JP4133928B2 - アンテナおよびそれを用いた無線通信機 - Google Patents

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本発明は、アンテナ及びそれを用いた無線通信機に関し、より詳細には、複数の周波数帯を使用する無線通信機用のアンテナに関する。
無線通信技術が発展には著しいものがあり、1つの無線通信機において複数の周波数帯を用いる無線システムに対応する無線通信機が多くなってきている。特に携帯電話機などの移動体無線通信機においてはこの傾向は強くなっている。図9は、2つのアンテナを有する移動体無線通信機の構成例を示す図である。液晶ディスプレイ54とキー基板55とを有しており、2つのアンテナである、第1のアンテナ51と第2のアンテナ52とは、筐体53に内蔵されている。第1のアンテナ51と第2のアンテナ52とは異なる周波数において共振し、2つのアンテナ間の結合が小さくなるように空間的に離した状態で配置されている。そのため、複数の異なる周波数帯を使用するシステムを用いた通信を同時に行う場合でも、お互いの電波がそれほど干渉し合わず、快適な通信を行なうことができる。
上記のように、複数アンテナを搭載した無線通信機においてアンテナ間のアイソレーションを確保するために、アンテナ間の距離を離して配置する対策が取られてきた。しかしながら、近年の無線通信機、特に移動体通信で使用される携帯電話などにおいては小型化の要求が強く、このような観点から限られたスペースにアンテナを配置することが好ましい。
本発明は、複数のアンテナを近くに配置しても良好なアイソレーション特性が得られるアンテナ及びそれを用いた無線通信機を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第1の放射導体板と、該第1の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第1の放射導体板を励振させるための第1の給電部と、を備えた第1のアンテナと、前記第1の給電部と前記短絡部との間に設けられた第2の給電部を有する第2の放射導体板と、を備えた第2のアンテナとを有するアンテナが提供される。また、接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第1の放射導体板と、該第1の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第1の放射導体板を励振させるための第1の給電部と、を備えた第1のアンテナと、前記第1の給電部と前記短絡部を結ぶ仮想線を含む近傍の領域に設けられ第2の給電部を有する第2の放射導体板と、を備えた第2のアンテナとを有するアンテナが提供される。
前記第1の放射導体に切り欠け領域が形成されており、前記第2の放射導体の少なくとも一部が前記切り欠け領域内に入り込んでいることを特徴とする。また、前記第1のアンテナは、前記第1の給電部と前記短絡部とを前記第1の放射導体板の外周の略1/6以上の距離だけ離して配置するとともに、前記第1の給電部に接続され前記第1のアンテナのインピーダンスを調整する第1の整合回路を有することを特徴とする。第1の給電部と前記短絡部を結ぶ仮想線を含む近傍の領域において第1のアンテナの電界強度が弱くなる。
従って、上記配置により第1及び第2のそれぞれのアンテナの通信にそれぞれ影響を与えないように両アンテナ間のアイソレーションを確保しつつ、近接して配置することが可能となり、アンテナの小型化が可能になる。さらに、例えば無線通信機に適用した場合に、無線通信機の小型化が可能となる。
前記第1のアンテナは、前記第1の給電部と前記短絡部とを前記第1の放射導体板の外周の略1/6以上の距離だけ離して配置するとともに、前記第1の給電部に接続され前記第1のアンテナのインピーダンスを調整する第1の整合回路を有することを特徴とする。
これにより、前記第2のアンテナを配置するスペースを広く確保することが可能となる。
前記第1のアンテナが使用周波数帯で共振しないように前記第1の給電部と前記短絡部とを配置するとともに、前記第1の給電部に接続され前記第1のアンテナのインピーダンスを調整する第1の整合回路を有することを特徴とする。これにより、前記整合回路を最適化することにより、さらに良好なアイソレーション特性得ることが可能となる。
前記第2の給電部に接続される第2の整合回路を有することを特徴とする。前記第1の整合回路に接続される第1のRF回路と、前記第2の整合回路に接続される第2のRF回路と、を有することを特徴とする。これにより、前記第1のアンテナが複数の周波数帯で共振している場合であっても、すべての使用帯域において良好なアイソレーション特性を得ることが可能となる。
前記第1の放射導体板を形成する面と前記第2の放射導体板を形成する面とを互いに交差する位置に配置したことを特徴とする。前記第1の放射導体板を形成する面と前記第2の放射導体板を形成する面とが互いに略直交する位置に配置するのがより好ましい。これにより、さらに良好なアイソレーション特性を得ることが可能となる。
前記第2の放射導体を、少なくとも一部が、L形、ジグザグ形またはメアンダ形に形成されていることを特徴とする。これにより、前記第2のアンテナを小型化することが可能となり、前記第1の給電点と前記短絡点の距離が近い場合においても、前記第2のアンテナを配置することが可能となる。
前記第1の放射導体板と、前記第2の放射導体板を例えばフレキシブル基板などの支持基板と一体に形成していることを特徴とする。これにより、部品数の削減、コストダウンの実現も可能となる。従って、無線通信機を小型化することができるという利点がある。
以上のように、本発明のアンテナおよびそれを用いた無線通信機においては、小さいスペースで高いアイソレーションをもつ複数のアンテナを配置することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の実施の形態によるアンテナを用いた無線通信機の概要について携帯電話機を例にして図面を参照しながら説明する。
図1は、携帯電話機の外観構成例を示す斜視図である。
図2は、図1に示す携帯電話機の内部構成例を示す機能ブロック図である。
図3は、携帯電話機の内部構成例を示す図である。ここでは、折り畳み型携帯電話機を例にして説明するが、他の形態の携帯電話機、例えばストレート型の携帯電話機にも本発明は適用可能である。
図1(A)、(B)に示すように、本実施の形態による携帯電話機10は、例えば、第1の筐体(上筐体)10aと、第2の筐体(下筐体)10bと、これらを互いに回動可能に取り付けるためのヒンジ21と、を有している。さらに、第1の筐体10a側にLCD表示部115と、スピーカ123とが設けられている。一方、第2の筐体10b側には、第2の筐体10b内に配置され図示しない第1のアンテナ111と第2のアンテナ112と、各種操作ボタン類122と、マイクロフォン124と、が設けられている。携帯電話機10の裏面側には、カメラ113aと、カメラ使用時の照明としても用いられるライト113bと、が設けられているのが一般的である。
図2に示すように、本実施の形態による携帯電話機10には、全体の制御を行う制御部231が設けられ、この制御部231により、記憶メモリ232と、表示部115と、スピーカ114と、マイク124と、キー入力部122と、音声出力部123と、カメラ113a及びライト113bと、第1のアンテナ111及び第2のアンテナ112と、それぞれのアンテナ111、112に対応する第1の無線部238a及び第2の無線部238bと、に関する制御が行われる。
図3(A)、(B)に示すように、本実施の形態による携帯電話機10は、第1の筐体(上筐体)10a内に配置されている第1の回路部材15aであって、数層の基板と基板間に設けられた配線層と回路素子とを有し、全体として導電性を有する第1の回路部材15aと、第2の筐体10b内に配置されている第2の回路部材15bであって、同じく数層の基板と基板間に設けられた配線層と回路素子とを有し、全体として導電性を有する第2の回路部材15bと、を有している。第1の筐体(上筐体)10aと第2の筐体10bとの間には、それらを回転可能に接続するヒンジ部21が設けられている。例えばヒンジ部21の近傍には、例えば第2の回路部材15bに接続され、後述する第1のアンテナ111及び第2のアンテナ112が設けられている。
次に、本発明の第1の実施の形態によるアンテナの詳細について図面を参照しつつ説明を行う。図4は、例えば上述の無線通信機に適用可能な本発明の第1の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。図4に示すように、本実施の形態によるアンテナのうち、第1のアンテナ111は、平板状の地導体(接地導体板)16と、この地導体16に対向する位置に配置され例えば銅箔からなる第1の放射導体11と、地導体16と第1の放射導体11とを短絡する短絡部14と、短絡部14から平板状の地導体16の面内方向にある距離dだけ離れた位置において地導体16に設けられた第1の給電部13と、を有している。第1又は第2の回路部材15a、15bの少なくともいずれかが、地導体16を兼ねるのが一般的である。図4に示す例では、図3に示す第2の回路部材15bが、地導体16を兼ねている。
第1のアンテナ111の第1の給電部13と短絡部14との間の距離dは、第1の放射導体11の外周の長さ(外周全長)に対して1/6以上であるのが好ましい。第1の給電部13は、地導体16に形成されている整合回路を通り、第1のRF回路に接続されている(図5参照)。第1の放射導体11には、凹領域を形成するように切り欠け部が形成されている。
第2のアンテナ112は、例えば第1のアンテナ111と共通の平板状の地導体16と、地導体16に対向する位置に配置され第1の放射導体11とは異なる位置に設けられ例えば銅箔からなる第2の放射導体12とを有し、第2の給電部15によって地導体16上に形成されている第2の整合回路を通り、第2のRF回路に接続されている(図5参照)。第2の放射導体12は、第1の給電部13と短絡部14とを結ぶ仮想線を含むその近傍の領域に設けられている。第2の給電部15も上記の近傍領域に配置されるのが好ましい。
より具体的には、第2の放射導体12と例えば、第1の給電部13と短絡部14との間の第1の放射導体11の上記切り欠け領域内に配置されおり、第2の給電部は、例えば第1の給電部13と短絡部14とを結ぶ仮想線上に設けられている。尚、詳細は図示を省略しているが、給電部13・15、短絡部14は、第1又は第2の筐体10a・10b内に設けられた地導体16を兼ねる第1又は第2の回路基板15a・15b(図3)上に設けられたランドに例えばSPC(Spring Connector)などのバネが半田付けにより固定されており、給電部13・15、短絡部14の先端を放射導体に当接させて、給電し、或いは地導体16のグランドに接地されている。符号17で示す部材は、第1の放射導体11又は第2の放射導体12を載せるフレキシブル基板(誘電体)からなる板状部材である。この板状部材については後述する。尚、第2の放射導体にも別に短絡部を設けても良い。
図5は、第1のアンテナ111と、第2のアンテナ112と、にそれぞれ接続される整合回路の構成例を示す図である。図5においては、第1のアンテナ111とそれに接続される第1の整合回路22を例に示しているが、第2のアンテナ112とそれに接続する第2の整合回路も同様に構成されるため、図示を省略している。以下、図4も参照しつつ第1のアンテナ111を例にして説明を行なう。
第1のアンテナ111において、放射導体11から第1の給電部13に設けられたバネを通って地導体16上の整合回路22(図5)に接続されている。整合回路22が接続されていない状態での第1の放射導体11の共振周波数は、所望の使用周波数では共振しておらず、整合回路22に接続することにより、所望の複数の周波数、例えば、800MHz帯と1700〜1900MHz帯との2つの周波数帯においてアンテナの効率が大きくなるように調整する。第1又は第2の整合回路22は、例えば、以下のように構成されている。すなわち、放射導体11と第1の接地部GND1とに接続され第1のインダクタL1が設けられ、放射導体11と第1のインダクタとの間から分岐された配線に第1のキャパシタC1が設けられ、その先で分岐された一方の配線は、第2のキャパシタC2を介して第2の接地部GND2に接続されている。分岐された他方の配線は、第2のインダクタL2を介して第1又は第2のRF回路に接続されている。尚、整合回路部は、ジャンパーのみで形成されても良く、マイクロストリップやトリプレートなどのラインのみで形成されていてもよい。一方、第2のアンテナ112は、例えば、ブルートゥースなどで使用されているISM帯(2.4GHz帯)などの周波数が高く、エレメント長が短くてすむアンテナが好ましい。
第1のアンテナ111における第1の放射導体11からの電界強度は、第1の給電部13と短絡部14との間において最も弱くなる傾向にあるため、第2のアンテナ112における第2の放射導体12を上記仮想線を含む第1の給電部13と短絡部14との間に形成された切り込み領域に配置することにより、第1のアンテナ111を含む第1の通信システムと第2のアンテナ112を含む第1の通信システムとが異なる第2の通信システムとが、お互いの通信システムに悪影響を及ぼさないような良好なアイソレーション特性を得ることが可能となる。従って、2つのアンテナ111、112を省スペースで配置することができるため、無線通信機の小型化が可能になる。
また、上記の例では、第1のアンテナ111が複数の使用周波数帯を有する場合について説明をしたが、単一の周波数帯で使用する場合についても適用可能である。また、図4においては、第1のアンテナ111の第1の放射導体11の切り込み内に第2のアンテナ112の第2の放射導体12が設けられるとともに、第1の放射導体11の給電部13と短絡部14とを結ぶ直線上に第2の放射導体12の第2の給電部15が位置している例について説明したが、これらの位置関係は基本的には維持されるものの、直線から少しずれた位置に第2の給電部15が設けられていても良いし、第2の放射導体12も第1の放射導体11の切り込み内から少し外れていても良い。第1の放射導体11に切り込みがない場合には、給電部13と短絡部14とを結ぶ直線からこの直線と交差する方向に少し外れた位置に配置されるようにすれば良い。また、第1の放射板11、第2の放射板12は、1枚のフレキシブル基板を用いて作成することにより、部品数の削減、コストダウンの実現も可能となる。
次に、本発明の実施の形態によるアンテナについて図面を参照しつつ説明を行う。図6は、無線通信機に搭載された本発明の第2の実施の形態によるアンテナを示す図である。図6に示す第1のアンテナ131と第2のアンテナ132のうち第2のアンテナ132は、上述の実施の形態1に示す第2のアンテナ112の第2の放射導体12の配置を変化させたものである。すなわち、本実施の形態による第1及び第2のアンテナ131、132のうち、第1のアンテナ131は、平板状の地導体36と、この地導体36に対向する位置に配置された第1の放射導体31と、地導体36と第1の放射導体31とを短絡する短絡部34と、短絡部34から平板状の地導体36の面内方向にある距離dだけ離れた位置において地導体36に設けられた第1の給電部33と、を有している。第1の給電部33と短絡部34との間の距離dは、第1の放射導体31の外周の長さ(外周全長)に対して1/6以上であるのが好ましいのは第1の実施の形態によるアンテナと同様である。第1の給電部33は、例えば回路部材が兼ねている地導体36に形成されている整合回路を通り、第1のRF回路に接続されている(図5参照)。
第2のアンテナ132における第2の放射導体32は、例えば、携帯電話機の筐体の底面に配置されている。一方、第1の放射導体31は筐体の例えば背面に沿って配置されており、この2つの放射導体31、32を形成する面は互いに交差する面を形成しており、図では略直交する面を形成している。第2の放射導体32は、第2の給電部35によって地導体36上に形成されている第2の整合回路を通り、第2のRF回路に接続されている(図5参照)。第2の給電部35は、例えば、第1の給電部33と短絡部34との間の第1の放射導体31の切り込み部分に配置されている。また、地導体36に接触する第1面と、この第1面と続き地導体36から垂直方向に立ち上がる第2面(後述)と、この第2面に続きある高さにおいて地導体36と略平行な面を形成する第3面(後述)とを有し誘電体により形成されるフレキシブル基板37(第1の実施の形態のおけるフレキシブル基板17と同様)が設けられている。第2面には第2の放射導体32が、第3面には第1の放射導体31が載せられている。
このように、第1のアンテナ131の第1の放射導体31と、第2のアンテナ132の第2の放射導体32とを略直交する面に配置することにより、放射導体31、32間の距離を所望の値だけ離すことができるとともに、放射導体31、32のそれぞれが互いに対向する面の広さが狭くなるため、第1の放射導体31と第2の放射導体32との間の電界強度が弱まる。従って、第1のアンテナ131と第2のアンテナ132との間におけるより一層良好なアイソレーション特性を得ることができる。
尚、第2の給電部35と、第1の給電部33及び短絡部34の間の位置関係に関しては、第1の実施の形態においても説明した通り、図6に示した位置から少しだけ外れた位置関係を有していても良い。
図7は組み立て前のアンテナの構造を示す図である。図7に示すように、フレキシブル基板37は、2つの組み込み時折り返し線DL1及びDL2を基準にして、地導体36(図6)に面接触する第1面S1と、第1面S1に対して組み込み時折り返し線DL1から垂直に立ち上がる第2面S2と、第2面S2に対して組み込み時折り返し線DL2と垂直であり地導体36と平行に配置された第3面と、を有している。第1のアンテナ131の第1の給電部31と、第2のアンテナ132の第2の給電部35と短絡部34とは、第1面S1に配置されている。第2の放射導体32と第1の放射導体31の一部である接続部とは第2面S2に配置されている。接続部を介して形成された第1の放射導体31は第3面S3に配置されている。図7に示すようにフレキシブル基板37と第1の放射導体31と第2の放射導体32とが一体に形成されている。従って、製造時及び組み込み時の工程が簡単になる。
次に、本発明の第3の実施の形態によるアンテナについて図面を参照しつつ説明を行う。図8は、本実施の形態によるアンテナの一構成例を示す図である。図8に示す第1及び第2のアンテナ141、142は、上述の第2の実施の形態による第1及び第2のアンテナ131、132(図6)とほぼ同様の配置を有しており、同様の構成に関しては、図6における符号に10を加算した符号を付してその説明を省略する。本実施の形態によるアンテナ141、142の特徴は、図7に示すように、第2のアンテナ142の第2の放射導体42の形状がメアンダ状になっている点である。第2の放射導体42はメアンダラインで形成してあるため、第1のアンテナ141の第1の給電部43と短絡部44との間の距離がそれほど離れていない場合においても第2の放射導体42を所望の長さで配置することが可能となる。
尚、第2の放射導体42の形状は、ジグザク状など曲がり部分を有する形状であり、長さに対して占有面積又は占有領域の長い方の距離を短くした形状であれば、上記形状に限定されるものではない。以上に説明したように、本実施の形態によるアンテナおよびそれを用いた携帯電話機によれば、例えば第1のアンテナの給電部と短絡部との間に第2のアンテナの放射導体及び給電部を配置することにより、小さいスペースで高いアイソレーションをもつ2つのアンテナを配置することが可能となる。
尚、本実施の形態においては、携帯電話機を例にしてそれに用いるアンテナについて説明したが、他の無線通信機、例えば、PDAやPCなどの情報端末や、通信機能を有する種々の電子機器に用いることが可能である。
本発明は、無線通信機用のアンテナに利用可能である。また、本発明のアンテナを利用されば小型無線通信機を製造することができる。
図1(A)、(B)は、本発明の実施の形態による携帯電話機の外観構成例を示す斜視図である。 図1に示す携帯電話機の内部構成例を示す機能ブロック図である。 図3(A)、(B)は、携帯電話機の内部構成例を示す図である。 本発明の第1の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。 本実施の形態によるアンテナに接続する整合回路の一構成例を示す図である。 本発明の第2の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。 図6に示すフレキシブル基板と放射導体とが一体成型された組み立て前の構成を示す図である。 本発明の第3の実施の形態によるアンテナの構成例を示す図である。 図9(A)、(B)は、従来の無線通信機に搭載されたアンテナを示す図である。
符号の説明
10…携帯電話機(無線通信機)、11,31,41…第1の放射導体、12,32,42…第2のアンテ放射導体、13,33,43…第1の給電部、14,34,44…短絡部、15,35,45…第2の給電部、16,36,46…地導体(接地導体板)、22…整合回路部、51…第1のアンテナ、52…第2のアンテナ、53…筐体
54…液晶ディスプレイ、55…操作キー、111、131、141…第1のアンテナ、112、132、142…第2のアンテナ。

Claims (15)

  1. 接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第1の放射導体板と、該第1の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第1の放射導体板を励振させるための第1の給電部と、を備えた第1のアンテナと、
    前記第1の給電部と前記短絡部との間に設けられ第2の給電部を有する第2の放射導体板と、を備えた第2のアンテナと
    を有するアンテナ。
  2. 接地導体板と、該接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置される第1の放射導体板と、該第1の放射導体板と前記接地導体板とを接続する短絡部と、前記第1の放射導体板を励振させるための第1の給電部と、を備えた第1のアンテナと、
    前記第1の給電部と前記短絡部を結ぶ仮想線を含む近傍の領域に設けられ第2の給電部を有する第2の放射導体板と、を備えた第2のアンテナと
    を有するアンテナ。
  3. 前記第1の放射導体に切り欠け領域が形成されており、前記第2の放射導体の少なくとも一部が前記切り欠け領域内に入り込んでいることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンテナ。
  4. 前記第1のアンテナは、前記第1の給電部と前記短絡部とを前記第1の放射導体板の外周の略1/6以上の距離だけ離して配置するとともに、前記第1の給電部に接続され前記第1のアンテナのインピーダンスを調整する第1の整合回路を有することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  5. 前記第1のアンテナが使用周波数帯において共振しないよう前記第1の給電部と前記短絡部とを配置するとともに、前記第1の給電部に接続され前記第1のアンテナのインピーダンスを調整する第1の整合回路を有することを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  6. 前記第2の給電部に接続される第2の整合回路を有することを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  7. 前記第1の整合回路に接続される第1のRF回路と、前記第2の整合回路に接続される第2のRF回路と、を有することを特徴とする請求項6に記載のアンテナ。
  8. 前記第2の放射導体が、前記接地導体板とある間隔を隔てて対向して配置されることを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  9. 前記第1の放射導体板を形成する面と前記第2の放射導体板を形成する面とを互いに交差する位置に配置したことを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  10. 前記第1の放射導体板を形成する面と前記第2の放射導体板を形成する面とが互いに略直交する位置に配置したことを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  11. 前記第2の放射導体は、少なくとも一部に曲がり部分を有することを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  12. 前記第2の放射導体を、少なくとも一部が、L形、ジグザグ形またはメアンダ形に形成されていることを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  13. 前記第1の放射導体板と前記第2の放射導体板とが、これらを支持する支持基板と一体に形成されていることを特徴とする請求項1から12までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  14. 前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとが異なる使用周波数帯を有することを特徴とする請求項1から13までのいずれか1項に記載のアンテナ。
  15. 請求項1から14までのいずれか1項に記載のアンテナを備えた無線通信機。
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