JP3665620B2

JP3665620B2 - 無線データ通信用カード及びそれに適用するアンテナ

Info

Publication number: JP3665620B2
Application number: JP2002092776A
Authority: JP
Inventors: 敏樹宮坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: US20040198443A1; JP2003289210A; EP1349109A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には無線データ通信機能を実現した回路基板を内蔵する無線データ通信用カードに関し、特に、当該カードに実装されるアンテナ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パーソナルコンピュータ（ノート型ＰＣ）や、携帯型情報端末（ＰＤＡ：personal digital assistant）等のモバイル情報機器には、無線データ通信機能を備えたものが開発されている。このような無線データ通信機能を有する情報機器としては、機器本体内に無線通信用モジュールやアンテナが組み込まれたタイプと、無線データ通信用カードを使用するタイプとに大別される。
【０００３】
後者のタイプは、情報機器本体に設けられたカードスロットに無線データ通信用カードを装着させて、無線データ通信機能を実現する。カードスロットは、当該カード以外に、メモリカードも使用可能である。従って、必要に応じて無線データ通信用カードやメモリカードを交換できるため、前者のタイプよりも有用である。
【０００４】
無線データ通信用カードとしては、例えばＰＣＭＣＩＡ規格のＰＣカードを使用した先行技術がある（例えば特開平１０−２８３４４９号公報を参照）。この先行技術でのＰＣカードは、ＰＣのスロット内部に挿入される挿入部に無線回路が実装されて、ＰＣの外部に突き出た突出部にアンテナが実装されている構造である。この突出部にアンテナが実装された構造により、安定した無線通信性能を確保することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えばＰＣカードを使用した無線データ通信用カードを利用することにより、ノート型ＰＣやＰＤＡなどの情報機器に対して、無線データ通信機能を付加することが可能となる。ＰＣカードなどを利用した無線データ通信用カードは、情報機器本体のカードスロットに装着したときに、アンテナや無線回路の一部が実装された部分が突出部として機器本体から突き出た状態となる。この突出部には、回路部品やアンテナを実装する基板（プリント回路基板）が設けられている。
【０００６】
このような構造の無線データ通信用カードであると、突出部での基板上に実装される回路部品数が増大すると、相対的に突出部の面積が大きくなる。また、アンテナとしてセラミックアンテナが使用されると、セラミックアンテナは基板上の部品としては厚みがあるため、突出部の厚みがカードの挿入部より厚くなる。
【０００７】
このようなカードの構造では、突出部の面積が大きくなると、情報機器本体を移動させるような場合に、当該カードの突出部が外部のものと接触しやすくなる。このため、最悪の場合には、当該カードの一部が破損したり、アンテナや基板上の回路部品等も破壊される可能性も高くなる。また、カードの突出部が相対的に厚くなるような構造は、ユーザの取り扱いに難点がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ノート型ＰＣやＰＤＡなどの情報機器に対して、無線データ通信機能を実現するための無線データ通信用カードとして、アンテナを実装する部分の面積を削減し、かつ薄型化を実現できる無線データ通信用カードを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、無線データ通信機能を実現する無線データ通信用カードにおいて、カード本体（実際上では基板）の側面部に、アンテナエレメントが配置された構造のアンテナを使用する無線データ通信用カードに関する。
【００１０】
本発明の観点に従った無線データ通信用カードは、無線データ通信機能を実現する回路部品が実装された基板と、前記基板の側面部に配置されたアンテナエレメント、前記基板の平面部に配置された給電端子、及び前記基板の平面部に配置されたグランド端子を有する逆Ｆ型アンテナ構造で前記回路部品に接続されたアンテナとを備えた構成である。
【００１１】
このような構成であれば、カード本体が情報機器のカードスロットに装着された場合に、外部に突出する突出部に当該アンテナの主要部であるアンテナエレメントをカードの垂直方向に実装することにより、突出部の面積を削減できる。また、突出部の平面部ではアンテナエレメントの厚みに相当する部分がなくなるため、薄型化を図ることが可能となる。換言すれば、カード全体として、フラットな形状を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
（無線データ通信用カードの構造）
図１は、本実施形態に関する無線データ通信用カードにおいて、カード本体を構成する基板１０を示す図である。図１は、当該基板１０を樹脂封止するための筐体を除いたカード本体の外観を示す（図４及び図５を参照）。
【００１４】
基板１０上には、無線データ通信機能を実現するための回路部品と、アンテナとが実装されている。主要な回路部品としては、無線通信用集積回路（ＲＦチップ）１１、ベースバンド用集積回路（ベースバンドＩＣ）１２、ベースバンドＩＣのファームウェアが格納されているフラッシュＲＯＭ１３、及び水晶発振器１４などが含まれている。
【００１５】
一方、基板１０の片側である突出部１００には、アンテナ２０が設けられている。ここで、基板１０の範囲を、突出部１００と挿入部１０１とに大別する。挿入部１０１とは、図４に示すように、ノート型ＰＣ４０のカードスロット４１に対して、当該カード本体１を装着した場合に、カードスロット４１の内部に挿入される部分である。これに対して、突出部１００とは、カードスロット４１に装着された状態で、ノート型ＰＣ４０の外部に突き出る部分である。挿入部１０１は、図１に示すように、主要な回路部品が実装されている部分であり、またカードスロットと接続するためのインターフェース用コネクタ（符号１５で示す側面部）が配置されている部分である。なお、基板１０の突出部１００には、図３に示すように、主要な回路部品以外のチップコンデンサ１６や、チップインダクタ１７などが設けられている。
【００１６】
（アンテナ２０の構造）
以下、図１と共に、図２を参照して、同実施形態のアンテナ２０の構造を説明する。図２（Ａ）は、図１の矢印２００で示す方向の側面図である。また、同図（Ｂ）は、図１に示す基板１０の突出部１００を上から見た平面図である。
【００１７】
図１に示すように、基板１０の突出部１００の側面部には、アンテナ２０の主要部であるアンテナエレメント２１が設けられている。この突出部１００の側面部は、挿入部１０１のインターフェース用コネクタが配置された側面部と反対側の部分である。アンテナエレメント２１は、例えばアルミ合金などの金属製の薄板形状の部材（厚さが０．１〜０．２ｍｍ程度）であり、突出部１００の側面部には例えば接着剤により固定されている。
【００１８】
さらに、アンテナ２０は、アンテナエレメント２１に結合している給電端子２２及びグランド端子２３を有する。図２（Ｂ）に示すように、給電端子２２は、基板１０の平面部に設けられて、基板１０上に形成された配線パターンを介してＲＦチップ１１と接続されて、アンテナ機能に必要な電力が供給される（図３を参照）。また、グランド端子２３は、基板１０の平面部に設けられて、基板１０上に形成された配線パターンを介して接地される。
【００１９】
給電端子２２は、図２（Ａ）に示すように、アンテナエレメント２１と同一材質部材からなり、点線２２Ａで示す境界部でほぼ直角に折り曲げられて構成される。また、同様に、グランド端子２３は、アンテナエレメント２１と同一材質部材からなり、点線２３Ａで示す境界部でほぼ直角に折り曲げられて構成される。
【００２０】
また、アンテナエレメント２１には、当該エレメント２１を側面部に保持するための爪部材２４Ａ〜２４Ｃが結合されている。これらの爪部材２４Ａ〜２４Ｃも、アンテナエレメント２１と同一材質部材からなる。これらの爪部材２４Ａ〜２４Ｃは、点線２５で示す境界部でほぼ直角に折り曲げられて、基板１０の突出部１００を挟み込むように加工されて、アンテナエレメント２１を側面部で固定するように保持する。
【００２１】
同実施形態のアンテナ２０は、図２（Ａ）に示すように、いわゆる逆Ｆ型アンテナ構造である。アンテナエレメント２１は、電波を放射するエレメント部であり、図２（Ａ）に示すような寸法Ｌ，ｄにおいて、以下のような関係式（１）が成立している。
【００２２】
Ｌ＋ｄ＝λ／４…（１）
ここで、λは放射する電波の波長であり、例えば２．４５ＧＨｚの周波数特性では１２．２４ｃｍ程度である。
【００２３】
また、図２（Ａ）に示す範囲２０１は、インピーダンス補正回路に相当する。前記式（１）で示す「Ｌ＋ｄ」の特性インピーダンスは、通常では２〜３Ωと低下してしまう。そこで、当該インピーダンス補正回路により、特性インピーダンスを５０Ω程度に調整する。このインピーダンス補正回路での寸法ｅは、基板１０の誘電率およびＲＦチップ１１の入力インピーダンスに依存するので、設計の段階での調整作業が必要となる。
【００２４】
ここで、同実施形態のアンテナ２０は、逆Ｆ型アンテナ構造であるため、周波数帯域がある範囲に制限されている。即ち、アンテナエレメント２１自体に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の特性が含まれている。従って、インピーダンス補正回路の寸法ｅなどを調整することにより、特にカード本体の突出部１００に配置すべきＢＰＦの回路部品を省略することが可能となる。
【００２５】
以上のように同実施形態のアンテナ２０は、カード本体に含まれる基板１０の突出部１００において、主要部であるアンテナエレメント２１を側面部に配置させた逆Ｆ型アンテナ構造である。従って、アンテナエレメント２１を基板１０の平面上に配置されるアンテナ構造に対して、同実施形態のアンテナエレメント２１は、図１及び図２に示すように、基板１０の平面部（回路部品の実装面）ではなく、その厚み方向である垂直面部に配置されている。従って、基板１０の平面部の面積を大幅に削減することが可能となる。また、前述したように、逆Ｆ型アンテナ構造により、ＢＰＦの回路部品を削減することが可能なるため、この部品に占めるべき面積も削減できる。
【００２６】
また、相対的に厚みのあるセラミックアンテナを基板上に実装した場合と比較して、同実施形態のアンテナ２０の構造であれば、突出部１００での高さ方向のサイズは、挿入部１０１での回路部品の高さより小さくなる。従って、基板１０の突出部１００は、挿入部１０１の厚さより大きくなることはなく、相対的にフラットな形状となる。
【００２７】
要するに、同実施形態の無線データ通信カードは、図４に示すように、カード本体１のアンテナを実装する突出部１００の面積を相対的に削減でき、かつ相対的に薄型化が可能である。従って、カード本体１の全体は、挿入部１０１の厚みに合わせて、突出部１００もフラット形状にすることが可能とである。
【００２８】
このような同実施形態のカード本体１を、図４に示すように、ノート型ＰＣ４０に設けられたカードスロット４１に装着させる場合を想定する。
【００２９】
ノート型ＰＣ４０は、例えば図５に示すように、携帯形の情報機器に相当するポータブルコンピュータである。本ＰＣ４０は、概略的には、コンピュータ本体４２と、ディスプレイユニット４３と、キーボード４４とを備えている。コンピュータ本体４２の側面部には、前述のカードスロット４１が設置されている。当該カードスロット４１は、同実施形態の無線データ通信用カード１以外に、所定の規格野メモリカードなどのＩＣカードも取り外し可能に装着できる。
【００３０】
このカードスロット４１に対して、同実施形態の無線データ通信用カード１を装着されると、図５に示すように、挿入部１０１はカードスロット４１の内部に収納されて、通常ではカードスロット４１のコネクタに、当該カード１に設けられたインターフェース用コネクタとが接続される。カード１の突出部１００は、カードスロット４１の外部に突き出た状態となる。この突出部１００にはアンテナ２０が実装されているため、十分な無線通信性能を確保できる。
【００３１】
一方、同実施形態のカード１では、突出部１００は、相対的に面積が小さく、薄型形状である。従って、カード１を装着したまま、ノート型ＰＣ４０を移動させても、当該突出部１００と外部のものと接触するような事態を回避できる。このため、当該カードの一部が破損したり、アンテナや基板上の回路部品等が破壊される事態も大幅に回避できる。更に、カード全体が薄型のフラット形状にできるため、ユーザの取り扱いも容易になる。
【００３３】
また、同実施形態では、アンテナエレメント２１を保持するために、爪部材２４Ａ〜２４Ｃが設けられた構成を想定したが、これ以外のアンテナエレメント２１を保持する構成でもよい。
【００３４】
さらに、アンテナエレメント２１と、基板１０上のＲＦチップ１１の入出力端子とは、半田付けにより接続される構成でもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ノート型ＰＣやＰＤＡなどの情報機器に対して、無線データ通信機能を実現するための無線データ通信用カードとして、アンテナを実装する部分の面積を削減し、かつ薄型化を実現できる無線データ通信用カードを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関する無線データ通信用カードの筐体を除いた状態を示す外観図。
【図２】同実施形態に関するアンテナの構造を説明するための図であり、同図（Ａ）は側面図、同図（Ｂ）は平面図。
【図３】同実施形態に関する基板上の回路部品とアンテナとの位置関係を示す図。
【図４】同実施形態に関する無線データ通信用カードの使用方法を説明するための図。
【図５】同実施形態に関する無線データ通信用カードをノート型ＰＣに使用する場合の具体例を示す外観図。
【符号の説明】
１…カード本体
１０…基板
１１…ＲＦチップ
１２…ベースバンドＩＣ
１３…フラッシュＲＯＭ
１４…水晶発振器
１６…チップコンデンサ
１７…チップインダクタ
２０…アンテナ
２１…アンテナエレメント
２２…給電端子
２３…グランド端子
２４Ａ〜２４Ｃ…爪部材
４０…ノート型ＰＣ
４１…カードスロット
１００…突出部
１０１…挿入部

Claims

無線データ通信機能を実現する回路部品が実装された基板と、
前記基板の側面部に配置されたアンテナエレメント、前記基板の平面部に配置された給電端子、及び前記基板の平面部に配置されたグランド端子を有する逆Ｆ型アンテナ構造で、前記回路部品に接続されたアンテナと
を具備したことを特徴とする無線データ通信用カード。
前記基板をカバーする封止用カバー部材を更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線データ通信用カード。
前記アンテナは、
前記基板の平面部と係合して前記アンテナエレメントを保持するための保持部材を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の無線データ通信用カード。
前記保持部材は、前記アンテナエレメントを構成する金属製薄板部材の一部から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の無線データ通信用カード。
前記基板は、ホスト装置に設けられたカードスロットに装着された状態で、当該ホスト装置と電気的に接続するためのコネクタを有し、
前記アンテナは、前記コネクタが実装された部分とは反対側で、当該カードスロットから外側に突き出た突出部に配置された構造であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線データ通信用カード。
基板に実装された回路部品により無線データ通信機能を実現する無線データ通信用カードに適用するアンテナであって、
前記基板の側面部に配置されたアンテナエレメントと、
前記基板の平面部に配置された給電端子と、
前記基板の平面部に配置されたグランド端子とを有し、
逆Ｆ型アンテナ構造であることを特徴とするアンテナ。
前記基板の平面部と係合して前記アンテナエレメントを保持するための保持部材を有することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ。
前記保持部材は、前記アンテナエレメントを構成する金属製薄板部材の一部から構成されていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ。