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置。上述天线辐射单元，包括两对中心非对称的辐射臂，可以改善天线的平面波束对称性和交叉极化比，从而提升用户体验效果。在其中一个实施例中，所述两对极化正交的辐射臂中，每一辐射臂具有一馈电点；所述巴伦包括十字交叉设置的第一介质板和第二介质板，所述第一介质板和所述第二介质板上各具有馈电微带线，以支撑所述辐射臂并为所述辐射臂馈电。一种天线，包括上述任意一个实施例中所述的天线辐射单元。上述天线，包括上述任意一个实施例中的天线辐射单元。由上述天线辐射单元构成的天线可以加宽其工作频段，并优化其平面波束对称性和交叉极化比，使该天线可以满足移动通信的更高要求，提升了用户的体验效果。在其中一个实施例中，所述天线包括若干个呈阵列分布的辐射子阵；若干个所述天线辐射单元间隔排布构成一个辐射子阵。在其中一个实施例中，所述相邻两行辐射子阵呈轴对称分布。上述天线，相邻两行辐射子阵反向排列，可以使呈轴对称的两个天线辐射单元的切角结构相互远离。该设置可以通过不对称的方向图对消辐射子阵之间因距离过小而导致的方向图畸形情况，从而改善了天线波束收敛性和交叉极化比。附图说明图1为本申请一个实施例中天线辐射单元的俯视示意图。图2a为本申请一个实施例中第一介质板的第一侧面示意图。图2b为本申请一个实施例中第一介质板的第二侧面示意图。图2c为本申请一个实施例中第二介质板的第一侧面示意图。图2d为本申请一个实施例中第二介质板的第二侧面示意图。图3为本申请一个实施例中天线辐射单元的驻波仿真结果示意图。图4为本申请一个实施例中天线辐射单元的隔离度仿真结果示意图。图5为本申请一个实施例中天线的阵列结构示意图。图6为采用对称辐射单元的天线的仿真水平面辐射方向图。图7为本申请一个实施例中天线的仿真水平面辐射方向图。其中，各附图标号所代表的含义分别为：10、天线辐射单元；12、介质板；102、第一镂空；104、第二镂空；106、切角机构；110、第一辐射臂；120、第二辐射臂；122、馈电点；130、第三辐射臂；140、第四辐射臂；20、巴伦；21、第一介质板；22、第二介质板；201、第一馈电微带线；202、第一接地微带线；203、第二接地微带线；204、第二馈电微带线；205、第三接地微带线；206、第四接地微带线；210、第一槽口；212、第一凸起；214、第二凸起；220、第二槽口；222、第三凸起；224、第四凸起；30、天线；310、辐射子阵；32、第一隔离条；34、第二隔离条。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本申请提供一种可以展宽工作频段、改善天线平面波束对称性和交叉极化比的天线辐射单元，还提供一种使用该天线辐射单元构成的天线阵列。本申请提供一种天线辐射单元10，通过电缆与主体网络电性连接，以用于发射和接收信号。如图1和图2所示，该天线辐射单元10包括成对设置的辐射臂和用于支撑辐射臂、并为辐射臂馈电的巴伦20。图1示出了天线辐射单元10的俯视结构图，该图1主要为示出辐射臂的形状结构，因此未示出巴伦20。图2a、图2b、图2c和图2d示出了巴伦20各介质板的各侧面结构。具体来说，该天线辐射单元10应至少包括一对成对设置的辐射臂。其可以包括一对成对设置的辐射臂或两对成对设置的辐射臂。图1所示的实施例中天线辐射单元10包括两对成对设置的辐射臂，并具体包括第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140。其中，第一辐射臂110和第三辐射臂130为一对辐射臂；第二辐射臂120和第四辐射臂140为一对辐射臂。本实施例以天线辐射单元10包括一对辐射臂为例，具体包括第一辐射臂110和第三辐射臂130。成对设置的第一辐射臂110和第三辐射臂130应呈对角设置，并以中心位置连接。同时，第一辐射臂110和第三辐射臂130的外轮廓呈非中心对称设置。第一辐射臂110和第三辐射臂130的内部分别设有多个镂空，该镂空凹向辐射臂边缘，以增加第一辐射臂110和第三辐射臂130的电长度。为方便描述，将设于辐射臂内部的镂空命名为第一镂空102。这里的多个指两个或两个以上。第一辐射臂110和第三辐射臂130上还应设有用于馈电的馈电点122，以使巴伦20与馈电点122电性连接，通过巴伦20向第一辐射臂110和第三辐射臂130馈电。该天线辐射单元10，在第一辐射臂110和第三辐射臂130的内部设有多个凹向辐射臂边缘的第一镂空102，在天线辐射单元10的物理尺寸不变的情况下，增加了辐射臂的电长度，从而展宽了天线辐射单元10的工作频段，提高了天线辐射单元10的工作范围。同时，第一辐射臂110和第三辐射臂130的外围轮廓呈非中心对称设置，可以改善天线30的平面波束对称性和交叉极化比，进而提升用户的体验效果。在一个实施例中，一个辐射臂内设有多个第一镂空102，且多个第一镂空102沿多个方向形成并相互连通。具体的，如图1所示，以天线辐射单元10包括一对辐射臂，并具体包括第一辐射臂110和第三辐射臂130为例。对于第一辐射臂110，多个第一镂空102形成于第一辐射臂110内，包括沿纸面横向的第一镂空102和沿纸面纵向的第一镂空102。横向设有多个第一镂空102，并通过纵向的第一镂空102将多个横向的第一镂空102连通，以使第一辐射臂110内的镂空全部连通。在其他实施例中，也可以横向设有一个或多个第一镂空102，纵向设有一个或多个第一镂空102，且所有第一镂空102全部连通。对于第三辐射臂130，其内的第一镂空102和第一辐射臂110结构相同，不再赘述。该多个第一镂空102的设置及连通，可以在辐射臂物理尺寸不变的情况下，较大程度的增加第一镂空102的总周长，从而增加设有第一镂空102的第一辐射臂110和第三辐射臂130的电长度，展宽其工作频段。在一个实施例中，一个辐射臂边缘还设有第二镂空104，从而增加辐射臂的电长度。具体的，如图1所示，以天线辐射单元10包括一对辐射臂，并具体包括第一辐射臂110和第三辐射臂130为例。对于第一辐射臂110，第二镂空104形成于第一辐射臂110的边缘，并向第一辐射臂110的内部凹陷，以使第一辐射臂110的外轮廓具有凹向第一辐射臂110内部的部分。在图1所示的实施例中，第一辐射臂110的外轮廓设有两个第二镂空104。在其他实施例中，第一辐射臂110的外轮廓还可以设有更多个第二镂空104。需要注意的是，第二镂空104不与第一镂空102相连通。对于第三辐射臂130，其边缘设置的第二镂空104和第一辐射臂110结构相同，不再赘述。该第二镂空104的设置，可以在辐射臂物理尺寸不变的情况下，较大程度的增加辐射臂外轮廓的总周长，从而增加设有第二镂空104的第二辐射臂120和电辐射臂的电长度，展宽其工作频段。本申请的天线辐射单元10，其同对辐射臂的外围轮廓呈非中心对称。以下实施例对其进行解释。在一个实施例中，上述辐射臂的外轮廓呈三角形或扇形，且每个辐射臂在远离天线辐射单元10中心的两端分别具有外轮廓角。在一对辐射臂中，至少一个辐射臂的至少一个外轮廓角设有切角结构，以使同对辐射臂的外围轮廓呈非中心对称。具体来说，仍然如图1所示，以天线辐射单元10包括一对辐射臂，并具体包括第一辐射臂110和第三辐射臂130为例。其中，第一辐射臂110的外轮廓构成一个近似的直角三角形，第三辐射臂130的外轮廓也构成一个近似的直角三角形。第一辐射臂110和第三辐射臂130对角设置，具体为第一辐射臂110的外轮廓的直角和第三辐射臂130的外轮廓的直角相对。在远离天线辐射单元10中心的两端，第一辐射臂110还具有两个呈锐角的外轮廓角，第三外辐射臂也具有两个呈锐角的外轮廓角。在第一辐射臂110和第三辐射臂130中，第一辐射臂110和第三辐射臂130的四个外轮廓角，应至少一个轮廓角设有切角结构。当第一辐射臂110和第三辐射臂130的四个外轮廓角中的一个或三个设有切角结构时，第一辐射臂110和第三辐射臂130的外围轮廓非中心对称。当第一辐射臂110和第三辐射臂130的四个外轮廓角中的两个设有切角结构时，如图1所示，可以两个切角结构位于同一辐射臂；也可以两个切角结构位于不同辐射臂的同侧，使第一辐射臂110和第三辐射臂130的外围轮廓非中心对称。需要理解的是，图1的实施例中，天线辐射单元10的辐射臂的外轮廓呈三角形。在其他实施例中，该天线辐射单元10的辐射臂的外轮廓也可以呈扇形。在一个实施例中，本申请的天线辐射单元10包括两对极化正交的辐射臂，且两对极化正交的辐射臂设有至少两个切角结构，且至少两个切角结构两两相邻。两个切角结构两两相邻可以使两对极化正交的辐射臂的外轮廓呈非中心对称。具体的，如图1所示，该天线辐射单元10的辐射臂包括第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140。第一辐射臂110和第三辐射臂130成对且呈对角设置。第二辐射臂120和第四辐射臂140成对且呈对角设置。图1中第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140设有四个切角机构106。其中，四个切角结构两两相邻，且四个切角结构同位于天线辐射单元10的右半边。在其他实施例中，四个切角结构也可以同位于天线辐射单元10的上半边、下半边或左半边，其只需使满足成对设置两个辐射臂的外轮廓非中心对称即可。在其他的实施例中，第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140也可以仅设有两个切角结构，两个切角结构可以相邻，以位于不同的辐射臂组。需要注意的是，上述切角结构的位置及数量，是为使成对设置的辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置。因此，其他通过设置切角结构而使成对设置的辐射臂的外轮廓呈非中心对称的技术方案，不论其切角结构的数量及位置，都应理解为在本申请的保护范围内。在一个具体的实施例中，本申请的天线辐射单元10，其俯视结构如图1所示。该天线辐射单元10包括成对且呈对角设置的第一辐射臂110和第三辐射臂130及成对且呈对角设置的第二辐射臂120和第四辐射臂140。两对辐射臂双极化正交分布。第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140内部均设有多个连通的第一镂空102，且各辐射臂内的镂空呈中心对称。第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140的边缘还设有第二镂空104，且各第二镂空104总体也呈中心对称。第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140呈直角三角形状，其直角对角设置且中心连接，各辐射臂的锐角为外轮廓角。其中，第一辐射臂110的右边的外轮廓角和第二辐射臂120的上边的外轮廓角相邻，且两者设有切角结构。第二辐射臂120的下边的外轮廓角和第三辐射臂130的右边的外轮廓角相邻，且两者设有切角结构。第一辐射臂110、第二辐射臂120、第三辐射臂130和第四辐射臂140上还各设有馈电点122。各馈电点122位于四个辐射臂形成的中心处。该实施例中，天线辐射单元10还包括介质板12。介质板12位于辐射臂下方，用于承载辐射臂。为便于对辐射臂进行馈电，介质板12上设有四个通孔，且四个通孔的位置对应各辐射臂的馈电点122的位置。该天线辐射单元10还包括巴伦20。巴伦20由第一介质板21和第二介质板22构成。第一介质板21的第一侧面如图2a所示，第一介质板21的第二侧面如图2b所示。第二介质板22的第二侧面如图2c所示，第二介质板22的第二侧面如图2d所示。第一介质板21的中部设有自下向上的纵向第一槽口210，第二介质板22的中部设有自上向下的纵向第二槽口220，从而使第一介质板21和第二介质板22可以通过第一槽口210和第二槽口220十字交叉连接。第一介质板21上还设有第一凸起212和第二凸起214，第二介质板22上还设有第三凸起222和第四凸起224。第一凸起212、第二凸起214、第三凸起222和第四凸起224的位置与馈电点122的位置相对应，以使第一凸起212、第二凸起214、第三凸起222和第四凸起224可以插入介质板12上对应馈电点122的通孔内。当第一介质板21和第二介质板22组成十字交叉状，并将第一凸起212、第二凸起214、第三凸起222和第四凸起224插入通孔内时，巴伦20即可对辐射臂进行支撑。对于第一介质板21，在如图2a中，第一介质板21的第一侧面还设有用于将电信号耦合至辐射臂内的第一馈电微带线201。在如图2b中，第一介质板21的第二侧面还设有用于使辐射臂接地的第一接地微带线202和第二接地微带线203。同样的，对于第二介质板22，在如图2c中，第二介质板22的第一侧面还设有用于将电信号耦合至辐射臂内的第二馈电微带线204。在如图2d中，第二介质板22的第二侧面还设有用于使辐射臂接地的第三接地微带线205和第四接地微带线206。对上述天线辐射单元10进行仿真测试，其驻波仿真结果如图3所示，可以得出，该天线辐射单元10的电压驻波比小于1.5；其隔离度仿真结果如图4所示，可以得出，该天线辐射单元10的隔离度大于20dB。同时，该天线辐射单元的工作频率为2.5GHz到3.6GHz，带宽达到36.6％。本申请还提供一种天线30，该天线30包括如上述任意一个实施例中的天线辐射单元10。具体来说，天线30一般包括若干个呈阵列分布的天线辐射单元10、用于为天线辐射单元10馈电的主体网络及连接主体网络与天线辐射单元10的电缆。该天线辐射单元10包括两对成对设置的辐射臂和用于支撑辐射臂、并为辐射臂馈电的巴伦20。其中，成对设置的辐射臂呈对角设置，且同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称；辐射臂内部设有多个凹向辐射臂边缘的第一镂空102，以增加辐射臂的电长度。上述天线30，包括上述任意一个实施例中的天线辐射单元10。由上述天线辐射单元10构成的天线30可以加宽其工作频段，并优化其平面波束对称性和交叉极化比，使该天线30可以满足移动通信的更高要求，提升了用户的体验效果。在一个实施例中，可以如图5所示，若干个天线辐射单元10间隔排布构成一个辐射子阵310，若干个辐射子阵呈阵列排布形成天线30。同时，相邻两列辐射子阵310之间还设有第一隔离条32，以提高相邻两列辐射子阵310之间的隔离度。其中，当该辐射子振310应用于信号发射与接收时，不同的辐射子阵310可以由同一馈电网络进行馈电，也可以由不同馈电网络进行馈电。不同辐射子阵310的馈电网络是否相同视实际需要而定。进一步地，在一个辐射子阵310内部，相邻两个天线辐射单元10之间还设有第二隔离条34，以提高相邻两个天线辐射单元10之间的隔离度。以下结合附图5，从一个具体实施例对本申请的天线30进行描述。本申请提供一种天线30，包括32个辐射子阵310。32个辐射子阵310呈4行8列的阵列排布。构成天线30的各辐射子阵310，各列与列等间距分布，且各行之间也等间距分布。每个辐射子阵310包括三个纵向排布的天线辐射单元10，且每个辐射子阵310内的天线辐射单元10等间距设置。该天线30中，相邻两行辐射子阵310内的天线辐射单元10呈对称设置。结合图5，第一行辐射子阵310中，所有的天线辐射单元10的切角结构设在其左上角和右上角；第二行辐射子阵310中，所有的天线辐射单元10的切角结构设在其左下角和右下角。从而使第一行辐射子阵310和第二行辐射子阵310对称分布。第三行辐射子阵310的排布规律与第一行相同，第四行辐射子阵310的排布规律与第二行相同。以此排布，即形成图5所示的阵列天线30。对使用传统对称辐射单元构成的天线和本申请的天线30进行仿真测试。传统对称辐射单元构成的天线，其水平面辐射方向的仿真图如图6所示。本申请天线的水平面辐射方向的仿真图如图7所示。可以得出，本申请的天线20水平面3dB波束宽度为92度到97度，主轴交叉极化比大于20dB。相比传统天线，本申请的天线30的平面波束对称性和交叉极化比都得到了极大优化。该天线30通过不对称的天线辐射单元10对消了辐射子阵310之间因间距过小而导致的辐射方向图畸变情况，具有结构简单紧凑和高性能的优点，且易于制造，方便安装使用。同时，相比传统技术中的天线30，本申请的天线30带宽宽、增益高、交叉极化比和隔离度性能也更好。上述天线辐射单元10及天线30，改善了大规模阵列天线存在的水平面波束不对称的现象，提高了天线方向图的交叉极化比，为移动通信质量提供了更可靠的保障。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求：1.一种天线辐射单元，其特征在于，包括两对极化正交设置的辐射臂和支撑所述辐射臂并为所述辐射臂馈电的巴伦；所述成对设置的辐射臂呈对角设置，且同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置；所述辐射臂内部设有多个第一镂空，以增加所述辐射臂的电长度。2.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述第一镂空沿多个方向形成；且多个所述第一镂空相互连通。3.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述辐射臂的边缘设有向辐射臂内侧凹陷的第二镂空，以增加所述辐射臂的电长度。4.根据权利要求1至3任意一项所述的天线辐射单元，其特征在于，所述辐射臂的外轮廓呈三角形或扇形，每个所述辐射臂在远离天线辐射单元中心的两端分别具有外轮廓角；所述一对辐射臂中，至少一个辐射臂的至少一个外轮廓角设有切角结构，以使所述同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置。5.根据权利要求4所述的天线辐射单元，其特征在于，所述两对极化正交的辐射臂中，设有至少两个切角结构，且所述至少两个切角结构两两相邻，以使同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置。6.根据权利要求5所述的天线辐射单元，其特征在于，所述两对极化正交的辐射臂中设有四个切角结构；所述四个切角结构两两相邻，以使所述同对辐射臂的外轮廓呈非中心对称设置。7.根据权利要求6所述的天线辐射单元，其特征在于，所述两对极化正交的辐射臂中，每一辐射臂具有一馈电点；所述巴伦包括十字交叉设置的第一介质板和第二介质板，所述第一介质板和所述第二介质板上各具有馈电微带线，以支撑所述辐射臂并为所述辐射臂馈电。8.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的天线辐射单元。9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述天线包括若干个呈阵列分布的辐射子阵；若干个所述天线辐射单元间隔排布构成一个辐射子阵。10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述相邻两行辐射子阵呈轴对称分布。

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