用于高效无线通信的多层引线结构制造技术

一种用于无线通信的结构，具有：多个导体层；将每个导体层分离的绝缘体层；以及连接两个导体层的至少一个连接体，其中，当在预定频率处在谐振器中感生电信号时，电阻减小。

Multilayer Lead Architecture for Efficient Wireless Communication

【技术实现步骤摘要】
用于高效无线通信的多层引线结构本申请是申请日为2013年3月8日、申请号为201310075086.X、专利技术名称为“用于高效无线通信的多层引线结构”的专利技术专利的分案申请。
本主题一般涉及设计、操作并制造无线功率和/或数据发送和/或通信系统的方法、系统和设备，以及更具体地，涉及设计、操作并制造用于近场无线功率和/或数据发送和/或通信系统的高效结构。
技术介绍
近年来，采用近场无线功率和/或数据发送和/或通信系统的应用(如，商务电子、医疗系统、军事系统、高频变压器、包括纳米级功率和/或数据传递的微电子或其微机电系统(MEMS)、工业、科学、医疗(ISM)频带接收机、无线感测等)在获得优化性能方面受到限制，因为这些系统中使用的诸如天线(也称为谐振器)之类的无线技术组件具有相对较低的品质因数。这些无线技术组件的相对较低的品质因数主要由于被称为“趋肤效应”的现象所导致的较高电阻损耗。通常，趋肤效应是交变电流(AC)在导体内分布的趋势，使得电流密度在导体表面附近起主导作用，而其余导电体相对于电流‘未使用’。因为电流密度典型地随与导体表面相距的距离而衰减，所以其余导电体相对于电流‘未使用’。电流几乎全在表面附近流动，被称为“导体”的“趋肤”。电流距表面的深度被称为“趋肤深度(skindepth)”。“趋肤深度”定义了在发送和/或通信中活跃的电信号传导路径，而导体被定义为能够传导电信号的主体。在采用无线功率和/或数据发送和/或通信的系统中，趋肤效应现象通常在电流流过在创建诸如天线、电路、集总元件(诸如电感器、电容器和电阻器之类)、或其任意组合的结构的过程中使用的引线(wire)时引起能量损耗。在高频的较高电阻损耗是大多数电子设备或装置面对的问题。趋肤效应在工作频率提高时变得更加普遍。随着频率变高，通常流经形成该结构的引线的整个横截面的电流变得局限于其表面。结果，引线的有效电阻与较细引线的有效电阻相类似，而不是与电流可以分布经过的实际直径的引线的有效电阻相类似。在低频针对有效性能表现出可容许电阻的引线在高频转变为具有不可接受的电阻的引线。从可容许电阻到不可接受的电阻的转变变换为低效的功率和/或数据发送和/或通信系统，无法传导在特定应用中所需要的电信号。因此，目前的无线系统和相关组件设计无法解决这些低效性，在一些情况下，加剧了其低效性。尽管不是穷举，受到当前的无线技术组件的限制的典型应用包括例如射频识别(RFID)、电池充电和再充电、遥感勘测、感测、通信、资产跟踪、患者监视、数据输入和/或检索等。这些系统组件过热、数据检索的速率和精度、能量传递的速率、发送距离约束和发送未对准限制是无线功率和/或数据发送和/或通信应用中的其他严峻问题。在植入医疗设备(IMD)的应用(如，起搏器、去纤颤器、神经调节或神经肌肉刺激设备)中，期望最小化电池再充电时间。例如，更快的电池再充电时间降低了患者不适、不便的持续时间和受伤的可能性。如果诸如包括集总元件的天线或电路之类的无线组件具有较少的电阻损耗，可以从相距更远的距离，并在不损害性能的情况下以对参与无线通信的设备的未对准或迷失方向更高的容许量实现电池再充电。已知难以实现精确定向和对准，尤其对于肥胖的患者。此外和/或可选地，如果可以在保持成功系统操作所需性能特性的同时设计并实际制造更小尺寸的结构，则可以减小IMD的整体尺寸。在RFID应用(如，供应链管理、产品认证和资产跟踪)中，需要增大读取范围，提高读取速率，提高系统可靠性并提高系统精度。例如在高频，读取范围至多为三英尺，这对于货盘跟踪来说一般是不够的。超高频读取器实现了八到十英尺的更大的读取距离，然而它们引入了其他性能问题，如金属反射或水吸收信号、或显示不可读、在读取场中的盲点。增大的读取范围需要集中功率来促进反射回信号以获得更好的性能，因而更有效的结构会有助于解决这些问题。在需要有效的低损耗线圈(需要在苛刻的条件下保持谐振)的应用中，传统的基于引线的组件会发生形变。公知的是，引线横截面的任何形变将会导致电特性(如，电感和可能的电阻)的改变，继而将会改变结构的谐振频率，并因而会增大整个系统的电阻。改进的制造减小危及形变的可能性的这些类型的结构的方法可以消除该问题。本教导包括制造包括精密引线结构设计和固定的灵活引线结构设计二者的方法。在解决上述问题的尝试过程中，部分地发展了绞合线(Litzwire)。然而，绞合线一般不足以用于高频应用，因而在具有约3MHz以上工作频率的应用中一般不是很有用。绞合线是包括缠绕或编织成统一样式的多个单独的绝缘磁引线的引线，使得每股引线易于占据整个导体的横截面中的所有可能位置。该多股配置或绞合构造被设计用于最小化由于“趋肤效应”而导致的实心导体中表现的功率损耗。绞合线构造试图通过增大表面积的量而不显著增大导体尺寸来抵消该效应。然而，即使适合地构造，由于绞合成股的限制而导致绞合线仍表现出一些趋肤效应。意在用于较高频率范围的引线一般需要更多精细规格尺寸的股，而不是同样横截面面积但包括较少且较大股的绞合线。绞合线的提供商提供能够提高效率的配置的最高频率是大约3MHz。目前不存在针对工作频率在此3MHz最大频限以上的应用的解决方案。因而，需要改进的高效引线设计和减小引线自身和使用该引线创建的组件结构二者的本征电阻损耗、尤其在高频减小本征电阻损耗以实现高品质因数的制造方法。
技术实现思路
这里的教导通过利用多层引线概念增大结构内的电导面积，缓解了导致较低品质因数的在高频的较高电阻损耗的一个或多个上述问题。多层引线配置是在一个或多个频率处减小承载时变电流的传导互连的电阻的基本构建块。这样，本专利技术的多层引线配置导致了导体损耗的减小和结构的品质因数的提高。本教导应用于针对近场能量传递、功率传递、数据传递或其组合的无线发送和/或通信。更具体地，本教导应用于针对近场能量网络、功率网络或数据网络(包括这些网络的任一和全部组合)的无线发送和/或通信。此外，本教导应用于针对近场能量应用的无线发送和/或通信的各种组件，其中在例如但不限于平面倒F天线(PIFA)及其衍生物、矩形微带天线或贴片天线及其衍生物、超宽带(UWB)结构、单极结构、蝶形天线等或其任意组合之类的任意结构中，针对电路中两点之间的互连、电路中的组件(例如但不限于电感器、电容器和电阻器或其任意组合)中使用的线圈、用于但不限于天线、谐振器等中的线圈，寻求能量损耗的降低。无线能量传递或无线功率发送是无需互连引线的、从功率源到电负载的电能发送。对于能量、功率或数据的无线发送，效率是重要参数，因为发送信号必须到达一个或多个接收机以实现系统应用。使用谐振磁感应跟随的直接感应来执行涉及能量、功率或数据传递的最常见形式的无线发送。目前所考虑的其他方法包括电磁辐射。此外，无线能量接收或无线功率接收是无需互连引线的、从功率源接收电能量。对于能量、功率或数据的无线接收，效率是重要参数，因为信号的接收必须从一个或多个发射机接收以实现系统应用。这样，可以使用直接感应、谐振磁感应以及电磁辐射来执行包括能量、功率或数据的形式的无线接收。此外，本专利技术的实施例能够无需引线进行电能、电功率和/或数据的无线通信。无线通信包括同步或独立的电能、电功率和/或数据的发送和/或接收。本教导的一方面是一种用于无线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线，包括：多个导体层，所述多个导体层中的每个导体层均具有多匝；其中，所述多个导体层在选自100kHz和350kHz之间的频率范围的第一频率处操作；其中，所述多个导体层具有至少10匝；绝缘体，分离所述多个导体层中的至少两个导体层；至少一个导体，连接所述多个导体层中的两个或多个导体层。

【技术特征摘要】
1.一种天线，包括：多个导体层，所述多个导体层中的每个导体层均具有多匝；其中，所述多个导体层在选自100kHz和350kHz之间的频率范围的第一频率处操作；其中，所述多个导体层具有至少10匝；绝缘体，分离所述多个导体层中的至少两个导体层；至少一个导体，连接所述多个导体层中的两个或多个导体层。2.根据权利要求1所述的天线，其中所述天线是接收机和发射机之一，或者是接收机和发射机二者。3.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个导体层并联电连接。4.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个导体层包括铜。5.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个导体层的厚度在0.2mm和0.5mm之间。6.根据权利要求1所述的天线，其中所述绝缘体具有低于10的介电常数。7.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个导体层具有圆形螺旋形配置。8.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个导体层布置在多层刷线路板的一个或多个层上。9.一种移动设备，包括：天线，包括：多个导体层，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：维内特·辛格，克里斯廷·A·弗拉兹，
申请(专利权)人：纽卡润特有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US