KR100643414B1 - 무선 통신을 위한 내장형 안테나 - Google Patents

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Abstract

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나는 선로 형태로서 기준축을 중심으로 1회 이상 굴곡되어 좌/우 대응 구조를 이루고, 소정 주파수 대역의 신호를 송수신하는 방사부; 및 선로 형태로서 상기 방사부의 굴곡 부위에 연결되고, 상기 기준축을 중심으로 좌/우 대응 구조를 이루며, 리액턴스 수치를 조정하여 상기 주파수 대역 및 대역폭을 이동시키는 스터브부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있으며, 무지향성 안테나이므로 모든 방향에서 오는 신호를 감지할 수 있는 무선 통신을 위한 내장형 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 안테나 방사면의 폭과 길이, 두 방사면의 간격 그리고 로드된 종단이 개방된 스터브의 폭, 길이에 따라서 광대역, 고효율의 안테나를 설계할 수 있다.
모노폴안테나, 무선통신, 스터브, 내장형 안테나

Description

무선 통신을 위한 내장형 안테나{Internal Antenna for radio communication}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접힌 모노폴 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접힌 모노폴 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스터브부의 모양을 나타낸 도면.
도 3b는 도 3a에 도시된 스터브부가 적용된 접힌 모노폴 안테나를 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 스터브부의 모양을 나타낸 도면.
도 4b는 도 4a에 도시된 스터브부가 적용된 접힌 모노폴 안테나를 나타낸 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나의 밑면에 유한 그라운드가 존재하는 경우의 그라운드의 모양을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300, 400 : 입력단자 110, 210, 310, 410 : 방사부
120, 220, 320, 420 : 연결선로 130, 230, 330, 430 : 정합부
140, 240, 340, 440 : 스터브부 150, 250, 350, 450 : 단락핀
160, 260, 360, 460 : 그라운드
본 발명은 무선 이동통신 핸드셋, 무선 PDA, WLAN 송수신에 이용할수 있는 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 관한 것이다.
무선 이동통신 기술이 발전하면서 핸드셋, 무선 PDA, WLAN을 이용하는 많은 제품들이 등장하고 있으며 안테나는 이러한 무선 통신 제품의 성능을 결정하는 주요 통신 부품이다.
기존의 무선 통신 단말기에 적용된 안테나는 외장형 다이폴 및 헬리컬 안테나를 주로 사용하고 있으나, 외장형 안테나가 고정되지 않으면 사용자에 의해 그 특성이 변형될 수 있고, 무선 통신 단말기들의 다양한 디자인에 제약이 되며, 또한 외관상 보기 좋지 않는 등 다양한 단점들이 있다.
이러한 외장형 안테나의 단점을 보완하고자 내장형 안테나의 선택은 필수적 이다.
WLAN용 내장형 안테나는 공간상의 간섭 제약이 작아서 인접한 회로와 케이스의 그라운드 영향이 작으므로 여러가지 형태의 내장형 안테나가 노트북, 스마트 디스플레이 및 인터넷 냉장고 등에 적용되고 있지만, 핸드셋 및 무선 PDA 등은 공간상의 제약이 심하므로 내장형 안테나의 적용은 매우 어려운 실정이다.
기존에 적용된 핸드셋용 내장용 안테나는 주로 PIFA(Planar Invered F-Antenna) 안테나이며, 무선 PDA 용 안테나는 세라믹 칩 안테나와 PIFA 타입의 안테나가 사용되고 있다.
그러나 상기 PIFA 안테나는 대역폭이 협소하여 입력단의 반사 손실에 의한 안테나의 방사 효율이 감소하며, 1/4파장의 길이에서 공진 특성을 나타내므로 안테나의 크기가 증가하는 단점을 갖는다.
또한, 무선 PDA 등에 적용되는 세라믹 칩 안테나는 고 유전 물질을 사용하므로 안테나의 방사 효율이 감소하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 핸드셋 및 무선 PDA 등이 원활한 통신을 할 수 있도록 광대역 및 고효율, 초소형의 내장형 안테나를 개발하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역의 대역폭을 갖는 안테나를 개발함으로써 무선 통신의 수신 감도 저하를 막을 수 있는 무선 통신을 위한 내장형 안테나를 제공하 는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 안테나로 두개의 통신 대역 또는 세개의 통신 대역에서 우수한 특성을 갖도록 하여 듀얼밴드 무선 통신 시스템에 적용할 수 있는 무선 통신을 위한 내장형 안테나를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나는 선로 형태로서 기준축을 중심으로 1회 이상 굴곡되어 좌/우 대응 구조를 이루고, 소정 주파수 대역의 신호를 송수신하는 방사부; 및 선로 형태로서 상기 방사부의 굴곡 부위에 연결되고, 상기 기준축을 중심으로 좌/우 대응 구조를 이루며, 리액턴스 수치를 조정하여 상기 주파수 대역 및 대역폭을 이동시키는 스터브부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나는 상기 방사부 면과 평행하게 위치되어 상기 방사부와 연결되는 그라운드가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 구비되는 상기 그라운드는 원형 또는 다각형의 모양인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 구비되는 상기 그라운드는 다각형의 에어 슬롯 모양을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 구비되는 상기 방사부는 라인 패턴과 슬롯이 형성되는 기판 및 에어갭을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나의 상기 방사부 및 상기 스터브부는 라인패턴을 증착할 수 있는 도전성 재료를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 구비되는 상기 방사부 및 상기 스터브부는 라인 패턴을 형성할 수 있는 동판을 이용하여 형성되고, 상기 방사부는 무지향적 방사 특성을 가지고 신호를 수신하거나 송출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나의 상기 방사부는 상기 주파수 대역 신호의 1/4 파장의 길이를 가지고, 상기 대응구조를 이루는 좌/우 방사부 중, 어느 하나의 방사부는 신호가 여기되고, 다른 하나의 방사부는 단락핀을 사용하여 상기 그라운드와 단락되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 구비되는 상기 방사부는 상기 그라운드와 평행하거나 수직한 방향으로 굴곡된 형태를 이루고, 상기 스터브부는 종단이 개방되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 구비되는 상기 스터브부는 굴곡된 상기 방사부의 내측 영역또는 외측 영역으로 연결되고, 직선 형태 또는 굴곡 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나의 상기 스터브부는 길이와 각도가 조정되어 상기 리액턴스 수치가 조정되고, 상기 그라운드와 평행하거나 또는 수직한 방향으로 굴곡된 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
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이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 대하여 상세히 설명하는데, 실시예를 설명함에 있어서 모노폴 안테나의 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접힌 모노폴 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 접힌 모노폴 안테나는 U자형으로 굴곡된 선로 형태의 방사부(110a, 110b), 굴곡 기준축으로 우측 방사부(110a)와 좌측 방사부(110b)를 연결하는 연결선로(120), 상기 연결선로(120)와 연결되는 정합부(130), 상기 정합부(130)에 로드되는 스터브부(140)를 포함하여 이루어지는데, 상기 방사부(110a, 110b)를 이루는 선로는 1/4파장(해당 대역 주파수신호의 파장임)의 길이를 가진다.
또한, 상기 접힌 모노폴 안테나는 방사부(110a, 110b)와 평행한 유한 그라운드(160a)를 가지고, 상기 그라운드(160a)와 안테나의 거리는 단락핀(150)의 높이 h를 갖는다.
입력단(100)으로 인가된 신호는 방사부(110a, 110b)에 동일한 전류 방향을 형성하며, 신호를 방사한다.
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또한, 상기 방사부(110a, 110b)의 임의의 지점 A-A'에서 각 방사면에 스터브부(140)가 제공하는 리액턴스를 적용하면, 방사부(110a, 110b)의 길이는 실제 1/4파장보다 그 길이가 감소한다.
상기 방사부(110a, 110b)는 그라운드(160a)와 평행하게 형성 또는 안테나 밑면의 그라운드 방향으로 절곡하여 형성할 수 있다.
상기와 같이 방사부(110a, 110b)는 경계면을 갖고 있으며, 상기 스터브부(140)는 교류 신호의 허수부에 해당되는 리액턴스를 상쇄시키는 부분으로서 방사부(110a, 110b)가 처리하는 주파수 대역 및 대역폭을 조정하는 기능을 수행한다.
상기 스터브부(140)는 럼프트 엘리먼트(lumped element) 또는 디스트리뷰트 엘리먼트(Distributed element)로 구현될 수 있다.
실제로 안테나의 특성을 최적화하기 위하여 경계면을 기준으로 양 안테나의 방사부(110a, 110b)는 반드시 대칭 구조를 갖는 것은 아니다.
따라서, 스터브부(140)의 리액턴스를 변화시키거나 혹은 방사부(110a, 110b)의 폭, 길이 그리고 좌/우측 방사부(110a, 110b)간의 간격을 조절하여 대역폭을 증가한다. 상기 방사부(110a, 110b)는 직사각형과 원형의 단면을 갖는 선로이다.
상기 연결선로(120)와 정합부(130) 그리고 스터브부(140)는 방사부(110a, 110b)의 바깥쪽에 위치하며, 럼프트 엘리먼트(lumped element)와 디스트리뷰트 엘리먼트(Distributed element)로 구현되는 스터브부(140)는 종단이 개방된다.
상기 스터브부(140)가 구비된 접힌 모노폴 안테나에 대하여 도 1b를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1b를 참조하면, 우측 방사부(110a)는 신호를 여기시키며, 좌측 방사부(110b)의 엔드 에지(end edge)는 단락핀(150)을 사용하여 유한 그라운드(160a)와 단락된다.
상기 방사부(110a, 110b)는 연결 선로(120)에 의해 정합부(130)와 연결되고, 정합부(130)는 종단이 개방된 스터브부(140)와 연결된다.
상기 스터브부(140)는 방사부(110a, 110b)와 유사하게 선로 형태를 가지며(참고로, 방사부(110a, 110b)보다 얇게 형성됨), 상기 굴곡축을 기준으로 역시 좌/우 대응되는 구조를 가진다.
상기 스터브부(140)를 구성하는 라인은 임의의 길이와 각도를 갖고 여러개의 종단이 개방된 라인들이 병렬로 동시에 적용될 수 있다(도 4b 참조). 또한, 상기 스터브부(140)는 크기를 줄이기 위해서 그라운드(160b) 면의 방향으로 절곡될 수 있다.
따라서, 로드된 스터브(140)의 길이와 폭, 안테나 방사부(110a, 110b)의 폭, 길이, 간격을 조절하여 대역폭을 증가시키고 이에 따라 안테나의 효율도 증가한다.
상기 안테나의 입력단자(100)는 핸드셋 및 PDA의 기판(160b)에 구현된 안테나 단자 패드(105)와 연결된다.
상기 안테나는 안테나 밑면에 그라운드가 없을수도 있으며, 밑면에 유한 그라운드(160a)가 있을수도 있다. 유한 그라운드(160a)가 존재할 경우, 그라운드는 안테나 전체 면적을 포함할 수도 있고, 일부만을 포함할 수도 있다.
상기와 같은 안테나는 PCB 또는 세라믹 기판층위에 일정 두께를 갖는 라인 패턴과 에어 슬롯(Air Slot, Air gap)을 갖는 구조의 안테나로서 핸드셋 및 무선 PDA등에 쉽게 내장할 수 있도록 슬림(slim)하게 구현된다.
또한, 상기 안테나는 라인 패턴을 증착할 수 있는 실버(Silver), 골드(Gold), 코퍼(Copper) 및 그 외의 도전성 재료 또는 라인 패턴을 형성할수 있는 동판을 이용하여 형성한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접힌 모노폴 안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a를 참조하면, 접힌 모노폴 안테나는, 앞서 설명한 실시예와 같이, 두개의 1/4파장 선로로 이루어지는 방사부(210a, 210b), 방사부(210a, 210b)를 연결하는 연결선로(220), 상기 연결선로(220)와 연결되는 정합부(230), 상기 정합부(230)에 로드되는 스터브부(240)로 구성된다.
이때, 상기 스터브부(240)는 상기 방사부(210a, 210b)의 안쪽에 위치하며, 로드된 스터브부(240)는 종단이 개방된 럼프트 엘리먼트와 디스트리뷰트 엘리먼트로 구현가능하다.
상기 종단이 개방된 스터브부(240)를 구비한 모노폴 안테나는 도 2b와 같다.
상기 스터브부(240)를 구성하는 각 라인은 임의의 길이와 각도를 갖고 여러개의 종단이 개방된 스터브들이 동시에 적용될 수 있다.
또한, 상기 스터브부(240)는 크기를 줄이기 위해서 그라운드 면의 방향으로 절곡될 수 있다.
상기와 같은 접힌 모노폴 안테나의 동작은 도 1b와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스터브부의 모양을 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 스터브부가 적용된 접힌 모노폴 안테나를 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 스터브부(340)는 스터브부(340)를 구성하는 각 라인이 임의의 길이와 각도를 갖는다. 즉, 상기 스터브부(340)는 기준선 a으로부터 -90도에서 +90도 범위내에서
Figure 112006035000110-pat00001
각을 얻을수 있으며, 각 라인의 길이(l1-l7)는 1/4파장안에서 임의의 길이를 갖는다.
상기 스터브부(340)를 구성하는 라인들은 안테나 사이즈를 줄이기 위하여 그라운드면을 향하여 절곡될 수 있다.
상기와 같이 구성된 스터브부(340)가 모노폴 안테나에 적용된 경우를 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3b를 참조하면, 하나의 스터브부(340)를 갖는 모노폴 안테나는 상기 스터브부(340)가 방사부(310a, 310b)의 바깥쪽에 위치한 형태이다.
상기 스터브부(340)는 'ㄱ'자 형태가 겹쳐저 전체 T'자의 모양을 갖는다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 스터브부의 모양을 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 스터브부가 적용된 접힌 모노폴 안테나를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 여러개의 종단이 개방된 라인들(440a, 440b,...440n)들이 임의의 간격을 갖고 병렬배열될 수 있으며, 각각의 라인들(440a, 440b,...440n)의 길이(l1-s1 ~ l7-sn)와 각도(
Figure 112006035000110-pat00002
1-sn ~
Figure 112006035000110-pat00003
6-sn)도 1/4파장안에서 -90도 +90도 범위내에서 서로 다른 값을 갖는다. 여기서, 상기 임의의 거리는 0을 포함한다.
또한, 스터브부(440)를 구성하는 라인들(440a, 440b,...440n)은 안테나 사이즈를 줄이기 위하여 그라운드면을 향하여 절곡될 수 있다.
상기와 같이 구성된 스터브부가 모노폴 안테나에 적용된 경우는 도 4b와 같다.
도 4b를 참조하면, 병렬 라인(430a, 430b,...430n)들이 방사부(410a, 410b)에 안쪽에 위치하여 상호 연결되어 있는 형태를 볼 수 있다.
각 라인들(430a, 430b,...430n)의 길이(l1-s1 ~ l2-sn)는 방사부(410a, 410b)의 내부 영역 상에서 조정될 수 있으며, 각 라인들(430a, 430b,...430n)의 길이(l3-s1 ~ l5-sn)의 합산값(축을 기준으로 (+), (-)의 극성이 부여됨)은 '0'이다.
적용된 각도는
Figure 112004029771217-pat00004
1과
Figure 112004029771217-pat00005
2는 0도이고,
Figure 112004029771217-pat00006
3-
Figure 112004029771217-pat00007
6은 -90도와 +90를 갖는다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나의 밑면에 유한 그라운드가 존재하는 경우의 그라운드의 모양을 나타낸 도면이다.
도 5a를 참조하면, 안테나 밑면에 존재하는 그라운드는 다각형의 임의의 모 양을 갖는다. 즉, 안테나 밑면에 존재하는 그라운드는 l1~ln의 길이를 1/4파장 범위내에서 갖는 n각 다각형의 모양을 갖는다.
또한, 각 모서리의 각도는 -90도~+90범위내의
Figure 112004029771217-pat00008
1~
Figure 112004029771217-pat00009
n의 각도를 갖는다.
또한, 안테나 밑면에 존재하는 그라운드는 도 5b와 같이 다각형의 에어 슬록(Air-Slot) 모양을 갖는다.
도 5b는 안테나 밑면에 존재하는 다각형의 그라운드 안에 형성될 수 있는 슬롯의 모양을 나타낸다. 상기 슬롯은 임의의 n각 다각형의 모양을 갖는다. 이때, 상기 슬롯은 그라운드내에 형성될 수 도 있으며, 그라운드의 일부 모서리를 개방시킬 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본발명에 의한 무선 통신을 위한 내장형 안테나에 의하면, 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있으며, 무지향성 안테나이므로 모든 방향에서 오는 신호를 감지할 수 있는 무선 통신을 위한 내장형 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나 방사면의 폭과 길이, 두 방사면의 간격 그 리고 로드된 종단이 개방된 스터브의 폭, 길이에 따라서 광대역, 고효율의 안테나를 설계할 수 있으며, 고객이 요구하는 소형, 이동형 이동통신 단말기에 적합한 무선 통신을 위한 내장형 안테나를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 선로 형태로서 기준축을 중심으로 1회 이상 굴곡되어 좌/우 대응 구조를 이루고, 소정 주파수 대역의 신호를 송수신하는 방사부; 및
    선로 형태로서 상기 방사부의 굴곡 부위에 연결되고, 상기 기준축을 중심으로 좌/우 대응 구조를 이루며, 리액턴스 수치를 조정하여 상기 주파수 대역 및 대역폭을 이동시키는 스터브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사부 면과 평행하게 위치되어 상기 방사부와 연결되는 그라운드가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그라운드는
    원형 또는 다각형의 모양인 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  4. 제3항에 있어서, 상기 그라운드는
    다각형의 에어 슬롯 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방사부는
    라인 패턴과 슬롯이 형성되는 기판 및 에어갭을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방사부 및 상기 스터브부는
    라인패턴을 증착할 수 있는 도전성 재료를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방사부 및 상기 스터브부는
    라인 패턴을 형성할 수 있는 동판을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방사부는
    무지향적 방사 특성을 가지고 신호를 수신하거나 송출하는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 방사부는
    상기 주파수 대역 신호의 1/4 파장의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 대응구조를 이루는 좌/우 방사부 중, 어느 하나의 방사부는 신호가 여기되고, 다른 하나의 방사부는 단락핀을 사용하여 상기 그라운드와 단락되는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  12. 제2항에 있어서, 상기 방사부는
    상기 그라운드와 평행하거나 수직한 방향으로 굴곡된 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서, 상기 스터브부는
    종단이 개방되는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  15. 제1항에 있어서, 상기 스터브부는
    굴곡된 상기 방사부의 내측 영역또는 외측 영역으로 연결되고,
    직선 형태 또는 굴곡 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  16. 제1항에 있어서, 상기 스터브부는
    길이와 각도가 조정되어 상기 리액턴스 수치가 조정되는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
  17. 삭제
  18. 제2항에 있어서, 상기 스터브부는
    상기 그라운드와 평행하거나 또는 수직한 방향으로 굴곡된 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 무선 통신을 위한 내장형 안테나.
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