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KR101619322B1 - 메탈 케이스를 이용한 ｎｆｃ 안테나 모듈 - Google Patents

메탈 케이스를 이용한 ｎｆｃ 안테나 모듈 Download PDF

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KR101619322B1
KR101619322B1 KR1020150000489A KR20150000489A KR101619322B1 KR 101619322 B1 KR101619322 B1 KR 101619322B1 KR 1020150000489 A KR1020150000489 A KR 1020150000489A KR 20150000489 A KR20150000489 A KR 20150000489A KR 101619322 B1 KR101619322 B1 KR 101619322B1
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KR
South Korea
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side cover
antenna pattern
terminal portion
terminal
portable terminal
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KR1020150000489A
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노진원
백형일
김범진
황용호
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주식회사 아모텍
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Publication date
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Abstract

휴대 단말의 일측면에 형성된 측면 커버(즉, 메탈 프레임)를 안테나 패턴과 연결하여 안테나 패턴의 보조 방사체로 동작하도록 한 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈이 제시된다. 제시된 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 금속 재질로 형성되어 휴대 단말의 일측면에 결합되는 측면 커버; 일단이 휴대 단말에 내장된 근거리 통신용 칩셋과 연결되는 안테나 패턴; 일단이 근거리 통신용 칩셋에 연결되고, 타단이 측면 커버와 연결되는 안테나 패턴의 제1단자부; 및 일단이 안테나 패턴의 타단과 연결되고, 타단이 측면 커버와 연결되는 제2단자부를 포함한다.

Description

메탈 케이스를 이용한 ＮＦＣ 안테나 모듈{NFC ANTENNA MODULE USING METAL CASE}
본 발명은 NFC 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메탈 케이스를 채용한 휴대 단말에서 메탈 케이스를 보조 방사체로 사용하는 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈에 관한 것이다.
기술의 발전과 함께 휴대폰, 피디에이(PDA), 피엠피(PMP), 내비게이션, 랩톱 등과 같은 휴대 단말들은 통화, 동영상/음악 재생, 길안내 등과 같은 기본 기능 이외에도 디엠비, 무선 인터넷, 기기 간의 근거리 통신 등의 기능을 추가로 제공하고 있다. 그에 따라, 휴대 단말은 무선 인터넷, 블루투스 등과 같이 무선통신을 위한 복수의 안테나를 구비한다.
이외에도, 최근에는 근거리 통신(즉, NFC)을 이용하여 단말 간의 정보 교환, 결제, 티켓 예매, 검색 등의 기능을 휴대 단말에 적용하는 추세에 있다. 이를 위해, 휴대 단말에는 근거리 통신 방식에 사용되는 휴대 단말용 안테나 모듈(즉, NFC 안테나 모듈)이 장착되고 있다. 이때, 사용되는 NFC 안테나 모듈은 전자태그(RFID)의 하나로 대략 13.56㎒ 정도의 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm 정도의 가까운 거리에서 단말 간 데이터를 전송한다. NFC는 결제뿐만 아니라 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행 정보 전송, 교통, 출입통제 잠금장치 등에 광범위하게 활용된다.
최근에는 타블렛, 스마트폰 등의 휴대용 단말의 시장이 급속이 확대되고 있다. 휴대용 단말은 근거리 통신(즉, NFC)을 이용하여 단말 간의 정보 교환, 결제, 티켓 예매, 검색 등의 기능을 포함하는 추세에 있다. 그에 따라, 근거리 통신 방식에 사용되는 NFC 안테나 모듈의 수요가 증가하고 있다.
NFC 안테나 모듈은 평면형태로 형성되어 배터리팩, 후면 커버(Back cover; 또는 리어 커버(rear cover)) 등에 실장된다. 일례로, NFC 안테나 모듈은 휴대 단말의 배터리 상부에 적층되는 실딩 시트(예를 들면, 페라이트 시트 등의 메탈 플레이트)와, 실딩 시트의 상부에 적층되는 방사체 패턴으로 구성되어, 휴대 단말의 배터리 팩 내부에 실장된다.
일반적으로, 휴대 단말의 후면 커버는 폴리카보네이트(polycarbonate) 재질로 형성기 때문에, 배터리팩, 후면 커버 등에 실장되는 NFC 안테나의 통신에 영향을 주지 않는다.
하지만, 최근 소비자에 의해 선호되는 트랜드(일례로, 그립감, 외관 등의 디자인 트랜드)로 인해 금속(metal) 재질의 후면 커버의 제작 요구가 증가하는 추세에 있다. 이 경우, 금속 재질에 의해 NFC 안테나 신호가 차폐되어 근거리 통신 성능(즉, 인식 범위)이 저하되거나, 아예 통신을 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2009-0126323호(명칭: NFC 모듈, 특히 이동 전화기용 NFC 모듈) 한국등록특허 제10-1098263호(명칭: 엔에프시 루프 안테나)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 휴대 단말의 일측면에 형성된 측면 커버(즉, 메탈 프레임)를 안테나 패턴과 연결하여 안테나 패턴의 보조 방사체로 동작하도록 한 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은, 휴대 단말에 결합된 금속제 측면 커버; 휴대 단말에 내장된 근거리 통신용 칩셋에 연결되는 안테나 패턴; 근거리 통신용 칩셋과 측면 커버를 연결하기 위한 제1단자부; 및 안테나 패턴과 측면 커버를 연결하기 위한 제2단자부;를 포함한다.
이때, 측면 커버는, 휴대 단말의 상측면에 결합되고, 일측부가 제1단자부와 연결되고, 타측부가 제2단자부와 연결될 수 있다.
제1단자부 및 제2단자부는 측면 커버에 솔더링으로 연결될 수도 있다.
제1단자부 및 제2단자부는, 각각 접점을 구비하고, 측면 커버와 접점이 접촉되어 연결될 수도 있다.
제2단자부는 제1단자부와 이격되어 측면 커버와 연결될 수도 있다.
휴대 단말의 후면에 결합되어 안테나 패턴과 중첩 영역을 형성하는 금속제 후면 커버를 더 포함할 수도 있다.
후면 커버는, 안테나 패턴의 일부와 중첩되어 보조 방사체로 동작하는 금속 재질 영역; 및 안테나 패턴의 다른 일부와 중첩되는 비금속 재질 영역을 포함할 수도 있다.
후면 커버는, 안테나 패턴의 일측 일부와 중첩되어 보조 방사체로 동작하는 제1금속 재질 영역; 제1금속 재질 영역과 이격되어 이격 영역을 형성하고, 안테나 패턴의 타측 일부와 중첩되어 보조 방사체로 동작하는 제2금속 재질 영역; 및 이격 영역에 형성되어 안테나 패턴의 일부와 중첩되는 비금속 재질 영역을 포함할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 휴대 단말의 일측면에 형성된 측면 커버를 안테나 패턴과 연결하여 안테나 패턴의 보조 방사체로 동작하도록 함으로써, 일반적인 구조의 NFC 안테나 모듈과 동등한 안테나 특성을 제공하면서, 인식 범위를 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 측면 커버를 안테나 패턴과 연결하여 안테나 패턴의 보조 방사체로 동작하도록 함으로써, 일반적인 NFC 안테나 모듈에 비해 편의성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 메탈 케이스가 적용된 휴대 단말에 실장되는 NFC 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 4 및 도 5는 도 2의 후면 커버를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 일반적인 구조의 NFC 안테나 모듈과 본 발명의 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈의 안테나 특성을 비교 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하면, 메탈 케이스가 적용된 휴대 단말(10)은 디스플레이가 배치되는 전면을 제외한 위치에 금속 재질의 후면 커버(20) 및 측면 커버(30)를 포함하는 메탈 케이스가 형성된다. 휴대 단말(10)의 내부에 칩셋(40) 및 안테나 패턴(52)을 포함하는 NFC 안테나 모듈(50)이 실장되는 경우 후면 커버(20)가 모두 금속 재질로 형성되면 NFC 안테나 모듈(50)의 통신 성능이 저하된다. 이에, 휴대 단말(10)의 후면 커버(20) 중에 일부 영역을 비금속 재질(22)로 형성하여 안테나 패턴의 일부가 비금속 재질로 형성된 영역에 배치되도록 한다.
이때, 휴대 단말(10)은 후면 커버(20) 및 측면 커버(30)가 금속 재질로 형성되기 때문에 후면(즉, 디스플레이가 배치된 일면에 대향되는 일면)으로만 방사필드가 형성되어 근거리 통신을 수행할 수 있다.
이에, 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 휴대 단말의 측면 커버들 중 하나를 NFC 안테나 모듈과 연결하여 보조 방사체로 동작하도록 하여 인식 범위를 증가시킨다. 이를 위해, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 베이스 시트(100), 안테나 패턴(200), 제1단자부(300), 제2단자부(400), 측면 커버(500), 후면 커버(600)를 포함하여 구성된다.
베이스 시트(100)는 휴대 단말(1000)의 기구물(700)에 설치된다. 즉, 베이스 시트(100)는 상면에 안테나 패턴(200; 예를 들면, NFC 안테나 패턴(200))이 적층되고, 하면이 휴대 단말(1000)의 기구물(700)에 결합된다. 베이스 시트(100)는 안테나 패턴(200)과 휴대 단말(1000)의 기구물(700)들 간의 차폐를 수행하는 실딩 시트(Shielding Sheet)로 동작한다. 베이스 시트(100)는 페라이트 시트, 폴리머 시트, 나노 리본 시트, 철 계열 시트 등의 재질로 형성된다.
안테나 패턴(200)은 연성회로기판의 상면에 미세 라인이 루프 형상으로 인쇄되어 구성된다. 물론, 안테나 패턴(200)은 베이스 시트(100)의 외주부를 따라 베이스 시트(100) 상면의 중심 방향으로 와이어가 복수 회 감긴 루프 형상으로 형성될 수도 있다. 안테나 패턴(200)은 다른 휴대 단말(1000)에 실장된 안테나 패턴(200)과 근거리 통신 신호(예를 들면, NFC 신호)를 송수신한다. 이때, 안테나 패턴(200)은 일단이 휴대 단말(1000)에 내장되어 안테나 패턴(200)을 통해 송수신되는 근거리 통신 신호를 처리하는 칩셋(예를 들면, NFC 칩셋)과 연결되고, 타단이 제2단자부(400)와 연결된다.
제1단자부(300)는 일측이 휴대 단말(1000)에 내장되어 안테나 패턴(200)을 통해 송수신되는 근거리 통신 신호를 처리하는 칩셋과 연결된다. 즉, 제1단자부(300)는 베이스 시트(100), 휴대 단말(1000)의 기구물(700; 예를 들면, 메인 기판), 별도의 연성회로기판에 설치된다. 제1단자부(300)는 제1연결 라인을 통해 칩셋과 연결된다. 이때, 제1연결 라인은 베이스 시트(100) 상면에 와이어를 통해 형성되거나, 기구물(700) 또는 연성회로기판에 미세 라인 인쇄를 통해 형성될 수 있다.
제1단자부(300)는 타측이 측면 커버(500)와 연결된다. 이때, 제1단자부(300)는 타측이 측면 커버(500)에 솔더링을 통해 연결되거나, 탄성부재(미도시)를 통해 타측이 측면 커버(500)에 접촉되도록 하는 구조로 형성될 수 있다. 물론, 제1단자부(300)는 타측에 접점으로 형성되고, 측면 커버(500)의 결합시 접점이 측면 커버(500)의 일부와 접촉되는 구조로 형성될 수도 있다.
제2단자부(400)는 일측이 안테나 패턴(200)과 연결된다. 즉, 제2단자부(400)는 베이스 시트(100), 휴대 단말(1000)의 기구물(700), 별도의 연성회로기판에 설치된다. 제2단자부(400)는 제2연결 라인(450)을 통해 안테나 패턴(200)의 타단과 연결된다. 이때, 제2연결 라인은 베이스 시트(100) 상면에 와이어를 통해 형성되거나, 기구물(700) 또는 연성회로기판에 미세 라인 인쇄를 통해 형성될 수 있다.
제2단자부(400)는 타측이 측면 커버(500)와 연결된다. 즉, 제2단자부(400)는 제1단자부(300)가 연결된 부분과 대향되는 부분의 측면 커버(500)와 연결된다. 이때, 제2단자부(400)는 타측이 측면 커버(500)에 솔더링을 통해 연결되거나, 탄성부재(미도시)를 통해 타측이 측면 커버(500)에 접촉되도록 하는 구조로 형성될 수 있다. 물론, 제2단자부(400)는 타측에 접점으로 형성되고, 측면 커버(500)의 결합시 접점이 측면 커버(500)의 일부와 접촉되는 구조로 형성될 수도 있다. 여기서, 도 2 및 도 3에서는 제2단자부(400)가 제1단자부(300)가 연결된 부분과 대향되는 부분의 측면 커버(500)와 연결되는 것으로 도시 및 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 제2단자부(400)의 타단은 제1단자부(300)의 타단과 이격되어 측면 커버(500)와 연결될 수도 있다. 즉, 제1단자부(300)가 연결된 측면 커버(500)의 영역과 소정 간격 이격된 측면 커버(500)의 영역에 제2단자부(400)가 연결될 수 있다.
측면 커버(500)는 금속 재질로 형성되어 휴대 단말(1000)의 일측면에 결합된다. 일반적으로, 휴대 단말(1000)에 결합되는 측면 커버(500)는 휴대 단말(1000)의 전면을 기준으로 양측면의 일부 및 상측면에 결합되는 제1측면 커버(520), 양측면의 다른 일부 및 하측면에 결합되는 제2측면 커버(540)로 구성된다. 이때, 제1측면 커버(520)와 제2측면 커버(540)는 휴대 단말(1000)의 양측면에서 소정간격 이격되어 이격 영역을 형성한다. 측면 커버(500)는 비금속 재질로 형성되어 일단이 제1측면 커버(520)와 결합되고, 타단이 제2측면 커버(540)와 결합되는 제3측면 커버(560) 및 제4측면 커버(580)를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 측면 커버(500)는 상측면, 좌측면, 우측면 및 하측면에 각각 독립된 측면 커버(500)가 형성될 수도 있다.
사용자는 주로 휴대 단말(1000)의 전면을 기준으로 하면을 잡고 사용하기 때문에 제2측면 커버(540)를 안테나 패턴(200)의 보조 방사체로 이용하는 경우, 사용자의 접촉에 의한 통신 성능 저하가 발생할 수 있다. 따라서, 측면 커버(500)는 제1측면 커버(520)를 안테나 패턴(200)의 보조 방사체로 이용하는 것이 통신 성능을 최대화할 수 있다.
후면 커버(600)는 휴대 단말(1000)의 후면에 결합된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 후면 커버(600)는 금속 재질 영역(620)과 비금속 재질 영역(640)을 포함하여 형성된다. 후면 커버(600)는 금속 재질 영역(620)과 비금속 재질 영역(640)이 안테나 패턴(200)과 중첩되도록 형성되어 안테나 패턴(200)의 보조 방사체로 동작한다. 즉, 후면 커버(600)는 금속 재질 영역(620)이 안테나 패턴(200)과 중첩됨으로써, 안테나 패턴(200)과 금속 재질 영역(620) 간의 커플링(Coupling)에 의해 안테나 패턴(200)의 보조 방사체로 동작한다. 이때, 안테나 패턴(200) 전체가 금속 재질 영역(620)과 중첩되는 경우 금속 재질 영역(620)에 의한 통신 성능 저하가 발생하기 때문에, 후면 커버(600)는 비금속 재질 영역(640)이 안테나 패턴(200)과 일부 중첩되도록 형성된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 후면 커버(600)는 제1금속 재질 영역(622), 비금속 재질 영역(640) 및 제2금속 재질 영역(624)을 포함하여 형성될 수도 있다. 그에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1금속 재질 영역(622)과 제2금속 재질 영역(624)은 안테나 패턴(200)과 일부 중첩된 영역에서 커플링(Coupling)이 발생하여 안테나 패턴(200)의 보조 방사체로 동작한다.
이하, 일반적인 구조의 NFC 안테나 모듈과 본 발명의 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈의 안테나 특성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 아래와 같다.
도 7을 참조하면, PICC의 위치가 (0,0,0)인 경우 요구되는 최소 전압은 8.8 mV이고, PICC의 위치가 (1,0,0)인 경우 요구되는 최소 전압은 7.2 mV이고, PICC의 위치가 (2,0,0)인 경우 요구되는 최소 전압은 5.6 mV이고, PICC의 위치가 (3,0,0)인 경우 요구되는 최소 전압은 4 mV이다. 이를 기준으로 일반적인 구조의 NFC 안테나 모듈과 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈의 EMVCo Load Modulation Type A에 대한 안테나 특성을 비교하면, 모두 PICC의 위치에 따른 최소 전압에 대한 평가를 통과하고, 안테나 특성 역시 동등한 수준을 유지하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 카드 모드에서 일반구조의 NFC 안테나 모듈 및 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 휴대 단말(1000)의 후면과 리더 모드의 단말이 위치한 평면이 평행한 경우 모두 60 mm 정도의 인식 거리를 갖는다.
하지만, 휴대 단말(1000) 후면과 리더 모드의 단말이 위치한 평면의 각도가 45°인 경우, 일반구조의 NFC 안테나 모듈은 30mm인데 비해, 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 40 mm로 향상됨을 알 수 있다.
또한, 휴대 단말(1000) 후면과 리더 모드의 단말이 위치한 평면의 각도가 90°(즉, 휴대 단말(1000)의 측면이 리더 모드 단말에 수직으로 배치)인 경우, 일반구조의 NFC 안테나 모듈은 20mm인데 비해, 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 30 mm로 향상됨을 알 수 있다.
이처럼, 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 일반적인 일반구조의 NFC 안테나 모듈과 동등한 안테나 특성을 유지하면서 각도에 따른 통신 거리(즉, 인식 거리)가 향상되는 것을 알 수 있다. 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈은 통신 거리가 향상됨에 따라 NFC 인식 범위가 증가하여 결제, 정보 검색 등을 위해 휴대 단말(1000)의 후면을 리더 모드의 단말에 근접시켜야 하는 일반적인 구조의 NFC 안테나 모듈에 비해 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 베이스 시트 200: 안테나 패턴
300: 제1단자부 350: 제1연결라인
400: 제2단자부 450: 제2연결라인
500: 측면 커버 520: 제1측면 커버
540: 제2측면 커버 560: 제3측면 커버
580: 제4측면 커버 600: 후면 커버
620: 금속 재질 영역 622: 제1금속 재질 영역
624: 제2금속 재질 영역 640: 비금속 재질 영역
700: 기구물

Claims (8)

  1. 휴대 단말에 결합된 금속제 측면 커버;
    상기 휴대 단말에 내장된 근거리 통신용 칩셋에 연결되는 안테나 패턴;
    상기 근거리 통신용 칩셋과 상기 측면 커버를 연결하기 위한 제1단자부; 및
    상기 안테나 패턴과 상기 측면 커버를 연결하기 위한 제2단자부;를 포함하고,
    상기 휴대 단말의 후면에 결합되어 상기 안테나 패턴과 중첩 영역을 형성하는 금속제 후면 커버를 더 포함하되,
    상기 후면 커버는,
    상기 안테나 패턴의 일측 일부와 중첩되어 보조 방사체로 동작하는 제1금속 재질 영역;
    상기 제1금속 재질 영역과 이격되어 이격 영역을 형성하고, 상기 안테나 패턴의 타측 일부와 중첩되어 보조 방사체로 동작하는 제2금속 재질 영역; 및
    상기 이격 영역에 형성되어 상기 안테나 패턴의 일부와 중첩되는 비금속 재질 영역을 포함하는 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측면 커버는,
    상기 휴대 단말의 상측면에 결합되고, 일측부가 상기 제1단자부와 연결되고, 타측부가 상기 제2단자부와 연결되는 것을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1단자부 및 제2단자부는 상기 측면 커버에 솔더링으로 연결되는 것을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1단자부 및 제2단자부는,
    각각 접점을 구비하고, 상기 측면 커버와 상기 접점이 접촉되어 연결되는 것을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2단자부는 상기 제1단자부와 이격되어 상기 측면 커버와 연결되는 것을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 NFC 안테나 모듈.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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