[发明专利]用于高效无线通信的多层引线结构

说明书

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。

本申请是申请日为2013年3月8日、申请号为201310075086.X、发明名称为“用于高效无线通信的多层引线结构”的发明专利的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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(skin depth)”。“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。