JP4269540B2 - 携帯端末用無線モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信に用いられる携帯端末用無線モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の携帯端末用無線モジュールとしては、GPS(グローバル・ポジショニング・システム)のGPS受信器があり、図12にその概略構成図を示す。このGPS受信器はアンテナモジュール31とRF・デジタル回路モジュール32とを配線35を介して電気的に接続して構成される。ここで、アンテナモジュール31は、GPS衛星からの無線信号を受信するアンテナやその周辺回路で構成される。また、RF・デジタル回路モジュール32は、アンテナモジュール31の受信したGPS信号を処理するRF回路33や、GPS信号の復調を行う信号処理部及びGPS信号を信号処理して位置情報を求めるCPUよりなるデジタル回路34とを一体化して構成される。すなわち、RF回路33とデジタル回路34とを同一基板上に形成して1つのRF・デジタル回路モジュール32を構成しており、このモジュールとは別体に形成されたアンテナモジュール31との間を配線35を介して電気的に接続していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した携帯端末用無線モジュールでは、RF回路33とデジタル回路34とを同一基板上に形成しているため、基板の面積が大きくなり、この携帯用無線モジュールを装着する携帯用端末の小型化を妨げていた。
【0004】
また、上述の携帯端末用無線モジュールを小型の携帯用機器に搭載しようとすると、2つのモジュール31,32が近接して配置されるため、両者の間で電磁干渉が発生する虞がある。両モジュール31,32間の電磁干渉を防止するためには、それぞれのモジュール31,32を電磁シールドする必要があり、シールド部材によって小型化が阻害されるという問題があった。
【0005】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、アンテナと回路との間の電磁干渉を防止した小型で部品点数の少ない携帯端末用無線モジュールを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、携帯端末に用いられる無線通信信号の信号処理を行うための携帯端末用無線モジュールにおいて、アンテナと、アンテナを介して受信した高周波信号の周波数変換を行うRF回路の部品が実装されたRF回路基板と、RF回路の出力信号を処理するデジタル演算回路の部品が実装されたデジタル回路基板と、RF回路基板及びデジタル回路基板を両側面に保持する合成樹脂製の保持枠と、保持枠の枠片の内側面に設けた段部に載置される電磁シールド板と、保持枠の枠片に設けられてRF回路基板とデジタル回路基板の間を電気的に接続する接続配線と、RF回路基板とデジタル回路基板と電磁シールド板とを保持した保持枠を内部に収納する箱状のシールドケースとを備え、シールドケースにおいてRF回路基板側の表面にアンテナ部を配置し、アンテナ部の給電端子がシールドケースに設けた給電用孔に通されてRF回路基板に電気的に接続されたことを特徴とし、RF回路基板とデジタル回路基板とを所定の隙間を開けて重ねて配置しているので、1枚の回路基板にRF回路及びデジタル回路の部品を実装する場合に比べて回路基板1枚当たりの大きさを小さくでき、両回路基板を重ねて配置することにより回路基板の占める面積を小さくできる。しかも、アンテナを両回路基板と一体的に配置しているので、部品点数が少なくなり、さらにアンテナと回路基板とを別々に配置した場合のように、アンテナと回路基板との間を電気的に接続する接続配線の配線スペースを考慮する必要が無く、小型化を図ることができる。そのうえ、アンテナと両回路基板との間を電磁シールドしているので、両回路基板の発生する電磁波がアンテナから回り込んで、信号ノイズが発生するのを抑制することができる。
【0007】
しかも、RF回路基板とデジタル回路基板との間に電磁シールド板が配置されているので、電磁シールド板によりRF回路とデジタル回路との間の電磁干渉を防止できる。
【0008】
さらに、保持枠の枠部でRF回路基板とデジタル回路基板とを保持しているので、保持枠の枠内に対応する両回路基板の部位を部品の実装面として有効に利用することができ、且つRF回路基板とデジタル回路基板との間を所定の間隔に保つことができる。
【0009】
また更に、保持枠に接続配線を設けているので、別途配線を設けること無くRF回路基板とデジタル回路基板との間を電気的に接続することができ、配線を引き回すスペースが不要になるから、モジュールの小型化を図ることができる。そのうえ、保持枠を内部に収納するシールドケースによって、デジタル回路基板からアンテナへの電磁波の回り込みを防止できる。
【0010】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、電磁シールド板と回路基板のグランドとを電気的に接続するグランド配線を保持枠に設けたことを特徴とし、請求項1の発明の作用に加え、保持枠にグランド配線を設けているので、別途グランド配線を設けること無く電磁シールド板を接地することができ、配線を引き回すスペースが不要になるから、モジュールの小型化を図ることができる。
【0012】
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、RF回路基板は、マザーボードと、マザーボードの一面に装着されるドーターボードとで構成されることを特徴とし、請求項1又は2の発明の作用に加え、RF回路を構成する回路部品の一部をドーターボードに実装することによって、高密度配置の設計を容易に行うことができ、モジュールを容易に小型化できる。
【0013】
請求項4の発明では、請求項3の発明において、ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面と反対側の面に、高周波用の低雑音増幅器と前段フィルタの部品を実装したことを特徴とし、高周波用の低雑音増幅器と前段フィルタとをドーターボードに実装することにより、部品を高密度に配置でき、モジュールの小型化を実現できる。
【0014】
請求項5の発明では、請求項4の発明において、ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面に周波数変換回路をチップ化したICをベアチップ実装したことを特徴とし、請求項4の発明の作用に加え、ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面を有効に利用し、この面に周波数変換回路をチップ化したICをベアチップ実装しているので、マザーボードの小型化を図ることができる。しかも周波数変換回路をチップ化したICはベアチップ実装されており、このICの端面にはリードなどをが設けられていないので、実装に必要なスペースが小さくて済み、モジュールの小型化を図ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0018】
(実施形態1)
本発明の一実施形態に係るGPS受信器の一部省略せる上面図を図1(a)に、A−A’断面図を図1(b)に、下面図を図2に、B−B’断面図を図3にそれぞれ示す。尚、以下の説明では、特にことわりがなければ図1(b)の向きにおいて上下左右の方向を規定する。
【0019】
このGPS受信器1のケース2は、導電材料により下面が開口した略箱状に形成された上部シールドケース3と、導電材料により上面が開口した略箱状に形成された下部シールドケース4とで構成される(図5及び図6参照)。下部シールドケース4は上部シールドケース3よりも一回り大きい寸法に形成されており、上部シールドケース3の開口を下向きにして、上部シールドケース3を下部シールドケース4の開口内に上側から挿入した状態で、上部シールドケース3と下部シールドケース4とが結合される。
【0020】
ケース2の上面には、GPS衛星からの無線信号を受信するアンテナ部としてのパッチアンテナ5が取り付けられている。パッチアンテナ5の下面には給電端子5aが突設されており、この給電端子5aは上部シールドケース3の上面に形成された給電用孔3aからケース2内に挿入される。
【0021】
ケース2の内部には、RF回路の回路部品が実装されたRF回路基板6と、デジタル回路の回路部品が実装されたデジタル回路基板7と、保持枠8と、電磁シールド板9とが収納される。
【0022】
保持枠8は、図7に示すように、合成樹脂により中央に角孔8aを有する四角枠状に形成され、角孔8aを挟んで対向する二つの枠片の内側面には上下方向における中間部位に電磁シールド板9の両側縁が載置される段部8cが形成されている。段部8cが形成された枠片の内の一方には、保持枠8を上下方向に貫通する複数のスルーホール8dが所定の間隔で形成されている。また、スルーホール8dを設けた枠片の内側面には上面側から段部8cにかけて凹溝8eが形成され、この凹溝8eに導電材料よりなるめっき層を形成することによりグランド配線10が形成されている。
【0023】
RF回路基板6はセラミック基板や樹脂積層板などの矩形状の絶縁基板上にRF回路の回路部品を実装したもので、本実施形態のものは所謂パッシブアンテナ型のものであるから、アンテナ回路も同様に実装されている(尚、アクティブアンテナ型の場合は、アンテナ回路がアンテナの近傍に設けられることになる)。また本実施形態では、RF回路基板6を、図8(a)(b)に示すように、矩形板状のマザーボード6aと、マザーボード6aの下面側に装着されるドーターボード6bとで構成しており、1枚の回路基板に実装する場合に比べて基板の面積が小さく済むから、モジュール全体の大きさを小型化することができる。また、RF回路を構成する回路部品の一部をドーターボード6bに実装しているので、高密度配置の設計を容易に行うことができる。
【0024】
ここで、マザーボード6aの保持枠8側の面(下面)はRF回路の回路部品が実装される実装面となり、マザーボード6a下面の角孔7aに対応する部位にはドーターボード6bを装着するとともに、ドーターボード6bの周りに発振器11aなどの部品を実装してある。また、マザーボード6aの一辺には、保持枠8にマザーボード6aを保持させた状態で保持枠8に設けた複数のスルーホール8dにそれぞれ対応する部位に複数の端面端子14が設けられている。
【0025】
一方、ドーターボード6bにおけるマザーボード6aとの対向面と反対側の面(下面)には、低雑音増幅器(LNA)やLNA前段フィルタなどの回路部品13が実装され、マザーボード6a側の面(上面)には周波数変換回路をチップ化したRF−IC12をベアチップ実装している。ここで、ドーターボード6bには受動部品を内蔵した多層基板を利用して、省部品化および小型化を図っている。特に、ドーターボード6bには不要信号を抑圧するためのLNAの整合回路やLNA前段フィルタなどの受動部品を内蔵している。また、RF−IC12はドーターボード6bの上面にベアチップ実装されており、回路部品13の実装面以外の面を有効に利用して基板を小型化しており、またRF−IC12の端面にはリードなどが設けられていないので、実装に必要なスペースが小さくて済み、さらなる小型化、短配線化を図り、高周波特性を向上させている。尚、ドーターボード6bとマザーボード6aとの間の電気的接続は、RF−IC12の厚みを考慮して、RF−IC12の厚みよりも大きな直径の半田ボール26を介して行われる
デジタル回路基板7は、図9(a)(b)に示すように略矩形板状に形成され、保持枠8側の面(上面)及び反対側の面(下面)にはそれぞれデジタル回路を構成する回路部品が実装されている。例えば、デジタル回路基板7の上面には発振器11b、デジタルIC15、メモリ16、コンデンサや抵抗などの部品17が実装され、デジタル回路基板7の下面には発振器11c、電源回路18、リセット回路19、コネクタ20、コンデンサや抵抗などの部品21が実装されている。また、デジタル回路基板7の一辺には、保持枠8にデジタル回路基板7を保持させた状態で保持枠8に設けた複数のスルーホール8dにそれぞれ対応する部位に複数の端面端子22が設けられている。尚、デジタル回路基板7ではデジタルIC15及びメモリ16をベアチップ実装して、回路基板の小型化を図っている。また、下部シールドケース4の底面には角孔状の開口4aが形成されており、この開口4aからデジタル回路基板7に実装したコネクタ20が露出しているので、このコネクタ20を用いて外部基板(図示せず)との電気的接続を行うことができる。
【0026】
ここで、このGPS受信器を組み立てる際は、保持枠8の段部8cに電磁シールド板9を保持させた後、枠部8bの上面側でRF回路基板6を保持させるとともに、枠部8bの下面側でデジタル回路基板7を保持させ、保持枠8に設けたスルーホール8dに両回路基板6,7の端面端子14,22を半田付けすることによって、両回路基板6,7間がスルーホール8dを介して電気的に接続される。またこの時、電磁シールド板9は保持枠8の内側面に設けたグランド配線10を介してRF回路基板6のグランドに接地される。ここに、スルーホール8dにより両回路基板6,7の間を電気的に接続する接続配線が構成される。そして、電磁シールド板9を保持枠8の枠内に保持させるとともに、両回路基板6,7を保持枠8の上下両面に保持させた状態で、RF回路基板6を上側、デジタル回路基板7を下側にして、下部シールドケース4内に挿入した後、上部シールドケース3を上側から被せて、上部シールドケース3上にパッチアンテナ5を載置し、パッチアンテナ5の給電端子5aを給電用孔3aに挿通させてRF回路基板6に電気的に接続することにより、GPS受信器の組立が完了する。
【0027】
本実施形態のGPS受信器は上述のような構造を有しており、
RF回路基板6とデジタル回路基板7とを所定の隙間を開けて重ねて配置しているので、1枚の回路基板にRF回路及びデジタル回路の部品を実装する場合に比べて回路基板1枚当たりの大きさを小さくでき、両回路基板6,7を重ねて配置することにより回路基板の占める面積を小さくできる。また、パッチアンテナ5と両回路基板6,7との間には上部シールドケース3が介装されているので、パッチアンテナ5と両回路基板6,7の間を電磁シールドすることができ、両回路基板6,7の発生する電磁波がパッチアンテナ5から回り込んで、信号ノイズが発生するのを抑制できる。そして、パッチアンテナ5は両回路基板6,7とシールドされた状態で、両回路基板6,7と一体的に配置されているので、部品点数が少なくなり、パッチアンテナ5と回路基板6,7とを別々に配置した場合のように、パッチアンテナ5と回路基板6,7との間を電気的に接続する接続配線の配線スペースを考慮する必要が無く、小型化を図ることができる。
【0028】
さらに、RF回路基板6とデジタル回路基板7との間には電磁シールド板9が介装されるので、デジタル回路基板7の発生する電磁波からRF回路基板6を電磁シールドすることができる。また、両回路基板6,7は保持枠8の上下両面に保持されているので、保持枠8の枠内に対応する両回路基板6,7の部位を部品の実装面として有効に利用することができ、さらに両回路基板6,7の間の距離を所定の距離に保つことができる。
【0029】
また更に、デジタル回路基板7の下面を周辺シールド体としての下部シールドケース4が覆っているので、デジタル回路基板7から外部へ電磁波が輻射されるのを抑制し、パッチアンテナ5への電磁波の回り込みを防止することができる。尚、上部シールドケース3はパッチアンテナ5のグランドプレーンとしての機能も有している。
【0030】
また、両回路基板6,7の間を電気的に接続する接続配線と、電磁シールド板9を接地するグランド配線10とをそれぞれ保持枠8に設けているので、別途配線を設けることなく、両回路基板6,7の間を電気的に接続したり、電磁シールド板9を接地することができ、配線を引き回すスペースが不要になるから、モジュールの小型化を図ることができる。
【0031】
(参考例)
本発明の参考例を図10(a)(b)を参照して説明する。実施形態1ではアンテナ部としてパッチアンテナ5を用いているが、本参考例では上部シールドケース3の上面に角孔状の開口窓3bを形成し、開口窓3bに臨むRF回路基板6上面の部位にアンテナ部としてのチップアンテナ24を実装している。そして、RF回路基板6の上面に、チップアンテナ24を囲むようにしてグランドパターン23を形成しており、このグランドパターン23によって、RF回路及びデジタル回路の部品とチップアンテナ24との間を電磁シールドしている。尚、上部シールドケース3、RF回路基板6及びチップアンテナ24以外の構成は実施形態1と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【0032】
このように、本参考例では、RF回路基板6の実装面(下面)と反対側の面(上面)を利用してチップアンテナ24を実装しているので、RF回路基板6の実装面以外の面を有効に利用してモジュールの小型化を図ることができる。さらに、RF回路基板6に設けたグランドパターン23により、RF回路及びデジタル回路の部品とチップアンテナ24との間を電磁シールドしているので、グランドパターン23を基板内部で接地することができ、RF回路及びデジタル回路の部品とチップアンテナとの間をシールドする部材をRF回路基板6と別体に形成した場合に比べて小型化を図ることができる。
【0033】
尚、本参考例ではRF回路基板6の上面にチップアンテナ24を実装しているが、チップアンテナ24の代わりに、図11に示すようにRF回路基板6の上面に形成した導電パターン(アンテナパターン)25でアンテナを構成するようにしても良く、上述と同様の効果を得ることができる。
【0034】
【発明の効果】
上述のように、請求項1の発明は、携帯端末に用いられる無線通信信号の信号処理を行うための携帯端末用無線モジュールにおいて、アンテナと、アンテナを介して受信した高周波信号の周波数変換を行うRF回路の部品が実装されたRF回路基板と、RF回路の出力信号を処理するデジタル演算回路の部品が実装されたデジタル回路基板と、RF回路基板及びデジタル回路基板を両側面に保持する合成樹脂製の保持枠と、保持枠の枠片の内側面に設けた段部に載置される電磁シールド板と、保持枠の枠片に設けられてRF回路基板とデジタル回路基板の間を電気的に接続する接続配線と、RF回路基板とデジタル回路基板と電磁シールド板とを保持した保持枠を内部に収納する箱状のシールドケースとを備え、シールドケースにおいてRF回路基板側の表面にアンテナ部を配置し、アンテナ部の給電端子がシールドケースに設けた給電用孔に通されてRF回路基板に電気的に接続されたことを特徴とし、RF回路基板とデジタル回路基板とを所定の隙間を開けて重ねて配置しているので、1枚の回路基板にRF回路及びデジタル回路の部品を実装する場合に比べて回路基板1枚当たりの大きさを小さくでき、両回路基板を重ねて配置することにより回路基板の占める面積を小さくできるという効果がある。しかも、アンテナを両回路基板と一体的に配置しているので、部品点数が少なくなり、さらにアンテナと回路基板とを別々に配置した場合のように、アンテナと回路基板との間を電気的に接続する接続配線の配線スペースを考慮する必要が無く、小型化を図ることができる。そのうえ、アンテナと両回路基板との間を電磁シールドしているので、両回路基板の発生する電磁波がアンテナから回り込んで、信号ノイズが発生するのを抑制できるという効果がある。
【0035】
しかも、RF回路基板とデジタル回路基板との間に電磁シールド板が配置されているので、電磁シールド板によりRF回路とデジタル回路との間の電磁干渉を防止できるという効果がある。
【0036】
さらに、保持枠の枠部でRF回路基板とデジタル回路基板とを保持しているので、保持枠の枠内に対応する両回路基板の部位を部品の実装面として有効に利用することができ、且つRF回路基板とデジタル回路基板との間を所定の間隔に保つことができるという効果がある。
【0037】
また更に、保持枠に接続配線を設けているので、別途配線を設けること無くRF回路基板とデジタル回路基板との間を電気的に接続することができ、配線を引き回すスペースが不要になるから、モジュールの小型化を図ることができるという効果がある。そのうえ、保持枠を内部に収納するシールドケースによって、デジタル回路基板からアンテナへの電磁波の回り込みを防止できるという効果がある。
【0038】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、RF回路基板とデジタル回路基板との間に配置される電磁シールド板を備え、当該電磁シールド板と回路基板のグランドとを電気的に接続するグランド配線を保持枠に設けたことを特徴とし、請求項1の発明の作用に加え、保持枠にグランド配線を設けているので、別途グランド配線を設けること無く電磁シールド板を接地することができ、配線を引き回すスペースが不要になるから、モジュールの小型化を図ることができるという効果がある。
【0040】
請求項3の発明は、請求項1又は2の何れか1つの発明において、RF回路基板は、マザーボードと、マザーボードの一面に装着されるドーターボードとで構成されることを特徴とし、請求項1又は2の発明の作用に加え、RF回路を構成する回路部品の一部をドーターボードに実装することによって、高密度配置の設計を容易に行うことができ、モジュールを容易に小型化できるという効果がある。
【0041】
請求項4の発明は、請求項3の発明において、ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面と反対側の面に、高周波用の低雑音増幅器と前段フィルタの部品を実装したことを特徴とし、高周波用の低雑音増幅器と前段フィルタとをドーターボードに実装することにより、部品を高密度に配置でき、モジュールの小型化を実現できるという効果がある。
【0042】
請求項5の発明は、請求項4の発明において、ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面に周波数変換回路をチップ化したICをベアチップ実装したことを特徴とし、請求項4の発明の作用に加え、ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面を有効に利用し、この面に周波数変換回路をチップ化したICをベアチップ実装しているので、マザーボードの小型化を図ることができるという効果がある。しかも周波数変換回路をチップ化したICはベアチップ実装されており、このICの端面にはリードなどをが設けられていないので、実装に必要なスペースが小さくて済み、モジュールの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の携帯端末用無線モジュールを示し、(a)はパッチアンテナを取り外した状態の上面図、(b)はA−A’断面図である。
【図2】同上の下面図である。
【図3】同上を示し、図1(a)のB−B’断面図である。
【図4】同上の分解図である。
【図5】同上に用いる上部シールドケースの外観斜視図である。
【図6】同上に用いる上部シールドケースの外観斜視図である。
【図7】同上に用いる保持枠の外観斜視図である。
【図8】同上に用いる高周波回路基板を示し、(a)はマザーボードにドーターボードを取り付けた状態の下面図、(b)はドーターボードの裏面図である。
【図9】同上に用いるデジタル回路基板を示し、(a)は上面図、(b)は下面図である。
【図10】参考例の携帯端末用無線モジュールを示し、(a)は上面図、(b)は上部シールドケースの外観斜視図である。
【図11】同上の別の携帯端末用無線モジュールの上面図である。
【図12】従来の携帯端末用無線モジュールの概略構成図である。
【符号の説明】
3 上部シールドケース
4 下部シールドケース
5 パッチアンテナ
6 RF回路基板
7 デジタル回路基板
Claims (5)
- 携帯端末に用いられる無線通信信号の信号処理を行うための携帯端末用無線モジュールにおいて、アンテナ部と、アンテナ部を介して受信した無線信号を処理するRF回路の部品が実装されたRF回路基板と、RF回路の出力信号を処理するデジタル演算回路の部品が実装されたデジタル回路基板と、RF回路基板及びデジタル回路基板を両側面に保持する合成樹脂製の保持枠と、保持枠の枠片の内側面に設けた段部に載置される電磁シールド板と、保持枠の枠片に設けられてRF回路基板とデジタル回路基板の間を電気的に接続する接続配線と、RF回路基板とデジタル回路基板と電磁シールド板とを保持した保持枠を内部に収納する箱状のシールドケースとを備え、シールドケースにおいてRF回路基板側の表面にアンテナ部を配置し、アンテナ部の給電端子がシールドケースに設けた給電用孔に通されてRF回路基板に電気的に接続されたことを特徴とする携帯端末用無線モジュール。
- 電磁シールド板と回路基板のグランドとを電気的に接続するグランド配線を保持枠に設けたことを特徴とする請求項1記載の携帯端末用無線モジュール。
- RF回路基板は、マザーボードと、マザーボードの一面に装着されるドーターボードとで構成されることを特徴とする請求項1又は2の何れか1項に記載の携帯端末用無線モジュール。
- ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面と反対側の面に、高周波用の低雑音増幅器と前段フィルタの部品を実装したことを特徴とする請求項3記載の携帯端末用無線モジュール。
- ドーターボードにおけるマザーボードとの対向面に周波数変換回路をチップ化したICをベアチップ実装したことを特徴とする請求項4記載の携帯端末用無線モジュール。
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