JP2011119949A

JP2011119949A - カードデバイス

Info

Publication number: JP2011119949A
Application number: JP2009274975A
Authority: JP
Inventors: Shogo Arimura; 尚吾有村; Yuji Machida; 祐司町田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-16
Also published as: CN102087717A; US20110128193A1; TW201128851A

Abstract

【課題】無線ＬＡＮの使用帯域で所望のアンテナ感度を満足するカードデバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】移動通信端末に装着される無線通信用のカードデバイスであって、カードデバイスの表面２０ａに形成された送受信用の無給電アンテナ素子４１と、カードデバイスの裏面２０ｂに形成された送受信用の給電アンテナ素子４２とを有し、無給電アンテナ素子４１と給電アンテナ素子４２はカードデバイスのカード基板４０を挟んで重なる形状である。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動通信端末に装着される無線通信用のカードデバイスに関する。

携帯電話機等の移動通信端末では、近距離のデータ転送用として赤外線送受信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線機能を搭載することが一般化している。更に、中距離のデータ転送用として無線ＬＡＮの機能を移動通信端末に追加搭載することが要望されている。

無線ＬＡＮの機能を追加搭載する場合、例えばマイクロＳＤカード等のカードデバイスにアンテナを含む無線ＬＡＮの回路ブロックを搭載して無線ＬＡＮカードとし、この無線ＬＡＮカードを移動通信端末に装着することで実現される。

なお、給電伝送路に給電導電パターンが接続されると共に、接地用導電部に接地導電パターンが接続された逆Ｆ形状アンテナパターンを基板の表面に励振素子として形成し、また、基板の裏面に形成された接地用導電部に接地導電パターンが接続された逆Ｌ形状アンテナパターンを基板の裏面に無給電アンテナ素子として形成する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、基板の表面に形成された給電伝送路に給電導電パターンが接続されると共に、同じく基板の表面に形成された接地用導電部に接地導電パターンが接続された逆Ｆ形状アンテナパターンを励振素子として形成する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００１−３２６５２１号公報特開２００２−７６７３５号公報

図９にアンテナを含む無線ＬＡＮの回路ブロックを搭載するマイクロＳＤカードの一例の平面図を示す。マイクロＳＤカード１のサイズは、１１ｍｍ×１６ｍｍであり、そのうち、ハッチングで示すアンテナを搭載する領域２は、１１ｍｍ×５ｍｍである。

無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇで規定される無線ＬＡＮは周波数２．４ＧＨｚ帯を使用する。図１０（Ａ）に示す基本的なアンテナである１／４波長モノポールアンテナを構成しようとすると、アンテナ素子の全長が３０ｍｍとなり、許容されるアンテナ搭載領域を超えてしまう。また、モノポールアンテナを基に低背化を目的とした逆Ｌ型アンテナや逆Ｆ型アンテナも略同等のサイズとなる。

低背かつ小型化を目的とするアンテナとして、図１０（Ｂ）に示すミアンダラインアンテナがある。これは、モノポールアンテナをクランク状に曲げて構成したアンテナであり、同じ高さのモノポールアンテナと比較するとミアンダラインアンテナは線路長を長く取ることができ、低い共振点を得ることができる。

マイクロＳＤカードにおけるアンテナ搭載領域にて線路長を確保できるアンテナとしてミアンダラインアンテナを採用した場合、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮで使用する周波数帯は周波数２４１２〜２４８４ＭＨｚであり、この周波数帯域において、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）が３．０以下を満たすことが実用上必須である。

しかし、ミアンダラインアンテナ周囲の状況、例えば樹脂や金属の接近等によりミアンダラインアンテナの共振点のずれが生じると、周波数２４１２〜２４８４ＭＨｚでＶＳＷＲ＝３．０以下を満足できない場合があるという問題があった
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、無線ＬＡＮの使用帯域で所望のアンテナ感度を満足するカードデバイスを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によるカードデバイスは、
移動通信端末に装着される無線通信用のカードデバイスであって、
前記カードデバイスの表面（２０ａ）に形成された送受信用の無給電アンテナ素子（４１）と、
前記カードデバイスの裏面（２０ｂ）に形成された送受信用の給電アンテナ素子（４２）と、を有し、
前記無給電アンテナ素子（４１）と前記給電アンテナ素子（４２）は前記カードデバイスのカード基板（４０）を挟んで重なる形状である。

好ましくは、前記無給電アンテナ素子（４１）及び前記給電アンテナ素子（４２）それぞれは、ミアンダラインアンテナである。

好ましくは、前記無給電アンテナ素子（４１）及び前記給電アンテナ素子（４２）で送受信する信号帯域は２．４ＧＨｚ帯である。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、無線ＬＡＮの使用帯域で所望のアンテナ感度を満足することができる。

本発明の移動通信端末と無線ＬＡＮカードの平面図である。移動通信端末と無線ＬＡＮカードの概略構成図である。無線ＬＡＮカードのブロック構成図である。本発明の無線ＬＡＮカードの一実施形態の平面図である。本発明の無線ＬＡＮカードの一実施形態の背面図である。本発明の無線ＬＡＮカードの一実施形態の断面図である。ミアンダラインアンテナの周波数−ＶＳＷＲ特性である。無線ＬＡＮカードにおける回路配置を示す図である。マイクロＳＤカードの一例の平面図である。１／４波長モノポールアンテナとミアンダラインアンテナを示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜移動通信端末と無線ＬＡＮカードの平面図＞
図１は、本発明の移動通信端末と無線ＬＡＮカードの平面図を示す。図１（Ａ）は移動通信端末の一実施形態の平面図を示す。ここでは、移動通信端末１０の裏面カバーを外した状態を示している。移動通信端末１０内の例えば電池パック１１の近傍にカードデバイス用コネクタ１２が配設されている。このカードデバイス用コネクタ１２にはカードデバイスとしての無線ＬＡＮカード（図１（Ｂ））が矢印方向に挿入されて装着される。無線ＬＡＮカードは着脱自在である。

また、移動通信端末１０内にはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）用として周波数２．４ＧＨｚ帯のアンテナ１３が配設されている。なお、移動通信端末１０内にはアンテナ１３の他にも、移動通信用のアンテナや地上デジタル放送のワンセグ用アンテナ等が配設されている。

図１（Ｂ）はカードデバイスとしての無線ＬＡＮカードの一実施形態の平面図を示す。ここでは、無線ＬＡＮカード２０としてマイクロＳＤカードを使用している。無線ＬＡＮカード２０には、マイクロＳＤカード標準の８個の端子２１の他に、２個の端子２２ａ，２２ｂが設けられている。端子２１は１個の電源端子と、１個の接地端子と、４個のデータ端子と、１個のクロック端子と、１個のコマンド端子であり、端子２２ａは接地端子、２２ｂはアンテナ端子である。また、無線ＬＡＮカード２０内には無線ＬＡＮ用として周波数２．４ＧＨｚ帯のアンテナ２３が配設されている。

なお、無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇで規定される無線ＬＡＮは周波数２．４ＧＨｚ帯を使用し、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）においても無線ＬＡＮと同一の周波数２．４ＧＨｚ帯を使用している。

図２は、移動通信端末と無線ＬＡＮカードの概略構成図を示す。図２において、無線ＬＡＮカード２０内において、アンテナ２３とアンテナ端子２２ｂはＲＦスイッチ２４に接続され、また、ＲＦスイッチ２４は無線ＬＡＮ処理部２５に接続されている。ＲＦスイッチ２４は無線ＬＡＮ処理部２５からの制御により、アンテナ２３とアンテナ端子２２ｂのいずれか一方を無線ＬＡＮ処理部２５に接続する。

無線ＬＡＮカード２０のアンテナ端子２２ｂは移動通信端末１０のＲＦスイッチ１４の端子ａに接続されている。ＲＦスイッチ１４の端子ｂにはブルートゥース処理部１５が接続され、ＲＦスイッチ１４の端子ｃにはアンテナ１３が接続されている。

移動通信端末１０全体を制御する制御部１６は、ユーザがブルートゥース使用モードを選択するとＲＦスイッチ１４の端子ｂ，ｃ間を接続してアンテナ１３をブルートゥース処理部１５に接続する。また、制御部１６はユーザが無線ＬＡＮ使用モードを選択するとＲＦスイッチ１４の端子ａ，ｃ間を接続してアンテナ１３を無線ＬＡＮカード２０のアンテナ端子２２ｂを介してＲＦスイッチ２４に接続する。なお、無線ＬＡＮ処理部２５は端子２１を介して移動通信端末１０の制御部１６と接続されている。

ところで、無線ＬＡＮカード２０としては、アンテナ端子２２ｂ，ＲＦスイッチ２４を持たずアンテナ２３と無線ＬＡＮ処理部２５を直接接続する構成であっても良い。この場合、移動通信端末１０ではアンテナ１３とブルートゥース処理部１５を直接接続する構成であっても良いし、アンテナ１３，ＲＦスイッチ１４，ブルートゥース処理部１５を削除した構成であっても良い。

＜無線ＬＡＮカードの構成＞
図３は、無線ＬＡＮカードのブロック構成図を示す。図３において、無線ＬＡＮ処理部２５はマイクロプロセッサを含んでおり、このマイクロプロセッサがメモリとして使用するＥＥＰＲＯＭ３１が接続されている。また、無線ＬＡＮ処理部２５には発振回路３２からクロックが供給される。無線ＬＡＮ処理部２５は端子２１を介して移動通信端末１０の制御部１６から無線ＬＡＮ使用モードを指示されると、送受信信号のＲＦ（高周波）信号処理、ベースバンド処理、ＭＡＣ処理等を実行する。また、無線ＬＡＮ処理部２５はＲＦスイッチ２４の切り替え制御を行う。

端子２１を介して移動通信端末１０の制御部１６等から供給される送信データは無線ＬＡＮ処理部２５においてＭＡＣ処理、ベースバンド処理、ＲＦ信号処理を行われて送信信号とされ、帯域フィルタ（ＢＰＦ）３３で帯域制限されて増幅回路３４に供給される。増幅回路３４で増幅された送信信号は低域フィルタ（ＬＰＦ）３５で不要周波数成分を除去されてＲＦスイッチ２４に供給され、ＲＦスイッチ２４が選択するアンテナ２３又はアンテナ１３のいずれか一方から送信される。

なお、移動通信端末１０のアンテナ１３が接続される端子２２ｂとＲＦスイッチ２４との間にはマッチング回路３６が設けられている。マッチング回路３６は、例えば端子２２ｂとＲＦスイッチ２４との間に直列接続された２つのキャパシタと、２つのキャパシタの接続点と接地間に接続されたインダクタを有し、ＲＦスイッチ１４とＲＦスイッチ２４間のインピーダンスマッチングを行う。

また、アンテナ１３又はアンテナ２３のいずれか一方で受信された信号がＲＦスイッチ２４で選択され、帯域フィルタ３７で帯域制限されて無線ＬＡＮ処理部２５に供給される。受信信号は無線ＬＡＮ処理部２５においてＲＦ信号処理、ベースバンド処理、ＭＡＣ処理を行われ、端子２１から移動通信端末１０の制御部１６等に供給される。

＜無線ＬＡＮカードのアンテナ＞
図４は本発明の無線ＬＡＮカードの一実施形態の平面図を示し、図５は本発明の無線ＬＡＮカードの一実施形態の背面図を示し、図６は本発明の無線ＬＡＮカードの一実施形態のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図を示す。ここでは、無線ＬＡＮカード２０の端子２１，２２ａ，２２ｂを設けた面を無線ＬＡＮカード２０の表面２０ａとし、その反対面を裏面２０ｂとする。

図４及び図６において、無線ＬＡＮカード２０の表面２０ａには、複数の端子２１が配置された辺２０ｃと対向する辺２０ｄに沿って、無給電アンテナ素子であるミアンダラインアンテナ４１が設けられている。ミアンダラインアンテナ４１は表面２０ａに金属等の導電体をクランク状に曲げた形状に塗布して形成され、ミアンダラインアンテナ４１は縦幅Ｄ１（例えば４ｍｍ）×横幅Ｗ１（例えば８．５ｍｍ）の領域に形成されている。ミアンダラインアンテナ４１の一端４１ａはＲＦスイッチ２４に直接接続されていない。

図５及び図６において、無線ＬＡＮカード２０の裏面２０ｂには、給電アンテナ素子であるミアンダラインアンテナ４２が設けられている。ミアンダラインアンテナ４２は裏面２０ｂに金属等の導電体をクランク状に曲げた形状に塗布して形成され、ミアンダラインアンテナ４２は縦幅Ｄ１（例えば４ｍｍ）×横幅Ｗ１（例えば８．５ｍｍ）の領域に形成されている。ミアンダラインアンテナ４２は無線ＬＡＮカード２０のカード基板４０を挟んでミアンダラインアンテナ４１と重なる略同一形状とされている。ただし、ミアンダラインアンテナ４２の一端４２ａは給電点４３を介してＲＦスイッチ２４に直接接続されている。

絶縁体であるカード基板４０の厚さは例えば０．２ｍｍ程度であり、ミアンダラインアンテナ４１，４２は略重なる形状であるため、高周波的にはミアンダラインアンテナ４１とミアンダラインアンテナ４２は静電結合される。この静電結合されるミアンダラインアンテナ４１，４２によってアンテナ２３が構成されている。

ここで、給電アンテナ素子であるミアンダラインアンテナ４２は図７に実線Ｉで示すように、周波数Ｆ２（例えば２４３０ＭＨｚ）〜Ｆ４（例えば２４９０ＭＨｚ）の間でＶＳＷＲが３．０以下となる。また、無給電アンテナ素子であるミアンダラインアンテナ４１はミアンダラインアンテナ４２に静電結合されるため、ミアンダラインアンテナ４１の共振点はミアンダラインアンテナ４２の共振点の周波数より低くなる。このため、ミアンダラインアンテナ４１は図７に実線ＩＩで示すように、周波数Ｆ１（例えば２４１０ＭＨｚ）〜Ｆ３（例えば２４７０ＭＨｚ）の間でＶＳＷＲが３．０以下となる。

このため、アンテナ２３としては、実線Ｉと実線ＩＩを合成した周波数−ＶＳＷＲ特性となり、広帯域のアンテナとなって周波数Ｆ１〜Ｆ４の間でＶＳＷＲが３．０以下となる。この結果、ミアンダラインアンテナ４２の周囲の樹脂や金属の接近等によりミアンダラインアンテナ４２の共振点のずれが生じたとしても、周波数２４１２〜２４８４ＭＨｚでＶＳＷＲ＝３．０以下を満足することができる。

また、無線ＬＡＮカード２０の表面２０ａと裏面２０ｂに同一形状のミアンダラインアンテナ４１，４２を重なるように形成しているため、無線ＬＡＮカード２０におけるアンテナ２３の構成に必要な面積はアンテナ１つ分の面積で済み、アンテナ配置の自由度が向上する。

なお、無線ＬＡＮカード２０の表面２０ａに給電アンテナ素子であるミアンダラインアンテナ４２を設け、無線ＬＡＮカード２０の裏面２０ｂに無給電アンテナ素子であるミアンダラインアンテナ４１を設ける構成としても良い。この場合、ミアンダラインアンテナ４１の給電点４３とＲＦスイッチ２４との間はカード基板を貫通するスルーホールで接続する。

なお、上記実施形態ではミアンダラインアンテナ４２とミアンダラインアンテナ４１は重なる形状とされているが、ミアンダラインアンテナ４１の他端４１ｂを短縮又は延長してミアンダラインアンテナ４１の周波数・ＶＳＷＲ特性を調整することも可能である。

＜無線ＬＡＮカードの回路配置＞
図８は、無線ＬＡＮカード２０における回路配置を示す。無線ＬＡＮカード２０の裏面２０ｂのアンテナ搭載領域５０にはミアンダラインアンテナ４２が形成される。このミアンダラインアンテナ４２が形成される側の辺２０ｄと対向する辺２０ｃに沿って無線ＬＡＮ−ＩＣ５１が配設される。無線ＬＡＮ−ＩＣ５１は無線ＬＡＮ処理部２５を半導体集積化したものである。

アンテナ搭載領域５０と無線ＬＡＮ−ＩＣ５１との間における図中左方にはＲＦスイッチ２４が配置され、ＲＦスイッチ２４からアンテナ搭載領域５０の給電点４３に接続する配線５２が設けられている。また、ＲＦスイッチ２４から図中下方に延びる配線５３がマッチング回路３６に接続され、マッチング回路３６内にカード基板４０を貫通するスルーホール（図示せず）が設けられ、マッチング回路３６と無線ＬＡＮカード２０の表面２０ａのアンテナ端子２２ｂが接続されている。

アンテナ搭載領域５０と無線ＬＡＮ−ＩＣ５１との間における図中中央から右方には、送信回路部５５と受信回路部５６が配設されている。送信回路部５５は帯域フィルタ３３と増幅回路３４と低域フィルタ３５を有し、無線ＬＡＮ−ＩＣ５１と帯域フィルタ３３の間を配線５７で接続し、帯域フィルタ３３と増幅回路３４の間を配線５８で接続し、増幅回路３４と低域フィルタ３５の間を配線５９で接続し、低域フィルタ３５とＲＦスイッチ２４の間を配線６０で接続している。

受信回路部５６は帯域フィルタ３７を有し、無線ＬＡＮ−ＩＣ５１と帯域フィルタ３７の間を配線６１で接続し、帯域フィルタ３７とＲＦスイッチ２４の間を配線６２で接続している。また、無線ＬＡＮ−ＩＣ５１とＲＦスイッチ２４の間は切り替え制御用の配線６３で接続されている。

なお、図１（Ａ）に示す移動通信端末１０にカードデバイス用コネクタ１２の他に、一点鎖線で示すカードデバイス用コネクタ１７を増設し、このカードデバイス用コネクタ１７にマイクロＳＤメモリを装着するようにしてもよく、上記実施形態に限定されない。

１０移動通信端末
１１電池パック
１２カードデバイス用コネクタ
１３，２３アンテナ
１４，２４ＲＦスイッチ
２０無線ＬＡＮカード
２１，２２ａ，２２ｂ端子
２５無線ＬＡＮ処理部
３１ＥＥＰＲＯＭ
３２発振回路
３３，３７帯域フィルタ
３４増幅回路
３５低域フィルタ
３６マッチング回路
４０カード基板
４１，４２ミアンダラインアンテナ
４３給電点

Claims

移動通信端末に装着される無線通信用のカードデバイスであって、
前記カードデバイスの表面に形成された送受信用の無給電アンテナ素子と、
前記カードデバイスの裏面に形成された送受信用の給電アンテナ素子と、
を有し、
前記無給電アンテナ素子と前記給電アンテナ素子は前記カードデバイスのカード基板を挟んで重なる形状であることを特徴とするカードデバイス。
請求項１記載のカードデバイスにおいて、
前記無給電アンテナ素子及び前記給電アンテナ素子それぞれは、ミアンダラインアンテナであることを特徴とする移動通信端末。
請求項２記載のカードデバイスにおいて、
前記無給電アンテナ素子及び前記給電アンテナ素子で送受信する信号帯域は２．４ＧＨｚ帯であることを特徴とするカードデバイス。