[發明專利]用于高效無線通信的多層引線結構

有效

• 申請號: 201310075086.X
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN104037494B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 維內特·辛格;克里斯廷·A·弗拉茲
• 申請（專利權）人: 紐卡潤特有限公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 潘劍穎

一種用于無線通信的結構，具有：多個導體層；將每個導體層分離的絕緣體層；以及連接兩個導體層的至少一個連接體，其中，當在預定頻率處在諧振器中感生電信號時，電阻減小。

技術領域

本主題一般涉及設計、操作并制造無線功率和/或數據發送和/或通信系統的方法、系統和設備，以及更具體地，涉及設計、操作并制造用于近場無線功率和/或數據發送和/或通信系統的高效結構。

背景技術

近年來，采用近場無線功率和/或數據發送和/或通信系統的應用(如，商務電子、醫療系統、軍事系統、高頻變壓器、包括納米級功率和/或數據傳遞的微電子或其微機電系統(MEMS)、工業、科學、醫療(ISM)頻帶接收機、無線感測等)在獲得優化性能方面受到限制，因為這些系統中使用的諸如天線(也稱為諧振器)之類的無線技術組件具有相對較低的品質因數。

這些無線技術組件的相對較低的品質因數主要由于被稱為“趨膚效應”的現象所導致的較高電阻損耗。通常，趨膚效應是交變電流(AC)在導體內分布的趨勢，使得電流密度在導體表面附近起主導作用，而其余導電體相對于電流‘未使用’。因為電流密度典型地隨與導體表面相距的距離而衰減，所以其余導電體相對于電流‘未使用’。電流幾乎全在表面附近流動，被稱為“導體”的“趨膚”。電流距表面的深度被稱為“趨膚深度(skin depth)”。“趨膚深度”定義了在發送和/或通信中活躍的電信號傳導路徑，而導體被定義為能夠傳導電信號的主體。

在采用無線功率和/或數據發送和/或通信的系統中，趨膚效應現象通常在電流流過在創建諸如天線、電路、集總元件(諸如電感器、電容器和電阻器之類)、或其任意組合的結構的過程中使用的引線(wire)時引起能量損耗。在高頻的較高電阻損耗是大多數電子設備或裝置面對的問題。趨膚效應在工作頻率提高時變得更加普遍。隨著頻率變高，通常流經形成該結構的引線的整個橫截面的電流變得局限于其表面。結果，引線的有效電阻與較細引線的有效電阻相類似，而不是與電流可以分布經過的實際直徑的引線的有效電阻相類似。在低頻針對有效性能表現出可容許電阻的引線在高頻轉變為具有不可接受的電阻的引線。從可容許電阻到不可接受的電阻的轉變變換為低效的功率和/或數據發送和/或通信系統，無法傳導在特定應用中所需要的電信號。因此，目前的無線系統和相關組件設計無法解決這些低效性，在一些情況下，加劇了其低效性。盡管不是窮舉，受到當前的無線技術組件的限制的典型應用包括例如射頻識別(RFID)、電池充電和再充電、遙感勘測、感測、通信、資產跟蹤、患者監視、數據輸入和/或檢索等。這些系統組件過熱、數據檢索的速率和精度、能量傳遞的速率、發送距離約束和發送未對準限制是無線功率和/或數據發送和/或通信應用中的其他嚴峻問題。

在植入醫療設備(IMD)的應用(如，起搏器、去纖顫器、神經調節或神經肌肉刺激設備)中，期望最小化電池再充電時間。例如，更快的電池再充電時間降低了患者不適、不便的持續時間和受傷的可能性。如果諸如包括集總元件的天線或電路之類的無線組件具有較少的電阻損耗，可以從相距更遠的距離，并在不損害性能的情況下以對參與無線通信的設備的未對準或迷失方向更高的容許量實現電池再充電。已知難以實現精確定向和對準，尤其對于肥胖的患者。此外和/或可選地，如果可以在保持成功系統操作所需性能特性的同時設計并實際制造更小尺寸的結構，則可以減小IMD的整體尺寸。

在RFID應用(如，供應鏈管理、產品認證和資產跟蹤)中，需要增大讀取范圍，提高讀取速率，提高系統可靠性并提高系統精度。例如在高頻，讀取范圍至多為三英尺，這對于貨盤跟蹤來說一般是不夠的。超高頻讀取器實現了八到十英尺的更大的讀取距離，然而它們引入了其他性能問題，如金屬反射或水吸收信號、或顯示不可讀、在讀取場中的盲點。增大的讀取范圍需要集中功率來促進反射回信號以獲得更好的性能，因而更有效的結構會有助于解決這些問題。