JP2001148603A - 無線通信装置用のアンテナ・パッケージ - Google Patents

無線通信装置用のアンテナ・パッケージ

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JP2001148603A
JP2001148603A JP2000278995A JP2000278995A JP2001148603A JP 2001148603 A JP2001148603 A JP 2001148603A JP 2000278995 A JP2000278995 A JP 2000278995A JP 2000278995 A JP2000278995 A JP 2000278995A JP 2001148603 A JP2001148603 A JP 2001148603A
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paddle
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JP2000278995A
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Ilya A Korisch
アレキサンダー コリッチ イルヤ
Louis T Manzione
トーマス マンズィオン ルイス
Ming-Ju Tsai
ツァイ ミン−ジュ
Yiu-Huen Wong
ワン イー−フエン
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Nokia of America Corp
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Lucent Technologies Inc
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】無線通信装置用の小型のアンテナパッケージを
提供する。 【解決手段】無線通信装置の外側の輪郭に適合してい
て、必要なアンテナ構成を持つ輻射バッチ３８が、プリ
ント基板３６から離れている面４０上のプラスチック片
３２に装着される。その後で、接地面４２は、プラスチ
ック片３２の対向面に接地され、フィード４４が、プラ
スチック片３２を通って延びる。プラスチック片３２
は、送受切換器４６の少なくとも一部をカバーし、その
結果、送受切換器４６の金属面はアンテナに対する延長
接地面として使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信装置に関
し、特に上記装置用の改良形の小型で、低価格のアンテ
ナ・パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】個
人通信サービス（ＰＣＳ）用のプロバイダの容量がます
ます大きくなり、その数がますます多くなるということ
は、無線加入者に対する競争が、非常に激しくなること
を意味する。全体の収益は、ものすごい勢いで延びてい
るが、加入者一人当りの収益は下降線をたどっている。
何故なら、多くの一時的なユーザおよび緊急時だけのユ
ーザが市場に入ってきているからである。それに応じ
て、装置プロバイダは、ターミナル・コストを低く維持
しなければならないし、同時に、加入者一人当りの収益
を増大するための、ますます増大する多くの機能をサポ
ートしなければならなくなっている。無線データ送信
は、無線による画像、金融情報およびインターネット・
アクセスに対する需要の増大による無線サービスの成長
分野の一つである。従来のセルラー電話も、データを送
信するための無線モデムとして使用することができる
が、送信速度が遅く、ビット誤り率が高い。このモード
による加入者のデータの受け入れは比較的弱い。周波数
および帯域幅を高くすると、ＰＣＳは若干改善される
が、広い底辺の加入者にとって、データ送信を魅力的な
ものにするビット速度の有意な増大は起こらない。
【０００３】アンテナ・ダイバーシティを使用すれば、
このような有意の改善を行うことができる。スイッチン
グ・アルゴリズムを使用する空間ダイバーシティを使用
すれば、アルゴリズムおよびアンテナ間の距離により異
なるが、システムの利得を３〜５ｄＢ増大することがで
きる。一例を上げると、簡単なスイッチ・アルゴリズム
は、使用中の一つのアンテナ信号しかモニタしない。こ
の信号があるしきい値以下に下がった場合には、そのア
ンテナは他のアンテナに切り換えられる。もっと複雑な
アルゴリズムの場合には、両方のアンテナ信号をモニタ
し、両方が動作しきい値より上にある場合でも、最も強
い信号を受信しているアンテナへ切り換えられる。もっ
と複雑なシステムの場合には、多くのＲＦトレーンをコ
ピーし、デジタル・ベースバンドのより近い両方の信号
をモニタする。切り換えたダイバーシティにより達成し
た平均利得がもっと高い場合には、もっと速いデータレ
ートにおいて、ビット誤り率をもっと低くすることがで
きる。
【０００４】アンテナの間の距離を十分広くとること
は、ハンドセット上の空間ダイバーシティの場合には重
要な要件である。垂直方向の距離を長くとるよりも、水
平方向の距離を長くとった方が効果がある。何故なら、
水平方向の距離が増大すると、受信信号の相互間の関係
がより急速に失われるからである。特に、アンテナの一
方が、全指向性ダイポールである場合のように、垂直方
向のビームの幅が水平方向のビームの幅より狭い場合に
は、そのような結果が起こる。信号は、本質的には、相
関関係を失わなければならないので、相関関係係数の最
初のゼロは、アンテナ間の距離が波長の約０．３８倍の
場合に発生する。実際には、実効間隔が波長の１／５程
度に狭い場合には、０．２５以下、ある種の場合には、
０．５０以下の相関関係係数は無視することができる。
この距離は、９００ＭＨｚで約８センチであり、１．９
ＧＨｚで４センチである。波長の半分以下の大きさの小
型のターミナルにおけるダイバーシティに関する問題
は、輻射の中心を決定するのが難しいことである。何故
なら、特に、アンテナが内部にある場合には、全ハウジ
ングが、近いフィールド・カプリングを通して輻射する
からである。それ故、有効なダイバーシティのために必
要な距離は、ハンドセット上で実行することができるけ
れとも、実際の状況は遥かにもっと複雑である。アンテ
ナが異なるタイプのものであり、異なる場所に位置して
いる場合には、（指向性および偏向）の他のイプのダイ
バーシティも同様に効果がある。
【０００５】それ故、明らかに、手のひらサイズの無線
通信装置のダイバーシティ・アンテナとして使用するた
めの、小型で安価なアンテナの開発が待望されている。
【０００６】本発明は、無線通信装置で使用するための
アンテナ・パッケージを提供する。本発明のパッケージ
は、複数のリード線とアンテナの形をしているパドルを
持つ、金属製のリードフレームを含む。誘電材料が、パ
ドルとリードの一部を封入している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ある観点から見た場合、
本発明のパドルは、平型でＦを倒置した形のアンテナ
（ＰＩＦＡ）の形をしている。
【０００８】他の観点から見た場合、本発明のパッケー
ジは、さらに、リードフレーム部分に取り付けられてい
て、誘電性材料により封入している電子回路を含む。
【０００９】上記パッケージの製造は、複数のリードお
よびアンテナの形をしているパドルを持つ金属リードフ
レーム部分を供給するステップを含む。リードフレーム
部分は、モールドの型割線に沿って位置していて、モー
ルドの凹部と整合している。モールドの凹部は、パドル
およびリード線の部分を封入するために、溶融状態の誘
電性材料で満たされている。誘電性材料は、自然に硬化
する。封入されているリードフレーム部分は、型が取り
出され、その後で、複数のリード線の包み込まれていな
い部分が除去される。
【００１０】添付の図面を参照しながら下記の説明を読
めば、上記の記述をより容易に理解することができるだ
ろう。上記図面全体にわたって、類似の素子には同じ参
照番号がつけてある。
【００１１】
【発明の実施の形態】手のひらサイズの無線通信装置
に、ダイバーシティ・アンテナを設置する際の問題を検
討する場合、最初に、一方のアンテナとしてダイポール
（フイップ）を使用することが決定され、第二のアンテ
ナとして、手のひらサイズの装置のハウジングに十分内
蔵することができる小型のアンテナを使用することが決
定される。特に適当な小型アンテナとしては、平型倒置
Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）がある。１９９９年７月２０日
付のコリッシュの米国特許第５，９２６，１３９号は、
二つの帯域幅で動作するそのようなアンテナを開示して
いる。図１は、そのようなアンテナの断面図である。こ
の場合、接地面２２は、誘電性基板２４の第一側面上に
位置していて、輻射素子２６は、誘電性基板２４の他方
の側面上に位置している。給電ピン２８は、接地面２２
および基板２４を通って延びていて、輻射素子２６をト
ランシーバ回路（図示せず）に接続し、絶縁バイヤ３０
により接地面２２から絶縁している。
【００１２】平型アンテナを、装置のハウジング内に接
地するために、プリント基板とハウジングとの間の装置
の内部の空いているスペースのキャスティングを形成す
るために、ポリウレタン、または他の適当な材料を使用
することができる。図２に示すように、このキャスティ
ングは、外側のケース３４とプリント基板３６との間の
装置の内部空間の一部と一致するプラスチック片３２を
形成するために使用される。別の方法としては、必要な
形に一致するプラスチック片を形成するために、他の技
術も使用することができる。その後で、必要なアンテナ
構成を持つ輻射パッチ３８が、プリント基板３６から離
れている面４０上のプラスチック片３２に装着される。
その後で、接地面４２は、プラスチック片３２の対向面
に接地され、フィード４４が、プラスチック片３２を通
って延びる。図に示すように、プラスチック片３２は、
送受切換器４６の少なくとも一部をカバーし、その結
果、送受切換器４６の金属面はアンテナに対する延長接
地面として使用される。
【００１３】図３は、プリント基板４８への二つのタイ
プの相互接続である。成形されたプラスチック部５２か
ら伸びていて、容量フィード５４に接続しているリード
線５０は、プリント基板４８上の金メッキのパッド５８
と接触しているスプリング・クリップ５６に形成され
る。別の方法としては、接地面６２に接続しているリー
ド線６０は、表面取付けパッド６４にリフロー半田づけ
される。
【００１４】本発明によれば、上記の小型で低価格のパ
ッケージは、プラスチック基板と、型抜きした金属リー
ドフレームから作ることができる。プラスチック成形技
術により、リードフレームを従来の集積回路パッケージ
の型割線のところに位置させることができ、金属をモー
ルドの頂面または底面のところに予め挿入することがで
きる。さらに、金属の二つの層を、１９８９年１月３１
日付の、モイヤ他の米国特許第４，８０１，７６５号の
開示により、型割線のところに位置させることができ
る。これらの金属層は、図３に示す輻射素子、給電面ま
たは接地面を形成する。成形された本体から出ている、
形成された金属のリード線は、Ｊタイプまたは「ガルウ
ィング」タイプであってもよい、給電相互接続およびア
ース相互接続である。上記リード線は、従来の表面取付
組立作業により、プリント配線板に相互接続することが
でき、または上記のように、スプリング・クリップに形
成することもできる。貫通孔リード線もアンテナ用に使
用することができるが、基板の両側面から放射する恐れ
がある放射をシールドするのはもっと困難である。成形
した本体自身は、集積回路の封入用に使用する、熱硬化
成形コンパンドから作ることができるが、この材料のギ
ガヘルツの周波数帯域で損失はかなり大きい。それ故、
金属挿入物の熱膨張係数と一致する限りは、好適には、
問題の周波数での無線周波数損失の小さい成形プラスチ
ックを使用するのが好ましい。高度のガラス充填品質の
ポリカーボネート、液晶ポリマ、または硫化ポリフェニ
レン材料は、機械的損失の見地からいっても、無線周波
数損失の見地からいっても望ましいものである。
【００１５】図４および図５は、上記技術により組み立
てた平型倒置Ｆアンテナである。この場合、封入プラス
チック材料６６は「透明」であり、そのため、その中に
成形されたすべての素子を見ることができる。図に示す
ように、本発明のパッケージは、輻射素子６８、容量接
続している給電素子７０、およびアース素子７２を含む
複数の層を持つ。図４および図５に示す設計の代わり
に、アース素子７２を、パッケージが装着されるプリン
ト基板に内蔵させることもできる。
【００１６】金属リードフレームを使用することによ
り、相互接続部が形成され、成形したプラスチック本体
を使用することにより、パッケージ媒体ができるので、
アンテナに関連する能動および受動無線構成部品の両方
を容易に収容することができる。金属リードフレーム
は、ほとんどどのような複雑な形にでも型抜きすること
ができるので、個々のおよび能動構成部品、ミニ基板ま
たは多重チップ・モジュール用のパッドおよびリード線
を作ることができる。これらのフレームは、すでに市販
されている多重チップ・パッケージに類似しているが、
本発明のリードフレームは、アンテナ素子専用のもので
ある。これにより、高周波設計者は、構成部品のバンド
リングにかなりの余裕を持つことができ、相互接続およ
びコネクタを使用しないですむし、または特定のオプシ
ョンをモジュール化することができる。例えば、データ
機能のために必要な余分な濾過をリードフレーム上に追
加することができ、その結果、データ・アンテナは自立
型のオプションになる。この大型のパッケージの場合に
は、多数のリード線を使用することができるが、そのこ
とは、数十本のリード線を、これら能動および受動構成
部品に流用することができることを意味する。別の方法
としては、アンテナ整合回路を、リードフレームに内蔵
することができる。
【００１７】図６−図９は、形成されたシールドを持
つ、成形パッケージ内への無線構成部品およびアンテナ
の組み込みを示す。図に示すように、アンテナの形をし
ている第一パドル７６、および後でシールドになる第二
のパドル７８、および複数のリード線８０および従来の
方法で、回路構成部品８４が装着される追加のパドル８
２を持つ、型抜きされた金属リードフレーム部分７４が
設置される。図８および図９は、回路構成部品８４とア
ンテナ７６との間の、電磁および無線周波数シールド内
へのシールド・パドル７８の形成を示す。１９９２年５
月１２日付のアカラ他の米国特許第５，１１３，４６６
号は、上記シールドの形成を開示している。シールドが
形成された後で、組立体はパッケージ内に収容される
が、図６−図９の破線８６がその輪郭を示す。
【００１８】本発明の一つの利点は、アンテナおよび関
連構成部品の封入が、集積回路の封入の際に使用される
技術により行われることである。それ故、封入コストが
安くなる。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１、図１２Ａ、図
１２Ｂ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４および図１５は、
このような封入作業を示す。パッケージが、集積回路ま
たはアンプのような能動構成部品を含む場合には、リー
ドフレームは、コンベアの上に載せられて、型取付け機
械へ送られる。部品装着用機械は、一つまたはそれ以上
の構成部品を各リードフレーム部分に設置する。同じコ
ンベアに載せられて、リードフレームは、ワイヤ・ボン
ディング機械を通過し、集積回路のすべてのパッドは、
１秒間に二つの割り合いで、リードフレーム部分のリー
ド線にワイヤ・ボンディングされる。型取付けおよびワ
イヤ・ボンディングを行った後で、リードフレームは、
成形工具の型割線上に設置される。図１０Ａおよび図１
０Ｂは、それぞれが、チャンバ９６を充填するために、
凹部９２と、凹部９２を接続しているチャネル９４を含
む二つの分割部分８８、９０を含む上記工具を示す。各
リードフレーム上には、１２の区画があり、各区画は各
凹部９２上に位置している。１台の成形工具内には、１
６のリードフレームを挿入することができ、そのため、
大型の成形ツール内には１９２またはそれ以上の凹部を
含むことができる。
【００１９】その後で、成形機械は、図１１に示すよう
に、溶融プラスチックが、高圧により注入された場合、
型の二つの分割部分８８、９０が、開かないように維持
する高圧により閉止される。その後で、図１２Ａおよび
図１２Ｂに最もハッキリと示すように、溶融プラスチッ
クがチャンバ９６内に注入され、チャネル９４を通して
個々の凹部９２に分配される。溶融プラスチックが、封
入中の構成部品の内部機能を損傷しないように温度およ
び注入圧力は注意深く制御される。
【００２０】型が溶融プラスチックで充填された後、型
は閉止状態に維持され、溶融プラスチックは、約３０秒
から１８０秒の間に硬化する。材料が冷却だけで硬化す
ることができる場合には、この硬化は、３０〜４０秒の
短い時間内で起こる。材料が硬化するために重合しなけ
ればならないエポキシ材料である場合には、硬化するの
に３分程度掛かる。その後で、型が開かれ、リードフレ
ームが成形ツールから取り出される。リードフレーム９
８の各区画は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、
プラスチック材料１００内に封入される。プラスチック
材料が、エポキシ成形コンパウンドである場合には、構
成部品は、硬化プロセスを完了し、プラスチックを次の
プロセスに耐えるだけ十分強化するために、高温状態に
維持して、アフターキュア処理を行わなければならな
い。一つのオーブン内の１バッチ中に、１，０００もの
構成部品がアフターキュアされる。構成部品は、この時
点では、依然としてリードフレームに取り付けられた状
態のままである。上記構成部品は、ベルト・コンベアに
載せられて、トリム／形成機械を通る。この機械は、そ
の中に特殊な型抜きツールが設置されているパンチ・プ
レスである。図１４に示すように、この型抜きツール
は、リードフレーム９８の金属を除去し、その結果、リ
ード線が分離され、一本一本に分かれる。リードフレー
ムが、トリム／形成プレスの次の段階に送られると、図
１５に示すように、リード線は、プリント基板に組み立
てることができる、「Ｊ」または「ガルウィング」の形
に形成される。トリム／形成プレスの最後の段階は、リ
ードフレームから構成部品は完全に分離して、その結
果、構成部品は個々のパッケージになる。
【００２１】その後で、個々のパッケージは、他のコン
ベア・ベルトに載せられて、移送印刷プロセス（インク
・スタンピング）、またはレーザ書込みプロセスにより
マークが付けられる。いずれの場合でも、コードマーク
またはその他の構成要素およびメーカー名はパッケージ
上に表示される。それが、能動構成部品を含むアンテナ
・パッケージである場合には、パッケージは試験のため
に送られる。アンテナしか含んでいない受動構成部品で
ある場合には、試験は必要ではない。
【００２２】集積回路パッケージに類似の、本発明のア
ンテナ・パッケージを製造することによって、標準「部
品装着」技術により、非常に安いコストで、アンテナ・
パッケージをプリント基板に組み込むことができる。さ
らに、本発明のアンテナ・パッケージは、比較的小型で
あるので、手のひらサイズの無線通信装置のデータ送信
の場合に望ましいダイバーシティを行うために、プリン
ト基板上の異なる位置に組み立てることができる。
【００２３】従って、無線通信装置用の改良形の小型
で、低コストのアンテナ・パッケージについて説明して
きた。今まで、本発明の種々の実施形態について説明し
てきたが、これらの実施形態を種々に修正し、調整する
ことができることを理解されたい。それ故、ダイポー
ル、モンポール、１／４波長および１／２波長のマイク
ロストリップ・パッチ、頂部負荷モノポール、スロット
・アンテナ、スパイラル・アンテナ、または頂部成形リ
ードフレームに関連する幾何学的制限および大きさの制
限に適合する、ＰＩＦＡ以外の他のタイプのアンテナも
使用することができる。本発明のアンテナは平型である
必要はなく、ハウジングの形状に適合させることがで
き、またはハウジング内に埋設することもできる。それ
故、本発明は、添付の特許請求の範囲によってだけ制限
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】例示としての平面アンテナの断面図である。
【図２】本発明により組み立てられ、回路盤に対して装
置された無線通信装置の外側の輪郭にフィットしている
アンテナ・パッケージの第一の実施形態の断面図であ
る。
【図３】本発明のアンテナ・パッケージ用のプリント基
板への二つのタイプの相互接続を示す図である。
【図４】本発明の原理により、リードフレームと一緒に
組み立てられた容量接続している平型倒置Ｆアンテナの
断面図である。
【図５】図４のアンテナの「透明な」平面図である。
【図６】形成されたＥＭＩ／ＲＦＩシールドを備える内
蔵アンテナおよび無線構成部品のパッケージを示し、シ
ールドが形成される前の平面図である。
【図７】形成されたＥＭＩ／ＲＦＩシールドを備える内
蔵アンテナおよび無線構成部品のパッケージを示し、シ
ールドが形成される前の側面図である。
【図８】形成されたＥＭＩ／ＲＦＩシールドを備える内
蔵アンテナおよび無線構成部品のパッケージを示し、シ
ールドが形成された後の平面図である。
【図９】形成されたＥＭＩ／ＲＦＩシールドを備える内
蔵アンテナおよび無線構成部品のパッケージを示し、シ
ールドが形成された後の側面図である。
【図１０Ａ】本発明のアンテナ・パッケージの形成中の
ステップを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明のアンテナ・パッケージの形成中の
ステップを示す図である。
【図１１】本発明のアンテナ・パッケージの形成中のス
テップを示す図である。
【図１２Ａ】本発明のアンテナ・パッケージの形成中の
ステップを示す図である。
【図１２Ｂ】本発明のアンテナ・パッケージの形成中の
ステップを示す図である。
【図１３Ａ】本発明のアンテナ・パッケージの形成中の
ステップを示す図である。
【図１３Ｂ】本発明のアンテナ・パッケージの形成中の
ステップを示す図である。
【図１４】一緒に成形されたリードフレームの一つのグ
ループからの個々のアンテナ・パッケージの分離を示す
図である。
【図１５】個々のパッケージのリード線の形成を示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルイス トーマス マンズィオン アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，ドルイド ヒル ロード 25 (72)発明者 ミン−ジュ ツァイ アメリカ合衆国 07039 ニュージャーシ ィ，リヴィングストン，ウエスト ラウン ロード 28 (72)発明者 イー−フエン ワン アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，ウッドランド アヴェニュ ー 160

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線通信装置で使用するための、アンテ
    ナ・パッケージの製造方法であって、 複数のリード線と、アンテナの形をしているパドルを持
    つ金属リードフレーム部分を供給するステップと、 型割線および少なくとも一つの凹部を持つ型を供給する
    ステップと、 前記型割線に沿って、また型の凹部と整合状態で、前記
    リードフレーム部分を位置させるステップと、 前記パドルおよび前記リード線のいくつかの部分を封入
    するために、溶融誘電材料で、前記型の凹部を充填する
    ステップと、 前記誘電材料を硬化させるステップと、 前記型から前記の封入されたリードフレーム部分を取り
    出すステップと、 複数のリード線の封入していない部分を除去するステッ
    プとを含む方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記供給
    ステップが、前記パドルを平型倒置Ｆアンテナ（ＰＩＦ
    Ａ）として形成するステップを含む方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の方法において、前記供給
    ステップが、電子回路を前記リードフレーム部分に取り
    付けるステップを含む方法。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の方法において、前記供給
    ステップが、前記電子回路と前記アンテナとの間に追加
    のパドルを供給するステップと、 前記電子回路と前記アンテナとの間に電磁および無線周
    波数シールドを形成するために、前記追加パドルを曲げ
    るステップとを含む方法。
  5. 【請求項５】 無線通信装置で使用するためのアンテナ
    ・パッケージであって、複数のリード線とアンテナの形
    をしているパドルとを持つ金属リードフレーム部分と、 前記パドルと前記リード線のいくつかの部分を封入して
    いる誘電材料とを備えるアンテナ・パッケージ。
  6. 【請求項６】 請求項５記載のパッケージにおいて、前
    記パドルが平型倒置Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）の形をして
    いるパッケージ。
  7. 【請求項７】 請求項５記載のパッケージにおいて、さ
    らに、前記リードフレーム部分に取り付けられていて、
    前記誘電材料で封入されている電子回路を備えるパッケ
    ージ。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のパッケージにおいて、前
    記リードフレーム部分が、前記電子回路と前記アンテナ
    との間に位置していて、前記電子回路と前記アンテナと
    の間に電磁および無線周波シールドを形成するために曲
    がっていて、前記誘電材料により封入されている追加パ
    ドルを持つパッケージ。
  9. 【請求項９】 絶縁外部ケースと、前記ケース内に装着
    されている、プリント基板上に支持されている電気的構
    成部品とを持つ、無線通信装置と一緒に使用する内部ア
    ンテナ・パッケージであって、 前記外部ケースと前記プリント基板との間の前記装置の
    内部空間の一部を充填するように成形されているプラス
    チック片と、 前記プリント基板から離れた前記プラスチック片の表面
    上のアンテナとを備える内部アンテナ・パッケージ。
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