KR101525100B1 - 무선전송모듈과 이를 사용한 휴대용 전자장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선전송모듈에 관한 것으로, 무선전송모듈은 안테나 유닛, 칩 유닛, 결합 유닛, 제1매칭 유닛과 제2매칭 유닛을 포함한다. 안테나 유닛은 신호와 에너지를 송수신한다. 칩 유닛은 상기 안테나 유닛에서 전송되는 신호를 저장 및 처리하고 상기 안테나 유닛에서 전송되는 에너지를 수신한다. 결합 유닛은 제1결합단과 제2결합단을 포함하고, 안테나 유닛과 칩 유닛은 결합 유닛을 통하여 신호를 전송하며, 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전 유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 이 밖에 제1결합단과 제2결합단 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없다. 제1매칭 유닛은 안테나 유닛과 제1결합단 사이에 전기적으로 연결되어 안테나 유닛과 제1결합단 사이에 전기회로매칭을 형성한다. 제2매칭 유닛은 칩 유닛과 상기 제2결합단 사이에 전기적으로 연결되어 칩 유닛과 제2결합단 사이에 전기회로매칭을 형성한다. 비 실체적인 전기 연결을 통한 결합 유닛은 신호와 에너지를 전송하여 무선전송모듈의 응용이 더욱 광범위해졌다. 이 밖에, 본 발명은 상기 무선전송모듈을 사용하는 휴대용 전자장치에 대하여 공개하였다.

Description

무선전송모듈과 이를 사용한 휴대용 전자장치{WIRELESS COMMUNICATION MODULE AND PORTABLE ELECTRONIC DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 무선전송모듈에 관한 것으로, 특히 무선방식으로 결합된 무선전송모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 무선전송모듈을 사용하는 휴대용 전자장치에 관한 것이다.
무선주파수 인식(radio frequency identification, RFID)기술은 주파수가 변조된 전자파를 이용하여 목표를 인식하는 무선전자기술이다. 무선주파수 인식기술은 일반적으로 판독기와 태그를 포함하고, 판독기와 태그는 소정의 주파수의 전자파를 사용하여 신호를 전송한다. 일반적으로, 판독기가 먼저 전자파 신호를 송신하고, 태그는 상기 전자파 신호를 수신한 후 동일한 주파수의 전자파로 상기 태그 자체의 메시지가 포함된 신호를 판독기에 반환한다. 따라서, 판독기가 수신한 신호에 의하여, 탐지된 태그가 상기 특정 태그라고 판단할 수 있다. 아울러, 무선주파수 인식태그는 판독기가 송신한 전자파로부터 에너지를 수신할 수 있다.
현재, 무선주파수 인식 기술은 예를 들면 이지카드, 전자지갑과 출입관리장치 등과 같이 민간에서 이미 광범위하게 응용되고 있다. 편리함을 위하여, 현재는 이러한 무선주파수 인식태그를 스마트폰, 스마트시계 등 휴대용 모바일장치에 통합시키는 것이 유행이다. 통합을 통하여 사용자가 무선주파수 인식태그를 가진 장치를 휴대하는 것을 잊어버리는 기회를 줄일 수 있고, 사용할 때의 편리성도 향상시킬 수 있다.
그러나, 현재 주로 사용되는 통합방법은 안테나와 칩을 실질적으로 전기 연결하는 것인데, 이런 방법은 무선주파수 인식태그를 휴대용 모바일장치에 통합하는 동시에 무선주파수 인식태그 중에서 신호와 에너지를 송신 및 수신하는 안테나구조의 크기를 제한한다. 안테나구조의 크기는 신호와 에너지를 전송하는 유효거리 및 전력 소모와 직접적으로 관계되며, 작은 사이즈 또는 제한적인 안테나 구조는 극히 짧은 신호 전송거리만 가질 수 있기에 많이 쓰이지 않고, 또한 별도의 에너지가 있어야만 신호를 효과적으로 전송할 수 있기에 휴대용 모바일장치의 에너지 사용효율을 더욱 악화시킨다.
안테나 장치가 칩 세트 설치영역 외에 있는 상황하에서는, 일반적으로 전기 연결방식을 사용한다. 이때, 휴대용 전자장치의 칩 세트 설치영역과 안테나 설치영역 양자 사이가 유동적이거나 또는 분리가능한 상황하에서 전기 연결은 양자 사이의 움직임을 방해하여 사용상의 불편을 초래한다.
상기 종래기술의 문제를 감안하여, 본 발명의 목적은 무선전송과 같은 무선주파수 인식기술을 휴대용 전자장치에 통합시키는 과정에서 안테나 구조의 크기가 제한을 받는 문제를 해결하기 위한 무선전송모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적에 따르면, 안테나 유닛, 칩 유닛, 결합 유닛, 제1매칭 유닛 및 제2매칭 유닛을 포함하는 무선전송모듈을 제공한다. 여기서 안테나 유닛은 신호와 에너지를 송수신하고; 칩 유닛은 상기 안테나 유닛에서 전송되는 신호를 저장 및 처리하고 상기 안테나 유닛에서 전송되는 에너지를 수신하며; 결합 유닛은 제1결합단과 제2결합단을 포함하고 상기 안테나 유닛과 칩 유닛은 결합 유닛을 통하여 신호 및 에너지를 전송하며, 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도, 자기결합공진(magnetic coupling resonance) 또는 광전유도(photoelectric induction) 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 제1결합단과 제2결합단 사이에는 전기 연결이 필요없으며; 제1매칭 유닛은 안테나 유닛과 제1결합단 사이에 전기적으로 연결되어 안테나 유닛과 제1결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하며; 제2매칭 유닛은 칩 유닛과 제2결합단 사이에 전기적으로 연결되어 칩 유닛과 제2결합단 사이에 전기회로매칭을 형성한다.
상기 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도 또는 자기결합공진 방식으로 서로 신호와 에너지를 전송할 수 있다.
상기 제1결합단과 제2결합단은 금속권선, 자기코어(magnetic core)를 포함하는 금속권선, 도체 인쇄 또는 식각 방식으로 형성될 수 있다.
상기 제1결합단과 제2결합단은 금속권선 방식에 의해 형성될 수 있고, 금속권선 방식 중에서 권선은 자기 코어 상에 감겨질 수 있으며, 자기 코어는 자력선을 차단하여 에너지 소모를 낮춘다.
상기 칩 유닛은 무선주파수 인식태크(RFID tag) 칩이고, 결합 유닛과 안테나 유닛은 무선주파수 인식태그 칩에 대응되는 주파수 범위 내에서 조작되며, 안테나 유닛은 무선주파수 인식태그 칩에 대응되는 무선주파수 판독 장치와 신호 및 에너지를 교환할 수 있다.
무선전송모듈은 제어유닛과 표시유닛을 더 포함할 수 있다. 제어유닛은 칩 유닛과 전기적으로 연결되어 칩유닛에서 전송되는 신호를 송수신하고; 표시유닛은 제어유닛에 전기적으로 연결되어 제어유닛에서 전송되는 신호를 수신하고, 상기 제어유닛에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성한다.
본 발명의 다른 목적에 따르면, 무선전송모듈을 제공하는 바, 무선전송모듈은 신호와 에너지를 송수신하는 안테나 유닛; 안테나 유닛에서 전송되는 신호 및 안테나 유닛에서 전송되는 에너지를 저장 및 처리하는 근거리 자기장 통신 제어장치; 근거리 자기장 통신 제어장치와 전기적으로 연결되어 통신보안 프로토콜에 부합되는 통신을 실현하는 보안칩; 제1결합단과 제2결합단을 포함하고, 안테나 유닛과 근거리 자기장 통신 제어장치는 결합 유닛을 통하여 신호와 에너지를 전송하며, 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전 유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 제1결합단과 제2결합단 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없는 결합 유닛; 안테나 유닛과 제1결합단 사이에 전기적으로 연결되어 안테나 유닛과 제1결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제1매칭 유닛; 근거리 자기장 통신 제어장치와 제2결합단 사이에 전기적으로 연결되어 근거리 자기장 통신 제어장치와 제2결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제2매칭 유닛; 근거리 자기장 통신 제어장치와 보안칩에 전기적으로 연결되어 근거리 자기장 통신 제어장치와 보안칩에서 전송되는 신호를 수신, 처리 및 송신하는 제어유닛; 및 제어유닛에 전기적으로 연결되어 제어유닛에서 전송되는 신호를 수신하고, 제어유닛에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성하는 표시유닛을 포함한다.
상기 무선전송모듈은 카드 에뮬레이션 모드(card emulation mode), 피어 투 피어 모드(peer to peer mode) 또는 읽기/쓰기 모드(read/write mode) 의 조작모드를 실현할 수 있다.
본 발명의 다른 목적에 따르면, 상기 무선전송모듈을 포함하는 휴대용 전자장치를 제공한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 무선방식으로 결합된 무선전송모듈은 다음과 같은 하나 또는 다수의 장점을 가진다.
(1) 상기 무선전송모듈은 실체적으로 연결되지 않은 결합 유닛으로 안테나 구조부분과 칩 부분을 분리시킴으로써 안테나 크기가 칩 부분 구조에 의하여 한정되지 않을 수 있다.
(2) 상기 무선전송모듈은 실체적으로 연결되지 않은 결합 유닛으로 안테나 구조부분과 칩 부분을 분리시킴으로써 안테나 구조와 칩 부분 주변의 전자부품이 서로 간섭하는 것을 회피할 수 있다.
(3) 상기 무선전송모듈은 전자기유도를 통하여 결합단 사이에서 신호를 전송함으로써, 직접접촉방식에 있어서 안테나 구조와 칩 부분의 접점이 산화, 이탈 또는 오염에 의해 신호전송기능이 감소되거나 효력을 잃게 되는 것을 방지할 수 있다.
(4) 상기 무선전송모듈은 금속권선 자기 코어 방식으로 결합단을 형성하여 전자기유도방식으로 신호를 전송함으로써 자력선을 집중시켜 자력선이 외부로 노출되어 발생하는 에너지 소모를 낮출 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 무선전송모듈을 포함하는 휴대용 전자장치는 상술한 무선전송모듈의 하나 또는 다수의 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제1실시예의 시스템 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제2실시예의 시스템 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제3실시예의 시스템 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제4실시예의 시스템 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 도2 중의 무선전송모듈을 포함하는 휴대용 전자장치에 관한 제5실시예의 스마트시계의 사시도이다.
도 6은 도 5 중의 스마트시계의 프레임과 본체가 분리된 후의 사시도이다.
본 발명의 기술특징, 내용, 장점 및 이를 달성하는 효과에 대하여 더욱 잘 이해할 수 있도록, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 여기서 사용된 도면은 단지 명세서를 설명 및 보충하기 위한 것이며, 본 발명의 실시예에 따라 달라질 수 있다. 또한, 첨부되는 도면에 의해 본 발명의 청구범위가 한정되는 것은 아니다.
이하, 해당 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 무선전송모듈의 실시예에 대하여 설명한다. 이해를 돕기 위하여 하기의 실시예 중 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 표시하여 설명한다.
도1을 참조해보면, 도1은 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제1실시예의 시스템 블록도이다. 도1에서, 무선전송모듈(100)은 안테나 유닛(110), 칩 유닛(120), 결합 유닛(130), 제1매칭 유닛(140) 및 제2매칭 유닛(150)을 포함한다. 여기서 안테나 유닛(110)은 신호와 에너지를 송수신하고; 칩 유닛(120)은 상기 안테나 유닛(110)에서 전송되는 신호를 저장 및 처리하고 상기 안테나 유닛(110)에서 전송되는 에너지를 수신하며; 결합 유닛(130)은 제1결합단(131)과 제2결합단(132)을 포함하고 상기 안테나 유닛(110)과 칩 유닛(120)은 결합 유닛(130)을 통하여 신호와 에너지를 전송하며, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 이 밖에 제1결합단(131)과 제2결합단(132) 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없으며; 제1매칭 유닛(140)은 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이에 전기적으로 연결되어 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이에 전기회로매칭을 형성하며; 제2매칭 유닛(150)은 칩 유닛(120)과 제2결합단(132) 사이에 전기적으로 연결되어 칩 유닛(120)과 제2결합단(132) 사이에 전기회로매칭을 형성한다.
구체적으로, 무선전송모듈(100)은 전체적으로 무선주파수 인식태그의 구조와 같은 무선전송구조를 형성한다. 그러나 구조에서 결합 유닛 부분의 신호 및 에너지 전송은 실체적인 전기 연결방식으로 실현되는 것이 아니다. 제1결합단(131)과 제2결합단(132) 사이는 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전유도 방식으로 신호와 에너지를 전송할 수 있다. 전자기유도는 일반적인 변압기와 같은 전자부품에서 볼 수 있듯이, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 각각 전자기유도 구조를 포함하고, 신호가 제1결합단(131)에 도달했을 때, 상기 신호의 전류가 제1결합단(131)의 전자기유도 구조를 흘러지나면 대응하는 제2결합단(132)의 전자기유도구조는 상기 신호의 메시지를 가지는 유도전류를 생성하고 유도전류는 칩 유닛(120)으로 흘러 상기 신호의 메시지를 칩 유닛(120)에 전송한다. 이와 반대일 경우에도 마찬가지다. 자기결합공진 방식은 전자기유도 방식과 유사하지만 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 각각 인덕터와 커패시터 구조를 포함하며, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)의 인덕터와 커패시터 구조는 소정의 파라미터를 가지고 있어 제1결합단(131)과 제2결합단(132)이 동일한 소정의 공진주파수를 가지게 함으로써 제1결합단(131)과 제2결합단(132)의 신호 전송 효율을 증가시킨다. 그러나 이런 방식은 신호주파수를 전송함에 있어 모뎀구조를 별도로 부가하여 전송하려는 신호주파수를 배합하여야 할 수 있다. 광전 유도는 빛으로 전기를 발생하는 방식으로 신호를 전송한다. 예를 들면, 제1결합단(131)은 반도체 레이저를 포함할 수 있고, 제2결합단(132)은 상기 반도체 레이저에 대응되는 광센서를 포함할 수 있다. 신호가 제1결합단(131)에 도달했을 때, 제1결합단(131)의 반도체 레이저는 상기 신호에 의하여 광신호를 제2결합단(132)의 광센서에 송신하고, 제2결합단(132)의 광센서는 상기 광신호를 다시 전류신호로 전환시켜 전송한다. 이와 반대일 경우에도 마찬가지다. 아울러 칩 유닛 내의 전자부품을 구동하는 에너지는 전송된 신호에 포함될 수 있다.
이밖에, 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이에 전기회로저항이 매칭되지 않는 문제가 있을 수 있는데, 예를 들면 안테나 유닛(110)의 출력저항이 제1결합단(131)의 입력저항보다 월등하게 크면, 안테나 유닛(110)에서 전송되는 신호가 제1결합단(131)에 진입하지 못하거나 제1결합단(131)이 신호를 수신하는 효율이 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해결 또는 예방하기 위하여, 제1매칭 유닛(140)은 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이에 부가되어 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이의 전기회로저항매칭을 실현할 수 있다. 마찬가지로, 칩 유닛(120)과 제2결합단(132) 사이에도 전기회로저항이 매칭되지 않는 문제가 있을 수 있으므로, 제2매칭 유닛(150)은 칩 유닛(120)과 제2결합단(132) 사이에 부가되어 칩 유닛(120)과 제2결합단(132) 사이의 전기회로저항매칭을 실현할 수 있다.
이밖에, 실체적인 전기연결방식으로 연결되어 분리가능한 결합방식에 비해, 예를 들면, 탈착가능한 안테나를 사용하여 전원 플러그와 같은 접합부분 구조를 이용하여 서로 분리가능하게 형성될 수 있다. 이런 무선전송모듈(100)은 제1결합단(131)과 제2결합단(132) 사이에서 무선방식으로 신호와 에너지를 전송하고, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 보호구조에 의해 피복됨으로써, 연결부분이 노출되어 산화되거나 오염되어 실체적인 전기 연결을 진행할 때 신호와 에너지 전송 효율이 낮아지거나 소실되는 문제를 방지한다. 그러므로 무선전송모듈(100)은 실체적인 전기연결방식으로 연결되어 분리가능하도록 한 결합방식의 모듈에 비해 신뢰성이 더 좋다.
상기 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 전자기유도 또는 자기결합공진 방식으로 신호와 에너지를 서로 전송할 수 있다.
전자기유도 방식을 실현하기 위한 필요 조건이 제일 적기 때문에, 전자기유도 방식을 이용하여 신호를 전송하는 방식은 제1결합단(131)과 제2결합단(132)의 구조를 간소화 할 수 있고, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)을 소형화할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예 중의 안테나 결합구조 역시 자기결합공진 방식에 사용될 수 있어 신호 또는 에너지를 전송하는 방식으로 사용되는 바, 이에 대해 상세히 후술하기로 한다.
제1결합단(131)과 제2결합단(132)이 전자기유도 또는 자기결합공진 방식을 이용하여 서로 신호를 전송할 수 있는 조건하에서, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 금속권선, 자기코어를 포함하는 금속권선, 도체 인쇄 또는 식각 방식으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 전자기유도 또는 자기결합공진에 필요한 인덕터 구조는 자기코어를 포함하는 금속권선, 도체 인쇄 또는 식각 방식으로 형성될 수 있다. 금속권선 방식은 금속도선을 감아 권선을 만드는 것이고, 자기코어를 포함하는 금속권선은 자기코어가 중간에감겨진 것으로서, 이에 따라 유도권선의 효과를 조절할 수 있으며, 상기 자기코어는 페라이트(ferrite)로 형성될 수 있다. 도체 인쇄 방식은 회로판 위에 인덕터 구조 패턴을 형성하는 것으로 기존의 인쇄회로판 기술에 의하여 인덕터 구조를 회로판 위에 부가 설치한다. 식각 방식은 도체인쇄 방식과 유사하다. 즉, 먼저 도체표면에 인덕터 구조 패턴을 형성한 후, 식각 방식을 사용하여 인덕터 구조를 식각해낸다.
주의할 것은 어떤 방식을 사용하여 인덕터 구조를 만들던지 두개의 금속도선 사이는 실질적으로 소량의 전압 차로 인해 소량의 전하가 퇴적되며, 이런 전하퇴적현상은 전기회로 중에서는 등가 커패시턴스이고, 실제적으로 제조된 인덕터와 공진주파수를 가지는 구조를 형성하여 신호 전송의 효과에 영향을 준다. 따라서 인덕터 구조의 도선 두께와 간격을 최적화하여 신호전송 효율을 높일 수 있다.
상기 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 금속권선 방식을 이용하여 형성될 수 있고, 나아가 금속권선 방식에서 권선은 자기 코어를 포함하며, 자기 코어는 자력선을 차단하여 에너지 소모를 낮춘다.
구체적으로, 두개의 인덕터(inductor) 사이의 신호전송 효율에 영향을 주는 요소 중 하나는 동시에 두개의 권선을 통과하는 자력선 양과 신호가 생성한 총 자력선 양의 비이고, 두개의 권선을 통과하지 않은 자력선은 자기누설이므로 에너지 소모라 할 수 있다. 자기 코어가 다수의 자력선을 자기 코어 내부에 차단하는 기능을 가지고 있기 때문에, 자기 코어를 권선에 설치하고 두개의 권선을 서로 대응하는 위치에 배치하여 다수의 자력선이 모두 두개의 권선을 효과적으로 통과하도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 자기 코어는 “凹”자형 또는 “U”자형일 수 있고 도선은 자기 코어의 “E”자형 또는 “U”자형의 중심 위치와 접근하는 위치에 감기어 각각 제1결합단(131)과 제2결합단(132)을 형성하고, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 중간이 끊어진 링 구조(도5의 제1결합단(131)과 제2결합단(132)의 구조 참조)와 같은 구조로 형성되어, 더욱 많은 자력선이 제1결합단(131)과 제2결합단(132)의 두개의 권선 내부를 통과하도록 한다. 아울러, 자기 코어가 자력선을 차단하여 신호 및 에너지 전송효율을 향상시키므로, 큰 사이즈의 결합 유닛이 필요없이 양호한 신호 및 에너지 전송효과를 얻을 수 있음으로, 결합 유닛의 크기를 더욱 축소하여 소형화 시킬 수 있다.
도2를 참조하면, 도2는 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제2실시예의 시스템 블록도이다. 도2에서, 칩 유닛(120)은 무선주파수 인식태그(RFID tag) 칩일 수 있고, 무선주파수 신호 인터페이스와 데이터 저장부분을 구비하며, 결합 유닛(130)과 안테나 유닛(110)은 무선주파수 인식태그 칩에 대응하는 주파수 범위 내에서 조작되며, 안테나 유닛(110)은 무선주파수 인식태그 칩에 대응되는 무선주파수 판독 장치(400)와 신호와 에너지를 교환할 수 있다. 본 실시예에 따른 무선전송모듈(200a)과 상기 제1실시예에 따른 무선전송모듈(100)의 동일한 부품의 작동방식은 유사하므로 더이상 설명하지 않는다.
구체적으로, 칩 유닛(120)은 무선주파수 신호를 처리하기 위한 무선주파수 인식태그의 칩일 수 있다. 무선 주파수 인식 방식의 주파수대역이 넓기 때문에 기타 부분의 구조는 상기 무선주파수 인식 방식에 상응한 주파수를 가변하여 최적의 메시지 전송효과를 달성한다. 상기와 같은 조건하에서 무선전송모듈(200a)은 무선주파수 인식 태그와 등가적이고, 무선주파수 판독 장치(400)와 메시지 및 판독기에서 전송되는 결합에너지(coupled energy)를 교환하여 칩 유닛이 동작하는 에너지원을 제공한다.
도3을 참조하면, 도3은 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제3실시예의 시스템 블록도이다. 도3에서, 무선전송모듈(200b)은 제어유닛(210)과 표시유닛(220)을 더 포함할 수 있다. 제어유닛(210)은 칩 유닛(120)에 전기적으로 연결되어 칩 유닛(120)에서 전송되는 신호를 송수신하고; 표시유닛(220)은 제어유닛(210)에 전기적으로 연결되어 제어유닛(210)에서 전송되는 신호를 수신하고, 제어유닛(210)에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성한다. 본 실시예에 따른 무선전송모듈(200b)과 상기 제2실시예에 따른 무선전송모듈(200a)의 동일한 부품의 작동방식은 유사하므로 더이상 설명하지 않는다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 사용자는 부가적인 제어유닛(210)과 표시유닛(220)을 통하여 칩 유닛(120)에 저장된 메시지 내용을 알 수 있다.
구체적으로, 무선주파수 인식 태그를 휴대용 전자장치에 통합하기 위하여, 사용자는 일반적으로 이지카드의 잔고와 같은 무선주파수 인식 태그 내부의 메시지를 외부의 무선주파수 판독 장치(400)를 통할 필요없이 직접적으로 알고 싶어한다. 따라서, 무선전송모듈(200b)은 제어유닛(210)과 표시유닛(220)을 포함할 수 있고, 제어유닛(210)은 칩 유닛(120)과의 전기적 연결을 통하여 칩 유닛(120)에 저장된 메시지를 판독할 수 있으며, 상기 메시지를 표시 유닛(220)이 인식할 수 있는 신호로 변환시켜 표시유닛(220)에 의해 상기 메시지의 내용을 사용자에게 표시한다. 예를 들면, 제어유닛(210)은 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있고, 표시유닛(220)은 메시지를 표시할 수 있는 휴대용 전자장치의 전자스크린일 수 있다. 마이크로 컨트롤러 칩은 무선주파수 신호 포맷을 직접적으로 인식할 수 없기 때문에, 제어유닛(210)은 무선주파수 신호를 인식하고 마이크로 컨트롤러 칩이 인식할 수 있는 신호포맷으로 전환할 수 있는 칩을 포함할 수 있다. 마이크로 컨트롤러의 구조와 작동방식은 일반적인 마이크로 컨트롤러 칩의 구조와 작동방식과 동일하므로 더이상 설명하지 않는다.
이밖에, 본 발명에 제시된 안테나 결합기술은 근거리 자기장 통신 기술에 응용될 수 있고, 도4를 참조하면, 도4는 본 발명에 따른 무선전송모듈의 제4실시예의 시스템 블록도이다. 도면에서, 무선전송모듈(300)은 신호와 에너지를 송수신하는 안테나 유닛(110); 안테나 유닛(110)에서 전송되는 신호 및 안테나 유닛(110)에서 전송되는 에너지를 저장 및 처리하는 근거리 자기장 통신 제어장치(320); 근거리 자기장 통신 제어장치(320)와 전기적으로 연결되어 통신보안 프로토콜에 부합되는 통신을 실현하는 보안칩(310); 제1결합단(131)과 제2결합단(132)을 포함하고, 안테나 유닛(110)과 근거리 자기장 통신 제어장치(320)는 결합 유닛(130)을 통하여 신호와 에너지를 전송하며, 제1결합단(131)과 제2결합단(132)은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전 유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 제1결합단(131)과 제2결합단(132) 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없는 결합 유닛(130); 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이에 전기적으로 연결되어 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제1매칭 유닛(140); 근거리 자기장 통신 제어장치(320)와 제2결합단(150) 사이에 전기적으로 연결되어 근거리 자기장 통신 제어장치(320)와 제2결합단(132) 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제2매칭 유닛(150); 근거리 자기장 통신 제어장치(320)와 보안칩(310)에 전기적으로 연결되어 근거리 자기장 통신 제어장치(320)와 보안칩(310)에서 전송되는 신호를 수신, 처리 및 송신하는 제어유닛(210); 제어유닛(210)에 전기적으로 연결되어 제어유닛(210)에서 전송되는 신호를 수신하고, 제어유닛(210)에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성하는 표시유닛(220)을 포함한다. 이때, 결합 유닛(130)과 안테나 유닛(110)은 근거리 자기장 통신 방식의 주파수에서 조작된다. 본 실시예에 따른 무선전송모듈(300)과 상기 제3실시예에 따른 무선전송모듈(200b)의 동일한 부품의 작동방식은 유사하므로 더이상 설명하지 않는다. 그러나 주의할 것은, 본 실시예에 따르면, 사용자는 부가된 보안유닛(310)을 통하여 소정의 통신보안 프로토콜에 부합되는 보안통신을 실현할 수 있고, 근거리 자기장 통신 제어장치(320)를 통하여 기타 근거리 자기장 통신장치와 통신할 수 있다.
근거리 자기장 통신기술은 무선주파수 인식기술이 변화발전한 기술인 바, 모두 소형화 가능한 무선통신기술이므로 본 발명의 무선전송모듈에 응용할 수 있다. 도1의 시스템을 참조하고 도4에 도시된 바와 같이, 안테나 유닛(110)과 결합 유닛(130)이 근거리 자기장 통신기술에 사용된 전자파에 대응되는 주파수 하에서, 결합 유닛(130)의 제2결합단(132)은 근거리 자기장 통신 제어장치(320)에 전기적으로 연결되어 기타 근거리 자기장 통신장치와 통신할 수 있다. 구체적으로, 근거리 자기장 통신 제어장치(320) 및 보안유닛(310)을 포함하는 무선전송모듈(300)은 카드 에뮬레이션 모드(card emulation mode), 피어 투 피어 모드(peer to peer mode) 및 읽기/쓰기 모드(read/write mode) 의 조작모드를 실현할 수 있다. 카드 에뮬레이션 모드의 효능은 즉 본 발명의 제2 및 제3실시예의 무선주파수 라벨칩에 의해 달성된 효능과 유사하고, 이때 근거리 자기장 통신 제어장치(320)와 보안유닛(310)은 외부 판독기의 신호를 접수한 후, 피동적으로 외부 저장기에 정보를 제공한다. 주의할 것은, 보안유닛(310)은 ISO7816의 규범에 부합되어 제어유닛(210)과 연결되어 금전잔액 등과 같은 비교적 민감한 정보를 제어유닛(210)에 제공하고나서 제어유닛(210)에 의해 표시유닛(220)에 제공하여 이로써 사용자에게 알리도록 한다. 피어 투 피어 모드는 즉 2개의 근거리 자기장 통신장치 사이에서 서로 메시지를 교환할 수 있는 바, 이때 2개의 근거리 자기장 통신장치는 근거리 자기장 통신 유효범위내에서 간단히 온라인을 구축하기만 하면 별도의 장치와 복잡한 설치단계를 생략할 수 있다. 읽기/쓰기 모드는 근거리 자기장 통신 제어장치(320)가 능동상태에 있게 하여 판독된 라벨 이외의 기타 라벨도 판독하는 판독기로 사용될 수 있도록 한다.
이밖에, 무선전송모듈(300)은 보안유닛(310)을 포함할 수 있고 상기 보안유닛은(310)은 소정의 보안표준에 부합되는 보안칩일 수 있다. 따라서, 신호가 칩 유닛(120)을 거쳐 처리될 때, 신호가 상기 보안 표준에 부합되도록 암호화/복호화 기능을 제공하고, 개인자료 등과 같은 민감한 정보를 저장하는 바, 상기 기능에는 본 발명의 제2 및 제3실시예의 칩 유닛(120)의 무선 주파수 라벨이 메시지를 저장하는 기능이 포함됨으로써 보안통신의 기능을 달성한다.
이러한 구성에서, 근거리 자기장 통신 제어장치(320)는 예를 들어 시그날 인/시그날 아웃 연결(Signal/Signal Out Connection, S2C), 싱글 와이어 프로토콜(single wire protocol) 등과 같은 다양한 방식을 사용하여 보안유닛(310)과 연결될 수 있다. 보안유닛(310)은 예를 들어 범용 집적회로카드(universal integrated circuit card, UICC), 마이크로SD(micro SD)등과 같은 다양한 방식으로 패키징될 수 있거나 또는 직접 근거리 자기장 통신 제어장치(320) 모듈에 내장될 수도 있다.
도5를 참조해보면, 도5는 본 발명에 따른 상기 무선전송모듈을 포함하는 휴대용 전자장치에 관한 제5실시예의 스마트시계의 사시도이다. 이 실시예에서 사용된 무선전송모듈은 도3중의 무선전송모듈(200b)이고 휴대용 전자장치는 스마트시계이다. 스마트시계의 본체(600)는 프레임(610) 내에 삽입되고 무선전송모듈(200b) 중의 칩 유닛(120), 제2매칭 유닛(150), 제어유닛(210), 표시유닛(220)을 포함하며; 제2결합단(132)은 본체(600)와 연결되고, 밴드(620) 좌측의 제1결합단(131)과 위치상에서 서로 대응되며; 안테나 유닛(110)과 제1매칭 유닛(140)은 마찬가지로 밴드(620) 좌측에 위치하고; 제1매칭 유닛(140)은 안테나 유닛(110)과 제1결합단(131) 사이에 연결되며, 안테나 유닛은 제1결합단(131)과 제2결합단(132)을 통하여, 본체(600) 내에 위치한 칩 유닛(120)과 신호 및 에너지를 전송한다.
구체적으로, 안테나 유닛(110)을 본체(600)에 설치하면 안테나 구조 크기를 제한할 수 있고, 안테나 유닛(110)은 본체(600) 내부의 전자부품과 서로 간섭하므로, 안테나 유닛(110)을 본체(600) 밖에 설치하여야 한다. 그러나, 일반적으로 시계는 사용할 때 본체(600)와 밴드(620) 사이에 반드시 일정한 정도의 상호 움직임이 있어야 한다. 예를 들면, 밴드(620)의 일단은 본체(600)의 회전축에 연결되어 본체(600)에서 회전한다. 이러한 상황하에서, 실체적인 전기 연결방식은 본체(600)와 밴드(620) 사이의 움직임에 방해되므로, 본 발명의 무선전송모듈을 사용하여야 한다. 이러한 경우, 안테나 유닛(110)은 본체(600)구조와 분리되어 밴드에 위치하고, 본체(600)와 밴드(620)의 상호 움직임은 방해받지 않는다. 이때 안테나 유닛(110)의 안테나 구조 너비는 최대로 밴드의 너비크기까지 확대되어 신호와 에너지 전송거리 및 강도를 높일 수 있다. 또한, 안테나 유닛(110)의 방향에 대응되는 프레임(610)측에는 개구가 형성되어, 결합 유닛(130)의 두개의 결합단(131)과 결합단(132) 사이의 신호와 에너지 전송이 프레임(610)의 방해를 받지않도록 하며, 밴드(620) 말단의 제1결합단(131)이 작은 범위의 움직임 공간을 가지게 한다. 아울러, 결합 유닛(130)의 두개의 결합단(131)과 결합단(132)의 “E”자형 구조의 끝점은 완전히 들어맞지 않고 두개의 결합단(131)과 결합단(132)은 작은 범위의 상대적 운동이 있을 수 있다. 테스트에 따르면 결합 유닛(130)의 두개의 결합단(131)과 결합단(132)의 “E”자형 구조의 끝점 사이에 미세한 소정의 간격이 있으면, 신호와 에너지의 전송효과가 더욱 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 제어유닛(210)은 스마트시계의 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있고, 표시유닛(220)은 스마트시계의 스크린일 수 있다.
도6을 참조하면, 도6은 본 발명에 따른 스마트시계의 본체(600)와 프레임(610)이 분리된 후의 사시도이다. 도6에 도시된 바와 같이, 본체(600)는 스마트시계의 제2결합단(132)과 연결되어 밴드(620)로부터 분리될 수 있다.
본체(600)가 밴드(620)와 실질적으로 분리될 수 있기 때문에 본체(600)에 위치한 칩 부분이나 또는 밴드(620)에 위치한 안테나 부분 중의 어느 한 부분에 손상이나 고장이 발생했을 때, 상기 부분에 대하여서만 상응한 부품을 교체하면 되고, 전체 스마트시계를 교체할 필요가 없으며, 부품을 교체한 후 다시 와이어링(wiring)하는 과정도 필요없다. 본체(600)를 밴드(620)에 설치하여 바로 사용할 수 있는 효과는 플러그 앤드 플레이의 효과와 유사하다.
스마트시계는 무선통신모듈(300)과 같은 근거리 자기장 통신기능을 갖는 통신모듈을 포함할 수 있다. 이때, 스마트시계는 전술한 근거리 자기장 통신기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 카드 에뮬레이션 모드에서 조작할 때, 스마트시계는 출입관리카드 또는 감지지불카드와 같은 기능을 할 수 있어, 통행 또는 지불할 경우, 스마트시계를 판독기에 근접하면 검증 또는 거래가 완료될 수 있다. 피어 투 피어 모드에서 조작할 경우, 스마트시계는 예를 들어 기타 스마트시계 또는 핸드폰과 같은 기타 근거리 자기장 통신장치에만 근접하면 예를 들어 캘린더 또는 음악 등과 같은 정보를 서로 교환할 수 있다. 읽기/쓰기 모드에서 조작할 경우, 스마트시계는 판독기 또는 라벨일 수 있고, 예를 들어 2개의 스마트시계를 사용하여 전자지갑 기능을 이용 일방의 돈을 타방에 송금할 경우, 수금측의 스마트시계는 판독기로 작용할 수 있고, 송금측의 스마트시계는 라벨로 작용할 수 있으며, 양자는 중앙서비스와 연결되어 서로 감지한 후 거래를 완료한다. 따라서 근거리 자기장 통신기능을 갖는 스마트시계는 비접촉식 신용카드, 전자티켓 및 전자지갑과 같이 일상 생활에서 다양한 방법으로 편의를 도모하기위해 사용될 수 있다.
이상에서 서술한 것은 단지 예시를 위한 것일 뿐 한정을 위한 것이 아니다. 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 대한 등가적 보정 또는 변형이 있을 수 있으며, 이 또한 첨부되는 특허청구범위에 속하는 것이다.
100, 200a, 200b, 300:무선통신모듈
110:안테나 유닛
120:칩 유닛
130:결합 유닛
131:제1결합단
132:제2결합단
140:제1매칭 유닛
150:제2매칭 유닛
210:제어유닛
220:표시유닛
310:보안유닛
320: 근거리 자기장 통신 제어장치
400:무선주파수 판독 장치
500:근거리 자기장 통신장치
600:본체
610:프레임
620:밴드

Claims (17)

  1. 신호와 에너지를 송수신하는 안테나 유닛;
    상기 안테나 유닛에서 전송되는 신호를 저장 및 처리하고 상기 안테나 유닛에서 전송되는 에너지를 수신하는 칩 유닛;
    제1결합단과 제2결합단을 포함하고, 상기 안테나 유닛과 상기 칩 유닛은 상기 결합 유닛을 통하여 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전 유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없는 결합 유닛(coupling unit);
    상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제1매칭 유닛; 및
    상기 칩 유닛과 상기 제2결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 칩 유닛과 상기 제2결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제2매칭 유닛을 포함하는 무선전송모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도 또는 자기결합공진 방식으로 상호 신호와 에너지를 전송하는 무선전송모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1결합단과 제2결합단은 금속권선, 자기코어를 포함하는 금속권선, 도체 인쇄 또는 식각 방식으로 형성되는 무선전송모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1결합단과 제2결합단은 자기코어를 포함하는 금속권선 방식에 의해 형성되고, 금속권선 방식 중의 권선은 자기 코어 상에 감겨지며, 상기 자기 코어는 자력선을 차단하여 에너지 소모를 낮추는 무선전송모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 칩 유닛은 무선주파수 인식태그 칩이고, 상기 결합 유닛과 상기 안테나 유닛은 상기 무선주파수 인식태그 칩에 대응되는 주파수 범위 내에서 조작되며, 상기 안테나 유닛은 상기 무선주파수 인식태그 칩에 대응되는 무선주파수 판독 장치와 신호와 에너지를 교환할 수 있는 무선전송모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 칩 유닛과 전기적으로 연결되어 상기 칩유닛에서 전송되는 신호를 송수신하는 제어유닛; 및
    상기 제어유닛에 전기적으로 연결되어 상기 제어유닛에서 전송되는 신호를 수신하고, 상기 제어유닛에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성하는 표시유닛을 더 포함하는 무선전송모듈.
  7. 신호와 에너지를 송수신하는 안테나 유닛;
    상기 안테나 유닛에서 전송되는 신호 및 상기 안테나 유닛에서 전송되는 에너지를 저장 및 처리하는 근거리 자기장 통신 제어장치;
    상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 전기적으로 연결되어 통신보안 프로토콜에 부합되는 통신을 실현하는 보안칩;
    제1결합단과 제2결합단을 포함하고, 상기 안테나 유닛과 상기 근거리 자기장 통신 제어장치는 결합 유닛을 통하여 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전 유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없는 결합 유닛;
    상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제1매칭 유닛;
    상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 제2결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 제2결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제2매칭 유닛;
    상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 보안칩에 전기적으로 연결되어 상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 보안칩에서 전송되는 신호를 수신, 처리 및 송신하는 제어유닛;
    상기 제어유닛에 전기적으로 연결되어 상기 제어유닛에서 전송되는 신호를 수신하고, 상기 제어유닛에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성하는 표시유닛을 포함하는 무선전송모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무선전송모듈은 카드 에뮬레이션 모드, 피어 투 피어 모드 또는 읽기/쓰기 모드의 조작모드를 실현할 수 있는 무선전송모듈.
  9. 무선전송모듈을 포함하되, 상기 무선전송모듈은,
    신호와 에너지를 송수신하는 안테나 유닛;
    상기 안테나 유닛에서 전송되는 신호를 저장 및 처리하고 상기 안테나 유닛에서 전송되는 에너지를 수신하는 칩 유닛;
    제1결합단과 제2결합단을 포함하고, 상기 안테나 유닛과 상기 칩 유닛은 상기 결합 유닛을 통하여 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전 유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없는 결합 유닛;
    상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제1매칭 유닛; 및
    상기 칩 유닛과 상기 제2결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 칩 유닛과 상기 제2결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제2매칭 유닛을 포함하는 휴대용 전자장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 결합단과 제2결합단은 전자기유도 또는 자기결합공진 방식으로 상호 신호와 에너지를 전송하는 휴대용 전자장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1결합단과 제2결합단은 금속권선, 자기코어를 포함하는 금속권선, 도체 인쇄 또는 식각 방식으로 형성되는 휴대용 전자장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1결합단과 제2결합단은 자기코어를 포함하는 금속권선 방식에 의해 형성되고, 금속권선 방식 중의 권선은 자기 코어 상에 감겨지며, 상기 자기 코어는 자력선을 차단하여 에너지 소모를 낮추는 휴대용 전자장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 칩 유닛은 무선주파수 인식태그 칩이고, 상기 결합 유닛과 상기 안테나 유닛은 상기 무선주파수 인식태그 칩에 대응되는 주파수 범위 내에서 조작되며, 상기 안테나 유닛은 상기 무선주파수 인식태그 칩에 대응되는 무선주파수 판독 장치와 신호와 에너지를 교환할 수 있는 휴대용 전자장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 칩 유닛과 전기적으로 연결되어 상기 칩유닛에서 전송되는 신호를 송수신하는 제어유닛; 및
    상기 제어유닛에 전기적으로 연결되어 상기 제어유닛에서 전송되는 신호를 수신하고, 상기 제어유닛에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성하는 표시유닛을 더 포함하는 휴대용 전자장치.
  15. 무선전송모듈을 포함하되, 상기 무선전송모듈은,
    신호와 에너지를 송수신하는 안테나 유닛;
    상기 안테나 유닛에서 전송되는 신호 및 상기 안테나 유닛에서 전송되는 에너지를 저장 및 처리하는 근거리 자기장 통신 제어장치;
    상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 전기적으로 연결되어 통신보안 프로토콜에 부합되는 통신을 실현하는 보안칩;
    제1결합단과 제2결합단을 포함하고, 상기 안테나 유닛과 상기 근거리 자기장 통신 제어장치는 결합 유닛을 통하여 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단은 전자기유도, 자기결합공진 또는 광전 유도 방식을 이용하여 서로 신호와 에너지를 전송하며, 상기 제1결합단과 제2결합단 사이에는 실체적인 전기 연결이 필요없는 결합 유닛;
    상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 안테나 유닛과 상기 제1결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제1매칭 유닛;
    상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 제2결합단 사이에 전기적으로 연결되어 상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 제2결합단 사이에 전기회로매칭을 형성하는 제2매칭 유닛;
    상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 보안칩에 전기적으로 연결되어 상기 근거리 자기장 통신 제어장치와 상기 보안칩에서 전송되는 신호를 수신, 처리 및 송신하는 제어유닛;
    상기 제어유닛에 전기적으로 연결되어 상기 제어유닛에서 전송되는 신호를 수신하고, 상기 제어유닛에서 전송되는 신호에 의하여 표시 메시지를 생성하는 표시유닛을 포함하는 휴대용 전자장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 무선전송모듈은 카드 에뮬레이션 모드, 피어 투 피어 모드 또는 읽기/쓰기 모드의 조작모드를 실현할 수 있는 휴대용 전자장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 휴대용 전자장치는 비접촉식 신용카드, 전자티켓 또는 전자지갑으로 쓰이는 휴대용 전자장치.
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