KR20140096193A - 무선 데이터 및 전력 전송을 위한 무선 통신 인터페이스 장치 - Google Patents

무선 데이터 및 전력 전송을 위한 무선 통신 인터페이스 장치 Download PDF

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김수겸
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Abstract

본 발명은, 회전 동작이 필요한 기기 내의 무선 인터페이스 장치에 관한 것으로, 무선으로 회전축을 중심으로 하는 적어도 하나 이상의 제1 원형 도선들을 포함하는 제1무선통신인터페이스부; 제1 원형 도선들에 각각 대응되어 회전축을 중심으로 각각 대응되는 제1 원형 도선들과 동일한 직경을 갖는 제2 원형 도선들을 각각 대응되는 제1 원형 도선들과 대칭되는 위치들에 포함하고, 제1무선통신인터페이스와 이격되어 위치한 제2무선통신인터페이스부를 포함하고, 제1무선통신인터페이스부 및 제2무선통신인터페이스부는 제1 원형 도선들 및 제2 원형 도선들 중 적어도 하나 이상에 흐르는 전류에 의해 제1무선통신인터페이스부 및 제2무선통신인터페이스부 중 적어도 하나 이상을 회전축을 중심으로 회전시켜 야기되는 자기 유도를 통해 데이터 신호 및 전력 중 적어도 하나 이상을 서로 송수신 함으로써, 회전 동작이 필요한 기기 내에서 슬립-링 부품을 사용하지 않고 무선으로 전력 및 데이터 신호를 전송할 수 있게 된다.

Description

무선 데이터 및 전력 전송을 위한 무선 통신 인터페이스 장치{Wireless communication interface apparatus for wireless data and power transmission}
본 발명은, 무선 데이터 및 전력 전송을 위한 무선 통신 인터페이스 장치에 관한 것으로, 회전 동작이 필요한 기기 내에서의 데이터 및 전력을 무선으로 전송하기 위한 무선 통신 인터페이스 장치에 관한 것이다.
감시 카메라들은 촬영에 의하여 라이브-뷰(live-view)의 영상 신호들을 발생시킨다. 또한, 감시 카메라들은 모니터링 장치로서의 호스트 장치들과 통신하면서 라이브-뷰(live-view)의 영상 신호들을 호스트 장치들에 전송한다.
감시 카메라들로는 주로, 상하좌우이동이 가능하고 줌 기능이 있는 PTZ 카메라를 사용하는 것이 일반적이다.
도 1은 종래의 PTZ 카메라(100)의 일반적인 구성을 예시한다.
도 1을 참조하면, PTZ 카메라(100)는 본체회로부(110), 틸팅부(120) 및 패닝부(130)를 포함한다. 틸팅부(120)는 광학계를 내장하고 본체회로부(110)로부터의 구동 신호에 따라 틸팅(tilting)을 수행한다. 패닝부(130)는 본체회로부(110)와 틸팅부(120) 사이에서 회로부로부터의 구동 신호에 따라 틸팅부(120)가 패닝(panning)하도록 동작한다.
본체회로부(110)와 틸팅부(120) 사이의 패닝 축(140)에는 회전하면서 전기 신호들을 전달하는 슬립-링(slip-ring)이 내장된다.
여기에서 슬립-링이란, 기구적인 접점 방식으로 회전축을 통해 전력과 데이터 신호를 전송하는 부품으로, PTZ 카메라와 같이 회전 동작이 필요한 전자기기 내부의 전력 및 데이터 전송을 전송하는 데에 필수적인 부품이다.
그러나 이러한 슬립-링은 기구적인 접점으로 이루어지기 때문에 그 수명이 유한하며, 장기간 사용시 접점의 접촉 상태가 불량해지거나 노이즈가 발생될 수 있으며, 슬립-링을 통해 전송할 수 있는 신호의 수가 제한적이기 때문에 이러한 슬립-링을 포함하는 기기의 설계에 상당한 제약을 준다는 단점이 있다.
이에 따라 PTZ 카메라와 같이 회전 동작이 필요한 기기 내의 전력 및 데이터 신호의 전송에 있어서 슬립-링 부품을 대체할 수 있는 기술이 요구되는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 회전 동작이 필요한 기기 내에서 슬립-링 부품을 사용하지 않고 무선으로 전력 및 데이터 신호를 전송할 수 있는 무선 통신 인터페이스 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 무선 통신 인터페이스 장치는 회전축을 중심으로 하는 적어도 하나 이상의 제1 원형 도선들을 포함하는 제1무선통신인터페이스부; 제1 원형 도선들에 각각 대응되어 회전축을 중심으로 각각 대응되는 제1 원형 도선들과 동일한 직경을 갖는 제2 원형 도선들을 각각 대응되는 제1 원형 도선들과 대칭되는 위치들에 포함하고, 제1무선통신인터페이스와 이격되어 위치한 제2무선통신인터페이스부를 포함하고, 제1무선통신인터페이스부 및 제2무선통신인터페이스부는 제1 원형 도선들 및 제2 원형 도선들 중 적어도 하나 이상에 흐르는 전류에 의해제1무선통신인터페이스부 및 제2무선통신인터페이스부 중 적어도 하나 이상을 회전축을 중심으로 회전시켜 야기되는 자기 유도를 통해 데이터 신호 및 전력 중 적어도 하나 이상을 서로 송수신하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는, 제1 원형 도선들 각각은 제1기판; 제1기판의 안쪽에 형성된 스트립 라인 및 제1기판의 바깥쪽에서 제1 원형 도선들 각각을 지나는 데이터 신호 및 전력에 대한 간섭을 차단하는 차폐물을 포함하여 구성될 수 있다.
보다 바람직하게는, 제2 원형 도선들 각각은 제2기판; 제2기판의 안쪽에 형성된 스트립 라인 및 제2기판의 바깥쪽에서 제2 원형 도선들 각각을 지나는 데이터 신호 및 전력에 대한 간섭을 차단하는 차폐물을 포함하여 구성될 수 있다.
보다 바람직하게는, 제1무선통신인터페이스부는 상기 제1 원형 도선의 높이와 상기 제2 원형 도선의 높이를 합산한 값보다 큰 높이를 갖는 차폐물을 상기 제1 원형 도선들 사이들 사이에 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 제2무선통신인터페이스부는 상기 제1 원형 도선의 높이와 상기 제2 원형 도선의 높이를 합산한 값보다 큰 높이를 갖는 차폐물을 상기 제2 원형 도선들 사이들 사이에 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전 동작이 필요한 기기 내의 전력 및 데이터 신호를 슬립-링 부품을 사용하지 않고 무선으로 전송할 수 있게 된다. 이에 따라, 슬립-링의 접점 방식의 동작 특정에 따른 전기적인 노이즈가 제거될 수 있으며, 다른 부품에 비해 상대적으로 수명이 짧은 슬립-링을 사용하지 않을 수 있어 회전 동작이 필요한 기기 자체의 수명도 늘릴수 있으며, 슬립-링의 핀수 제약이나 슬립-링의 크기에 따른 회전 동작이 필요한 기기에 대한 설계 상의 제약도 극복할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 PTZ 카메라의 일반적인 구성을 예시한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 통신 인터페이스 장치를 포함하는 회전 동작 기기의 개념적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전 동작 기기의 상부 기구와 하부기구를 각각 분리하여 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4c들은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 통신 인터페이스 장치의 원형 도선의 내부 구성을 각각 예시한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 복수 개의 원형 도선을 상부기기와 하부기기에 대칭적으로 배치한 예를 도시한 도면이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명하는 것으로 한다.
한편 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 통신 인터페이스 장치를 포함하는 회전 동작 기기의 개념적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 회전 동작 기기는 상부 기구(210) 및 하부 기구(220)을 포함하여 구성되며, 상부 기구(210) 및 하부 기구(220)는 서로 독립적으로 회전 동작을 수행할 수 있으며, 상부 기구(210) 및 하부 기구(220) 각각은 데이터 신호 및 전력을 송수신하기 위해 이러한 데이터 신호 및 전력을 생성하거나 해독하기 위한 통신 모듈, 데이터 신호 및 전력의 원활한 송수신을 위한 필터 및 증폭기를 포함하는 것을 전제로 한다.
아울러, 상부 기구(210) 및 하부 기구(220)는 상호 간에 데이터 신호 및 전력을 송수신하는 구성요소들로 제1 무선통신 인터페이스(215) 및 제2 무선통신 인터페이스(225)를 각각 포함하여 구성된다.
본 실시예에서의 제1 무선통신 인터페이스(215) 및 제2 무선통신 인터페이스(225)는 서로 비접촉(무선) 방식으로 통신 연결되며, 이에 따라 제1 무선통신 인터페이스(215) 및 제2 무선통신 인터페이스(225) 부분은 회전 동작 기기 내에서 서로 이격되어 배치된다.
서로 이격되어 배치된 제1 무선통신 인터페이스(215) 및 제2 무선통신 인터페이스(225) 간에 선, 커넥터나 슬립-링과 같은 부품을 사용하지 않고 무선으로 데이터 신호 및 전력을 전송하기 위한 방법으로, 본 발명에서는 제1 무선통신 인터페이스(215)와 제2 무선통신 인터페이스(225)를 유도 결합(inductive coupling) 방법을 이용하여 통신 연결한다.
이러한 유도 결합 방법은 제1 무선통신 인터페이스(215) 및 제2 무선통신 인터페이스(225) 중 하나에 포함된 원형 도선(도 3 등 참조)에 전류를 흐르게 하여 잘 알려진 오른나사 법칙에 따라 제1 무선통신 인터페이스에서 제2 무선통신 인터페이스로의 방향 혹은 제2 무선통신 인터페이스에서 제1 무선통신 인터페이스로의 방향으로 자기장이 유도되어, 이처럼 유도된 자기장에 의해서 제1 무선통신 인터페이스(215) 및 제2 무선통신 인터페이스(225) 중 나머지 하나의 원형 도선에 전류가 유도되게 하는 원리를 이용한다.
이러한 유도 결합 방법을 이용한 데이터 신호 및 전력 전송 방식은 소정의 거리로 이격된 양 무선통신 인터페이스들 사이를 고효율의 에너지로 전송할 수 있으며, 인체에 유해한 전파 방사 효과도 줄일 수 있게 된다.
도 3는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전 동작 기기의 상부 기기와 하부기기를 각각 분리하여 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 회전 동작 기기는 상부 기구(310) 및 하부 기구(320)을 포함하여 구성되며, 상부 기구(310) 및 하부 기구(320)는 각각 제1 무선통신 인터페이스(330)와 제2 무선통신 인터페이스(340)를 포함한다.
본 실시예에서, 제1 무선통신 인터페이스(330)와 제2 무선통신 인터페이스(340)는 모두 유도 결합(inductive coupling)을 위한 원형도선들(350)을 포함한다.
제1 무선통신 인터페이스(330)와 제2 무선통신 인터페이스(340)의 원형 도선들(350) 각각은 동일한 회전 축을 중심으로 하는 동일한 직경의 원형 도선이며, 서로가 마주보는 위치에 대칭적으로 배치될 수 있다. 이는 상부 기구(310) 및 하부 기구(320) 어느 하나의 회전 동작 시에 항상 서로를 마주보게 함으로써, 회전 동작 시에 마주보게 되는 면적을 동일하게 유지하기 위함이다.
제1 무선통신 인터페이스(330)와 제2 무선통신 인터페이스(340)의 원형 도선들(350)은 전력 및 데이터 신호의 송수신을 위한 안테나 패치 또는 커플러로서 기능을 수행하며, 상부 기구(310) 및 하부 기구(320) 중 어느 하나의 회전 동작시 유도 결합되어 상호간에 데이터 신호 또는 전력이 유도 또는 전달될 수 있게 된다.
원형 도선이 복수 개 위치한 경우에, 서로 다른 원형 도선을 통해 전송되는 데이터 신호 또는 전력으로 인한 간섭을 방지하기 위해서, 원형 도선과 원형 도선 사이에 차폐물(360)을 설치할 수 있다.
본 실시예에서는 상부 기구(310)에 위치한 제1 무선통신 인터페이스(330) 부분에 제1 무선통신 인터페이스(330)의 원형도선과 이에 대응되는 제2 무선통신 인터페이스(340)의 원형도선의 서로의 높이를 합한 것보다 높은 높이를 갖는 차폐물(360)을 탑재한 예를 도시한다. 이는 상부 기구(310)와 하부 기구(320)를 서로 결합하여 하나의 회전 동작 기기를 구성할 경우에 서로 커플링되어 통신을 수행하는 원형도선들 사이에 서로 이격되어 통신하기 위함이다.
본 실시예에서는 제1 무선통신 인터페이스(330) 부분에 차폐물(360)이 설치된 것으로 도시되고 있으나, 구현 예에 따라서는 제2 무선통신 인터페이스 (340)의 원형 도선들 사이에 차폐물이 형성될 수도 있으며, 이들은 모두 발명의 설명의 편의를 위한 하나의 실시예에 불과하며, 회전 동작 기기의 구조에 따라 차폐물의 위치, 형태 및 높이는 달리 및 높이는 달리 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 상부 기구(310)가 회전 동작을 수행하고, 하부 기구(320)가 고정되어 있는 상태를 예시하고 있으나, 이는 본 발명의 설명의 편의를 위한 하나의 실시예에 불과하며, 양자가 서로 바뀌어도 무방하다고 할 것이다.
도 4a 내지 4b들은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 통신 인터페이스 장치의 원형 도선의 내부 구성을 각각 예시한 도면들로서, 원형 도선으로써 코일이 아닌 안테나 패치나 마이크로 스트립을 이용한 커플러 등을 사용한 예를 도시한다.
본 실시예와 같이, 원형 도선으로써 코일이 아닌 안테나 패치나 마이크로 스트립을 이용한 커플러 등을 사용하는 경우에는 기판의 유전율을 조절하여 코일에 의해서는 전달하기 어려운 고주파 신호도 사용 가능하도록 구현할 수 있게 된다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 도선은 외부 신호 및 전력의 전송에 의해 야기되는 본 원형 도선을 지나는 데이터 신호 및 전력에 대한 간섭 현상을 차단하기 위해 가장 바깥쪽에 차폐물(411)을 포함하게 된다.
아울러, 차폐물 안쪽에 기판(412)을 포함한다. 기판(412)는 고주파 신호를 전달할 수 있는 특정한 유전율로 조절된 기판이 배치되거나 일반 FR4 기판이 배치될 수 있다.
기판(412) 안쪽에는 안테나 및 커플러로 사용하기 위한 스트립 라인 또는 마이크로스트립 라인(413)이 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 원형 도선은 도 4a에 도시된 원형 도선과 마찬가지로, 외부 신호 및 전력의 전송에 의해 야기되는 본 원형 도선을 지나는 데이터 신호 및 전력에 대한 간섭 현상을 차단하기 위해 가장 바깥쪽에 차폐물(431)을 포함하게 된다.
아울러, 차폐물 안쪽에 기판(432)을 포함한다. 기판(432)는 고주파 신호를 전달할 수 있는 특정한 유전율로 조절된 기판이 배치되거나 일반 FR4 기판이 배치될 수 있다.
기판(432) 안쪽에는 사각형 모양의 패치 안테나들이 복수 개 배열된 어레이 안테나를 구현하기 위한 마이크로 스트립 라인(433)이 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 어레이 안테나의 개별 안테나 소자의 형태로 사각형 모양의 패치를 예시하고 있으나, 이는 발명의 설명의 편의를 위한 것으로 하나의 실시예에 불과하며, 패치의 형태는 선형, 원형, 다각형 등 기판 상에 형성할 수 있는 모든 형태가 적용될 수 있다고 할 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 복수 개의 원형 도선을 상부기기와 하부기기에 대칭적으로 배치한 예를 도시한 도면이다.
도 5을 참조하면, 본 실시예에 따른 회전 동작 기기는 상부 기구(510) 및 하부 기구(520)을 포함하여 구성되며, 상부 기구(510) 및 하부 기구(520)는 서로 대응되는 복수 개의 원형 도선들을 가지며, 이들 원형 도선들은 동일한 회전 축을 중심으로 형성되며, 서로 대응되는 도선들 끼리 동일한 직경을 가지며 서로 마주보는 위치에 대칭적으로 배치되어 서로 유도 결합된다.
상부 기구(510)의 원형 도선들 사이에는 차폐물이 형성되며, 이러한 차폐물의 높이는 서로 대응되는 원형 도선들의 높이를 합산한 값보다 큰 값을 갖게 된다. 본 실시예에서는 상부 기구(510)에 차폐물이 설치된 것으로 도시되고 있으나, 구현 예에 따라서는 하부 기구(520)의 원형 도선들 사이에 차폐물이 형성될 수도 있으며, 이들은 모두 발명의 설명의 편의를 위한 하나의 실시예에 불과하며, 회전 동작 기기의 구조에 따라 차폐물의 위치, 형태 및 높이는 달리 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 원형 도선들은, 고주파 특성을 갖기 위해, 사각형 모양의 마이크로 스트립 패치 안테나들이 복수 개 배열된 어레이 안테나들로 구현될 수 있으며, 어레이 안테나의 개별 안테나 소자의 형태로 본 실시예에 도시된 사각형뿐만 아니라, 선형, 원형, 다각형 등 안테나 기판 상에 형성할 수 있는 모든 형태가 적용될 수 있다고 할 것이다.
본 실시예에 따른 무선 인터페이스 장치를 통해, 회전 동작이 필요한 기기 내의 전력 및 데이터 신호를 슬립-링 부품을 사용하지 않고 무선으로 전송할 수 있게 된다. 이에 따라, 슬립-링의 접점 방식의 동작 특정에 따른 전기적인 노이즈가 제거될 수 있으며, 다른 부품에 비해 상대적으로 수명이 짧은 슬립-링을 사용하지 않을 수 있어 회전 동작이 필요한 기기 자체의 수명도 늘릴수 있으며, 슬립-링의 핀수 제약이나 슬립-링의 크기에 따른 회전 동작이 필요한 기기에 대한 설계 상의 제약도 극복할 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: PTZ 카메라
110: 본체회로부
120: 틸팅부
130: 패닝부
140: 패닝 축
210, 310, 510: 상부 기구
220, 320, 520: 하부 기구
215, 330: 제1 무선통신 인터페이스
225. 340: 제2 무선통신 인터페이스
350: 원형도선
360: 차폐물

Claims (4)

  1. 회전축을 중심으로 하는 적어도 하나 이상의 제1 원형 도선들을 포함하는 제1무선통신인터페이스부;
    상기 제1 원형 도선들에 각각 대응되어 상기 회전축을 중심으로 상기 각각 대응되는 제1 원형 도선들과 동일한 직경을 갖는 제2 원형 도선들을 상기 각각 대응되는 제1 원형 도선들과 대칭되는 위치들에 포함하고, 상기 제1무선통신인터페이스와 이격되어 위치한 제2무선통신인터페이스부를 포함하고,
    상기 제1무선통신인터페이스부 및 상기 제2무선통신인터페이스부는 상기 제1 원형 도선들 및 상기 제2 원형 도선들 중 적어도 하나 이상에 흐르는 전류에 의해상기 제1무선통신인터페이스부 및 상기 제2무선통신인터페이스부 중 적어도 하나 이상을 상기 회전축을 중심으로 회전시켜 야기되는 자기 유도를 통해 데이터 신호 및 전력 중 적어도 하나 이상을 서로 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원형 도선들 각각은
    제1기판; 상기 제1기판의 안쪽에 형성된 스트립 라인 및 상기 제1기판의 바깥쪽에서 상기 제1 원형 도선들 각각을 지나는 데이터 신호 및 전력에 대한 간섭을 차단하는 차폐물을 포함하여 구성되고,
    상기 제2 원형 도선들 각각은
    제2기판; 상기 제2기판의 안쪽에 형성된 스트립 라인 및 상기 제2기판의 바깥쪽에서 상기 제2 원형 도선들 각각을 지나는 데이터 신호 및 전력에 대한 간섭을 차단하는 차폐물을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1무선통신인터페이스부는 상기 제1 원형 도선의 높이와 상기 제2 원형 도선의 높이를 합산한 값보다 큰 높이를 갖는 차폐물을 상기 제1 원형 도선들 사이들 사이에 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2무선통신인터페이스부는 상기 제1 원형 도선의 높이와 상기 제2 원형 도선의 높이를 합산한 값보다 큰 높이를 갖는 차폐물을 상기 제2 원형 도선들 사이들 사이에 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 장치.
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