KR100581714B1 - 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형안테나 - Google Patents

전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PCB 기판상에 구비된 방사체와 소정 거리 이격되어 일정 길이와 폭을 갖는 급전라인을 설치하고 그 급전라인으로부터 전자기적 커플링을 통해 에너지가 방사체에 간접 공급되도록 함으로써, 안테나 크기를 소형화시킬수 있음은 물론 전반적인 안테나 성능을 향상시키도록 하는것이다. 이는 PCB 기판상의 급전점으로부터 소정 높이에서 직각방향으로 급전라인이 굴곡 형성되며, 상기 급전라인의 상측 방향으로 소정 간격 이격되고 상기 PCB 기판의 단락점으로부터 일정 높이를 갖는 단락핀의 상단부로부터 일 방향으로 방사체가 연장 형성되며, 상기 급전라인과 PCB 기판사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위하여 제 1유전체 및, 상기 급전라인과 방사체 상호간의 전자기적인 틈새를 제공 위한 제 2유전체가 각각 제공되어 순차적으로 상기 PCB기판상에 적층 형성되는 것에 의해 달성된다.
역에프형 내장형 안테나, 전자기적 커플링, 급전라인, 방사체, 유전체

Description

전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나{Planer inverted F-Type internal antenna using a electromagnetic coupling feeding method}
도 1는 일반적인 역 에프형 안테나를 보인 개략 사시도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나를 보인 평면도,
도 4는 도 3의 측면도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나에 적용가능한 급전라인 구조를 보인 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나를 보인 측면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
102 : PCB 기판, 104 : 급전점,
106 : 단락점, 108 : 단락핀,
110 : 급전라인, 120 : 제 1방사체,
130 : 제 1유전체, 140 : 제 2유전체,
150 : 분배기, 160 : 슬릿,
200 : 제 2방사체, 210 : 제 3유전체.
본 발명은 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급전라인이 방사체와 소정 거리 이격 설치된 상태에서 전자기적 커플링을 통해 에너지가 방사체에 공급되도록 하여 안테나 성능을 향상시키도록 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 휴대 전화기 등의 이동통신단말기에 사용되는 안테나는 직선 형태의 금속 선재에 의한 휩(whip) 안테나 또는 금속 선재를 나선형으로 감은 헬리컬 안테나, 그리고 신축 가능형 안테나 등이 사용되었으나, 휴대에 불편하고 작은 부피의 단말기를 갖고자 하는 소비자의 욕구를 만족시키기 위한 소형화 추세에 따라 단말기 내부에 내장되는 내장형 안테나로 전환되고 있다.
상기 내장형 안테나로서는 대략 'ㄱ'자 형태의 금속 소자의 소정 위치에 급전선로가 형성된 역 에프(F)형 안테나(IFA; Inverted F antenna)가 이용된다. 상기 역 에프형 안테나는 단말기 크기를 소형화 할 수 있고 전방향성에 가까운 방사패턴을 갖으며, 비교적 높은 이득과 대역폭을 제공하여 이동통신단말기에 널리 사용되고 있다.
그러한 일반적인 역 에프형 안테나를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 역 에프형 안테나는 PCB 기판(10)의 접지면 상면에 방사체 역할을 하는 약 λ/4 의 길이를 갖는 방사판(20)이 설치되며, 그 방사판(20)과 PCB 기판(10) 사이에 하나 이상의 접지핀(또는 접지판)(30)과 에너지를 공급하는 급전핀(또는 급전판)(40)이 형성된다.
상기 역 에프형 안테나는 넓은 접지면 특성으로 인하여 넓은 대역폭 특성을 제공하고 있다.
그러나, 최근 들어서 보다 작은 크기를 갖도록 요구되는 단말기 크기의 소형화와 안테나 효율의 증대, 넓은 대역폭과 다중 대역 안테나에 대한 요구, 전자파 흡수율 수치(SAR:Specific Absorbtion Rate)의 저하 및, 인체 접촉에 대한 둔감한 안테나를 개발하고 있으나, 현재의 내장형 안테나를 비롯한 역 에프형 안테나는 안테나의 성능 대비 크기를 상호 보완적으로 설계할 수 없었다. 즉, 단말기 성능을 향상시키면 안테나 크기가 커질수 밖에 없고, 반대로 안테나 크기를 소형화하면 단말기 성능이 저하될 수 밖에 없는 문제가 있었던 것이다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 안테나의 급전부를 직접 방사체에 부착하지 않고 급전라인과 방사체를 소정 간격 이격시켜 구성시키고 그 급전라인으로부터 전자기적 커플링을 통해 방사체에 간접적으로 에너지를 공급하도록 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나는, PCB 기판의 단락점으로부터 일정 높이를 갖는 단락핀의 상단면에서 일 방향으로 전도성이 있는 금속물질로 구현된 하나 이상의 방사체가 형성되며 그 방사체에 에너지를 공급하는 급전라인이 구비되는 역 에프형 안테나 구조에 있어서, 상기 PCB 기판의 급전점으로부터 수직 형성되고 상기 방사체와 소정 간격 이격된 상태로 하방향에 설치되는 소정 형상을 갖는 급전라인으로부터 전자기적 커플링을 통해 상기 방사체에 에너지가 급전되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 급전라인은 PCB 기판상의 급전점으로부터 소정 높이에서 직각방향으로 굴곡 형성되며, 상기 급전라인의 상측 방향으로 소정 간격 이격되고 상기 PCB 기판의 단락점으로부터 일정 높이를 갖는 단락핀의 상단면으로부터 일 방향으로 방사체가 연장 형성되며, 상기 급전라인과 PCB 기판사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 제 1유전체 및, 상기 급전라인과 방사체 상호간의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 제 2유전체가 각각 구비되어 상기 PCB기판상에 적층 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기적 커플링 급전방식을 갖는 역 에프형 내장형 안테나를 보인 평면도, 도 4는 도 3의 측면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 이동통신 단말기의 PCB 기판(102)상의 급전점(104) 으로부터 소정 높이(h1)에서 직각방향으로 굴곡 형성되는 전도성이 있는 금속물질로 이루어진 급전라인(110)과, 상기 급전라인(110)의 상측 방향으로 소정 간격(h2) 이격된 상태에서 PCB 기판(102)의 단락점(106)으로부터 일정 높이를 갖는 단락핀(또는 단락판)(H1)의 상단부에서 일 방향으로 연장 형성되는 전도성이 있는 금속물질로 이루어진 제 1방사체(120)와, 상기 급전라인(110)과 PCB 기판(102)사이에 전자기적인 틈새(Gap)를 제공하기 위하여 공기 및 플라스틱 등과 같은 고유의 유전율을 제공하기 위한 제 1유전체(130)와, 상기 급전라인(110)과 제 1방사체(120) 상호간의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 제 2유전체(140)로 이루어진다.
여기서, 상기 단락핀(108)은 PCB 기판(102)의 그라운드(-)에 접지되며, 상기 급전라인(110)은 PCB 기판(102)의 (+)부분에 접촉된다.
그리고, 상기 제 1방사체(120)는 소정 크기(L1*W1)로서 PCB 기판(102)에서 상기 단락핀(108)이 갖는 높이(H1)상에 위치되며, PCB 기판(102)으로부터 높이(h1, h2)만큼 이격된 상태로 급전라인(110)과 제 1방사체(120)가 설치된다.
상기 급전라인(110)은 일단이 급전점(104)에 접촉되며 일정한 폭(W3)과 길이(L2,L3,L4,L5)를 갖으면서 일 방향으로 연장형성되는 바, 도시된 바와 같이 세 지점이 굴곡된 부분을 갖는다. 상기 굴곡 부분으로 인하여 상기 급전라인은 급전점으로부터 각 길이(L2, L3, L4, L5)가 제공되어 이루어진다.
또한, 상기 급전라인(110)은 그 폭(W3)이 일정하게 제공되지 않고 급전점(104)으로부터 일정 길이 예컨대 길이 L2 내지 L4까지의 폭과 길이 L5의 폭이 서로 상이하게 형성된다. 그와 같이 급전라인(110)의 폭(W3)이 상이하게 형성되 는 것은 급전라인(110)으로부터의 급전량과 공진주파수, 안테나 정합상태를 개선하기 위함이다.
그리고, 상기 급전라인(110)은 제 1방사체(120)의 하측 방향에 위치하고 있기 때문에 안테나의 전체 형상 및 급전점(104)과 단락점(106)의 위치에 따라 변형이 가능하다.
그에 따라, 상기 급전라인(110)에서 제 1방사체(120)로의 에너지 공급은 제 1유전체(130)와 제 2유전체(140) 및 급전라인(110)의 폭(W3)을 적절히 조절함으로써 효과적으로 전달된다. 물론, 상기 급전라인(110)은 전자기적으로 커플링 되는 에너지의 양과 공진주파수 및 정합 상태에 영향을 미치기 때문에 안테나가 장착되는 이동통신 단말기의 전체적인 크기 및 내부 공간 그리고 부품 배치 등을 고려하여 전체적인 길이와 폭을 조절하여 구성하게 된다.
한편, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나에 적용가능한 급전라인 구조를 보인 실시예 도면이다.
도 5a는 급전라인에 분배기가 구비되며 상호 대칭적으로 구성된 실시예를 보이고 있다.
도시된 바와 같이 급전점(104)으로부터 일 방향으로 연장되고 분배기(150)에 의해 급전라인(110)은 상호 대칭적인 구성을 보인다. 상기 급전점(104)으로부터 분배기(150)까지의 급전라인의 폭(W1)과 분배기(150)로부터 대칭 구성되는 급전라인의 폭(W2)은 상이하게 구성된다.
상기 분배기(150)는 급전라인(110)의 임피던스(Z0)를 상호 대칭적인 두 개의 급전라인으로 분배하기 때문에 급전점(104)으로부터 제 1방사체(120)에 급전되는 에너지는 1/2로 각각 배분되어 급전된다.
이는, 과밀한 전하의 집중을 둔화시켜 전자파 흡수율 수치(SAR)를 저하시키고 인체 접촉에 대한 면역력을 증대시킨 안테나를 구현할 수 있도록 하기 위함이다. 다시말해, 종래 내장형 안테나는 표면전류의 편중으로 인하여 인체 접촉에 의한 영향이 크며, 또한 이동통신단말기의 특정 부위에 과밀한 전하의 집중으로 인하여 전자파 흡수율 수치가 높아지는 단점을 극복함으로써, 이동통신단말기를 사용할 때 생체조직에 흡수되는 생체조직의 단위 질량당 전자파의 양을 에너지로 표시한 전자파 흡수율을 저하시킬 수 있도록 하여 인체에 미치는 영향을 최소화 시키게 된다.
도 5b는 분배기를 가지고 서로 직각인 상태의 급전라인을 보이고 있다.
급전점(104)측에 제공된 분배기(150)를 축으로 서로 직각방향으로 길이(L1, L2)가 상이한 급전라인(110a,110b)이 형성되어 각각 급전하게 된다.
그리고, 상기 급전라인(110a,110b)의 폭(W1,W2)은 조절가능하다. 즉 상기 폭(W1,W2)을 조절하면 상기 급전점(104)에서 나오는 에너지를 1:1.5 또는 1:2 등으로 나눌수 있게 되어 안테나의 이득을 평탄하게 할 수 있다.
또한, 상기 급전라인(110a,110b)의 길이가 상이하게 구성되기 때문에 어느 하나의 급전라인이 급전을 하게 되면 다른 하나의 급전라인은 스터브(Stub)로 사용된다. 예컨대, L1의 길이를 갖는 급전라인(110a)이 낮은 주파수 대역에서 에너지를 급전하면 L2의 길이를 갖는 급전라인(110b)은 임피던스 정합을 위한 스터브로 사용 되고, 반대로 L2의 길이를 갖는 급전라인(110b)이 높은 주파수 대역에서 에너지를 급전하면 L1의 길이를 갖는 급전라인(110a)이 임피던스 정합을 위한 스터브로 사용되는 것이다.
그와 같이 서로 직각 방향으로 서로 다른 길이를 가지는 급전라인에 의해 급전을 하는 경우 슬롯, 슬릿, 노치와 같은 방사체의 변형없이도 안테나를 다중 대역으로 사용할 수 있다.
도 5c는 슬릿을 가지고 있는 방사체에서의 급전라인을 보인 도면이다.
도시된 바와 같이, 제 1방사체(120)에 두개 이상의 개방점이 제공되도록 일정 형상의 슬릿(160)이 형성되고 상기 슬릿(160)을 따라 급전라인(110)이 형성된다. 상기 급전라인(110)은 급전점(104)측에 제공된 분배기(150)를 중심으로 일방향으로 L1길이를 갖는 급전라인이 형성되고 타 방향으로는 굴곡되어 각각의 길이 L2, L3, L4를 갖는 급전라인이 형성된다. 상기 급전라인의 폭(W)은 전술한 바 있는 일정한 폭(W)으로 구성되는 것이 아니고 급전점(104)에서부터 처음에는 좁다가 나중에는 넓어지는 형상으로 된다.
상기와 같이 슬릿(160)을 가지고 있는 제 1방사체(120)에 형성된 급전라인(110)에 의하여 이루어지는 급전방식은 제 1방사체(120)에 급전라인(110)이 직접 부착되어 급전되는 경우보다 안테나의 대역폭, 크기, 효율이 개선되기 때문에 안테나 효율의 불평탄성을 개선할 수 있다.
그리고, 상기 개방점을 따라 형성되는 급전라인은 그 길이가 서로 상이하게 형성되기 때문에 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나를 보인 측면도이다.
이는 전술한 역 에프형 내장형 안테나의 구조에 방사체와 유전체가 추가된 상태를 보이고 있다.
즉, PCB 기판(102)상의 급전점(104)으로부터 소정 높이(h1)에서 직각방향으로 굴곡 형성되는 급전라인(110)과, 상기 급전라인(110)의 상측 방향으로 소정 간격(h2) 이격된 상태에서 PCB 기판(102)의 단락점(106)으로부터 일정 높이(H1)를 갖는 단락핀(또는 단락판)(108)의 상단부에서 일 방향으로 연장 형성되는 제 1방사체(120)와, 상기 제 1방사체(120)의 상측방향으로 소정 간격(h3) 이격 설치되는 제 2방사체(200)가 적층 형성되며, 상기 급전라인(110)과 PCB 기판(102)사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위하여 공기 및 플라스틱 등의 고유의 유전율을 가지고 있는 제 1유전체(130)와, 상기 급전라인(110)과 제 1방사체(120) 상호간의 전자기적인 틈새를 주기 위한 제 2유전체(140)와, 상기 제 1방사체(120)와 제 2방사체(200) 상호간의 전자기적인 틈새를 주기 위한 제 3유전체(210)로 채워진다.
여기서, 상기 제 1방사체(120) 및 제 2방사체(200)의 크기를 조절하여 대역폭과 다중대역을 실현할 수 있다. 즉, 제 2방사체(200)의 크기가 제 1방사체(120)의 크기와 유사하게 설계된 경우에는 그 제 1방사체(120)와의 인접 공진을 통하여 안테나 대역폭을 향상시킬수 있으며, 제 2방사체(200)와 제 1방사체(120)의 크기가 상이한 경우에는 그 제 1방사체(120) 및 제 2방사체(200)가 서로 상이한 주파수 대역에서 안테나를 공진시킬 수 있어 다중 대역이 가능하다.
한편, 상기 다른 실시예에 따른 역 에프형 내장형 안테나에도 전술한 도 5a 내지 도 5c의 급전구조가 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나에 따르면, 종래 급전라인이 방사체에 직접 부착되어 에너지를 공급하는 것에 비하여 안테나 크기를 약 5~10% 정도 줄일수 있으며 안테나의 방사효율과 대역폭을 향상시키게 된다.
또한, 급전라인의 형상, 길이, 폭을 조절하면 안테나의 정합상태와 다중대역이 가능한 안테나를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. PCB 기판의 단락점으로부터 일정 높이를 갖는 단락핀의 상단면에서 일 방향으로 전도성이 있는 금속물질로 구현된 하나 이상의 방사체가 형성되며 그 방사체에 에너지를 공급하는 급전라인이 구비되는 역 에프형 안테나 구조에 있어서,
    상기 PCB 기판의 급전점으로부터 수직 형성되고 상기 방사체와 소정 간격 이격된 상태로 하방향에 설치되는 소정 형상을 갖는 급전라인으로부터 전자기적 커플링을 통해 상기 방사체에 에너지가 급전되는 것을 특징으로 하며,
    상기 급전라인은 PCB 기판상의 급전점으로부터 소정 높이에서 직각방향으로 굴곡 형성되며, 상기 급전라인의 상측 방향으로 소정 간격 이격되고 상기 PCB 기판의 단락점으로부터 일정 높이를 갖는 단락핀의 상단면으로부터 일 방향으로 방사체가 연장 형성되며, 상기 급전라인과 PCB 기판사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 제 1유전체 및, 상기 급전라인과 방사체 상호간의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 제 2유전체가 각각 구비되어 상기 PCB기판상에 적층 형성되고,
    상기 급전라인의 폭과 상기 제 1유전체와 제 2유전체의 폭이 조절되면 상기 급전라인에서 상기 방사체에게로 에너지가 가변적으로 전달되며, 안테나의 형상과 상기 급전점 및 단락점의 위치변화에 따라 상기 급전라인의 형상이 가변적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 급전라인의 소정 위치에 분배기가 구비되어 그 급전라인을 일정한 길이와 폭을 갖는 둘 이상의 급전라인으로 분배시키는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 급전라인은 서로 상이한 폭(W)이 제공되어 하나의 급전라인으로 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 급전라인은;
    상기 분배기에 의해 상호 대칭적으로 구성되는 두개 이상의 급전라인은 상기 급전점으로부터 공급되는 에너지를 분배시켜 상기 방사체에 급전되는 표면 전류 밀도를 고르게 하는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 급전라인은;
    상기 급전점으로부터 직각 방향으로 서로 상이한 길이(L1,L2)를 갖도록 형성되며, 그 각각의 급전라인(L1,L2)은 선택적으로 에너지를 급전하거나 또는 스터브로 사용되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 상이한 길이(L1,L2)를 갖는 급전라인중 길이가 더 길게 형성된 급전라인(L1)이 저 주파수 대역에서 에너지를 급전하면 다른 하나의 급전라인(L2)은 임피던스 정합용 스터브로 사용되고, 길이가 짧게 형성된 급전라인(L2)이 고 주파수 대역에서 에너지를 급전하면 다른 하나의 급전라인(L1)은 임피던스 정합용 스터브로 사용되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 상이한 길이(L1,L2)를 갖는 급전라인의 폭을 조절하여 상기 급전점으로 부터 발생되는 에너지가 상이하게 제공되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  10. 제 3항에 있어서,
    상기 급전라인은;
    소정 형상의 슬릿이 형성된 방사체에 의해 적어도 두개 이상 형성되는 안테나의 개방점을 따라 서로 다른 길이를 갖도록 구성되어서 상이한 주파수 대역에서 동작이 가능하도록 방사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. PCB 기판상의 급전점으로부터 소정 높이에서 직각방향으로 굴곡 형성되는 급전라인과, 상기 급전라인의 상측 방향으로 소정 간격 이격된 상태에서 PCB 기판의 단락점으로부터 일정 높이를 갖는 단락핀(또는 단락판)의 상단면에서 일 방향으로 연장 형성되는 제 1방사체와, 상기 제 1방사체의 상측방향으로 소정 간격 이격 설치되는 제 2방사체가 적층구조로 형성되며,
    상기 급전라인과 PCB 기판사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위하여 고유의 유전율을 제공하는 제 1유전체와, 상기 급전라인과 제 1방사체 상호간의 전자기적인 틈새를 주기 위한 제 2유전체와, 상기 제 1방사체와 제 2방사체 상호간의 전자기적인 틈새를 주기 위한 제 3유전체가 채워지는 것을 특징으로 하며,
    상기 제 2방사체와 제 1방사체의 크기가 유사한 경우에는 상기 제 2방사체는 상기 제 1방사체와의 인접 공진을 통하여 안테나 대역폭이 향상되고, 상기 제 2방사체와 제 1방사체의 크기가 상이한 경우에는 상기 제 1 및 제 2방사체가 서로 상이한 주파수 대역에서 안테나가 공진되는 것을 특징으로 하며,
    상기 급전라인은, 분배기가 구비되어 상호 대칭적으로 구성되거나, 또는 분배기가 구비되며 서로 상이한 길이를 가지면서 직각 방향으로 구성되거나, 또는 슬릿이 형성된 방사체에서 제공되는 두개 이상의 개방점을 따라 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링 급전방식을 이용한 역 에프형 내장형 안테나.
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