広帯域アンテナ
【課題】パソコン、携帯電話あるいはＰＤＡ等の情報端末機器等の内部に組込むアンテナにおいて、ＷＡＮ帯域と無線ＬＡＮ帯域の両帯域での送受信が可能な広帯域アンテナを提供する。
【解決手段】高周波側放射エレメント１ａと、多重折り返し状の低周波側エレメント１ｂとからなるアンテナにおいて、一端が開放された第１のスリットＳ１と第２のスリットＳ２を形成し、該第１のスリットＳ１と該第２のスリットＳ２を電磁結合し、共振するようにした。なお、該高周波側放射エレメント１ａ及び該低周波側エレメント１ｂの接続部近傍に給電点Ｐ１を設け、さらに、第１のスリットＳ１を挟んで給電点Ｐ１と対面するグランド板４の縁部４ａの端部にアースポイントＰ２を設け、ここに、給電用同軸ケーブル５を接続する。
【解決手段】高周波側放射エレメント１ａと、多重折り返し状の低周波側エレメント１ｂとからなるアンテナにおいて、一端が開放された第１のスリットＳ１と第２のスリットＳ２を形成し、該第１のスリットＳ１と該第２のスリットＳ２を電磁結合し、共振するようにした。なお、該高周波側放射エレメント１ａ及び該低周波側エレメント１ｂの接続部近傍に給電点Ｐ１を設け、さらに、第１のスリットＳ１を挟んで給電点Ｐ１と対面するグランド板４の縁部４ａの端部にアースポイントＰ２を設け、ここに、給電用同軸ケーブル５を接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）、携帯電話、あるいはＶＩＣＳなどの情報端末機器等に内蔵させる多周波用小型アンテナに関する。更に詳しくは、本発明は携帯電話で使用しているＷＡＮ帯域から無線ＬＡＮ帯域まで、１つのアンテナで広帯域をカバーできるアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線ＬＡＮあるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（近距離無線データ通信システム）搭載のＰＤＡ等においては、アンテナの多周波化とともに小型化の要求がますます強くなってきている。
そこで、本出願人は先に、図４に示すような多周波用小型アンテナを提案した（特願２００４−１０１３７４）。このアンテナにおいては、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）と短絡部（３）とでスリット（Ｓ）を形成するとともに、同軸ケーブル（５）の内部導体をスリット（Ｓ）の開放端部に位置する給電点（Ｐ１）に、そして外部導体をアースポイント（Ｐ２）に接続し、エレメント部（１）に給電することにより、スリット（Ｓ）が高周波側放射エレメント（１ａ）の共振点近傍に共振点を有するスリットアンテナとして機能するように工夫されている。なお、（１ｂ）は低周波側放射エレメントである。
しかるに、このアンテナにおいても、そこそこの通信品質は確保されるものの、用途あるいは設置環境によっては、帯域幅不足に起因する感度不良が生じることが判明した。この障害は、無線ＬＡＮ等で使用される周波数帯域（２ＧＨｚ及び５ＧＨｚ）は勿論、それよりも低めの周波数帯域、特に携帯電話等で使用されているＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）で起こりやすい。更に、使用周波数が低い場合、エレメント長が長くなるので、アンテナ形状・寸法が大きくなってしまい、機器によっては組み込めなくなる。
更に、最近では多周波化の要求とともに、１つのアンテナで、無線ＬＡＮ等で使用される帯域（２ＧＨｚ及び５ＧＨｚ）と携帯電話で使用されているＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）との両方の帯域に対応できるような広帯域化の要求も強くなってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明の課題は、小型でありながら帯域幅不足の懸念のない広帯域アンテナを提供することにある。
更に、本発明の他の課題は、ＷＡＮ帯域及び無線ＬＡＮ帯域の両帯域での通信感度に優れた広帯域アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者等は、高周波側放射エレメント及び多重折り返し状の低周波側放射エレメントを含むアンテナ内に、電磁結合により共振するような二つのスリットを共存させることにより、所望の広帯域で優れた通信感度を実現するに至った。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアンテナでは、以下の格別顕著な効果が期待できる。
（１） 二つのスリット間の共振、およびこれら二つのスリットとアンテナ寸法の縮小化に寄与する多重折り返し状の低周波アンテナとの相互作用により、高周波側放射エレメントの共振点近傍での帯域幅が広がるとともに、周波数特性（ＶＳＷＲ）を改善することができ、通信感度が大幅に向上する。
（２）低周波側エレメントの一部のエレメント幅を、特に４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメントの幅より広くすることにより、１つのアンテナでＷＡＮ帯域及び無線ＬＡＮ帯域の両帯域での送受信が更に改善される。
（３）立体アンテナや平面アンテナ等の各種形態のアンテナに対しても対応でき、多用途での適用が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、二つのスリット間の共振点を最大共振周波数に設定した広帯域アンテナの例について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の広帯域アンテナの一例を示す正面図である。
図２は、図１の広帯域アンテナに給電用同軸ケーブルを取り付けた際の斜視図である。
図３は、本発明の広帯域アンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ特性）を示す図（グラフ）である。
図４は、２周波に対応した従来のアンテナの一例を示す斜視図である。
図１及び図２において、（１）はエレメント部で、共に細幅状の高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）とからなる、いわゆるデュアルタイプとして図示されている。後者の低周波側放射エレメント（１ｂ）は、高周波側放射エレメント（１ａ）の端部から接続部（Ａ）を経て多重折り返し（メアンダ）状に構成されている。ここで、（１ｂ−１）は一段目のエレメント、（１ｂ−２）は一段目のエレメント（１ｂ−１）から折り返し部（Ｂ）を経て折り返す二段目のエレメント、そして、（１ｂ−３）は二段目のエレメント（１ｂ−２）から折り返し部（Ｃ）を経て折り返す三段目のエレメントである。（２ａ）及び（２ｂ）はそれぞれに、高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側の一段目エレメント（１ｂ−１）の接続部（Ａ）近傍から、これらエレメントの反対側で且つ各エレメントの同一線上に設けた突出部である。（３）は、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）とを電気的に接続する短絡部である。その際、高周波側放射エレメント（１ａ）及び低周波側放射エレメント（１ｂ）は短絡部（３）を介してグランド板（４）と平行に配される。この結果、突出部（２ａ）と高周波側放射エレメント（１ａ）と短絡部（３）とグランド板（４）の縁部（４ａ）とで一端が開放された第１のスリット（Ｓ１）が形成され、更に突出部（２ａ）と突出部（2ｂ）と接続部（Ａ）とで一端が開放された第２のスリット（Ｓ２）が形成される。
更に、（Ｌ）は高周波側放射エレメント（１ａ）の長さ、（Ｌ１）はスリット（Ｓ１）の長さ、（Ｌ２）はスリット（Ｓ１）の幅、（Ｌ３）は突出部（２ａ）、（２ｂ）の各長さ、（Ｌ４）は突出部（２ａ）、（２ｂ）の各幅、（Ｌ５）はスリット（Ｓ２）の長さ、（Ｌ６）はスリット（Ｓ２）の幅、（Ｌ７）は高周波側エレメント（１ａ）と低周波側エレメント（１ｂ−１）との間隔、（Ｐ１）はエレメント部（１）に給電するための同軸ケーブル（５）（図２）の内部導体を接続する給電点で、接続部（Ａ）近傍に位置している。（Ｐ２）は該ケーブル（５）の外部導体を接続するアースポイントで、スリット（Ｓ１）を跨いでグランド板（４）の縁部（４ａ）で、給電点（Ｐ１）に対峙した位置に設けられる。
本発明で特徴的なことは、上記のスリット（Ｓ１）と（Ｓ２）とを電磁的結合により連結させた状態でスリットアンテナの機能を付与し、更にこれらスリットと多重折り返し状低周波側エレメントとの相互作用を利用したことにある。こうすることにより、高周波帯域での帯域幅が大幅に広がるばかりか、ＷＡＮ帯域及び無線ＬＡＮ帯域の両帯域での通信感度が改善される。
この点について、以下に詳細に説明する。
本発明では、スリット（Ｓ１）、（Ｓ２）間のスリット共振を利用し、帯域幅を広げているが、この場合、スリット（Ｓ１）と（Ｓ２）の全長に渡るスリット共振でなく、スリット（Ｓ１）と（Ｓ２）の一部でのスリット共振により多種多様の共振パターンが生じるため、広帯域に渡って、帯域幅が広げられる。
具体的に述べると、帯域幅１００ＭＨｚ（メガヘルツ）〜２ＧＨｚ（ギガヘルツ）が確保できるよう、高周波側放射エレメント（１ａ）の共振周波数に応じてスリット部（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）を調整して共振周波数を設定すればよい。ここで、スリット（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）は４０ｍｍ〜６０ｍｍ、スリット（Ｓ２）の長さ（Ｌ５）は２０ｍｍ〜３０ｍｍであるのが好ましい
更に、突出部（２ａ）、（２ｂ）の各長さ（Ｌ３）は高周波側放射エレメント（１ａ）の長さの２０％〜５０％程度に設定すればよい。具体的には、この（Ｌ３）は１８ｍｍ〜２９ｍｍ、好ましくはスリット（Ｓ２）の長さ（Ｌ５）と同等もしくは（Ｌ５−２ｍｍ）程度であればよい。又、突出部（２ａ）、（２ｂ）の各幅（Ｌ４）は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜１．５ｍｍで通常は、対応する放射エレメント部（１ａ）及び（１ｂ−１）の幅と同じでよい。更に、本発明では、給電点（Ｐ１）及びアースポイント（Ｐ２）を接続部（Ａ）近傍に位置させる。これにより、スリット（Ｓ1）と（Ｓ２）とを電磁的に結合してスリットアンテナとしてより共振させることができるので、アンテナの帯域幅が広げられる。又、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）との間隔（Ｌ２）が広すぎると、スリット部（Ｓ１）に誘起される電磁界が弱くなり、帯域を広げる効果が無くなり、反対に、この間隔が狭すぎると干渉を起こす等の不安定状態になる。このことから、（Ｌ２）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で調整することが好ましい。同様の理由により、突出部（２ａ）―（２ｂ）間の間隔（スリット（Ｓ２）の幅（Ｌ６）も０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で調整することが好ましい。
【０００７】
次に、本発明のその余の構成について説明する。
本発明においては、エレメント部（１）の各放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）の長さは採択しようとする波長の概ね１／４の長さに設定し、他方、その幅は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲から適宜採択する。ただし、後述するように、低周波側放射エレメント（１ｂ）については、一部の幅を特に４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメント（１ａ）の幅より広くすることもある。更に、その厚さについては格段の制約はないが、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度で十分である。又、高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ―１）との間隔は、安定した動作を確保するため、１ｍｍ以上であることが好ましい。これらの間隔が０．１ｍｍ未満では干渉等の不安定現象が生じる懸念がある。同様の理由により、低周波側の放射エレメント（１ｂ―１）と（１ｂ―２）との間隔、及び（１ｂ―２）と（１ｂ―３）との間隔も、１ｍｍ以上であることが好ましい。
これらの放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）の材質としては、洋白（白銅）、銅、鉄、黄銅等の導電性の金属が好ましい。高周波側放射エレメント（１ａ）及び多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）の作成にあたっては、これら金属の一枚板を打ち抜いて、突出部（２ａ）と（２ｂ）、短絡部（３）及びグランド板（４）とを一体打ち抜き体としてもよい。あるいは、平板状絶縁性基板上に銅箔のような金属薄膜を貼り付けた状態で、該金属膜をエッチングして所望のアンテナ形状を得るのも有用である。
又、グランド板（４）については、安定したアンテナ動作を得るためには、グランド板（４）の必要最低面積（ｍｍ２）はλ／４＊λ／４（λは波長）以上を満足することが好ましい。したがって、より安定したアンテナ動作を望む場合には、スペースの許す限り、その面積を大きくすればよい。短絡部（３）については、エレメント部（１）とグランド板（４）とを接続する機能を呈する限り、その形状は任意である。
給電用同軸ケーブル（５）としては、周知のフッ素樹脂被覆等の高周波同軸ケーブルが採用される。このケーブル（５）の内部導体の終端を給電点（Ｐ１）に、そして外部導体をアースポイント（Ｐ２）に接続するには、ハンダ付あるいは超音波接続等を利用すればよい。
以上の構成により、通常の無線ＬＡＮ等で使用される帯域（２ＧＨｚ及び５ＧＨｚ）においては上記のアンテナは十分な通信感度を実現できるが、携帯電話等で使用しているＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）においては、LAN帯域に比べて通信感度がやや劣ることもある。そこで、ＷＡＮ帯域での通信を更に安定させるには、多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）の少なくとも一部のエレメント幅を４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメント（１ａ）の幅より広くして、低帯域での十分な電解強度を確保するのが有効である。この場合、多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）の全表面積に対して、幅が４ｍｍ以上のエレメント部分の面積が２０％以上を占めるのが好ましい。因みに、図１及び図２においては、多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）のうち、二段目のエレメント（１ｂ−２）の幅が４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメント（１ａ）の幅より広くした例を示している。こうすることにより、後述の図３に示すような、ＷＡＮ帯域〜ＬＡＮ帯域の両帯域がカバーできる広帯域アンテナが得られる。
以上の態様は、スリット（Ｓ1）とスリット（Ｓ２）とを電磁結合により共振させ、その共振点を最大共振周波数に設定した例であるが、該共振点は、任意且つ所望の共振周波数に設定されてもよい。又、この態様は２周波アンテナの例であるが、放射エレメントの構成本数に応じて３周波以上の多周波に展開できることは言うまでもない。更に、アンテナ自体は、上述の板金によるアンテナ以外にアンテナ取付け空間の状況に応じて立体アンテナあるいは平面アンテナに展開できることは言うまでもない。なお、スリット（Ｓ）と突出部（２）とを別の第３周波用エレメントとして設定することもでき、この場合は、図２の態様で３周波にも対応可能であることを付言しておく。
【実施例】
【０００８】
以下に、図１〜図２に示したＷＡＮ帯域〜ＬＡＮ帯域までカバーできる広帯域アンテナを、パソコン内蔵用として適用する例について示す。
先ず、厚さが０．４ｍｍの洋白一枚板を打ち抜きにより、以下のａ．〜ｄ．の要領で、放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）、短絡部（３）、接続部（Ａ）、突出部（２ａ）、（２ｂ）、及びグランド板（４）を作成した。
ａ．高周波側放射エレメント（１ａ）として、１８００ＭＨｚの波長に対応する、長さ（Ｌ）２０ｍｍ、幅１．５ｍｍのエレメントを形成する。その際、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）とは１．５ｍｍの間隔（スリット幅（Ｌ２））を開けて平行に配置した 又、短絡部（３）は、長さ１．５ｍｍ、幅３ｍｍとした。
ｂ．多重折り返し状低周波側放射エレメント（１ｂ）として、８９４ＭＨｚの波長に対応した全長９４ｍｍのエレメントを、高周波側放射エレメント（１ａ）の端部から幅が３ｍｍの接続部（Ａ）を経て多重（３重）折り返し状の低周波側エレメント（１ｂ）を形成した。その際、一段目エレメント（１ｂ−１）は幅１．５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、二段目エレメント（１ｂ−２）は幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、そして、三段目エレメント（１ｂ−３）は幅３ｍｍ、長さ２０ｍｍとし、各エレメント間の間隔はいずれも２ｍｍとした。
ｃ．高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側の一段目エレメント（１ｂ―１）の接続部（Ａ）とは反対側で且つ各エレメントの同一線上に突出部（２ａ）及び（２ｂ）を形成した。これらの突出部はいずれも長さ（Ｌ３）を２７ｍｍ、幅（Ｌ４）を１．５ｍｍとした。
ｄ．グランド板（４）の寸法は、高さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍとした。
この結果、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）、突出部（２ａ）及び短絡部（３）とにより、長さ（Ｌ１）が４７ｍｍ、スリット幅（Ｌ２）が１．５ｍｍで一端が開放されたスリット（Ｓ１）が形成された。又、突出部（２ａ）、（２ｂ）と接続部（Ａ）とにより長さ（Ｌ３）が２７ｍｍ、スリット幅（Ｌ６）が１．５ｍｍで一端が開放されたスリット（Ｓ２）が形成された。これら二つのスリット（Ｓ１）、（Ｓ２）とは、それぞれのスリットの開放端に近い側のスリットの一部分が互いに電磁結合することにより、１８００ＭＨｚ近傍の波長に共振するスリットであった。
上記の打ち抜き品において、給電点（Ｐ１）は、接続部（Ａ）近傍の位置に設け、一方、アースポイント（Ｐ２）の位置は、スリット（Ｓ１）を挟んで給電点（Ｐ１）と対面するグランド板（４）の縁（４ａ）の上端の位置とした。最後に、外径１．１３ｍｍ、内部導体径０．２４ｍｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）被覆の高周波同軸ケーブル（５）がスリット（Ｓ１）の開放部を跨ぐ形で、該ケーブルの内部導体の終端部を給電点（Ｐ１）に、そして該ケーブルの外部導体をアースポイント（Ｐ２）にそれぞれハンダにより接続することにより、図２に示すようなパソコン内蔵用アンテナを得た。
このアンテナの帯域幅を測定したところ、図３に示すように、ＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）及びＬＡＮ帯域（２．５ＧＨｚ／５ＧＨｚ）両帯域でのＶＳＷＲが２以下の帯域が６００ＭＨｚ以上と十分に確保されていた。
以上、本発明をパソコンに内蔵するアンテナの例で説明したが、本発明の思想の範囲内であれば、種々の応用が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明のアンテナはコンパクトで、しかも安定した通信特性を具備するので、パソコンの他に、ＰＤＡ、携帯電話、或いはＶＩＣＳ等、各種情報端末機器のみならず、通信機能を有した情報家電、更には自動車関連機器へも同様に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の広帯域アンテナの一例を示す正面図である。
【図２】図１の広帯域アンテナに給電用同軸ケーブルを取り付けた際の斜視図である。
【図３】本発明の広帯域アンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ）を示す図（グラフ）である。
【図４】２周波に対応した従来のアンテナの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１１】
１ エレメント部
１ａ 高周波側放射エレメント
１ｂ 多重折り返し状の低周波側放射エレメント
１ｂ―１ 低周波側放射エレメント（１ｂ）中の一段目のエレメント
１ｂ―２ 低周波側放射エレメント（１ｂ）中の二段目のエレメント
１ｂ―３ 低周波側放射エレメント（１ｂ）中の三段目のエレメント
２ａ、２ｂ 突出部
３ 短絡部
４ グランド板
４ａ グランド板（４）の縁部
５ 給電用同軸ケーブル
Ａ 高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）との接続部
Ｂ、Ｃ 折り返し部
Ｓ１ 第１のスリット
Ｓ２ 第２のスリット
Ｌ 高周波側放射エレメント（１ａ）の長さ
Ｌ１ スリット（Ｓ１）の長さ
Ｌ２ スリット（Ｓ１）の幅
Ｌ３ 突出部（２ａ）、（２ｂ）の各長さ
Ｌ４ 突出部（２ａ）、（２ｂ）の各幅
Ｌ５ スリット（Ｓ２）の長さ
Ｌ６ スリット（Ｓ２）の幅
Ｌ７ 高周波側エレメント（１ａ）と低周波側エレメント（１ｂ−１）との間隔
Ｐ１
給電点
Ｐ２ アースポイント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）、携帯電話、あるいはＶＩＣＳなどの情報端末機器等に内蔵させる多周波用小型アンテナに関する。更に詳しくは、本発明は携帯電話で使用しているＷＡＮ帯域から無線ＬＡＮ帯域まで、１つのアンテナで広帯域をカバーできるアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線ＬＡＮあるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（近距離無線データ通信システム）搭載のＰＤＡ等においては、アンテナの多周波化とともに小型化の要求がますます強くなってきている。
そこで、本出願人は先に、図４に示すような多周波用小型アンテナを提案した（特願２００４−１０１３７４）。このアンテナにおいては、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）と短絡部（３）とでスリット（Ｓ）を形成するとともに、同軸ケーブル（５）の内部導体をスリット（Ｓ）の開放端部に位置する給電点（Ｐ１）に、そして外部導体をアースポイント（Ｐ２）に接続し、エレメント部（１）に給電することにより、スリット（Ｓ）が高周波側放射エレメント（１ａ）の共振点近傍に共振点を有するスリットアンテナとして機能するように工夫されている。なお、（１ｂ）は低周波側放射エレメントである。
しかるに、このアンテナにおいても、そこそこの通信品質は確保されるものの、用途あるいは設置環境によっては、帯域幅不足に起因する感度不良が生じることが判明した。この障害は、無線ＬＡＮ等で使用される周波数帯域（２ＧＨｚ及び５ＧＨｚ）は勿論、それよりも低めの周波数帯域、特に携帯電話等で使用されているＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）で起こりやすい。更に、使用周波数が低い場合、エレメント長が長くなるので、アンテナ形状・寸法が大きくなってしまい、機器によっては組み込めなくなる。
更に、最近では多周波化の要求とともに、１つのアンテナで、無線ＬＡＮ等で使用される帯域（２ＧＨｚ及び５ＧＨｚ）と携帯電話で使用されているＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）との両方の帯域に対応できるような広帯域化の要求も強くなってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明の課題は、小型でありながら帯域幅不足の懸念のない広帯域アンテナを提供することにある。
更に、本発明の他の課題は、ＷＡＮ帯域及び無線ＬＡＮ帯域の両帯域での通信感度に優れた広帯域アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者等は、高周波側放射エレメント及び多重折り返し状の低周波側放射エレメントを含むアンテナ内に、電磁結合により共振するような二つのスリットを共存させることにより、所望の広帯域で優れた通信感度を実現するに至った。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアンテナでは、以下の格別顕著な効果が期待できる。
（１） 二つのスリット間の共振、およびこれら二つのスリットとアンテナ寸法の縮小化に寄与する多重折り返し状の低周波アンテナとの相互作用により、高周波側放射エレメントの共振点近傍での帯域幅が広がるとともに、周波数特性（ＶＳＷＲ）を改善することができ、通信感度が大幅に向上する。
（２）低周波側エレメントの一部のエレメント幅を、特に４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメントの幅より広くすることにより、１つのアンテナでＷＡＮ帯域及び無線ＬＡＮ帯域の両帯域での送受信が更に改善される。
（３）立体アンテナや平面アンテナ等の各種形態のアンテナに対しても対応でき、多用途での適用が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、二つのスリット間の共振点を最大共振周波数に設定した広帯域アンテナの例について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の広帯域アンテナの一例を示す正面図である。
図２は、図１の広帯域アンテナに給電用同軸ケーブルを取り付けた際の斜視図である。
図３は、本発明の広帯域アンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ特性）を示す図（グラフ）である。
図４は、２周波に対応した従来のアンテナの一例を示す斜視図である。
図１及び図２において、（１）はエレメント部で、共に細幅状の高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）とからなる、いわゆるデュアルタイプとして図示されている。後者の低周波側放射エレメント（１ｂ）は、高周波側放射エレメント（１ａ）の端部から接続部（Ａ）を経て多重折り返し（メアンダ）状に構成されている。ここで、（１ｂ−１）は一段目のエレメント、（１ｂ−２）は一段目のエレメント（１ｂ−１）から折り返し部（Ｂ）を経て折り返す二段目のエレメント、そして、（１ｂ−３）は二段目のエレメント（１ｂ−２）から折り返し部（Ｃ）を経て折り返す三段目のエレメントである。（２ａ）及び（２ｂ）はそれぞれに、高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側の一段目エレメント（１ｂ−１）の接続部（Ａ）近傍から、これらエレメントの反対側で且つ各エレメントの同一線上に設けた突出部である。（３）は、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）とを電気的に接続する短絡部である。その際、高周波側放射エレメント（１ａ）及び低周波側放射エレメント（１ｂ）は短絡部（３）を介してグランド板（４）と平行に配される。この結果、突出部（２ａ）と高周波側放射エレメント（１ａ）と短絡部（３）とグランド板（４）の縁部（４ａ）とで一端が開放された第１のスリット（Ｓ１）が形成され、更に突出部（２ａ）と突出部（2ｂ）と接続部（Ａ）とで一端が開放された第２のスリット（Ｓ２）が形成される。
更に、（Ｌ）は高周波側放射エレメント（１ａ）の長さ、（Ｌ１）はスリット（Ｓ１）の長さ、（Ｌ２）はスリット（Ｓ１）の幅、（Ｌ３）は突出部（２ａ）、（２ｂ）の各長さ、（Ｌ４）は突出部（２ａ）、（２ｂ）の各幅、（Ｌ５）はスリット（Ｓ２）の長さ、（Ｌ６）はスリット（Ｓ２）の幅、（Ｌ７）は高周波側エレメント（１ａ）と低周波側エレメント（１ｂ−１）との間隔、（Ｐ１）はエレメント部（１）に給電するための同軸ケーブル（５）（図２）の内部導体を接続する給電点で、接続部（Ａ）近傍に位置している。（Ｐ２）は該ケーブル（５）の外部導体を接続するアースポイントで、スリット（Ｓ１）を跨いでグランド板（４）の縁部（４ａ）で、給電点（Ｐ１）に対峙した位置に設けられる。
本発明で特徴的なことは、上記のスリット（Ｓ１）と（Ｓ２）とを電磁的結合により連結させた状態でスリットアンテナの機能を付与し、更にこれらスリットと多重折り返し状低周波側エレメントとの相互作用を利用したことにある。こうすることにより、高周波帯域での帯域幅が大幅に広がるばかりか、ＷＡＮ帯域及び無線ＬＡＮ帯域の両帯域での通信感度が改善される。
この点について、以下に詳細に説明する。
本発明では、スリット（Ｓ１）、（Ｓ２）間のスリット共振を利用し、帯域幅を広げているが、この場合、スリット（Ｓ１）と（Ｓ２）の全長に渡るスリット共振でなく、スリット（Ｓ１）と（Ｓ２）の一部でのスリット共振により多種多様の共振パターンが生じるため、広帯域に渡って、帯域幅が広げられる。
具体的に述べると、帯域幅１００ＭＨｚ（メガヘルツ）〜２ＧＨｚ（ギガヘルツ）が確保できるよう、高周波側放射エレメント（１ａ）の共振周波数に応じてスリット部（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）を調整して共振周波数を設定すればよい。ここで、スリット（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）は４０ｍｍ〜６０ｍｍ、スリット（Ｓ２）の長さ（Ｌ５）は２０ｍｍ〜３０ｍｍであるのが好ましい
更に、突出部（２ａ）、（２ｂ）の各長さ（Ｌ３）は高周波側放射エレメント（１ａ）の長さの２０％〜５０％程度に設定すればよい。具体的には、この（Ｌ３）は１８ｍｍ〜２９ｍｍ、好ましくはスリット（Ｓ２）の長さ（Ｌ５）と同等もしくは（Ｌ５−２ｍｍ）程度であればよい。又、突出部（２ａ）、（２ｂ）の各幅（Ｌ４）は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜１．５ｍｍで通常は、対応する放射エレメント部（１ａ）及び（１ｂ−１）の幅と同じでよい。更に、本発明では、給電点（Ｐ１）及びアースポイント（Ｐ２）を接続部（Ａ）近傍に位置させる。これにより、スリット（Ｓ1）と（Ｓ２）とを電磁的に結合してスリットアンテナとしてより共振させることができるので、アンテナの帯域幅が広げられる。又、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）との間隔（Ｌ２）が広すぎると、スリット部（Ｓ１）に誘起される電磁界が弱くなり、帯域を広げる効果が無くなり、反対に、この間隔が狭すぎると干渉を起こす等の不安定状態になる。このことから、（Ｌ２）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で調整することが好ましい。同様の理由により、突出部（２ａ）―（２ｂ）間の間隔（スリット（Ｓ２）の幅（Ｌ６）も０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で調整することが好ましい。
【０００７】
次に、本発明のその余の構成について説明する。
本発明においては、エレメント部（１）の各放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）の長さは採択しようとする波長の概ね１／４の長さに設定し、他方、その幅は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲から適宜採択する。ただし、後述するように、低周波側放射エレメント（１ｂ）については、一部の幅を特に４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメント（１ａ）の幅より広くすることもある。更に、その厚さについては格段の制約はないが、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度で十分である。又、高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ―１）との間隔は、安定した動作を確保するため、１ｍｍ以上であることが好ましい。これらの間隔が０．１ｍｍ未満では干渉等の不安定現象が生じる懸念がある。同様の理由により、低周波側の放射エレメント（１ｂ―１）と（１ｂ―２）との間隔、及び（１ｂ―２）と（１ｂ―３）との間隔も、１ｍｍ以上であることが好ましい。
これらの放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）の材質としては、洋白（白銅）、銅、鉄、黄銅等の導電性の金属が好ましい。高周波側放射エレメント（１ａ）及び多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）の作成にあたっては、これら金属の一枚板を打ち抜いて、突出部（２ａ）と（２ｂ）、短絡部（３）及びグランド板（４）とを一体打ち抜き体としてもよい。あるいは、平板状絶縁性基板上に銅箔のような金属薄膜を貼り付けた状態で、該金属膜をエッチングして所望のアンテナ形状を得るのも有用である。
又、グランド板（４）については、安定したアンテナ動作を得るためには、グランド板（４）の必要最低面積（ｍｍ２）はλ／４＊λ／４（λは波長）以上を満足することが好ましい。したがって、より安定したアンテナ動作を望む場合には、スペースの許す限り、その面積を大きくすればよい。短絡部（３）については、エレメント部（１）とグランド板（４）とを接続する機能を呈する限り、その形状は任意である。
給電用同軸ケーブル（５）としては、周知のフッ素樹脂被覆等の高周波同軸ケーブルが採用される。このケーブル（５）の内部導体の終端を給電点（Ｐ１）に、そして外部導体をアースポイント（Ｐ２）に接続するには、ハンダ付あるいは超音波接続等を利用すればよい。
以上の構成により、通常の無線ＬＡＮ等で使用される帯域（２ＧＨｚ及び５ＧＨｚ）においては上記のアンテナは十分な通信感度を実現できるが、携帯電話等で使用しているＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）においては、LAN帯域に比べて通信感度がやや劣ることもある。そこで、ＷＡＮ帯域での通信を更に安定させるには、多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）の少なくとも一部のエレメント幅を４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメント（１ａ）の幅より広くして、低帯域での十分な電解強度を確保するのが有効である。この場合、多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）の全表面積に対して、幅が４ｍｍ以上のエレメント部分の面積が２０％以上を占めるのが好ましい。因みに、図１及び図２においては、多重折り返し状の低周波側放射エレメント（１ｂ）のうち、二段目のエレメント（１ｂ−２）の幅が４ｍｍ以上で尚且つ高周波側放射エレメント（１ａ）の幅より広くした例を示している。こうすることにより、後述の図３に示すような、ＷＡＮ帯域〜ＬＡＮ帯域の両帯域がカバーできる広帯域アンテナが得られる。
以上の態様は、スリット（Ｓ1）とスリット（Ｓ２）とを電磁結合により共振させ、その共振点を最大共振周波数に設定した例であるが、該共振点は、任意且つ所望の共振周波数に設定されてもよい。又、この態様は２周波アンテナの例であるが、放射エレメントの構成本数に応じて３周波以上の多周波に展開できることは言うまでもない。更に、アンテナ自体は、上述の板金によるアンテナ以外にアンテナ取付け空間の状況に応じて立体アンテナあるいは平面アンテナに展開できることは言うまでもない。なお、スリット（Ｓ）と突出部（２）とを別の第３周波用エレメントとして設定することもでき、この場合は、図２の態様で３周波にも対応可能であることを付言しておく。
【実施例】
【０００８】
以下に、図１〜図２に示したＷＡＮ帯域〜ＬＡＮ帯域までカバーできる広帯域アンテナを、パソコン内蔵用として適用する例について示す。
先ず、厚さが０．４ｍｍの洋白一枚板を打ち抜きにより、以下のａ．〜ｄ．の要領で、放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）、短絡部（３）、接続部（Ａ）、突出部（２ａ）、（２ｂ）、及びグランド板（４）を作成した。
ａ．高周波側放射エレメント（１ａ）として、１８００ＭＨｚの波長に対応する、長さ（Ｌ）２０ｍｍ、幅１．５ｍｍのエレメントを形成する。その際、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）とは１．５ｍｍの間隔（スリット幅（Ｌ２））を開けて平行に配置した 又、短絡部（３）は、長さ１．５ｍｍ、幅３ｍｍとした。
ｂ．多重折り返し状低周波側放射エレメント（１ｂ）として、８９４ＭＨｚの波長に対応した全長９４ｍｍのエレメントを、高周波側放射エレメント（１ａ）の端部から幅が３ｍｍの接続部（Ａ）を経て多重（３重）折り返し状の低周波側エレメント（１ｂ）を形成した。その際、一段目エレメント（１ｂ−１）は幅１．５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、二段目エレメント（１ｂ−２）は幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、そして、三段目エレメント（１ｂ−３）は幅３ｍｍ、長さ２０ｍｍとし、各エレメント間の間隔はいずれも２ｍｍとした。
ｃ．高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側の一段目エレメント（１ｂ―１）の接続部（Ａ）とは反対側で且つ各エレメントの同一線上に突出部（２ａ）及び（２ｂ）を形成した。これらの突出部はいずれも長さ（Ｌ３）を２７ｍｍ、幅（Ｌ４）を１．５ｍｍとした。
ｄ．グランド板（４）の寸法は、高さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍとした。
この結果、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）、突出部（２ａ）及び短絡部（３）とにより、長さ（Ｌ１）が４７ｍｍ、スリット幅（Ｌ２）が１．５ｍｍで一端が開放されたスリット（Ｓ１）が形成された。又、突出部（２ａ）、（２ｂ）と接続部（Ａ）とにより長さ（Ｌ３）が２７ｍｍ、スリット幅（Ｌ６）が１．５ｍｍで一端が開放されたスリット（Ｓ２）が形成された。これら二つのスリット（Ｓ１）、（Ｓ２）とは、それぞれのスリットの開放端に近い側のスリットの一部分が互いに電磁結合することにより、１８００ＭＨｚ近傍の波長に共振するスリットであった。
上記の打ち抜き品において、給電点（Ｐ１）は、接続部（Ａ）近傍の位置に設け、一方、アースポイント（Ｐ２）の位置は、スリット（Ｓ１）を挟んで給電点（Ｐ１）と対面するグランド板（４）の縁（４ａ）の上端の位置とした。最後に、外径１．１３ｍｍ、内部導体径０．２４ｍｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）被覆の高周波同軸ケーブル（５）がスリット（Ｓ１）の開放部を跨ぐ形で、該ケーブルの内部導体の終端部を給電点（Ｐ１）に、そして該ケーブルの外部導体をアースポイント（Ｐ２）にそれぞれハンダにより接続することにより、図２に示すようなパソコン内蔵用アンテナを得た。
このアンテナの帯域幅を測定したところ、図３に示すように、ＷＡＮ帯域（８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１７１０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ）及びＬＡＮ帯域（２．５ＧＨｚ／５ＧＨｚ）両帯域でのＶＳＷＲが２以下の帯域が６００ＭＨｚ以上と十分に確保されていた。
以上、本発明をパソコンに内蔵するアンテナの例で説明したが、本発明の思想の範囲内であれば、種々の応用が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明のアンテナはコンパクトで、しかも安定した通信特性を具備するので、パソコンの他に、ＰＤＡ、携帯電話、或いはＶＩＣＳ等、各種情報端末機器のみならず、通信機能を有した情報家電、更には自動車関連機器へも同様に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の広帯域アンテナの一例を示す正面図である。
【図２】図１の広帯域アンテナに給電用同軸ケーブルを取り付けた際の斜視図である。
【図３】本発明の広帯域アンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ）を示す図（グラフ）である。
【図４】２周波に対応した従来のアンテナの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１１】
１ エレメント部
１ａ 高周波側放射エレメント
１ｂ 多重折り返し状の低周波側放射エレメント
１ｂ―１ 低周波側放射エレメント（１ｂ）中の一段目のエレメント
１ｂ―２ 低周波側放射エレメント（１ｂ）中の二段目のエレメント
１ｂ―３ 低周波側放射エレメント（１ｂ）中の三段目のエレメント
２ａ、２ｂ 突出部
３ 短絡部
４ グランド板
４ａ グランド板（４）の縁部
５ 給電用同軸ケーブル
Ａ 高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）との接続部
Ｂ、Ｃ 折り返し部
Ｓ１ 第１のスリット
Ｓ２ 第２のスリット
Ｌ 高周波側放射エレメント（１ａ）の長さ
Ｌ１ スリット（Ｓ１）の長さ
Ｌ２ スリット（Ｓ１）の幅
Ｌ３ 突出部（２ａ）、（２ｂ）の各長さ
Ｌ４ 突出部（２ａ）、（２ｂ）の各幅
Ｌ５ スリット（Ｓ２）の長さ
Ｌ６ スリット（Ｓ２）の幅
Ｌ７ 高周波側エレメント（１ａ）と低周波側エレメント（１ｂ−１）との間隔
Ｐ１
給電点
Ｐ２ アースポイント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電点が付与される放射エレメント部とアースポイントが付与されるグランド板とが短絡部を介して平行に接続されたアンテナにおいて、 該放射エレメント部は、該短絡部に接続された高周波側放射エレメントと、該高周波側放射エレメントの端部に接続された多重折り返し状の低周波側放射エレメントとからなり；該高周波側放射エレメントと該低周波側放射エレメントとの接続部近傍から、それらエレメントの反対側で且つ各エレメントの同一線上にはそれぞれ突出部が設けられ、これにより、該高周波側放射エレメントと同一線上にある突出部と該高周波側放射エレメントと該短絡部と該グランド板とで一端が開放された第１のスリットが形成され、且つ該二つの突出部と該接続部とで一端が開放された第２のスリットが形成され；
該第１のスリットと該第２のスリットは電磁結合により共振することを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
該給電点を該高周波側放射エレメントと該低周波側放射エレメントとの接続部近傍に設けた請求項１に記載の広帯域アンテナ。
【請求項３】
該高周波側放射エレメントの幅が１ｍｍ〜５ｍｍである請求項１又は２に記載の広帯域アンテナ。
【請求項４】
該低周波側放射エレメントの少なくとも一部の幅が４ｍｍ以上で尚且つ該高周波側放射エレメントの幅より広い請求項１〜３のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項５】
４ｍｍ以上のエレメント部の面積が、該低周波側放射エレメントの全表面積の２０％以上を占める請求項４に記載の広帯域アンテナ。
【請求項６】
該第１のスリットと第２のスリットとの共振点が最大共振周波数乃至その近傍である請求項１〜５のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項７】
該第１のスリットの幅が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項８】
該第１のスリットの長さが４０ｍｍ〜６０ｍｍである請求項１〜７のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項９】
該第２のスリットの幅が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１〜８のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項１０】
該第２のスリットの長さが２０ｍｍ〜３０ｍｍである請求項１〜９のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項１１】
該突出部の長さが１８ｍｍ〜２９ｍｍである請求項１〜１０のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項１２】
該突出部の幅が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１〜１１のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項１】
給電点が付与される放射エレメント部とアースポイントが付与されるグランド板とが短絡部を介して平行に接続されたアンテナにおいて、 該放射エレメント部は、該短絡部に接続された高周波側放射エレメントと、該高周波側放射エレメントの端部に接続された多重折り返し状の低周波側放射エレメントとからなり；該高周波側放射エレメントと該低周波側放射エレメントとの接続部近傍から、それらエレメントの反対側で且つ各エレメントの同一線上にはそれぞれ突出部が設けられ、これにより、該高周波側放射エレメントと同一線上にある突出部と該高周波側放射エレメントと該短絡部と該グランド板とで一端が開放された第１のスリットが形成され、且つ該二つの突出部と該接続部とで一端が開放された第２のスリットが形成され；
該第１のスリットと該第２のスリットは電磁結合により共振することを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
該給電点を該高周波側放射エレメントと該低周波側放射エレメントとの接続部近傍に設けた請求項１に記載の広帯域アンテナ。
【請求項３】
該高周波側放射エレメントの幅が１ｍｍ〜５ｍｍである請求項１又は２に記載の広帯域アンテナ。
【請求項４】
該低周波側放射エレメントの少なくとも一部の幅が４ｍｍ以上で尚且つ該高周波側放射エレメントの幅より広い請求項１〜３のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項５】
４ｍｍ以上のエレメント部の面積が、該低周波側放射エレメントの全表面積の２０％以上を占める請求項４に記載の広帯域アンテナ。
【請求項６】
該第１のスリットと第２のスリットとの共振点が最大共振周波数乃至その近傍である請求項１〜５のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項７】
該第１のスリットの幅が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項８】
該第１のスリットの長さが４０ｍｍ〜６０ｍｍである請求項１〜７のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項９】
該第２のスリットの幅が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１〜８のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項１０】
該第２のスリットの長さが２０ｍｍ〜３０ｍｍである請求項１〜９のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項１１】
該突出部の長さが１８ｍｍ〜２９ｍｍである請求項１〜１０のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【請求項１２】
該突出部の幅が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１〜１１のいずれかに記載の広帯域アンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３１１１５２（Ｐ２００６−３１１１５２Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３０５９０（Ｐ２００５−１３０５９０）
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００２２６９３２）日星電気株式会社 (98)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００２２６９３２）日星電気株式会社 (98)
【Ｆターム（参考）】
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