KR20110006050A - Printed small antenna - Google Patents

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KR20110006050A
KR20110006050A KR1020090063493A KR20090063493A KR20110006050A KR 20110006050 A KR20110006050 A KR 20110006050A KR 1020090063493 A KR1020090063493 A KR 1020090063493A KR 20090063493 A KR20090063493 A KR 20090063493A KR 20110006050 A KR20110006050 A KR 20110006050A
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Abstract

PURPOSE: A printed small antenna is provided to solve a matching problem which is generated in miniaturizing an antenna by using a capacitive coupling antenna. CONSTITUTION: A feeding unit(14) supplies a current. A first antenna(13) radiates a current while being printed on a substrate. A matching unit(15) matches the impedance between the feeding unit and a main antenna. The second antenna(12) radiates the current induced from the antenna. The first and second antennas comprise at least branches(17a~17f,16a~16f). The branch of antenna and branch of the second antenna are alternately arranged.

Description

인쇄형 소형 안테나{PRINTED SMALL ANTENNA}Printable Small Antenna {PRINTED SMALL ANTENNA}

본 발명은 인쇄형 무지향성 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 인식(Radio Frequency Identification; 이하, 'RFID'라 함) 시스템에서 태그(tag) 안테나로서 사용되는 인쇄형 소형 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a printed omnidirectional antenna, and more particularly, to a printed small antenna used as a tag antenna in a Radio Frequency Identification (RFID) system.

최근 인쇄기법으로 전자소자를 생산하는 인쇄전자 분야에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 가장 대표적인 생산품 중 하나가 RFID 태그 안테나이다. RFID 태그가 널리 사용되기 위해서는 저가 및 대량 생산이 필수적이며, 이를 위해 기존의 에칭으로 생산되는 안테나를 인쇄 방식으로 생산하는 방법에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다. Recently, a lot of researches have been conducted in the field of printed electronics for producing electronic devices using printing techniques, and one of the most representative products is an RFID tag antenna. In order to use RFID tags widely, low-cost and high-volume production is essential. To this end, a lot of researches have been conducted on a method of producing an antenna produced by conventional etching by a printing method.

종래의 에칭방식은 소품종 대량생산이 용이하고 인식거리 성능이 뛰어나지만, 공해를 유발하고 생산비용이 비싸다. 인쇄방식은 위와 같은 에칭방식에 비해 대량생산이 가능하고 공해 물질이 발생하지 않아 환경친화적인 기술이라는 장점이 있다. Conventional etching method is easy to mass-produce small parts and excellent recognition distance performance, but causes pollution and expensive production cost. The printing method has the advantage of being environmentally friendly because it can be mass-produced and no pollutants are generated compared to the etching method as described above.

그러나, 인쇄형 안테나에 사용되는 전도성 잉크의 전도성이 낮기 때문에 안테나의 대역폭이 좁아, 종래의 박막 에칭방식의 안테나의 성능보다 크게 뒤쳐지는 문제점이 있으며, 안테나의 소형화에 있어 낮은 유전율은 더욱 큰 문제로 작용하게 된다.However, due to the low conductivity of the conductive ink used in the printed antenna, the bandwidth of the antenna is narrow, which is far behind the performance of the conventional thin film etching method, and the low dielectric constant is even greater in miniaturization of the antenna. Will work.

또한, 안테나의 소형화에 따라 저항성분이 작아지고 리액턴스가 커지게 되어, 안테나의 대역폭이 감소하고 정합이 어려워지는 문제점이 있다.In addition, as the size of the antenna becomes smaller, the resistance component becomes smaller and the reactance becomes larger, thereby reducing the bandwidth of the antenna and making it difficult to match.

또한, 태그 안테나에 결합되는 RFID 태그칩의 임피던스가 매우 커패시티브하여, 광대역 임피던스 정합이 어려운 문제점이 있다. In addition, since the impedance of the RFID tag chip coupled to the tag antenna is very capacitive, it is difficult to match the broadband impedance.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 간단한 구조의 인쇄형 소형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a small printed type antenna having a simple structure.

또한, 본 발명은 용량성 결합 안테나를 이용하여 안테나의 소형화에 따른 임피던스 정합 문제를 해결하고, 태그 안테나가 부착되는 물체의 크기로부터 자유롭도록 안테나의 크기를 소형화한 인쇄형 소형 안테나를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention solves the problem of impedance matching according to the miniaturization of the antenna by using a capacitive coupling antenna, and provides a printed miniature antenna in which the size of the antenna is reduced to be free from the size of the object to which the tag antenna is attached. There is a purpose.

또한, 본 발명은 태그칩의 입력단 임피던스가 달라도 쉽게 안테나 구조를 변경하여 자유공간에서 동작대역을 가지도록 하는 인쇄형 소형 안테나를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a printed miniature antenna having an operating band in free space by easily changing the antenna structure even if the input terminal impedance of the tag chip is different.

또한, 본 발명은 안테나의 패턴을 최대한 얇게 디자인하여 잉크양을 최소화한 인쇄형 소형 안테나를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a printed miniature antenna which minimizes the amount of ink by designing the antenna pattern as thin as possible.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 유전체 재질의 기판을 포함하는 인쇄형 소형 안테나는, 전류를 공급하기 위한 급전부; 상기 기판상에 인쇄되며, 폴 형상의 선로에 적어도 하나 이상의 브랜치(branch)가 상부로 연장되어 형성되어, 상기 급전부로부터 공급되는 전류를 방사하기 위한 제1안테나; 상기 기판상에 인쇄되며, 상기 급전부와 상기 주 안테나의 임피던스를 정합하기 위한 매칭부; 및 상기 제1안테나의 상부에 배치되도록 상기 기판상에 인쇄되며, 폴 형상의 선로에 적어도 하나 이상의 브랜치가 하부로 연장되어 형성되고, 상기 제1안테나로부터 유도된 전류를 방사하기 위한 제2안테나를 포함하고, 상기 제1안테나의 브랜치와 상기 제2안테나의 브랜치는 서로 번갈아 배치되도록 형성된다.In order to achieve the above object, a printed miniature antenna including a substrate made of a dielectric material, the feeder for supplying a current; A first antenna printed on the substrate and having at least one branch extending upward on a pole-shaped line to radiate current supplied from the feeder; A matching unit printed on the substrate and matching an impedance between the power feeding unit and the main antenna; And a second antenna printed on the substrate so as to be disposed on the first antenna, at least one branch extending downward in a pole-shaped line, and emitting a current induced from the first antenna. And a branch of the first antenna and a branch of the second antenna are alternately arranged.

이때, 상기 매칭부는, T매칭 네트워크를 형성하는 것이 바람직하고, 상기 급전부는, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 각각의 폴 형상의 선로에 각각 위상이 반대인 전류가 흐르도록 급전되는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the matching unit forms a T-matching network, and the power supply unit is preferably supplied such that currents having opposite phases flow through the respective pole-shaped lines of the first antenna and the second antenna. .

또한, 상기 제2안테나는, 상기 제1안테나에 비해 얇은 두께로 인쇄되는 것이 바람직하다.In addition, the second antenna is preferably printed with a thickness thinner than the first antenna.

상기한 바와 같은 본 발명은, 패턴 인쇄가 가능한 기판 위에 반대방향의 전류가 흐르는 용량결합 안테나를 형성하여, 912MHz대역에서 동작하는 간단한 구조의 인쇄형 소형 안테나를 제공하도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of providing a small-capacity printed antenna having a simple structure operating in the 912 MHz band by forming a capacitively coupled antenna in which current flows in the opposite direction on a pattern-printable substrate.

또한, 본 발명은 또한, 본 발명은 전도성 잉크를 사용하여 안테나를 인쇄함으로써, 저렴한 가격으로 대량생산 또는 다품종 소량생산이 용이하며, 환경오염의 우려 또한 줄어들도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention, by printing the antenna using the conductive ink, it is easy to mass production or small quantity production of low cost at low prices, there is an effect to reduce the concern of environmental pollution.

또한, 본 발명은 급전부로 입력되는 임피던스가 변화하여도 안테나의 구조를 쉽게 변경할 수 있어, 넓은 동작 대역폭을 유지하도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention can easily change the structure of the antenna even if the impedance input to the feed section is changed, there is an effect to maintain a wide operating bandwidth.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 인쇄형 안테나는 안테나 크기의 소형화가 요구되는 RFID 태그용으로 주로 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 그밖에 소형 RF 기기에 사용될 수도 있다는 점은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.The printed antenna according to the present invention may be mainly used for an RFID tag requiring miniaturization of the antenna size, but is not necessarily limited thereto. In addition, the printed antenna according to the present invention may be used in a small RF device. It will be self-evident to those who have knowledge.

도 1은 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 일실시예 평면도이다.1 is a plan view of an embodiment of a printed miniature antenna according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인쇄형 안테나는, 안테나의 패턴을 인쇄하기 위한 유전체 재질의 기판(11)과, 기판(11) 위에 인쇄되는 용량성 결합을 위한 멀티-브랜치(multi-branch)(16a~16f)가 형성되어 있는 안테나(12)(편의상, '용량결합 안테나'로 표기하기로 한다), 전류를 공급하기 위한 급전부(14), 멀티-브랜치(17a~17f)가 역시 형성되고, 공급되는 전류를 방사하기 위한 주 안테나(13), 급전부(14)의 입력 임피던스와 주 안테나(13)의 임피던스를 매칭하기 위한 매칭부(15)를 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the printed antenna of the present invention includes a substrate 11 made of a dielectric material for printing a pattern of the antenna and a multi-branch for capacitive coupling printed on the substrate 11. ) Antennas 12 (16a to 16f) are formed for convenience (hereinafter referred to as 'capacitively coupled antennas'), feeder 14 for supplying current, and multi-branches 17a to 17f are also And a matching unit 15 for matching an input impedance of the power supply unit 14 and an impedance of the main antenna 13 to radiate the supplied current.

본 발명의 일실시예에서, 기판(11)은 두께가 약 50㎛ 이고, 유전율이 2.4인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET)를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 안테나의 패턴은 전도성 잉크를 사용하여 UV방식으로 인쇄하며, 사용된 전도성 잉크의 전도율은 바람직하게는 1.4×107이며, 두께는 약 12㎛인 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, it is preferable that the substrate 11 uses polyethylene terephthalate (PET) having a thickness of about 50 μm and a dielectric constant of 2.4. The pattern of the antenna of the present invention is printed in a UV method using a conductive ink, the conductivity of the used conductive ink is preferably 1.4 × 10 7 , the thickness is preferably about 12㎛.

일반적으로 용량성 결합을 강화하기 위해서는 결합하고자 하는 유닛 사이의 바라보는 면적이 넓어야 하는데, 본 발명에서는 톱니구조를 제안한다. 본 발명의 주 안테나(13)와 용량결합 안테나(12)는 그 브랜치(17a~17f, 16a~16f)가 톱니구조로 맞물려 있는 형상으로, 주 안테나(13)는 용량결합 안테나(12)에 전류를 유도하여 안테나의 공진주파수를 형성함으로써 광대역 특성을 가지게 된다. 즉, 주 안테나(13)는 용량결합 안테나(12)와 용량성 결합된다.In general, in order to strengthen the capacitive coupling, the viewing area between the units to be joined must be large, and the present invention proposes a tooth structure. The main antenna 13 and the capacitively coupled antenna 12 of the present invention have a shape in which the branches 17a to 17f and 16a to 16f are engaged in a toothed structure, and the main antenna 13 is a current to the capacitively coupled antenna 12. By inducing the to form a resonance frequency of the antenna has a broadband characteristics. That is, the main antenna 13 is capacitively coupled with the capacitively coupled antenna 12.

본 발명의 주 안테나(13)와 용량결합 안테나(12)는 브랜치가 각각 6개인 경우를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아님은 자명하다. Although the main antenna 13 and the capacitively coupled antenna 12 of the present invention have been described with an example of six branches, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 브랜치간의 거리 및 안테나의 크기는, 도면에 도시된 바에 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that the distance between the branches of the present invention and the size of the antenna are not limited to those shown in the drawings.

매칭부(15)는 주 안테나(13)와 급전부(14)의 임피던스를 정합하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예에서는 바람직하게는 T매칭 네트워크를 사용한다. 이로써, 안테나가 고차회로와 같이 동작하여 기존의 소형 안테나에 비하여 넓은 동작 주파수 특성을 보이게 된다. The matching unit 15 is for matching the impedances of the main antenna 13 and the power feeding unit 14. In one embodiment of the present invention, a T matching network is preferably used. As a result, the antenna operates like a high-order circuit, thereby exhibiting a wider operating frequency characteristic than a conventional small antenna.

급전부(14)는, 주 안테나(13)와 용량결합 안테나(12)의 메인선로에 흐르는 전류의 방향이 반대가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 광대역 특성을 가질 수 있다.The power supply unit 14 is preferably such that the direction of the current flowing through the main line of the main antenna 13 and the capacitive coupling antenna 12 is reversed. Through this, it may have a broadband characteristics.

본 발명의 구조의 안테나는, 종래의 제품(2.5×2.5cm)과 동일한 성능을 유지하면서, 크기를 획기적으로 감소시킨 것이다(바람직하게는 1.2×2cm).The antenna of the structure of the present invention significantly reduces the size (preferably 1.2 × 2 cm) while maintaining the same performance as a conventional product (2.5 × 2.5 cm).

또한, 바람직하게는, 용량결합 안테나(12)의 두께를 얇게 하여, 기판(11) 위에 인쇄되는 잉크양을 최소화할 수 있다.In addition, preferably, the thickness of the capacitively coupled antenna 12 may be thinned to minimize the amount of ink printed on the substrate 11.

따라서, 본 발명의 소형 안테나는, 912MHz대역에서 반사손실(S11<-3dB) 기준을 만족하여 소형 태그 안테나로서 동작할 수 있다.Therefore, the small antenna of the present invention can operate as the small tag antenna by satisfying the return loss (S 11 <-3 dB) criterion in the 912 MHz band.

도 2는 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 일실시예 그래프로써, 본 발명의 소형 안테나를 912MHz 에서 25-j150의 입력 임피던스 특성을 보이는 상용 태그칩에 복소정합시켰을 때의 반사손실 특성을 나타낸 것이다.FIG. 2 is a graph showing an embodiment of the return loss characteristic of a printed miniature antenna according to the present invention. FIG. 2 shows a reflection when the small antenna of the present invention is complex matched to a commercial tag chip having an input impedance characteristic of 25-j150 at 912 MHz. The loss characteristics are shown.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소형 안테나는 892~923MHz(S11<-3 dB)에서 동작하므로, 광대역 특성을 보임을 알 수 있다.As shown in the figure, since the small antenna of the present invention operates at 892 ~ 923 MHz (S 11 <-3 dB), it can be seen that the broadband characteristics.

도 3은 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 복사효율 특성을 나타낸 일실시예 그래프로써, 본 발명의 소형 안테나를 상용 태그칩에 복소정합시켰을 때의 주파수에 따른 복사효율을 나타낸 것이다.3 is a graph showing the radiation efficiency characteristics of the printed small antenna according to the present invention, and shows the radiation efficiency according to the frequency when the small antenna of the present invention is complex matched to a commercial tag chip.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소형 안테나는, 대한민국 사용 주파수 대역(912MHz)에서 60%이상의 높은 효율을 가진다. As shown in the figure, the small antenna of the present invention has a high efficiency of 60% or more in the Korean frequency band (912MHz).

도 4는 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 인식거리 특성을 나타낸 일실시예 그래프로써, 본 발명의 소형 안테나를 상용 태그칩에 복소정합하였을 때 UHF대역의 주파수별 최대 인식거리 특성을 나타낸 것이다.4 is a graph illustrating an embodiment of a recognition distance of a printed small antenna according to the present invention, and shows a maximum recognition distance for each frequency of a UHF band when the small antenna of the present invention is complex matched to a commercial tag chip.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소형 안테나는, 912MHz 주파수에서 약 0.9m의 인식거리를 가지는 것을 확인할 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that the small antenna of the present invention has a recognition distance of about 0.9m at the 912MHz frequency.

도 5는 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나에 흐르는 전류를 나타낸 일예시도로써, 본 발명의 소형 안테나를 상용 태그칩에 복소정합시켰을 때 흐르는 전류의 방향을 나타낸 것이다.Figure 5 is an exemplary view showing a current flowing in the printed small antenna according to the present invention, showing the direction of the current flowing when the small antenna of the present invention is complex matched to a commercial tag chip.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소형 안테나에서, 주 안테나(12)와 용량결합 안테나(13)의 메인선로에 흐르는 전류의 위상이 반대가 되어, 캐패시턴스하게 작동하는 것을 확인할 수 있다. As shown in the figure, in the small antenna of the present invention, it can be seen that the phases of the current flowing in the main lines of the main antenna 12 and the capacitive coupling antenna 13 are reversed, and thus operate in capacitance.

도 2 내지 도 5에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 본 발명의 소형 안테나를 RFID 태그 안테나 용도로 적용한 결과, 태그 안테나에 결합되는 RFID 상용 태그칩의 임피던스가 매우 커패시티브하여도, 안테나가 자유공간에 위치할때 892~923MHz에서 반사손실 -3dB를 만족하는 동작 특성을 보이며 대한민국에서 요구되는 RFID 주파수 대역(908.5~914MHz)을 만족하는 특성을 가져, 종래의 태그 안테나에 비해 작은 크기를 지니며 생산단가가 절감될 수 있다.As can be seen from Figures 2 to 5, as a result of applying the small antenna of the present invention for RFID tag antenna use, even if the impedance of the RFID commercial tag chip coupled to the tag antenna is very capacitive, the antenna is free When it is located in the space, it shows an operating characteristic that satisfies the return loss -3dB at 892 ~ 923MHz and satisfies the RFID frequency band (908.5 ~ 914MHz) required in Korea, and it is smaller in size than the conventional tag antenna. Production costs can be reduced.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

도 1은 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 일실시예 평면도,1 is a plan view of an embodiment of a printed miniature antenna according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 일실시예 그래프,2 is a graph showing an embodiment of a return loss characteristic of a printed miniature antenna according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 복사효율 특성을 나타낸 일실시예 그래프,Figure 3 is an embodiment graph showing the radiation efficiency characteristics of the printed small antenna according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나의 인식거리 특성을 나타낸 일실시예 그래프,4 is a graph showing an embodiment of a recognition distance characteristic of a printed small antenna according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 인쇄형 소형 안테나에 흐르는 전류를 나타낸 일예시도.Figure 5 is an exemplary view showing a current flowing in the printed small antenna according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11: 기판11: substrate

12: 주 안테나12: main antenna

13: 용량결합 안테나13: capacitively coupled antenna

14: 급전부14: feeder

15: 매칭부15: matching unit

16a~16f, 17a~17f: 브랜치16a-16f, 17a-17f: Branch

Claims (4)

유전체 재질의 기판을 포함하는 인쇄형 소형 안테나에 있어서,In the printed miniature antenna comprising a substrate of dielectric material, 전류를 공급하기 위한 급전부;A feeder for supplying current; 상기 기판상에 인쇄되며, 폴 형상의 선로에 적어도 하나 이상의 브랜치(branch)가 상부로 연장되어 형성되어, 상기 급전부로부터 공급되는 전류를 방사하기 위한 제1안테나;A first antenna printed on the substrate and having at least one branch extending upward on a pole-shaped line to radiate current supplied from the feeder; 상기 기판상에 인쇄되며, 상기 급전부와 상기 주 안테나의 임피던스를 정합하기 위한 매칭부; 및A matching unit printed on the substrate and matching an impedance between the power feeding unit and the main antenna; And 상기 제1안테나의 상부에 배치되도록 상기 기판상에 인쇄되며, 폴 형상의 선로에 적어도 하나 이상의 브랜치가 하부로 연장되어 형성되고, 상기 제1안테나로부터 유도된 전류를 방사하기 위한 제2안테나를 포함하고,Printed on the substrate so as to be disposed on the first antenna, at least one branch is formed extending downward in the pole-shaped line, and includes a second antenna for radiating the current induced from the first antenna and, 상기 제1안테나의 브랜치와 상기 제2안테나의 브랜치는 서로 번갈아 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄형 소형 안테나.And the branch of the first antenna and the branch of the second antenna are alternately arranged. 제1항에 있어서, 상기 매칭부는, T매칭 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 소형 안테나.The miniature antenna of claim 1, wherein the matching unit forms a T matching network. 제1항에 있어서, 상기 급전부는, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 각각의 폴 형상의 선로에 각각 위상이 반대인 전류가 흐르도록 급전되는 것을 특징으로 하 는 인쇄형 소형 안테나.The miniature printed antenna according to claim 1, wherein the power supply unit is supplied so that a current having an opposite phase flows through each of the pole-shaped lines of the first antenna and the second antenna. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2안테나는, 상기 제1안테나에 비해 얇은 두께로 인쇄되는 것을 특징으로 하는 인쇄형 소형 안테나.The miniature antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the second antenna is printed with a thickness thinner than that of the first antenna.
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