KR20070053125A - 접는 다이폴 안테나 장치 및 휴대무선단말 - Google Patents

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KR20070053125A
KR20070053125A KR1020060113261A KR20060113261A KR20070053125A KR 20070053125 A KR20070053125 A KR 20070053125A KR 1020060113261 A KR1020060113261 A KR 1020060113261A KR 20060113261 A KR20060113261 A KR 20060113261A KR 20070053125 A KR20070053125 A KR 20070053125A
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folded
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가츠노리 이시미야
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소니 에릭슨 모빌 커뮤니케이션즈 재팬, 아이엔씨.
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Abstract

무급전소자 등을 이용하지 않고, 휴대무선단말에 내장됨으로써 한층 광대역의 안테나장치 및 이것을 이용한 휴대무선단말을 제공한다.
불평형급전형의 접는 다이폴 안테나(folded dipole antenna)장치는, 지판(4)상에 설치된 안테나 급전점(1)과 안테나 그라운드(2)에 접속된 거의 판 모양의 루프구성의 안테나 엘리먼트(3)를 가진다. 이 안테나 엘리먼트(3)는, 지판(base plate)(4)에 거의 평행하게 늘어나는 1쌍의 제 1의 엘리먼트 부분(3g, 3f)과, 이 제 1의 엘리먼트 부분의 양선단으로부터 접어서 제 1의 엘리먼트(element) 부분에 거의 평행하게 늘어나고 합류하는 제 2의 엘리먼트 부분(3e, 3d, 3c)과, 제 3의 엘리먼트 부분(3a)을 가진다. 제 3의 엘리먼트 부분(3a)은, 제 2의 엘리먼트 부분이 접혀진 정부(頂部)측으로부터 제 1의 엘리먼트 부분(3g, 3f)으로 향하여 연출(延出)하고, 그 단부가 제 1의 엘리먼트 부분(3g, 3f)에 근접한다.

Description

접는 다이폴 안테나 장치 및 휴대무선단말{Folded dipole antenna device and mobile radio terminal}
도 1a, 도 1b는, 본 실시의 형태에 관계되는 접는 다이폴 안테나장치의 주요부를 다른 시점에서 본 사시도이다.
도 2는, 도 1의 안테나 장치의 정면도(a), 평면도(b), 좌측면도(c)이다.
도 3은, 도 1의 안테나 장치의 안테나 엘리먼트의 구성을 나타내는 전개도이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 본 실시의 형태의 안테나 장치의 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 900MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타낸 도면이다.
도 6a, 도 6b는, 도 5와 다른 2개의 시점에서 본, 900MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타낸 도면이다.
도 7은, 1800MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타낸 도면이다.
도 8a, 도 8b는, 도 7과 다른 2개의 시점에서 본, 1800MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타낸 도면이 다.
도 9는, 2100MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타낸 도면이다.
도 10a, 도 10b는, 도 9와 다른 2개의 시점에서 본, 2100MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타낸 도면이다.
도 11은, 본 발명의 실시의 형태에 관계되는 안테나 장치를 이용한 통신 단말장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
*부호의 설명
2. 안테나 그라운드 3. 안테나 방사판
3a~3g. 엘리먼트 부분 4. 지판
100. 통신 단말장치 101. 안테나 장치
본 발명은, 휴대 전화기와 같은 휴대무선단말에 내장되는 접는 다이폴 안테나 및 이것을 이용한 휴대무선단말에 관한 것이다.
종래의 접는 다이폴 안테나는, 싱글 밴드(약 2GHz) 밖에 대응하고 있지 않고, 휴대 전화기에 내장할 때, 크기·형상에 제한이 있었다.
이것에 대하여, 특허 문헌 1은, 복수의 주파수대역에 대응하는 단편 쌍극 접 는 다이폴 안테나를 개시하고 있다.
또, 특허 문헌 2, 3에는 복잡한 무급전소자의 부하(loading)나 고가의 정합기(matching device)를 이용하지 않고 광대역에 걸쳐서 임피던스 정합이 가능한 휴대단말용 내장 안테나로서의 접는 다이폴 안테나가 개시되고 있다.
특허 문헌 4에는, 인체에 근접시켜 사용한 상태에서도 이득의 저하가 적은 소형 광대역의 안테나 장치가 개시되고 있다.
[특허 문헌 1] 특개 2004－23797호 공보
[특허 문헌 2] 특개 2004－228917호 공보
[특허 문헌 3] 특개 2004－228918호 공보
[특허 문헌 4] 특개 2002－43826호 공보
그런데, 근년의 휴대무선단말의 발달, 보급에 수반하여, 한층 더 편리화를 위해, 1대의 내장 안테나 장치로 보다 한층 더 멀티 밴드화가 검토되고 있다. 상술한 특허 문헌 1에 기재의 안테나 장치에서는, 그라운드 플레인(ground plane)에 대하여 V자 모양으로 연재하는 그 형상이 휴대단말으로의 내장 안테나로서는 적합하지않다. 특허 문헌 2, 3은 광대역에 걸쳐서 임피던스 정합이 가능한 휴대단말용 내장 안테나를 제시하고 있지만, 한층 더 멀티 밴드화에 있어서 한층 더 개선의 여지가 있었다. 특허 문헌 4는, 3공진 특성에서 언급하고 있지만, 이것은 무급전소자를 이용하는 것이다.
본 발명은 이와 같은 배경에 있어서 이루어진 것이며, 무급전소자 등을 이용 하지 않고, 휴대무선단말에 내장되는 보다 한층 더 광대역의 안테나 장치로서 접는 다이폴 안테나 장치 및 이것을 이용한 휴대무선단말을 제공하려고 하는 것이다.
본 발명에 의한 접는 다이폴 안테나장치는, 불평형급전형의 접는 다이폴 안테나장치이며, 지판상에 설치된 안테나 급전점과 안테나 그라운드에 접속된 거의 판 모양의 루프 구성의 안테나 엘리먼트를 가지고, 상기 루프 구성의 안테나 엘리먼트는, 상기 지판에 거의 평행하게 늘어나는 1쌍의 제 1의 엘리먼트부분과, 상기 제 1의 엘리먼트 부분의 양선단으로부터 접어서 상기 제 1의 엘리먼트 부분에 거의 평행하게 늘어나 합류하는 제 2의 엘리먼트 부분과, 상기 제 2의 엘리먼트 부분이 접혀진 정부(頂部)측으로부터 상기 제 1의 엘리먼트 부분으로 향하여 늘어나고, 그 단부가 상기 제 1의 엘리먼트 부분에 근접하는 제 3의 엘리먼트 부분을 가진다.
제 1의 엘리먼트 부분과 제 2의 엘리먼트 부분의 접는 다이폴 안테나 구조에 의해, 제 1의 엘리먼트 부분과 제 2의 엘리먼트 부분을 포함하는 안테나 엘리먼트 길이가 λ／2에 상당하는 주파수와, λ에 상당하는 주파수에 있어서 제 1 및 제 2의 공진점이 얻어진다. 또, 제 3의 엘리먼트 부분을 추가함으로써, 3／4λ에 상당하는 주파수에 있어서 제 3의 공진점이 얻어졌다. 이것에 의해, 지극히 광대역의 안테나 장치가 실현된다. 또, 안테나 엘리먼트의 접는 구조에 의해 내장형 안테나를 소형으로 할 수 있다.
본 발명은, 또, 이와 같은 접는 다이폴 안테나장치를 내장한 휴대무선단말을 제공한다.
본 발명의 구체적인 구성 및 새로운 작용효과는 이하의 실시의 형태에서 상술된다.
이하, 본 발명의 매우 적합한 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1a, 도 1b는, 본 실시의 형태에 관계되는 접는 다이폴 안테나장치의 주요부를 다른 시점에서 본 사시도를 나타내고 있다.
본 실시의 형태에 있어서, 안테나 장치의 설계의 순서로서, 우선, GSM(Global System for Mobile Communications)850／900으로 공진이 얻어지도록, 안테나 엘리먼트의 엘리먼트 길이를 당해 주파수에 대하여 거의 λ／2로 설정한다. 또, 휴대무선단말의 케이스내에 컴팩트하게 수납하기 위해서 기판(지판(4)에 대응)의 형상에 따라서 두 개로 접어 구부린다. 2GHz대(PCS(Personal Communication System) 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)대)에서는 엘리먼트길이가 λ로 되기 때문에, 안테나에 자기 평형 작용이 활동하고, 급전이 불평형이라도 안테나 자체가 평형 안테나로 된다. 또한, 접어 구부러진 측의 엘리먼트의 정부 측에 부가적인 연장부를 설치한다. 이것에 의해, 1.8GHz대에서의 공진도 얻어진다. 그 결과, 5밴드의 멀티 밴드화에 대응할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 지판(그라운드)(4)의 일단의 중앙부에서, 안테나 급전점(1)과 안테나 그라운드(2)가 비교적 근접해서 설치된다. 안테나 급전점(1)과 안테나 그라운드(2)는, 안테나 방사판(3)에 접속되어 있다. 본 발명이 적용되는 안테나 장치는 불평형 급전형의 안테나 장치이다. 안 테나 방사판(3)은, 안테나 급전점(1) 및 안테나 그라운드(2)를 기준으로 하여 거의 대칭으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 안테나 급전점(1)과 안테나 그라운드(2)는, 각각, 지판(4)상에 직립한 부분을 가진다. 이 직립한 부분의 선단은, 여기에서 지판(4)에 평행하게 외측으로 늘어난 엘리먼트 부분(3g)에 연결되어 있다. 이 엘리먼트 부분(3g)의 선단은 한층 더 지판(4)의 측변에 따라서 거의 직각으로 구부려진 엘리먼트 부분(3f)에 연결된다. 이 엘리먼트 부분(3f)은 소정의 길이로 늘어나고, 그 단부는, 지판(4)에 대해서 수직 윗쪽으로 늘어난 엘리먼트 부분(3e)(접는부분)에 연결된다. 이 엘리먼트 부분(3e)은 또한 엘리먼트 부분(3f)과 거의 평행하게 지판(4)의 단부 측으로 되돌아오는 엘리먼트 부분(3d)에 연결된다. 엘리먼트 부분(3d)의 폭은 엘리먼트 부분(3f)의 폭보다 크게 설정하고 있다. 이것에 의해, 엘리먼트 부분(3d)측에서 외부 방향으로의 방사를 하기 쉽게 하고 있다. 양측의 엘리먼트 부분(3d)은 그 사이에 개재하는 엘리먼트 부분(3c)에 연결되어 있다. 엘리먼트 부분(3c)의 외측의 변은 엘리먼트 부분(3g) 측으로 구부려진 엘리먼트 부분(3a)에 연결되어 있다. 또한, 이 엘리먼트 부분(3a)의 양측부에는 거기에서 돌출한 엘리먼트 부분(3b)이 연결되어 있다. 양(兩)엘리먼트 부분(3b)은 각각 옆의 엘리먼트 부분(3e)으로 향하는 방향으로 구부러져 있다.
엘리먼트 부분(3g, 3f)이, 지판(4)에 거의 평행하게 늘어나는 1쌍의 제 1의 엘리먼트 부분을 구성한다. 또, 엘리먼트 부분(3e, 3d, 3c)이, 접어서 상기 제 1의 엘리먼트 부분에 거의 평행하게 늘어나 합류하는 제 2의 엘리먼트 부분을 구성 한다. 또한, 엘리먼트 부분(3a)이, 제 2의 엘리먼트 부분이 접혀진 정부측으로부터 제 1의 엘리먼트 부분으로 향하여 늘어나고, 그 단부가 제 1의 엘리먼트 부분에 근접하는 제 3의 엘리먼트 부분을 구성한다. 엘리먼트 부분(3b)은 제 1의 엘리먼트 부분과 제 2의 엘리먼트 부분과의 사이에서 늘어난 제 4의 엘리먼트 부분을 구성한다.
도 2에, 도 1의 안테나 장치의 정면도(a), 평면도(b), 좌측면도(c)를 나타낸다.
이와 같은 안테나 엘리먼트 전체는 1장의 금속판과 같은 판 모양의 도전성 부재로 구성할 수 있다. 그 전개도를 도 3에 나타낸다. 도면 중, 파선은 바깥쪽으로 접는 부분을 나타내고, 일점쇄선은 안쪽으로 접는 부분을 나타내고 있다. 단, 본 발명의 안테나 엘리먼트는 반드시 이와 같은 1장 판으로 형성할 필요는 없고, 분단된 각부 요소를 전기적으로 접합하여 구성해도 좋지만, 1장 판으로 구성하면, 접합 작업이 불필요하게 된다.
도 4는, 도 1에 나타낸 본 실시의 형태의 안테나 장치의 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도면의 세로축은 전압 정재파비(VSWR)를 나타내고, 횡축은 주파수를 나타내고 있다. 측정에 이용한 안테나 장치의 각 부의 사이즈는 다음과 같다. (단위는 mm)
지판(4)의 사이즈(Y1×X1×Z2)：99×39×1
지판(4)에서 안테나 엘리먼트(3c)까지의 높이(Z1)：7
안테나 엘리먼트(3d)의 길이(Y2)：28
안테나 엘리먼트(3d)의 폭(X2)：5
이 그래프에서, 도 1의 안테나 장치에 의해, 3개의 공진점I, II, III이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이것에 의해, 종래에 비해 지극히 광대역인 주파수 안테나 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이 대역은, 예를 들면, 현존의 무선통신대역으로서, GSM850／900／1800／1900／UMTS의 5밴드를 커버 할 수 있다.
본원 발명자의 고찰에 의하면, 엘리먼트 부분(3a 및 3b)을 추가함으로써, 새로운 공진점 II이 얻어진다. 엘리먼트 부분(3a)의 조건은, 엘리먼트 부분(3c)의 한 변에서 엘리먼트 부분(3g)의 근방까지 연장하는 것이다. 엘리먼트 부분(3a)은 그 측부로부터 엘리먼트 부분(3b)이 늘어나고 있고, 엘리먼트 부분(3a 및 3b)의 길이에 의해 공진점II의 주파수를 미조정할 수 있다.
도 5, 도 6a, 도b는, 3개의 시점에서 바라본, 900MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타내고 있다. 이것은, 도면 중, 삼각 마크의 방향은 전류의 방향을 나타내고, 그 사이즈는 전류의 크기를 나타내고 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 안테나 급전점(1)과 안테나 그라운드(2)에서 좌우에 거의 대상의 전류의 흐름으로 되고 있다. 즉, 전류의 흐름이 동상 모드로 되어 있다. 이 대역에서의 주파수에 대하여 안테나 장치의 엘리먼트 길이 λ／2에 상당한다.
도 7, 도 8a 도 8b는, 3개의 시점에서 바라본, 1800MHz대에서의 안테나 장치의 각부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타내고 있다. 이 경우, 전류의 흐름이 역상 모드로 되어 있다. 이 대역에서의 주파수에 대한 안테나 장치 의 엘리먼트 길이가 3／4λ에 상당한다.
도 9, 도 10a, 도 10b는, 3개의 시점에서 바라본, 2100 MHz대에 있어서의 안테나 장치의 각 부에 흐르는 전류의 모습을 나타내는 전류 벡터를 나타내고 있다. 이 경우, 전류의 흐름이 동상모드로 되어 있다. 이 대역에서의 주파수에 대한 안테나 장치의 엘리먼트 길이가 λ에 상당한다.
도 11은, 본 실시의 형태에 관계되는 안테나 장치를 이용한 통신 단말장치(100)의 개략 구성을 나타내고 있다. 여기에서는 휴대 전화기의 예를 나타내고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 이 통신 단말장치(100)는, 상술한 어느 구성의 안테나 장치(101), 안테나 공용기(102), 송수신 처리부(103), 변복조 처리부(105), 데이터 처리부(107), D／A변환기(109), 스피커(110), A／D변환기(111) 및 마이크(112)를 갖춘다. 통신 단말장치(100)는, 또, 이들의 각 요소를 제어하는 CPU, ROM등을 포함하는 제어부(125), 이 제어부(125)에 의하여 작업 영역이나 데이터의 일시 기억 영역으로서 이용되는 메모리(127) 및 표시부(120), 조작부(123)를 갖춘다. 제어부(125)의 ROM내에는, 읽어내는 전용 메모리나, 전기적으로 정보가 기록 및 소거 가능한 읽어내는 전용 메모리(EEPROM)가 사용되며, 통상의 통신 단말장치의 조작 입력 접수, 통신, 전자메일처리, 웹 처리, 표시, 음성 입출력, 전화번호부 관리, 스케줄 관리 등의 각종 동작을 위한 제어 프로그램 및 고정적인 데이터가 격납되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태의 안테나 장치에 의하면, 광대역의 안테나 장치가 얻어지며, 5 밴드의 무선 주파수대에 대응할 수 있다. 또, 본 실시 형태의 구성을 채용함으로써, 지판에 흐르는 전류를 비교적 저감할 수 있고, 그 결과, 인체의 영향을 저감 할 수 있다. 또한, 안테나 방사판의 설계에서 매칭을 취할 수 있으므로 정합회로가 불필요하다. 안테나 엘리먼트가 기판상에서 안쪽으로 빈 공간을 가지는 형상으로 구성할 수 있으므로, 그 스페이스를 예를 들면 카메라, 스피커 등의 디바이스 설치용으로 유효하게 이용하는 것도 가능하다.
이상, 본 발명의 매우 적합한 실시의 형태에 대해 설명했지만, 상기에서 언급한 이외에도 여러 가지의 변형, 변경을 행하는 것이 가능하다.
본 발명에 의해, 무급전소자 등을 추가하지 않고, 안테나 엘리먼트 구성의 궁리에 의하여, 휴대무선단말에 내장 가능한 보다 한층 더 광대역의 안테나 장치를 제공할 수 있다. 이것에 의해, 종래 이상의 멀티 밴드화가 가능하게 된다.

Claims (8)

  1. 불평형급전형의 접는 다이폴 안테나장치이며, 지판(地板)상에 설치된 안테나 급전점(給電点)과 안테나 그라운드에 접속된 거의 판 모양의 루프 구성의 안테나 엘리먼트를 가지고,
    상기 루프 구성의 안테나 엘리먼트는, 상기 지판에 거의 평행하게 늘어나는 1쌍의 제 1의 엘리먼트 부분과, 상기 제 1의 엘리먼트 부분의 양선단에서 접어서 상기 제 1의 엘리먼트 부분에 거의 평행하게 늘어나 합류하는 제 2의 엘리먼트 부분과, 상기 제 2의 엘리먼트 부분의 접혀진 정부(頂部)측으로부터 상기 제 1의 엘리먼트 부분으로 향하여 늘어나고, 그 단부가 상기 제 1의 엘리먼트 부분에 근접하는 제 3의 엘리먼트 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 접는 다이폴 안테나장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 1쌍의 제 1의 엘리먼트 부분은 각각 상기 안테나 급전점 및 안테나 그라운드를 기점으로서 상기 지판상을 상기 지판과 거의 일정거리를 유지하고 서로 반대 방향으로 늘어나고, 소정의 길이로 거의 직각으로 동방향으로 구부러지고 상기 지판과 거의 일정 거리를 유지하고 소정 길이만큼 늘어나며, 상기 제 2의 엘리먼트 부분은 상기 제 1의 엘리먼트 부분의 선단부와 연결되고 상기 제 1의 엘리먼트 부분과 거의 일정거리를 유지하고 상기 제 1의 엘리먼트 부분을 덮도록 ⊃자모양으로 늘어나며, 상기 제 3의 엘리먼트 부분은 상기 제 2의 엘리먼트 부분의 적어 도 중앙의 주변의 외측으로부터 상기 제 1의 엘리먼트 부분으로 향하여 연장하는 것을 특징으로 하는 접는 다이폴 안테나장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 3의 엘리먼트 부분의 양측단부에 연결되며, 상기 제 1의 엘리먼트 부분과 상기 제 2의 엘리먼트 부분과의 사이에 있어서 늘어난 제 4의 엘리먼트 부분을 갖춘 것을 특징으로 하는 접는 다이폴 안테나장치.
  4. 제 1항에서 제 3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1의 엘리먼트 부분에 대응하는 상기 제 2의 엘리먼트 부분의 폭을 상기 제 1의 엘리먼트 부분의 폭보다 크게 구성한 것을 특징으로 하는 접는 다이폴 안테나장치.
  5. 불평형급전형의 접는 다이폴 안테나장치를 내장한 휴대무선단말에 있어서,
    상기 다이폴 안테나 장치는,
    지판상에 설치된 안테나 급전점과 안테나 그라운드에 접속된 거의 판 모양의 루프 구성의 안테나 엘리먼트를 가지고,
    상기 루프 구성의 안테나 엘리먼트는, 상기 지판에 거의 평행하게 늘어나는 1쌍의 제 1의 엘리먼트 부분과, 접어서 상기 제 1의 엘리먼트 부분에 거의 평행하게 늘어나 합류하는 제 2의 엘리먼트 부분과, 상기 제 2의 엘리먼트 부분의 접혀진 정부측으로부터 상기 제 1의 엘리먼트 부분으로 향하여 늘어나고, 그 단부가 상기 제 1의 엘리먼트 부분에 근접하는 제 3의 엘리먼트 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 휴대무선단말.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 1쌍의 제 1의 엘리먼트 부분은 각각 상기 안테나 급전점 및 안테나 그라운드를 기점으로서 상기 지판상을 상기 지판과 거의 일정 거리를 유지하고 서로 반대 방향으로 늘어나고, 소정의 길이로 거의 직각으로 동방향으로 구부러지고, 상기 지판과 거의 일정 거리를 유지하고 소정 길이만큼 늘어나고, 상기 제 2의 엘리먼트 부분은 상기 제 1의 엘리먼트 부분의 선단부에 연결되며 상기 제 1의 엘리먼트 부분과 거의 일정 거리를 유지하고 상기 제 1의 엘리먼트 부분을 덮도록 ⊃자 모양으로 늘어나고, 상기 제 3의 엘리먼트 부분은 상기 제 2의 엘리먼트 부분의 적어도 중앙의 주변의 외측으로부터 상기 제 1의 엘리먼트 부분으로 향하여 연장하는 것을 특징으로 하는 휴대무선단말.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 안테나 엘리먼트는, 상기 제 3의 엘리먼트 부분의 양측 단부에 연결되는 제 4의 엘리먼트 부분을 가지고, 이 제 4의 안테나 엘리먼트는, 상기 제 1의 엘리먼트 부분과 상기 제 2의 엘리먼트 부분과의 사이에 있어서 늘어난 것을 특징으로 하는 휴대무선단말.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1의 엘리먼트 부분에 대응하는 상기 제 2의 엘리먼트 부분의 폭을 상기 제 1의 엘리먼트 부분의 폭보다 크게 구성한 것을 특징으로 하는 휴대무선단말.
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