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KR102454813B1 - 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈 - Google Patents

플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈 Download PDF

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KR102454813B1
KR102454813B1 KR1020170115768A KR20170115768A KR102454813B1 KR 102454813 B1 KR102454813 B1 KR 102454813B1 KR 1020170115768 A KR1020170115768 A KR 1020170115768A KR 20170115768 A KR20170115768 A KR 20170115768A KR 102454813 B1 KR102454813 B1 KR 102454813B1
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substrate
flexible substrate
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, RF신호를 생성하는 IC와, 적어도 하나의 제1 안테나가 배치되는 제1 면을 제공하고 IC가 배치되는 제2 면을 제공하고 IC의 적어도 하나의 제1 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판과, 적어도 하나의 제2 안테나가 배치되는 제3 면을 제공하고 IC의 적어도 하나의 제2 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하도록 기판에 연결되는 플렉서블(flexible) 기판을 포함할 수 있다.

Description

플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈{Antenna module using flexible substrate}
본 발명은 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈에 관한 것이다.
최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 RF 모듈의 상용화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.
밀리미터웨이브 통신은 높은 주파수를 이용하므로, 높은 수준의 안테나 성능이 요구된다. 이러한 안테나 성능 요구를 만족시키는 안테나는 큰 사이즈를 가지므로, 안테나 모듈의 소형화에 장애가 된다.
공개특허공보 제10-2013-0122688호
본 발명은 복수의 안테나 중 일부를 IC가 배치된 기판에 배치하고 다른 일부를 플렉서블 기판 상에 배치하여 소형화에 용이한 구조를 가지는 안테나 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, RF신호를 생성하는 IC; 적어도 하나의 제1 안테나가 배치되는 제1 면을 제공하고 상기 IC가 배치되는 제2 면을 제공하고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 제1 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판; 및 적어도 하나의 제2 안테나가 배치되는 제3 면을 제공하고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 제2 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하도록 상기 기판에 연결되는 플렉서블(flexible) 기판; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 안테나 중 일부를 IC가 배치된 기판에 배치하고 다른 일부를 플렉서블 기판 상에 배치하여 소형화에 용이한 구조를 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 안테나의 송수신 방향을 확대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 더 구체화한 측면도이다.
도 3은 플렉서블 기판의 접힌 형태를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 공간 활용을 예시한 측면도이다.
도 5는 복수의 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 공간 활용을 예시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제1 형태를 예시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제2 형태를 예시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제3 형태를 예시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제4 형태를 예시한 평면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 리지드 기판(100), 플렉서블 기판(200), IC(300), 몰딩 부재(330), 전자소자(350a, 350b) 및 수용구(400a, 400b) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
리지드 기판(100)의 제1 면에는 RF신호를 수신하고 IC(300)에 의해 생성된 RF신호를 송신하는 제1 안테나가 배치될 수 있다. 리지드 기판(100)의 제2 면에는 상기 RF신호를 생성하는 IC(300)이 배치될 수 있다. 상기 리지드 기판(100)은 IC(300)와 제1 안테나 사이의 전기적 경로를 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 리지드 기판(100)은 인쇄회로기판(PCB)과 동일한 구조를 가질 수 있으며, 제1 안테나의 RF신호 송수신 동작을 위한 경계조건을 제공하는 안테나 영역과 IC(300)를 지원하는 접지영역 및/또는 전원영역을 제공하는 회로패턴 영역을 가질 수 있다.
플렉서블 기판(200)의 제3 면에는 제1 안테나와 유사한 동작을 하는 제2 안테나가 배치될 수 있다. 상기 플렉서블 기판(200)은 IC(300)와 제2 안테나 사이의 전기적 경로를 제공할 수 있다.
플렉서블 기판(200)은 리지드 기판(100)에 연결되어 휘어질 수 있다. 예를 들어, 상기 플렉서블 기판(200)은 리지드 기판(100)과 함께 리지드-플렉서블(rigid-flexible) 기판의 구조를 가질 수 있으며, 제2 안테나의 RF신호 송수신 동작을 위한 경계조건을 제공할 수 있다.
상기 플렉서블 기판(200)이 리지드 기판(100)에 비해 회로패턴 영역을 가질 필요성이 낮으므로, 상기 플렉서블 기판(200)의 두께는 리지드 기판(100)의 두께보다 짧을 수 있다. 따라서, 상기 플렉서블 기판(200)의 제4 면 방향에 위치한 공간은 적어도 리지드 기판(100)의 회로패턴 영역의 두께만큼 추가로 확보될 수 있다.
IC(300)는 RF신호를 생성할 수 있으며, 제1 및 제2 안테나를 통해 수신된 RF신호를 전달받을 수 있다. 예를 들어, 상기 IC(300)는 수용구(400a, 400b)을 통해 저주파수 신호를 전달받고 상기 저주파수 신호의 주파수 변환, 증폭, 필터링 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 IC(300)는 솔더볼을 통해 리지드 기판(100)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 수지(resin)를 통해 리지드 기판(100)에 안정적으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 IC(300)는 솔더볼(310)을 통해 외부, 타 모듈 또는 타 기판에 전기적으로 연결될 수 있다.
몰딩 부재(330)는 IC(300)를 외부환경으로부터 보호하도록 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC)로 감쌀 수 있다. 상기 몰딩 부재(330)는 안테나 모듈의 주위 환경 등의 이유로 생략될 수 있다.
전자소자(350a, 350b)는 저항값, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 일부를 IC(300)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자소자(350a, 350b)는 적층 세라믹 캐패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC)를 포함할 수 있다. 설계에 따라, 상기 전자소자(350a, 350b)는 플렉서블 기판(200)의 제4 면 방향에 위치한 공간에 배치될 수도 있다.
수용구(400a, 400b)는 저주파수 신호 및/또는 전원을 입력 받고 상기 저주파수 신호 및/또는 전원을 IC(300)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용구(400a, 400b)는 인쇄회로기판(PCB)과 동일한 구조를 가질 수 있으며, 솔더볼에 의해 리지드 기판(100)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 수지(resin)를 통해 리지드 기판(100)에 안정적으로 배치될 수 있다.
설계에 따라, 상기 수용구(400a, 400b)는 외부, 타 모듈 또는 타 기판에 유선 방식으로 결합되도록 컨넥터 형태를 가질 수 있으며, 외부, 타 모듈 또는 타 기판에 전자기적으로 결합되도록 구성될 수도 있다.
도 2는 도 1의 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 더 구체화한 측면도이다.
도 2를 참조하면, 제1 안테나(111, 112, 113)가 배치된 리지드 기판(100)과 제2 안테나(211, 212)가 배치된 플렉서블 기판(200)은, 복수의 피딩라인(120)과 캐비티(C1, C2, C3, C4)를 포함할 수 있다.
복수의 피딩라인(120)은 각각 대응되는 제1 또는 제2 안테나를 IC(300)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
캐비티(C1, C2, C3, C4)는 대응되는 제1 또는 제2 안테나의 RF신호 송수신 동작을 위한 경계조건을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)의 경계는 접지층, 도금층 또는 비아에 의해 둘러싸일 수 있으며, 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)의 내부에는 접지층이 실질적으로 배치되지 않을 수 있다.
한편, 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)는 대응되는 제1 또는 제2 안테나의 유형에 따라 생략될 수도 있다. 예를 들어, 리지드 기판(100) 및 플렉서블 기판(200)에서 다이폴 안테나 또는 모노폴 안테나가 배치된 영역에는 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)가 형성되지 않을 수 있다.
도 3은 플렉서블 기판의 접힌 형태를 나타낸 측면도이다.
도 3을 참조하면, 플렉서블 기판(200)은 제3 면이 리지드 기판(100)의 측면방향을 보도록 접힐 수 있다.
이에 따라, 리지드 기판(100)의 측면공간은 확보될 수 있으며, 제1 및 제2 안테나의 송수신 방향은 확대될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 공간 활용을 예시한 측면도이다.
도 4를 참조하면, 리지드 기판(100)은 수용구(400a, 400b)를 통해 세트 기판(500) 상에 배치될 수 있다.
세트 기판(500)은 세트 모듈(600)과 IC(300) 사이의 전기적 경로를 제공할 수 있다.
상기 세트 기판(500) 상에는 적어도 하나의 세트 모듈(600)이 배치될 수 있다.
세트 모듈(600)은 IC(300)에 제공되는 저주파수 신호 및/또는 전원을 생성하거나 저항값, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 일부를 IC(300)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 세트 모듈(600)은 기저대역 신호 또는 IF(intermediate frequency) 신호에 대한 증폭, 필터링, 주파수 변환, 아날로그-디지털 변환을 위한 회로를 포함할 수 있으며, 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 여기서, IC(300)는 세트 모듈(600)에 의해 증폭, 필터링 및/또는 변환된 신호를 세트 기판(500)을 통해 전달받을 수 있으며, 전달받은 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF신호로 변환할 수 있다.
상기 세트 모듈(600) 상의 공간에는 플렉서블 기판(200)이 배치될 수 있다. 즉, 플렉서블 기판(200)은 제2 안테나의 배치공간을 제공하면서도 상기 세트 모듈(600)의 배치공간도 확보할 수 있다.
상기 세트 모듈(600)의 배치공간이 클 경우, IC(300)에서 수행되는 동작의 일부는 상기 세트 모듈(600)에 의해 대신 수행될 수 있으며, 상기 세트 모듈(600)의 동작에 따라 발생하는 열/잡음 등이 IC(300)나 제1 및 제2 안테나에 주는 영향도 감소할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 소형화에 용이한 구조를 가질 뿐만 아니라, 안테나의 성능을 향상시킬 수도 있다.
도 5는 복수의 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 공간 활용을 예시한 측면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 복수의 플렉서블 기판을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은 소형화에 용이한 구조를 가지고, 안테나의 성능을 향상시키고, 안테나의 송수신 방향을 확대할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제1 형태를 예시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 제1 안테나(111a, 111b, 111c, 111d)는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고, 리지드 기판(100c)의 제1 면 상에 배치될 수 있다.
제2 안테나(211a, 211b, 211c, 211d, 211e, 211f, 211g, 211h, 211i, 211j, 211k, 211l)는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고, 플렉서블 기판(200c)의 제3 면 상에 배치될 수 있다. 여기서, 플렉서블 기판(200c)의 제4 면 상의 공간은 확보될 수 있다.
예를 들어, 제1 안테나(111a, 111b, 111c, 111d)는 n by n 형태(n은 2 이상의 자연수)로 배치되고, 제2 안테나(211a, 211b, 211c, 211d, 211e, 211f, 211g, 211h, 211i, 211j, 211k, 211l 는 제1 안테나(111a, 111b, 111c, 111d)와 함께 (n+a) by (n+a) 형태(a는 자연수)를 이루도록 배치될 수 있다.
패치 안테나는 다이폴 안테나 또는 모노폴 안테나에 비해 수평 방향으로 큰 사이즈를 가지나, 다이폴 안테나 또는 모노폴 안테나에 비해 높은 수준의 성능을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 패치 안테나의 큰 사이즈를 수용하면서도 타 구성이 배치될 공간을 크게 확보함으로써, 안테나의 성능을 향상시키고 소형화될 수 있다.
한편, 패치 안테나의 형태는 원 형태 또는 다각형 형태일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제2 형태를 예시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 안테나(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고, 리지드 기판(100d)의 제1 면 상에 배치될 수 있다.
제2 안테나(212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f, 212g, 212h)는 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가지고, 플렉서블 기판(200d)의 제3 면 상에 배치될 수 있다. 여기서, 플렉서블 기판(200d)은 접힐 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제3 형태를 예시한 평면도이다.
도 8을 참조하면, 제1 안테나(113a, 113b, 113c, 113d)는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고, 리지드 기판(100e)의 제1 면 상에 배치될 수 있다.
제2 안테나(213a, 213b, 213c, 213d, 213e, 213f, 213g, 213h, 213i, 213j, 213k, 213l, 213m) 중 일부는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고, 다른 일부는 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가질 수 있다.
플렉서블 기판(200e)에서 패치 안테나가 배치된 영역과 다이폴 안테나가 배치된 영역의 사이는 접힐 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 안테나 배치의 제4 형태를 예시한 평면도이다.
도 9를 참조하면, 제1 안테나(114a, 114b, 114c, 114d)는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고, 리지드 기판(100f)의 제1 면 상에 배치될 수 있다.
제2 안테나 중 일부(214a, 214b, 214c, 214d, 214e)는 제1 플렉서블 기판(200f)의 제3 면 상에 배치될 수 있으며, 패치(patch) 안테나의 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 안테나 중 다른 일부(215a, 215b, 215c, 215d, 215e, 215f)는 제2 플렉서블 기판(200g)의 제5 면 상에 배치될 수 있으며, 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가질 수 있다.
제1 플렉서블 기판(200f)과 제2 플렉서블 기판(200g) 중 하나는 접힐 수 있으며, 제1 플렉서블 기판(200f)의 제4 면 또는 제2 플렉서블 기판(200g)의 제6 면 상의 공간은 확보될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
100: 리지드(rigid) 기판
111, 112, 113, 114: 제1 안테나
120: 피딩라인(feeding line)
200: 플렉서블(flexible) 기판
211, 212, 213, 214, 215: 제2 안테나
300: IC
310: 솔더볼(solder ball)
330: 몰딩 부재
350a, 350b: 전자소자
400a, 400b: 수용구(receptacle)
500: 세트 기판
600: 세트 모듈
C1, C2, C3, C4: 캐비티(cavity)

Claims (10)

  1. RF신호를 생성하는 IC;
    적어도 하나의 제1 안테나가 배치되는 제1 면을 제공하고 상기 IC가 배치되는 제2 면을 제공하고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 제1 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판;
    적어도 하나의 제2 안테나가 배치되는 제3 면을 제공하고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 제2 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하도록 상기 기판에 연결되는 플렉서블(flexible) 기판;
    상기 IC에 연결된 세트 기판, 및
    상기 세트 기판 위에서 상기 플렉서블 기판과 중첩하도록, 상기 세트 기판과 상기 플렉서블 기판 사이에 위치하는 세트 모듈을 포함하고,
    상기 IC와 상기 적어도 하나의 제1 안테나는 상기 기판을 사이에 두고 서로 중첩하고,
    상기 기판은 상기 세트 기판 위에 위치하고, 상기 플렉서블 기판은 상기 세트 모듈의 적어도 일부를 덮는 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 안테나는 n by n 형태(n은 2 이상의 자연수)로 배치되고,
    상기 적어도 하나의 제2 안테나는 상기 적어도 하나의 제1 안테나와 함께 (n+a) by (n+a) 형태(a는 자연수)를 이루도록 배치되는 안테나 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 면은 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가지는 적어도 하나의 제3 안테나의 배치 공간을 제공하고,
    상기 적어도 하나의 제1 안테나와 상기 적어도 하나의 제2 안테나는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지는 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 안테나는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고,
    상기 적어도 하나의 제2 안테나는 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가지는 안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제3 안테나가 배치되는 면을 제공하고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 제3 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하도록 상기 기판에 연결되는 제2 플렉서블 기판을 더 포함하는 안테나 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 안테나와 상기 적어도 하나의 제2 안테나는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고,
    상기 적어도 하나의 제3 안테나는 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가지는 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 기판의 두께는 상기 기판의 두께보다 짧은 안테나 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세트 기판은 상기 기판에 전기적으로 연결되는 안테나 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 세트 모듈은 신호를 생성하고,
    상기 세트 기판은 상기 신호를 상기 IC로 전달하고,
    상기 IC는 상기 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 상기 RF신호로 변환하는 안테나 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 세트 모듈은 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터를 포함하고,
    상기 세트 기판은 상기 전원을 상기 IC로 전달하는 안테나 모듈.
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