KR102199329B1

KR102199329B1 - Multi-layer wire structure for high efficiency wireless communication

Info

Publication number: KR102199329B1
Application number: KR1020190083649A
Authority: KR
Inventors: 비니트 싱; 크리스틴 에이. 프라이즈
Original assignee: 누커런트, 인코포레이티드
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-01-07
Also published as: KR20190088442A

Abstract

다수의 도전체층과, 다수의 도전체층의 각각을 분리하는 절연체층과, 두 개의 도전체층을 연결하는 최소한 한 개의 커넥터로 구성되며, 전기 신호가 소정의 주파수에서 공진기내에 유도되는 경우에는 전기 저항이 감소되는 무선 통신용 구조체.It consists of a plurality of conductor layers, an insulator layer separating each of the plurality of conductor layers, and at least one connector connecting the two conductor layers. When an electrical signal is induced in the resonator at a predetermined frequency, the electrical resistance is reduced. Structure for reduced wireless communication.

Description

고효율 무선 통신을 위한 다층 배선 구조{Multi-layer wire structure for high efficiency wireless communication}Multi-layer wire structure for high efficiency wireless communication

본 주제는 일반적으로 무선 전원 및/또는 데이터 전송 및 통신 시스템을 제조하고 운영하고 디자인하는 시스템 및 장치 그리고 방법에 관한 것이다. 그리고 더 구체적으로, 근거리 무선 전원 및/또는 데이터 전송 및/또는 통신 시스템에서 사용을 위한 고효율 구조를 디자인, 운영 및 제조하는 시스템 및 장치 그리고 방법에 관한 것이다.This subject matter generally relates to systems and devices and methods for manufacturing, operating and designing wireless power and/or data transmission and communication systems. And more specifically, it relates to systems and apparatuses and methods for designing, operating and manufacturing high-efficiency structures for use in short-range wireless power supplies and/or data transmission and/or communication systems.

최근에, 상업용 전자 제품, 의료 시스템, 군사 시스템, 고주파 변압기, 나노 규모의 전원을 포함하는 마이크로일렉트로닉스 및/또는 데이터 전송 또는 그의 미소전자기계(microelectromechanical)시스템(MEMS), 산업, 과학 및 의료(ISM) 대역 수신기, 무선 감지 등과 같은 근거리 무선 전원 및/또는 데이터 전송 및/또는 통신 시스템에 적용된 어플리케이션들은 이들 시스템에서 사용되는 안테나(또한 공진기(resonators)로 언급 되는)와 같은 무선 기술 구성 요소가 상대적으로 낮은 품질 인자를 가지기 때문에 최적의 성능을 달성하는 데 제한을 받아 왔다.Recently, commercial electronics, medical systems, military systems, high frequency transformers, microelectronics and/or data transmission including nanoscale power supplies or their microelectromechanical systems (MEMS), industrial, scientific and medical (ISM) ) Applications applied to short-range wireless power and/or data transmission and/or communication systems, such as band receivers, radio sensing, etc., have relatively high radio technology components such as antennas (also referred to as resonators) used in these systems. Due to its low quality factor, it has been limited in achieving optimal performance.

이러한 무선 기술 구성 요소의 상대적으로 낮은 품질 인자는 주로 "스킨 효과(skin effect)"로 알려진 현상에 의해 발생하는 높은 저항 손실 때문이다. 일반적으로 스킨 효과는 도전체 내에 자체로 분포되는 교류 전류(AC)의 경향이 있어 전류 밀도는 전기 전류 흐름에 비례하여 잔여(remaining) 도전체 몸체(body)가 '미사용된' 상태가 되므로 도전체의 표면에 더 두드러진다. 전형적으로 전류 밀도는 도전체의 표면으로부터 멀어지는 곳에서 쇠퇴되기 때문에 전기 전류 흐름에 비례하여 잔여 도전체 몸체는 '미사용된' 상태이다. 전기 전류는 거의 표면 가까이에서 흐르며 이를 도전체의 "스킨(skin)"이라고 말한다. 표면으로부터 흐르는 전류의 깊이(depth)를 '스킨 깊이(skin depth)'라 한다. 따라서 도전체가 전기신호를 전도할 수 있는 몸체로 정의되는 반면, '스킨 깊이'는 전송 및/또는 통신에서 활성화되는 경로(path)를 전도하는 전기 신호로 정의한다.The relatively low quality factor of these radio technology components is primarily due to the high resistance loss caused by a phenomenon known as "skin effect". In general, the skin effect tends to be an alternating current (AC) distributed within the conductor itself, and the current density is proportional to the flow of electric current, and the remaining conductor body becomes'unused'. More prominent on the surface of the. Typically the current density decays away from the surface of the conductor, so the residual conductor body is'unused' in proportion to the electrical current flow. The electric current flows almost close to the surface and is referred to as the "skin" of the conductor. The depth of the current flowing from the surface is called the'skin depth'. Thus, while a conductor is defined as a body capable of conducting electrical signals,'skin depth' is defined as an electrical signal that conducts a path that is activated in transmission and/or communication.

무선 전원 및/또는 데이터 전송 및/또는 통신을 적용하는 시스템에서, 스킨 효과 현상은 안테나, 회로, 인덕터와 같은 집중 소자(lumped element), 콘덴서 그리고 저항기 또는 이들의 조합 같은 구조를 만드는데 사용되는 배선을 통해 전류가 흐를 때 일반적으로 에너지 손실이 발생한다. 높은 주파수에서 더 높은 저항 손실은 대부분 전자 장치 또는 기기에서 직면하는 문제이다. 스킨 효과는 주파수가 증가되는 동작에서 더 지배적이다. 더 높은 주파수에서 이 구조를 형성하는 배선의 전체 단면을 통해 정상적으로 흐르는 전류는 그 표면에 제한되게 된다. 그 결과, 배선의 효과적인 저항은 전류가 분배될 수 있는 실제 직경보다 더 얇은 배선의 것과 유사하다. 저주파수에서 효율 성능에 대한 허용 저항을 나타내는 배선은 고주파수에서 허용될 수 없는 저항의 배선으로 전환된다. 허용 저항에서 허용될 수 없는 저항 전이는 특별한 어플리케이션에서 필요로 할 때에 전자 신호를 전도할 수 없는 비효율 전원 그리고/또는 데이터 전송 그리고/또는 통신 시스템으로 해석된다. 또한, 오늘날의 무선 시스템 및 연관된 구성 요소 디자인은 이러한 비효율성을 해결하지 않고, 어떤 경우에는 이들의 비효율을 가중시킨다. 비록 완전하지 않지만, 예를 들면, 현재의 무선 기술 구성 부분에 의해 제한받는 전형적인 어플리케이션은 무선 주파수 식별(RFID), 배터리 충전 및 재충전, 원격 측정, 감지, 통신, 자산 추적, 환자 모니터링, 데이터 입력 및/또는 검색 등을 포함한다. 시스템 구성 요소의 과열(overheating), 데이터 검색의 속도와 정확성, 에너지 전달, 전송 거리 제약 및 전송 오차 한계는 무선 전원 및/또는 데이터 전송 및/또는 통신 어플리케이션에서 또 다른 심각한 문제이다.In systems that apply wireless power and/or data transmission and/or communication, the skin effect phenomenon causes wiring used to create structures such as antennas, circuits, lumped elements such as inductors, capacitors and resistors or combinations thereof. Energy loss generally occurs when current flows through it. Higher resistance losses at higher frequencies are a problem encountered in most electronic devices or devices. The skin effect is more dominant in the action of increasing the frequency. At higher frequencies, the current flowing normally through the entire cross-section of the wiring forming this structure is limited to its surface. As a result, the effective resistance of the wiring is similar to that of a wiring that is thinner than the actual diameter to which the current can be distributed. At low frequencies, wires that show an acceptable resistance for efficiency performance are converted to wires of unacceptable resistance at high frequencies. An unacceptable resistance transition in an acceptable resistance translates into an inefficient power supply and/or data transmission and/or communication system that cannot conduct an electronic signal when required by a particular application. In addition, today's wireless systems and associated component designs do not address these inefficiencies and, in some cases, add to their inefficiencies. Although not complete, typical applications that are limited by current radio technology components, for example, are radio frequency identification (RFID), battery charging and recharging, telemetry, sensing, communications, asset tracking, patient monitoring, data entry and /Or search, etc. Overheating of system components, speed and accuracy of data retrieval, energy transfer, transmission distance constraints and transmission error limits are other serious problems in wireless power and/or data transmission and/or communication applications.

이식 의료 장비(IMDs), 심박[심장 박동]조율기, 세동제거기[제세동기] 및 신경 조절(neuromodulation) 또는 신경 근육(neuromuscular) 자극 장치 같은 이식 의료 장비(IMDs)의 어플리케이션에서, 배터리 충전 시간을 최소화 하는 것이 요구된다. 빠른 배터리 충전 시간은, 예를 들어, 불쾌한 입원기간, 불편함, 그리고 부상에 대한 잠재성을 줄인다. 만약 집중 소자(lumped element)를 포함하는 안테나 또는 회로 같은 무선 구성 부분이 저항 손실이 적다면, 배터리 충전은 더 먼 거리로부터 성능 저하 없이 무선 통신에 관여하는 장치들의 잘못된 정렬 및 잘못된 방향에 대해 더 높은 허용 오차(tolerance)를 가지고 수행될 수 있다. 정확한 방향 및 맞춤은 특히 비만 환자에 대해 달성하기 어려운 것으로 알려져 있다. 또한, 또는 양자 택일로, 만약 더 작은 크기의 구조가 설계 및 성공적인 시스템 운영에 필요한 성능 특성을 유지하면서 실제로 제조 될 수 있다면, IMDs의 전체 크기는 감소될 수 있다.In applications of implantable medical devices (IMDs), such as implantable medical devices (IMDs), pacemakers, defibrillators, and neuromodulation or neuromuscular stimulation devices, minimize battery charging time It is required to do. Fast battery charge times reduce the potential for unpleasant hospitalization, discomfort, and injury, for example. If wireless components such as antennas or circuits containing lumped elements have less resistance loss, battery charging is higher for misalignment and misdirection of devices involved in wireless communication from longer distances without compromising performance. It can be done with tolerance. Accurate orientation and alignment are known to be difficult to achieve, especially for obese patients. Also, or alternatively, if a smaller sized structure can be actually manufactured while maintaining the performance characteristics necessary for design and successful system operation, the overall size of the IMDs can be reduced.

공급 체인 관리, 제품 신뢰성, 및 자산 관리와 같은 RFID 어플리케이션에서는, 판독 범위 증가, 판독 속도 증가, 시스템 안정성 향상 및 시스템 정확도 향상을 시킬 필요가 있다. 고 주파수에서, 예를 들어, 읽기 범위는 팔레트 트래킹(pallet tracking)에 일반적으로 충분하지 않는 최대한 3 피트이다. 초(Ultra) 고주파 리더는 8-10 피트 거리를 더 읽을 수 있으나, 그들은 판독 범위에 읽을 수 없는, 널 스팟(null spots)을 나타내거나 물에 의해 흡수된 또는 금속에 의해 반영된 신호와 같은 다른 성능 문제를 초래한다. 판독 범위를 증가하기 위해 더 좋은 성능 향상을 위해 신호를 다시 반향시키는 집중된 전원이 요구되며, 따라서 이러한 사안을 해결하는데 도움을 줄 수 있다.In RFID applications such as supply chain management, product reliability, and asset management, there is a need to increase read range, increase read speed, improve system stability and improve system accuracy. At high frequencies, for example, the read range is at most 3 feet, which is usually not sufficient for pallet tracking. Ultra high-frequency readers can read 8-10 feet further, but they show unreadable, null spots in the reading range, or other performance such as signals absorbed by water or reflected by metal. Causes problems. In order to increase the read range, a concentrated power source that re-echoes the signal is required for better performance improvement, thus helping to solve this problem.

엄격한 조건 하에서 공진(resonance)을 유지하는데 필요한 효율적인 저 손실 코일을 필요로 하는 어플리케이션에서는, 기존의 배선 기반 안테나는 변형 될 수 있다. 어떤 배선 단면의 변형은 인덕턴스 같은 전기 특성과 저항의 변화를 초래할 것이고, 결국, 구조의 공진 주파수를 변화시키고, 결과적으로 전체 시스템 저항을 증가시킬 것이라는 것은 잘 알려져 있다. 변형을 절충하기 위한 잠재성을 줄일 수 있는 이러한 유형의 구조를 제조하는 개선된 방법은 이런 문제를 제거할 수 있다. 현재 개념은 엄격한(rigid) 배선 구조 설계 및 고정된 유연한(flexible) 배선 구조 설계 모두를 포함하는 제조 방법을 포함한다.In applications that require efficient low loss coils required to maintain resonance under stringent conditions, conventional wire-based antennas can be modified. It is well known that any deformation of the wiring cross-section will lead to a change in electrical properties such as inductance and resistance, eventually changing the resonant frequency of the structure, and consequently increasing the overall system resistance. An improved method of fabricating this type of structure, which can reduce the potential for compromising deformation, can eliminate this problem. Current concepts include manufacturing methods that include both rigid wiring structure design and fixed flexible wiring structure design.

상기에서 토론된 이슈를 해결하고자 하는 부분적인 시도로서, 리츠 배선이 개발 되었다. 그러나, 리츠 배선은 주파수 어플리케이션에서 사용하기에는 일반적으로 충분 하지 않으며, 따라서 일반적으로 약 3 MHz 이상의 주파수를 운영하는 어플리케이션에 유용하지 않다. 리츠 배선은 다수의 트위스트 또는 일정 한 패턴으로 꼰 개별적으로 절연된 자석 배선으로 구성된 배선으로 각 배선 가닥(strand)은 전체의 도전체 단면에서 가능한 모든 위치를 가지려 하는 경향이 있다. 이 다층 가닥(multi-strand) 구성 또는 리츠 구조는 "스킨 효과" 때문에 고체(solid) 도전체에서 나타나는 전력 손실을 최소화하기 위해 설계 되었다. 리츠 배선 구조는 도전체의 크기를 매우 크게 늘리지 않고 표면적의 크기를 증가하여 이 효과에 대응하는 것을 시도했다. 그러나, 적절히 구조된 리츠 배선은 가닥의 제한으로 인해 일부 스킨 효과가 나타났다. 더 높은 주파수 범위를 위해 기대되는 배선은 일반적으로 동일 단면적 그러나 더 적고 더 큰 가닥으로 구성되지 않은 리츠 배선보다 핑거 게이지(finger gage) 크기의 더 많은 가닥이 요구된다. 리츠 배선의 공급자가 효율성을 향상 시킬 수 있는 구성에 제공하는 가장 높은 주파수는 약 3MHz이다. 현재 이 3Mhz의 최대 주파수 한계를 넘는 작동 주파수의 어플리케이션에 대한 어떠한 해결책이 없다.As a partial attempt to solve the issues discussed above, Ritz wiring was developed. However, Litz wiring is generally not sufficient for use in frequency applications, and thus is not useful for applications that typically operate at frequencies above about 3 MHz. Litz wires are wires made up of individually insulated magnetic wires braided in a number of twists or uniform patterns, and each wire strand tends to have every possible location in the entire conductor cross-section. This multi-strand construction, or Litz construction, is designed to minimize the power loss seen in solid conductors due to "skin effect". The Litz wiring structure attempted to counter this effect by increasing the size of the surface area without increasing the size of the conductor very much. However, the properly structured Litz wiring showed some skin effects due to the limitation of strands. Wiring expected for a higher frequency range would generally require more strands of the size of a finger gage than Litz wires that are of the same cross-sectional area but not made up of smaller and larger strands. The highest frequency the Litz wiring supplier offers for a configuration that can improve efficiency is about 3 MHz. There is currently no solution for the application of operating frequencies beyond this 3Mhz maximum frequency limit.

따라서 구조의 내부 저항 손실을 감소시키고, 특히, 높은 품질 인자를 얻기 위한 고 주파수에서 구조의 내부 저항 손실을 감소시키는 향상 된 고효율 구조 설계 및 제조 방법의 존재가 요구된다.Therefore, there is a need for an improved high-efficiency structure design and manufacturing method that reduces the internal resistance loss of the structure, and in particular, reduces the internal resistance loss of the structure at high frequencies to obtain a high quality factor.

여기 개념은 상술한 고주파수에서의 더욱 높은 저항 손실로 인해 더 낮은 품질 인자를 야기 시키는 문제점들을 구조내에서 컨덕턴스 영역을 증가시키는 개념(concept)인 다층 배선(multi-layer)을 이용하여 완화한다. 다층 배선은 주파수 또는 주파수들에서 시변(time-varying) 전류를 수행하는 전도성 연결의 저항을 감소하는 핵심적인 구성요소(building block)이다. 이와 같이, 본 발명의 다층 배선 구조는 구조의 품질 인자의 증가 그리고 도전체 손실의 감소를 가져 온다. 본 개념은 무선 전송 및/또는 근거리 에너지 전송을 위한 통신, 전력 전송, 데이터 전송 또는 그것의 조합에 적용 된다. 좀 더 구체적으로, 본 개념은 무선 전송 및/또는 근거리 에너지 네트워크를 위한 통신, 전력 네트워크 또는 데이터 네트워크의 일부와 모든 조합을 포함하여 적용된다. 또한, 본 개념은 회로, 회로 구성 부분에 사용되는 인덕터, 콘덴서 그리고 저항 또는 이들의 어떤 조합에 제한되지 않는 코일, 회로 구성 부분에 사용 되는 안테나, 공진기 등에 제한되지 않는 코일, 평판 역F 안테나(PIFA)와 그의 파생품, 사각의 마이크로스트립 안테나 또는 패치 안테나와 그 파생품, 초 광역대(UWB) 구조, 단극(monopole) 구조, 보우 타이(bow-tie) 구조 등 또는 이들의 어떤 조합에 제한되지 않는 어떤 구조 내에서 두 점사이의 연결에 대해 에너지 손실의 감소가 추구되는 근거리 에너지 애플리케이션에 대해 무선 전송 및/또는 통신을 위한 구성 부분을 다양하게 하는데 적용한다.The concept here is to alleviate the above-described problems that cause lower quality factors due to higher resistance losses at high frequencies by using a multi-layer, which is a concept of increasing the conductance region in the structure. Multilayer wiring is a key building block that reduces the resistance of a conductive connection that carries a time-varying current at frequency or frequencies. As such, the multilayer wiring structure of the present invention increases the quality factor of the structure and decreases conductor loss. This concept applies to communications for wireless transmission and/or short-range energy transmission, power transmission, data transmission, or a combination thereof. More specifically, the concept applies to communications for wireless transmission and/or short-range energy networks, including some and all combinations of power networks or data networks. In addition, the concept is a coil that is not limited to circuits, inductors, capacitors and resistors used in circuit components, or any combination thereof, antennas used in circuit components, coils that are not limited to resonators, etc., flat inverted F antennas (PIFA ) And its derivatives, square microstrip antennas or patch antennas and derivatives thereof, ultra wide band (UWB) structures, monopole structures, bow-tie structures, etc., or any combination thereof. For short-range energy applications where reduction of energy loss is sought for a connection between two points within a certain structure, it applies to various components for wireless transmission and/or communication.

무선 에너지 전송 또는 무선 전원 전송은 상호연결 배선 없이 전원으로부터 전기 부하로의 전기 에너지 전송이다. 에너지, 전력 또는 데이터의 무선 전송에 대해 시스템을 실용적으로 만들기 위해 수신기 또는 수신기들에 전송 신호는 도착되어야만 하기 때문에 효율은 중요한 파라미터이다. 에너지, 전력, 또는 데이터 전송을 포함하는 무선 전송의 가장 일반적인 형태는 공진 자기 유도 뒤에 직접 유도를 사용하여 수행된다. 현재 고려되는 또 다른 방법은 전자기파(electromagnetic radiation)를 포함한다.Wireless energy transfer or wireless power transfer is the transfer of electrical energy from a power source to an electrical load without interconnecting wiring. Efficiency is an important parameter because the transmitted signal must arrive at the receiver or receivers to make the system practical for wireless transmission of energy, power or data. The most common form of wireless transmission, including energy, power, or data transmission, is performed using resonant magnetic induction followed by direct induction. Another method currently contemplated involves electromagnetic radiation.

또한, 무선 에너지 수신 또는 무선 전력 수신은 상호 연결 배선 없이 전원으로부터 전기 에너지의 수신이다. 에너지, 전력 또는 데이터의 무선 수신에 대해, 시스템을 실용적으로 만들기 위해 전송기 또는 전송기들로부터 신호의 수신이 수신되어 야만 하기 때문에 효율은 중요한 파라미터이다. 이와 같이, 에너지, 전력 또는 데이터를 포함하는 무선 수신의 형태는 전자기파는 물론 공진 자기 유도, 직접 유도를 사용하여 수행될 수 있다.Further, wireless energy reception or wireless power reception is the reception of electrical energy from a power source without interconnection wiring. For wireless reception of energy, power or data, efficiency is an important parameter because reception of a signal from a transmitter or transmitters must be received to make the system practical. In this way, the form of wireless reception including energy, power, or data may be performed using not only electromagnetic waves, but also resonance magnetic induction and direct induction.

또한, 본 발명의 실시예는 상호 연결 배선 없이 전기 에너지, 전력 및/또는 데이터의 무선 통신을 할 수 있다. 무선 통신은 동시에 또는 독립적으로 전기 에너지, 전기 전력 또는 데이터의 전송 및/또는 수신을 구현한다.In addition, embodiments of the present invention can perform wireless communication of electrical energy, power and/or data without interconnection wiring. Wireless communication implements the transmission and/or reception of electrical energy, electrical power or data simultaneously or independently.

본 개념의 일 측면은 배선 단면에서 유용한 도전체 단면을 극대화함으로 공진기내 저항 손실이 최소화되는 무선 전원 및/또는 데이터 전송 또는 수신을 위한 다층 배선 개념을 이용하여 형성된 공진기이다. 일 실시예로, 공진기는 배선 내에 비 도전성 유전체층을 투입하여 결과적으로 도전성 물질층에 비 도전성 물질층을 번갈아 구성하는 구조를 가지므로 인해 원하지 않는 고주파수 스킨 효과를 경감시킨다. 이 다층 배선 구조는 증가된 표면들의 각각에 대해 특징적인 스킨 깊이를, 모두 전기적으로 또는, 그렇지 않으면 연결 형태로 효과적으로 제공하고 있다. 스킨 깊이는 대략 도전체 깊이의 절반부터 도전체 깊이와 동일한 범위를 가진다. 도전체 깊이는 스킨 깊이의 2 배 깊이의 범위 일 수 있다. 그러나 가용 기술, 비용 그리고 어플리케이션에 따라, 도전체 깊이는 스킨 깊이의 20배 또는 그 이상 클 수도 있다.One aspect of this concept is a resonator formed using a wireless power supply and/or a multilayer wiring concept for data transmission or reception in which resistance loss in the resonator is minimized by maximizing a useful conductor cross section in the wiring cross section. In one embodiment, the resonator has a structure in which a non-conductive dielectric layer is inserted into the wiring, and as a result, a non-conductive material layer is alternately formed in a conductive material layer, thereby reducing an unwanted high-frequency skin effect. This multilayer interconnection structure effectively provides a characteristic skin depth for each of the increased surfaces, all electrically or otherwise in the form of a connection. The skin depth ranges from approximately half of the conductor depth to the same as the conductor depth. The conductor depth may be in the range of twice the depth of the skin. However, depending on the available technology, cost and application, the conductor depth may be 20 times the depth of the skin or more.

공진기는 다층 배선으로 이루어지고 적어도 한 번의 턴(turn)을 가지는 배선 코일을 포함한다. 다층 배선은 절연 물질층에 의해 분리된 첫번째 그리고 두번째 도전체층을 포함할 수 있다. 도전체층은 실질적으로 동일한 두께 및/또는 동일한 깊이를 가지며, 이 두께 및/또는 깊이는 스킨 깊이와 스킨 깊이의 2배 사이의 범위이다. 그러나, 가용 기술, 비용, 그리고 어플리케이션에 따라, 도전체 두께 및/또는 깊이는 스킨 깊이의 20 배 또는 그 이상 클 수 있다. 각 도전체층은 비어(via), 납땜, 태브, 배선, 핀, 또는 리벳과 같은 그러나 이들에 제한되지 않는 적어도 하나의 상호연결 방법에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.The resonator is made of multi-layered wiring and includes a wiring coil having at least one turn. The multilayer wiring may include first and second conductor layers separated by layers of insulating material. The conductor layers have substantially the same thickness and/or the same depth, which thickness and/or depth ranges between the skin depth and twice the skin depth. However, depending on the available technology, cost, and application, the conductor thickness and/or depth can be 20 times the depth of the skin or more. Each conductor layer may be electrically connected to each other by at least one interconnection method, such as, but not limited to, vias, solders, tabs, wires, pins, or rivets.

비도전층의 하나의 목적은 두 개의 다른 도전성층을 절연하도록 하는 것이다. 비도전층의 가장 기본적인 디자인은 충분한 절연 특성을 지속적으로 제공하면서 제조 공정이 현실적으로 허락될 수 있는 만큼 얇은 것이 이상적이다. 예를 들어, PCB 기술에서, 층의 두께는 "코어 두께" 와 프리 프레그(pre-preg) 두께에 의해 표시된다. 다른 디자인에서, 비도전층의 두께는 구조의 전기적 동작(behavior)을 수정하기 위해 선택 된다.One purpose of a non-conductive layer is to insulate two other conductive layers. Ideally, the most basic design of the non-conductive layer should be as thin as the manufacturing process is practically acceptable while continuing to provide sufficient insulating properties. In PCB technology, for example, the thickness of a layer is indicated by the "core thickness" and the pre-preg thickness. In other designs, the thickness of the non-conductive layer is chosen to modify the electrical behavior of the structure.

공진기는 100보다 큰 품질 인자를 가질 수 있다. 가급적이면, 품질 인자는 350 보다 크다. 가장 이상적으로 품질 인자는 600 보다 크다. 두 개의 공진기가 요구되는 시스템에서 동일하거나 거의 유사한 품질 인자를 가지는 공진기들을 가지는 것은 통상의 기술자들에는 명백하다. 또한, 두 개의 공진기가 요구되는 시스템에서 하나의 공진기는 실질적으로 서로 다른 품질 인자를 가지는 공진기들을 이용하는 것은 통상의 기술자에게는 명백하다. 각 공진기에 대한 품질 인자 선택은 어플리케이션, 각각에 대한 디자인 규격(specification) 그리고 각각의 공진기의 사용 목적에 의존된다. 전통적인 유도성 결합 시스템에서는 약 30 품질 인자를 가지는 공진기가 이용된다고 생각된다. 또한, 예를 들면 공기에서 100 품질 인자를 가지는 공진기를 사용하는 환경에 의존하는 공진기의 품질 인자는 인간 또는 동물 조직에 이식될 때 단지 50 품질 인자를 가진다는 것은 통상의 기술자에게는 명백하다. 어떤 주어진 환경에서 여기에서 기술된 다층 배선 구조는 전통적인 공진기를 능가할 것이다.The resonator may have a quality factor greater than 100. Preferably, the quality factor is greater than 350. Most ideally, the quality factor is greater than 600. It is obvious to the skilled person to have resonators with the same or nearly similar quality factor in a system where two resonators are required. In addition, in a system requiring two resonators, it is obvious to a person skilled in the art that one resonator uses resonators having substantially different quality factors. The choice of quality factor for each resonator depends on the application, the design specifications for each, and the intended use of each resonator. It is thought that a resonator with a quality factor of about 30 is used in a traditional inductive coupling system. In addition, it is clear to a person skilled in the art that the quality factor of the resonator, which depends on the environment using a resonator having a quality factor of 100 in air, for example, has only 50 quality factors when implanted in human or animal tissue. In any given environment, the multilayer interconnection structure described here will outperform traditional resonators.

결과적으로, 다층 배선 내 손실 감소와 공진기의 현저하게 감소된 내부 저항은 고 효율, 넓은 범위, 적은 에너지 소비, 더 긴 운영시간과 과열(overheating)과 같은 사건들이 발생하지 않고 동작을 단순화하는 소형 무선 시스템을 가능하게 한다.As a result, the reduction in losses in the multi-layer wiring and the remarkably reduced internal resistance of the resonator result in high efficiency, wide range, less energy consumption, longer operating times, and a compact radio that simplifies operation without events such as overheating. Make the system possible.

일 예로 무선 전송 또는 무선 수신에 대한 다층 배선 개념을 이용하여 창작된 구조를 나타냈다. 이 구조는 무선으로 전기 에너지, 전자기 에너지, 및/또는 전력을 전송 및/또는 수신하도록 디자인 됐다. 또한, 이 구조는 전자 데이터 전송을 할 수 있다. 게다가, 이 구조는 전기 에너지, 전자기 에너지, 전력 그리고 전자 데이터의 조합을 함께 또는 개별적으로 전송 및/또는 수신할 수 있다.As an example, a structure created using the concept of multilayer wiring for wireless transmission or wireless reception is shown. This structure is designed to transmit and/or receive electrical energy, electromagnetic energy, and/or power wirelessly. In addition, this structure is capable of electronic data transmission. In addition, this structure can transmit and/or receive a combination of electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data together or separately.

이 구조는 복수의 도전체층, 도전체층을 각각 분리하는 절연층, 그리고 두 개 이상의 도전체층을 연결하는 적어도 한 개의 커넥터로 구성될 수 있다. 복수의 도전체층의 각각은 적어도 하나의 턴(turn)과 더욱 병렬 방향에 배치될 수 있다. 도전체층 각각은 전기 도전성 물질로부터 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 구리 티타늄, 플래티늄 및 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, Co-Cr-Ni 합금, 스테인리스 스틸, 금, 금 합금, 팔라듐, 탄소, 은, 귀금속 또는 생체에 적합한 물질과 그들의 어떤 조합으로 구성될 수 있다. 도전체층은 원형 단면, 직사각형 단면, 정사각형 단면, 삼각형 단면, 또는 타원형 단면에 제한되지 않은 단면 형태(cross-sectional shape)일 수 있다. 도전체층을 연결하는 커넥터는 비어(via), 납땜, 태브, 배선, 핀 또는 리벳일 수 있으며 이들에 제한되지는 않는다.This structure may consist of a plurality of conductor layers, an insulating layer separating each of the conductor layers, and at least one connector connecting two or more conductor layers. Each of the plurality of conductor layers may be disposed in a more parallel direction with at least one turn. Each of the conductor layers may be formed from an electrically conductive material. The conductive material is copper titanium, platinum and platinum/iridium alloy, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, Co-Cr-Ni alloy, stainless steel, gold, gold alloy, palladium, carbon, silver, precious metal, or biocompatible It can be composed of substances and any combination thereof. The conductor layer may have a cross-sectional shape not limited to a circular cross-section, a rectangular cross-section, a square cross-section, a triangular cross-section, or an elliptical cross-section. Connectors connecting the conductor layers may be vias, solders, tabs, wires, pins, or rivets, but are not limited thereto.

그 구조는, 원형 솔레노이드 구성, 정사각형 솔레노이드 구성, 원형 나선 구성, 정사각형 나선 구성, 직사각형 구성, 삼각형 구성, 원형 나선-솔레노이드 구성, 정사각형 나선-솔레노이드 구성, 및 등각 솔레노이드 구성과 같은 구조적 형태를 가지나, 이들에 한정되지는 않는다. 다른 구성들도 구조의 전기적 특성들을 수정하기 위해 이용될 수 있다.The structure has structural shapes such as circular solenoid configuration, square solenoid configuration, circular spiral configuration, square spiral configuration, rectangular configuration, triangular configuration, circular spiral-solenoid configuration, square spiral-solenoid configuration, and conformal solenoid configuration, but these It is not limited to Other configurations can also be used to modify the electrical properties of the structure.

본 구조내의 전기 저항은, 전기 신호가 어느 한 주파수에서 공진기내에 유도되는 경우에 감소된다. 그 주파수는 약 1MHz - 약 10GHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택될 수 있다. 게다가, 그 주파수는 약 1MHz - 약 10GHz에 이르는 주파수 범위 안에 있는 주파수 밴드가 된다. 전기 신호는 전류, 전압, 디지털 데이터 신호 또는 그들의 조합이 될 수 있다. 그 주파수는 약 10kHz - 약 10GHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택될 수 있다. 게다가, 그 주파수는 약 100kHz- 약 10GHz에 이르는 주파수 범위 안에 있는 주파수 밴드가 되거나, 그 범위내에 있다.The electrical resistance in this structure is reduced when an electrical signal is induced in the resonator at any one frequency. The frequency can be selected from a frequency range ranging from about 1 MHz to about 10 GHz. Moreover, the frequency is a frequency band within the frequency range of about 1 MHz to about 10 GHz. The electrical signal can be a current, voltage, digital data signal, or a combination thereof. The frequency can be selected from a frequency range ranging from about 10 kHz to about 10 GHz. In addition, the frequency is, or is within, a frequency band within the frequency range of about 100 kHz to about 10 GHz.

다른 보기에서는, 무선 전송 또는 무선 수신용 공진기(resonator)가 기재되어 있다. 공진기는 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원의 무선 전송 및/또는 수신을 실현시킬 수 있는 다층 배선을 이용하도록 설계되어 있다. 게다가, 공진기는 전자 데이터의 전송 또는 수신을 할 수 있다. 게다가, 공진기는 전기 에너지, 전자기 에너지, 전원 및 전자 데이터의 조합을 전송하거나 또는 전기 에너지, 전자기 에너지, 전원 및 전자 데이터의 각각을 분리하여 전송할 수 있다.In another example, a resonator for radio transmission or radio reception is disclosed. The resonator is designed to use multi-layered wiring capable of realizing wireless transmission and/or reception of electrical energy, electromagnetic energy and energy power. In addition, the resonator can transmit or receive electronic data. In addition, the resonator may transmit a combination of electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data, or separately transmit each of electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data.

공진기는 다수의 도전체층을 포함하며, 각 도전체는 도전체 길이, 도전체 높이, 도전체 깊이 및 스킨 깊이를 가지는 도전성 표면을 가지고 있다. 스킨 깊이는 대략 도전체 깊이의 1/2에서 도전체 깊이에 이르는 범위내에 있을 수 있다. 도전체 깊이는 스킨 깊이에서 스킨 깊이의 두 배에 이르는 범위내에 존재한다. 그러나, 이용가능한 기술, 비용, 및 이용 분야에 따라, 도전체 깊이는 스킨 깊이의 20배 또는 그 이상이 될 수 있다. 다수의 도전체층은 최소한 한 개의 턴을 가질 수 있다. 게다가, 다수의 도전체층의 각각은 실제적으로 동일한 도전체 길이, 도전체 높이, 또는 도전체 깊이를 가지거나 또는 가질 수 없다. 도전체층들은 전기적으로 도전성인 물질로부터 형성될 수 있다. 도전성 물질은 구리, 티타늄, 플래티늄과 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, Co-Cr-Ni 합금들, 스테인리스 강철, 금, 금 합금, 팔라듐, 탄소, 은, 희귀 금속 및 생물학적 적합성 물질과 그들의 조합을 포함할 수 있다.The resonator includes a plurality of conductor layers, and each conductor has a conductive surface having a conductor length, a conductor height, a conductor depth, and a skin depth. The skin depth may range from approximately half the depth of the conductor to the depth of the conductor. The conductor depth is within a range from skin depth to twice the skin depth. However, depending on the technology available, cost, and field of use, the conductor depth may be 20 times the depth of the skin or more. Multiple conductor layers can have at least one turn. In addition, each of the plurality of conductor layers may or may not have substantially the same conductor length, conductor height, or conductor depth. The conductor layers can be formed from an electrically conductive material. Conductive materials include copper, titanium, platinum and platinum/iridium alloys, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, Co-Cr-Ni alloys, stainless steel, gold, gold alloys, palladium, carbon, silver, rare metals and biological It may contain compatible substances and combinations thereof.

다수의 도전체층은 공진기 본체를 형성하도록 배치될 수 있다. 공진기 본체는 공진기 본체 길이, 공진기 본체 폭과 공진기 본체 깊이를 가질 수 있다. 전기 신호가 공진기 본체를 통해 유도되는 경우에는, 전기 신호가 도전성 표면을 통해 전파된다. 전기 신호는 전류, 전압, 디지털 데이터 신호 또는 그들의 조합이 될 수 있다.Multiple conductor layers may be disposed to form a resonator body. The resonator body may have a resonator body length, a resonator body width, and a resonator body depth. When the electrical signal is guided through the resonator body, the electrical signal propagates through the conductive surface. The electrical signal can be a current, voltage, digital data signal, or a combination thereof.

공진기내의 다수의 도전체층은 절연층으로 분리된 제 1도전체층과 제 2도전체층으로 구성된다. 제 1도전체층은 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 타원형의 단면들을 가지나, 이들에 한정되지는 않는다. 공진기는 원형 솔레노이드 구성, 정사각형 솔레노이드 구성, 원형 나선 구성, 정사각형 나선 구성, 직사각형 구성, 삼각형 구성, 원형 나선-솔레노이드 구성, 정사각형 나선-솔레노이드 구성, 및 등각 솔레노이드 구성과 같은 구조적 형태를 가지나, 이들에 한정되지는 않는다.The plurality of conductor layers in the resonator are composed of a first conductive layer and a second conductive layer separated by an insulating layer. The first conductive layer has circular, rectangular, square, triangular or elliptical cross sections, but is not limited thereto. The resonator has structural shapes such as circular solenoid configuration, square solenoid configuration, circular spiral configuration, square spiral configuration, rectangular configuration, triangle configuration, circular spiral-solenoid configuration, square spiral-solenoid configuration, and conformal solenoid configuration, but limited to these. It does not work.

무선 전송 또는 무선 수신용 회로가 기재되어 있다. 그 회로는 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원의 무선 전송 및/또는 수신을 실현시킬 수 있도록 설계되어 있다. 게다가, 그 회로는 전자 데이터의 전송을 할 수 있다. 게다가, 그 회로는 전기 에너지, 전자기 에너지, 전원 및 전자 데이터의 조합을 함께 전송하거나 또는 전기 에너지, 전자기 에너지, 전원 및 전자 데이터를 각각 분리하여 전송할 수 있다.A circuit for radio transmission or radio reception is disclosed. The circuit is designed to realize wireless transmission and/or reception of electrical energy, electromagnetic energy and energy power. In addition, the circuit can transmit electronic data. In addition, the circuit may transmit a combination of electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data together, or separately transmit electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data, respectively.

고주파수에서 회로들은 인덕터들, 커패시터들 등과 같은 수동 소자들을 광범위하게 사용한다. 이러한 회로 구성들의 몇 가지 보기들은 밴드 대역, 고대역(high pass), 및 저대역(low pass) 필터들; 혼합 회로들(예를 들면, 길버트 셀 : Gilbert cell); 콜피트, 피어스, 하틀리(Hartley) 및 클랩(clap)과 같은 발진기들; 및 차동, 푸시 풀, 피드백 및 무선 주파수(RF) 증폭기들과 증폭기들을 포함하나 이들에 한정되지는 않는다. 상세하게 설명하자면, 인덕터들은 소스 열화(degeneration) 소자로서 저잡음 증폭기(LAN)내에서 매칭 및 피드백시에 이용된다. 럼프형(lumped) 인덕터들은 또한 RF 회로들과 모노리식 마이크로파 집적 회로들내에서 주요 소자가 된다. 럼프형 인덕터들은 전송 라인 구조들이 과도하게 기다란 형태인 온-칩(on-chip) 매칭 네트워크에서 사용된다. 자주, 그것들은 RF 초크(choke)로서 사용되므로, 비어 전류들이 화로에 공급되며, 동시에 RF 주파수들과 그 보다 큰 주파수에서 광대역 고임피던스를 제공한다. 재구성가능한 네트워크, 안테나 및 서브시스템에 이상적인 RF MEMS 스위치들, 매칭 네트워크들, 바랙터들도 역시 높은 Q 인덕터들을 요구한다. 수동 소자들과 럼프형 인덕터들과 같은 럼프형 소자들은 교환되어 사용될 수 있으며, 수동 회로 소자는 더욱 넓은 의미의 용어가 된다. 수동 회로 소자는 인덕터, 커패시터, 저항기 또는 단순 배선이 될 수 있다. 상기 언급된 회로들 중에서 거의 모든 회로들에 대해서, 그러나, 이들에 제한되지 않는 회로들에서는, 수동 요소들이 최소한 손실을 입는 것이 바람직하다.At high frequencies, circuits make extensive use of passive elements such as inductors and capacitors. Some examples of such circuit configurations include band band, high pass, and low pass filters; Mixing circuits (eg, Gilbert cell); Oscillators such as Colpit, Pierce, Hartley and Clap; And differential, push-pull, feedback and radio frequency (RF) amplifiers and amplifiers. In detail, inductors are used in matching and feedback in a low noise amplifier (LAN) as source degeneration elements. Lumped inductors are also a major component in RF circuits and monolithic microwave integrated circuits. Rump-type inductors are used in on-chip matching networks where transmission line structures are excessively long. Often, they are used as RF chokes, so via currents are supplied to the furnace, while simultaneously providing a broadband high impedance at RF frequencies and higher frequencies. RF MEMS switches, matching networks, and varactors that are ideal for reconfigurable networks, antennas and subsystems also require high Q inductors. Rump-type elements such as passive elements and lump-type inductors can be used interchangeably, and passive circuit elements become a broader term. Passive circuit elements can be inductors, capacitors, resistors, or simple wiring. For almost all of the circuits mentioned above, however, in circuits that are not limited to these, it is desirable for the passive elements to suffer at least loss.

고주파수에서 회로들은 인덕터들, 커패시터들 등과 같은 수동 소자들을 광범위하게 사용한다는 것을 고려하면, 인덕터를 사용하나, 이에 한정되지 않는 것을 이용하는 실시예가 제공된다. 특히 인덕터를 고려해 보면, 최대 Q가 얻어지고 동시에 소망하는 인덕턴스 값을 달성할 수 있도록 설계가 이루어진다. 즉, 인덕터내의 저항 손실은 최소화가 되도록 한다. 동작 주파수, 기판상의 이용가능한 면적, 이용 분야 및 기술에 따라, TEM/전송 라인, 도전성 루프, 또는 나선/솔레노이드/몇 가지 형태들을 가지는 조합으로 실현되나, 이들 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 형태는 원형, 직사각형, 타원형, 정사각형, 또는 불규칙한 구성이 되나, 이들에 한정되지는 않는다. 모든 이러한 실시예들은 제한되지 않으며, 본 발명에서는 다층 구조를 이용하여 실현된다.Considering that the circuits at high frequencies widely use passive elements such as inductors, capacitors, etc., an embodiment using an inductor, but not limited thereto, is provided. Considering the inductor in particular, the design is made so that a maximum Q is obtained and the desired inductance value is achieved at the same time. That is, the resistance loss in the inductor is minimized. Depending on the operating frequency, the usable area on the substrate, the field of use and the technology, TEM/transmission line, conductive loop, or a spiral/solenoid/combination having several shapes is realized, but is not limited to these shapes. The shape may be circular, rectangular, oval, square, or irregular, but is not limited thereto. All these embodiments are not limited, and in the present invention, it is realized using a multilayer structure.

다른 보기에서는, 대형 회로의 한 부분으로서 공진기가 논의된다. 공진기는 특정 주파수, 특정 주파수들, 또는 특정 주파수 밴드(들), 공진 주파수, 공진 주파수들, 또는 공진 주파수 밴드(들)에서의 공진(예를 들면, 발진)을 나타내는 장치 또는 시스템이다. 공진 주파수, 공진 주파수들, 또는 공진 주파수 밴드(들)에서는, 발진에 대해 최소의 임피던스가 있다. 전기 회로의 관점에서 보면, 공진 주파수, 공진 주파수들, 또는 공진 주파수 밴드(들)에서는 최소한의 전기 임피던스가 존재한다. 본 발명의 다층 배선 구조는 두 개의 기본 조건하에서 공진기로 작동한다. : (1) 다층 배선 구조가 특정 주파수, 특정 주파수들, 또는 특정 주파수 밴드(들)에서 공진하도록 설계되어 있는 경우에는, 어느 추가적인 전기 요소들이 없는 환경; (2) 다층 배선 구조가 특정 주파수, 특정 주파수들, 또는 특정 주파수 밴드(들)에서 공진하도록 설계되어 있는 경우에는, 다른 요소들(예를 들면, 커패시터, 커패시터 뱅크, 커패시터 및/또는 인덕터 네트워크)과의 조합을 이룬 상태. 그러므로, 공진기는 대형 회로의 일부분이 될 수 있으며, 공진 기능은 특정 주파수, 특정 주파수들, 또는 특정 주파수 밴드(들), 또는 어느 밴드폭 또는 밴드폭들을 가지는 특정 주파수, 특정 주파수들, 또는 특정 주파수 밴드(들)에서 발생하도록 설계될 수 있다. 추가 요소들(예를 들면, 저항)도 역시 밴드폭(들)을 변경시키기 위해 추가될 수 있다. 이러한 무선 응용 분야들을 위해 요구되는 효율과 성능을 도출하기 위해서, 종래의 무선 기술 요소들 중에서 몇 가지 요소들이 다층 구조 배선을 이용하여 형성되는 무선 기술과 함께 사용될 수 있다는 것은 당해 기술자들에게는 자명한 사실이 될 것이다.In another example, the resonator is discussed as part of a large circuit. A resonator is a device or system that exhibits resonance (eg, oscillation) in a specific frequency, specific frequencies, or specific frequency band(s), resonant frequency, resonant frequencies, or resonant frequency band(s). At a resonant frequency, resonant frequencies, or resonant frequency band(s), there is a minimum impedance for oscillation. From the point of view of an electrical circuit, there is a minimum electrical impedance at the resonant frequency, resonant frequencies, or resonant frequency band(s). The multilayer wiring structure of the present invention operates as a resonator under two basic conditions. : (1) If the multilayer wiring structure is designed to resonate at a specific frequency, specific frequencies, or specific frequency band(s), an environment in which there are no additional electrical elements; (2) If the multilayer wiring structure is designed to resonate at a specific frequency, specific frequencies, or specific frequency band(s), other elements (e.g. capacitors, capacitor banks, capacitors and/or inductor networks) The state in combination with. Therefore, the resonator can be part of a large circuit, and the resonant function can be a specific frequency, specific frequencies, or specific frequency band(s), or a specific frequency, specific frequencies, or specific frequencies having a specific bandwidth or bandwidth. It can be designed to occur in the band(s). Additional elements (eg, resistance) can also be added to change the bandwidth(s). In order to derive the required efficiency and performance for these wireless applications, it is obvious to those skilled in the art that some of the elements of conventional wireless technology can be used with wireless technology formed using multi-layered wiring. Will be

무선 전송 또는 무선 수신 시스템이 또한 기재되어 있다. 그 시스템은 전기 에너지, 전자기 에너지 및 전원의 무선 전송을 실현시킬 수 있다. 게다가, 그 시스템은 전자 데이터 전송을 실현시킬 수 있다. 게다가, 그 시스템은 전기 에너지, 전자기 에너지 및 전원, 전자 데이터의 조합을 전송하거나 또는 전기 에너지, 전자기 에너지, 전원 및 전자 데이터를 각각 분리하여 전송할 수 있다.Wireless transmission or wireless reception systems are also described. The system can realize wireless transmission of electric energy, electromagnetic energy and power. In addition, the system can realize electronic data transmission. In addition, the system may transmit a combination of electrical energy, electromagnetic energy and power, and electronic data, or separately transmit electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data, respectively.

그 시스템은 다수의 제 1도전체로 구성되는 제 1공진기로 구성된다. 제 1도전체의 각각은, 제 1도전체 길이, 제 1도전체 높이, 제 1도전체 깊이 및 제 1스킨 깊이를 가지는 제 1도전성 표면을 가지고 있다. 다수의 제 1도전체는 제 1공진기 본체 길이, 제 1공진기 본체 폭과 제 1공진기 본체 깊이를 가지는 제 1공진체 본체를 형성하기 위해 배치될 수 있다. 그 시스템은 또한, 다수의 제 2도전체로 구성되는 제 2공진기로 구성된다. 제 2도전체의 각각은, 제 2도전체 길이, 제 2도전체 높이, 제 2도전체 깊이 및 제 2스킨 깊이를 가지는 제 2도전성 표면을 가지고 있다. 다수의 제 2도전체는 제 2공진기 본체 길이, 제 2공진기 본체 폭과 제 2공진기 본체 깊이를 가지는 제 2공진체 본체를 형성하기 위해 배치될 수 있다. 제 1스킨 깊이와 제 2스킨 깊이는 도전체 깊이의 거의 1/2이 되거나 또는 도전체 깊이와 거의 동일할 수 있다. 제 1과 제 2도전체들은 최소한 한 개의 턴을 가지며, 다수의 제 1도전체층과 다수의 제 2도전체층의 각각은 실제적으로 동일한 도전체 길이, 도전체 높이 및 도전체 깊이를 가지거나 또는 가지고 있지 않다. 제 1도전체 깊이와 제 2도전체 깊이는 스킨 깊이로부터 스킨 깊이의 두 배가 되는 범위내에 있다. 그러나, 이용가능한 기술, 비용, 및 이용 분야에 따라, 제 1도전체 깊이와 제 2도전체 깊이는 스킨 깊이의 20배 또는 그 이상이 될 수 있다. 제 1도전체층과 제 2도전체층은 전기적으로 도전성인 물질로부터 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 구리, 티타늄, 플래티늄과 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, Co-Cr-Ni 합금들, 스테인리스 강철, 금, 금 합금, 팔라듐, 탄소, 은, 희귀 금속 및 생물학적 적합성 물질과 그들의 조합을 포함할 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다.The system consists of a first resonator consisting of a plurality of first conductors. Each of the first conductors has a first conductive surface having a first conductor length, a first conductor height, a first conductor depth, and a first skin depth. The plurality of first conductors may be disposed to form a first resonator body having a first resonator body length, a first resonator body width, and a first resonator body depth. The system also consists of a second resonator composed of a plurality of second conductors. Each of the second conductors has a second conductive surface having a second conductor length, a second conductor height, a second conductor depth, and a second skin depth. The plurality of second conductors may be disposed to form a second resonator body having a second resonator body length, a second resonator body width, and a second resonator body depth. The first skin depth and the second skin depth may be approximately 1/2 of the depth of the conductor or may be approximately equal to the depth of the conductor. The first and second conductors have at least one turn, and each of the plurality of first conductive layers and the plurality of second conductive layers has or has substantially the same conductor length, conductor height, and conductor depth. Not. The depth of the first conductor and the depth of the second conductor are within a range of twice the depth of the skin from the depth of the skin. However, depending on the available technology, cost, and field of use, the first conductor depth and the second conductor depth can be 20 times the depth of the skin or more. The first conductive layer and the second conductive layer may be formed of an electrically conductive material. The conductive material is copper, titanium, platinum and platinum/iridium alloy, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, Co-Cr-Ni alloys, stainless steel, gold, gold alloy, palladium, carbon, silver, rare metals, and Biocompatible substances and combinations thereof may be included, but are not limited thereto.

전기 신호가 제 1공진체 본체를 통해 전파되는 경우에는, 전기 신호가 제 1도전성 표면을 통해 전파되어 제 2공진체 본체를 통해 전기 신호를 유도한다. 유도된 전기 신호는 제 2도전성 표면을 통해 전파된다. 그 전기 신호는 전류, 전압, 디지털 데이터 신호 또는 그들의 조합이 될 수 있다.When the electric signal propagates through the first resonator body, the electric signal propagates through the first conductive surface to induce the electric signal through the second resonator body. The induced electrical signal propagates through the second conductive surface. The electrical signal can be a current, voltage, digital data signal, or a combination thereof.

다수의 제 1도전체는 절연층으로 분리된 제 1도전체층과 제 2도전체층으로 구성된다. 제 1도전체층은 최소한 한 개의 커넥터에 의해 제 2도전체층 또는 그 이상의층에 연결되어 있다. 도전체층들을 연결하는 커넥터는 비어, 납땜, 태브, 배선, 핀, 또는 리벳이 될 수 있으며, 이들에 한정되지는 않는다. 제 1도전체는 제 1의 단면 형태를 가지며, 제 2도전체는 제 2의 단면 형태를 가질 수 있다. 제 1의 단면 형태와 제 2의 단면 형태는 제한되지 않으며, 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 타원형의 단면들 중에서 어느 한 개가 될 수 있다.The plurality of first conductors are composed of a first conductor layer and a second conductor layer separated by an insulating layer. The first conductive layer is connected to the second conductive layer or more by at least one connector. Connectors connecting the conductor layers may be vias, solders, tabs, wires, pins, or rivets, but are not limited thereto. The first conductor may have a first cross-sectional shape, and the second conductor may have a second cross-sectional shape. The first cross-sectional shape and the second cross-sectional shape are not limited, and may be any one of circular, rectangular, square, triangular, or elliptical cross-sections.

제 1공진기는 제 1의 구조 형태를 가지며, 제 2공진기는 제 2의 구조 형태를 가진다. 제 1의 구조 형태와 제 2의 구조 형태는 제한되지 않으며, 원형 솔레노이드 구성, 정사각형 솔레노이드 구성, 원형 나선 구성, 정사각형 나선 구성, 직사각형 구성, 삼각형 구성, 원형 나선-솔레노이드 구성, 정사각형 나선-솔레노이드 구성, 및 등각 솔레노이드 구성이 될 수 있다.The first resonator has a first structural shape, and the second resonator has a second structural shape. The first structural form and the second structural form are not limited, and a circular solenoid configuration, a square solenoid configuration, a circular spiral configuration, a square spiral configuration, a rectangular configuration, a triangle configuration, a circular spiral-solenoid configuration, a square spiral-solenoid configuration, And conformal solenoid configurations.

다른 보기에서는, 다수의 도전체층을 포함하는 구조가 기재되어 있다. 그 구조는 도전체층의 각각을 분리하는 절연체를 포함한다. 전기 저항은 어느 한 주파수에서 도전체층을 통해 전기 신호가 전파되는 경우에 감소될 수 있다.In another example, a structure including multiple conductor layers is described. The structure includes an insulator separating each of the conductor layers. The electrical resistance can be reduced when an electrical signal propagates through the conductor layer at any one frequency.

선택적으로, 도전체층은 도전성 배선, 도전성 테이프, 도전성 리본 및 증착된(deposited) 금속이 될 수 있다. 도전체는 두 개 이상의 도전체층들을 연결하는 커넥터를 포함할 수 있다. 커넥터는 납땜, 태브, 배선, 핀, 리벳이 될 수 있다.Optionally, the conductor layer can be a conductive wire, a conductive tape, a conductive ribbon, and a deposited metal. The conductor may include a connector connecting two or more conductor layers. Connectors can be solder, tabs, wires, pins, and rivets.

선택적으로, 그 주파수는 약 100kHz-약 3MHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택될 수 있다. 그 주파수는 또한 약 3MHz-약 10GHz에 이르는 주파수 범위 안에 있을 수가 있다. 그 주파수가 약 3MHz-약 10GHz에 이르는 주파수 범위내의 주파수 밴드가 될 수 있다. 그 주파수는 역시 약 100kHz-약 10GHz에 이르는 주파수 범위내에 있을 수가 있다. 그 주파수는 역시 약 100kHz-약 10GHz에 이르는 주파수 범위내에 있는 주파수 밴드가 될 수 있다.Optionally, the frequency can be selected from a frequency range ranging from about 100 kHz to about 3 MHz. The frequency can also be in the frequency range of about 3 MHz to about 10 GHz. Its frequency can be a frequency band within a frequency range of about 3 MHz to about 10 GHz. The frequency can also be in the frequency range of about 100 kHz to about 10 GHz. The frequency can also be a frequency band within the frequency range of about 100 kHz to about 10 GHz.

선택적으로, 다수의 도전체층의 각각은, 병렬 방향으로 배치되어 있다. 다수의 도전체층들은 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 전기적으로 병렬로 연결된 다수의 도전체층은 전기적으로 연결된 한 개 이상의 다수의 제 2도전체층과 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.Optionally, each of the plurality of conductor layers is disposed in a parallel direction. Multiple conductor layers may be electrically connected in parallel. The plurality of conductive layers electrically connected in parallel may be electrically connected in series with one or more plurality of second conductive layers electrically connected.

선택적으로, 전기 신호는, 에너지 신호, 전원 신호 및 데이터 신호 중에서 최소한 한 개를 포함할 수 있다. 전기 신호는 전류, 전압, 또는 데이터 신호 중에서 최소한 한 개를 포함할 수 있다. 그 구조는 100보다 큰 품질 인자를 가질 수 있다.Optionally, the electric signal may include at least one of an energy signal, a power signal, and a data signal. The electric signal may include at least one of a current, a voltage, or a data signal. The structure can have a quality factor greater than 100.

선택적으로, 도전체층은 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 및 타원형의 단면들 중에서 최소한 한 개의 단면 형태를 포함하는 단면을 가질 수 있다. 그 구조는 구조적 형태를 가지며, 그 구조적 형태는 원형 솔레노이드 구성, 정사각형 솔레노이드 구성, 원형 나선 구성, 정사각형 나선 구성, 직사각형 구성, 삼각형 구성, 원형 나선-솔레노이드 구성, 정사각형 나선-솔레노이드 구성, 및 등각 솔레노이드 구성 중에서 최소한 한 개를 포함하는 구조적 형태를 가질 수 있다. 다수의 도전체층은, 최소한 한 개의 턴을 가질 수 있다.Optionally, the conductor layer may have a cross-section including at least one cross-sectional shape among circular, rectangular, square, triangular and elliptical cross-sections. The structure has a structural form, and the structural form is a circular solenoid configuration, a square solenoid configuration, a circular spiral configuration, a square spiral configuration, a rectangular configuration, a triangle configuration, a circular spiral-solenoid configuration, a square spiral-solenoid configuration, and a conformal solenoid configuration. It may have a structural form including at least one of them. Multiple conductor layers may have at least one turn.

선택적으로, 도전체층은 전기적 도전성 물질로부터 형성된다. 상기 도전성 물질은 구리, 티타늄, 플래티늄과 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, Co-Cr-Ni 합금들, 스테인리스 강철, 금, 금 합금, 팔라듐, 탄소, 은, 희귀 금속 및 생물학적 적합성 물질을 포함할 수 있다.Optionally, the conductor layer is formed from an electrically conductive material. The conductive material is copper, titanium, platinum and platinum/iridium alloy, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, Co-Cr-Ni alloys, stainless steel, gold, gold alloy, palladium, carbon, silver, rare metals, and It may contain biocompatible substances.

선택적으로, 상기 절연체는 전기적 절연 물질로부터 형성된다. 상기 절연 물질은 스티로폼, 실리콘 이산화탄소, 또는 어느 적합한 생물학적 적합성 세라믹, 또는 낮은 유전율을 가지는 유사한 유전체, 높은 유전율을 가지는 비도전성 유전체 및 페라이트 물질이 될 수 있다.Optionally, the insulator is formed from an electrically insulating material. The insulating material may be styrofoam, silicon carbon dioxide, or any suitable biocompatible ceramic, or a similar dielectric having a low dielectric constant, a non-conductive dielectric having a high dielectric constant, and a ferrite material.

선택적으로, 그 구조는 공진기, 안테나, RFID 태그, RFID 트랜스폰더, 및 의료 기기 중에서 최소한 한 개를 포함하는 장치내에 내장 가능하다.Optionally, the structure can be embedded within a device comprising at least one of a resonator, an antenna, an RFID tag, an RFID transponder, and a medical device.

다른 보기에서는, 다수의 도전체층을 포함하는 배선 구조가 기재되어 있으며, 각 도전체는 도전체 길이, 도전체 높이, 도전체 깊이 및 스킨 깊이를 가지는 도전성 표면을 가지고 있다. 다수의 절연체는, 다수의 도전체의 인근 도전체들 사이에서 각각의 절연체가 배치되도록 각도전체 사이에 배치되어 있다. 배선 구조는 도전체 표면의 스킨 깊이를 통해 전기 신호를 전파할 수 있다.In another example, a wiring structure is described comprising a plurality of conductor layers, each conductor having a conductive surface having a conductor length, a conductor height, a conductor depth and a skin depth. The plurality of insulators are disposed between the entire angle so that each insulator is disposed between adjacent conductors of the plurality of conductors. The wiring structure can propagate electrical signals through the skin depth of the conductor surface.

선택적으로, 다수의 도전체층은 절연층으로 분리된 제 1도전체층과 제 2도전체층으로 구성된다. 제 1도전체층은 최소한 한 개의 커넥터에 의해 제 2도전체층에 연결되어 있다. 제 1도전체층과 제 2도전체층 중에서 최소한 한 개의 층이 도전성 테이프, 도전성 리본 및 증착된(deposited) 금속 중에서 최소한 한 개를 포함한다. 커넥터는 비어, 납땜, 태브, 배선, 핀, 리벳이 될 수 있다.Optionally, the plurality of conductor layers consists of a first conductor layer and a second conductor layer separated by an insulating layer. The first conductive layer is connected to the second conductive layer by at least one connector. At least one of the first conductive layer and the second conductive layer includes at least one of a conductive tape, a conductive ribbon, and a deposited metal. Connectors can be vias, solders, tabs, wires, pins, and rivets.

선택적으로, 도전체는 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 및 타원형의 단면들 중에서 최소한 한 개의 단면 형태를 포함하는 단면을 가질 수 있다.Optionally, the conductor may have a cross-section including at least one cross-sectional shape of circular, rectangular, square, triangular and elliptical cross-sections.

선택적으로, 전기 신호는, 에너지 신호, 전원 신호 및 데이터 신호 중에서 최소한 한 개를 포함할 수 있다. 전기 신호는 전류, 전압, 또는 데이터 신호 중에서 최소한 한 개를 포함할 수 있다.Optionally, the electric signal may include at least one of an energy signal, a power signal, and a data signal. The electric signal may include at least one of a current, a voltage, or a data signal.

선택적으로, 스킨 깊이는 도전체 깊이의 1/2에서 도전체 깊이와 거의 동일한 범위내에 있다. 도전체 깊이는 스킨 깊이에서 스킨 깊이의 두 배에 이르는 범위내에 존재한다. 도전체 깊이는 스킨 깊이의 두 배 보다 크다. 다수의 도전체층은 최소한 한 개의 턴을 가질 수 있다.Optionally, the skin depth is in a range from half the depth of the conductor to approximately equal to the depth of the conductor. The conductor depth is within a range from skin depth to twice the skin depth. The conductor depth is greater than twice the depth of the skin. Multiple conductor layers can have at least one turn.

선택적으로, 다수의 도전체층들은 각각은, 실제적으로 동일한 도전체 길이, 도전체 높이, 또는 도전체 깊이를 가지고 있다. 그 배선 구조는 100보다 큰 품질 인자를 가진다.Optionally, each of the multiple conductor layers has substantially the same conductor length, conductor height, or conductor depth. Its wiring structure has a quality factor greater than 100.

선택적으로, 그 배선 구조는, 원형 솔레노이드 구성, 정사각형 솔레노이드 구성, 원형 나선 구성, 정사각형 나선 구성, 직사각형 구성, 삼각형 구성, 원형 나선-솔레노이드 구성, 정사각형 나선-솔레노이드 구성, 및 등각 솔레노이드 구성 중에서 최소한 한 개를 포함하는 구조적 형태를 가진다.Optionally, the wiring structure may be at least one of a circular solenoid configuration, a square solenoid configuration, a circular spiral configuration, a square spiral configuration, a rectangular configuration, a triangle configuration, a circular spiral-solenoid configuration, a square spiral-solenoid configuration, and a conformal solenoid configuration. It has a structural form including.

선택적으로, 최소한 한 개의 도전체는 전기적 도전성 물질로부터 형성된다. 상기 도전성 물질은 구리, 티타늄, 플래티늄과 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, Co-Cr-Ni 합금들, 스테인리스 강철, 금, 금 합금, 팔라듐, 탄소, 은, 희귀 금속 및 생물학적 적합성 물질을 포함할 수 있다. 절연체는 전기적 절연 물질로부터 형성된다.Optionally, at least one conductor is formed from an electrically conductive material. The conductive material is copper, titanium, platinum and platinum/iridium alloy, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, Co-Cr-Ni alloys, stainless steel, gold, gold alloy, palladium, carbon, silver, rare metals, and It may contain biocompatible substances. The insulator is formed from an electrically insulating material.

선택적으로, 상기 절연 물질은 스티로폼, 실리콘 이산화탄소, 또는 어느 적합한 생물학적 적합성 세라믹, 또는 낮은 유전율을 가지는 유사한 유전체, 높은 유전율을 가지는 비도전성 유전체 및 페라이트 물질이 될 수 있다.Optionally, the insulating material may be styrofoam, silicon carbon dioxide, or any suitable biocompatible ceramic, or a similar dielectric having a low dielectric constant, a non-conductive dielectric having a high dielectric constant, and a ferrite material.

선택적으로, 전기 신호가 최소한 한 주파수에서 상기 구조를 통해 유도될 수 있다. 그 주파수는 약 100kHz - 약 3MHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택된다. 그 주파수는 약 3MHz - 약 10GHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택된다. 그 주파수는 약 100kHz - 약 3MHz에 이르는 주파수 범위 안에 있는 주파수 밴드가 된다. 그 주파수는 약 3MHz - 약 10GHz에 이르는 주파수 범위내에 있는 주파수 밴드가 된다.Optionally, an electrical signal can be induced through the structure at at least one frequency. Its frequency is selected from a frequency range ranging from about 100 kHz to about 3 MHz. Its frequency is selected from a frequency range ranging from about 3 MHz to about 10 GHz. Its frequency becomes a frequency band within the frequency range of about 100 kHz to about 3 MHz. Its frequency becomes a frequency band within the frequency range of about 3 MHz to about 10 GHz.

선택적으로, 상기 배선 구조는 저항기, 인덕터 및 커패시터로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 회로 요소를 추가로 포함한다. 그 배선 구조는 공진기, 안테나, RFID 태그, RFID 트랜스폰더, 및 의료 기기 중에서 최소한 한 개를 포함하는 장치내에 내장 가능하다.Optionally, the wiring structure further comprises a circuit element selected from the group consisting of a resistor, an inductor and a capacitor. The wiring structure can be embedded in a device including at least one of a resonator, an antenna, an RFID tag, an RFID transponder, and a medical device.

게다가, 무선 전송 또는 무선 수신을 위한 구조를 제작하기 위한 방법이 기재되어 있다. 상기 구조 자체 및/또는 그 구조에 대한 구성 요소들은 다층 배선 개념을 이용하여 형성된다. 상기 제작 방법은 전기 에너지, 전자기 에너지 및 전원의 무선 전송 및/또는 수신을 실현시킬 수 있는 구조를 형성한다. 게다가, 최종 구조는 전자 데이터 전송을 실현시킬 수 있다. 게다가, 최종 구조는 전기 에너지, 전자기 에너지 및 전원, 전자 데이터의 조합을 전송하거나 또는 전기 에너지, 전자기 에너지 및 전원, 전자 데이터를 각각 분리하여 전송할 수 있다.In addition, a method for fabricating a structure for wireless transmission or wireless reception is described. The structure itself and/or the constituent elements for the structure are formed using the multilayer wiring concept. The manufacturing method forms a structure capable of realizing wireless transmission and/or reception of electric energy, electromagnetic energy and power. In addition, the final structure can realize electronic data transmission. In addition, the final structure may transmit a combination of electrical energy, electromagnetic energy and power, and electronic data, or may separate and transmit electrical energy, electromagnetic energy and power, and electronic data, respectively.

그 방법은, 각각의 도전체 사이에 절연체를 가지는 다수의 도전체들을 형성하고, 다수의 도전체층들 중에서 두 개의층 사이에 최소한 한 개의 연결부를 형성하는 단계들을 포함하고 있다. 도전체층들을 연결하는 커넥터는 비어, 납땜, 태브, 배선, 핀, 또는 리벳이 될 수 있으며, 이들에 한정되지는 않는다. 도전체층들은 마스크를 통해 증착됨으로써 형성될 수 있다. 각각의 도전체 사이에 절연체를 가지는 다수의 도전체들을 형성하는 단계는 제 2도전층의 상부에 제 1도전층을 배치하고, 제 1절연체를 가지는 제 2도전층으로부터 제 1도전층을 분리하는 단계를 추가적으로 포함한다. 게다가, 다수의 도전체층들 중에서 두 개의층 사이에 최소한 한 개의 연결부를 형성하는 단계는 최소한 두 개의 도전체층들을 연결하는 단계를 포함한다. 연결방법은 비어, 납땜, 태브, 배선, 핀, 또는 리벳이 될 수 있으며, 이들에 한정되지는 않는다. 도전체층들은 전기적 도전성 물질로부터 형성된다. 상기 도전성 물질은 구리, 티타늄, 플래티늄과 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, Co-Cr-Ni 합금들, 스테인리스 강철, 금, 금 합금, 팔라듐, 탄소, 은, 희귀 금속 및 생물학적 적합성 물질 및 그들의 조합으로 구성될 수 있다.The method includes forming a plurality of conductors having an insulator between each conductor and forming at least one connection between two of the plurality of conductor layers. Connectors connecting the conductor layers may be vias, solders, tabs, wires, pins, or rivets, but are not limited thereto. Conductive layers may be formed by depositing through a mask. In the step of forming a plurality of conductors having an insulator between each conductor, the first conductive layer is disposed on the second conductive layer, and the first conductive layer is separated from the second conductive layer having the first insulator. It includes an additional step. Moreover, forming at least one connection between two of the plurality of conductor layers includes connecting at least two conductor layers. The connection method may be vias, soldering, tabs, wiring, pins, or rivets, but is not limited thereto. The conductor layers are formed from an electrically conductive material. The conductive material is copper, titanium, platinum and platinum/iridium alloy, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, Co-Cr-Ni alloys, stainless steel, gold, gold alloy, palladium, carbon, silver, rare metals, and It may be composed of biocompatible materials and combinations thereof.

무선 전송 또는 무선 수신을 제공하기 위해 구조를 동작시키는 방법이 또한 기재되어 있다. 상기 방법에서는, 다층 배선 개념을 이용하여 구조 자체 및/또는 그 구조의 구성 요소들이 형성된다. 그 방법은 전기 에너지, 전자기 에너지 및/또는 에너지 전원의 무선 전송 및/또는 수신을 실현시킬 수 있는 구조를 제공하는 단계를 포함한다. 게다가, 그 방법은 전자 데이터의 전송 또는 수신을 할 수 있는 구조를 제공하는 단계를 포함한다. 게다가, 그 방법은 전기 에너지, 전자기 에너지, 전원 및 전자 데이터의 조합을 전송 및/또는 수신하거나 또는 전기 에너지, 전자기 에너지, 전원 및 전자 데이터의 각각을 분리하여 전송 및/수신할 수 있는 구조를 제공하는 단계를 제공한다.A method of operating a structure to provide wireless transmission or wireless reception is also described. In the above method, the structure itself and/or the components of the structure are formed using the multilayer wiring concept. The method includes providing a structure capable of realizing wireless transmission and/or reception of electrical energy, electromagnetic energy and/or energy power. In addition, the method includes providing a structure capable of transmitting or receiving electronic data. In addition, the method provides a structure capable of transmitting and/or receiving a combination of electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data, or separately transmitting and/receiving each of electrical energy, electromagnetic energy, power and electronic data. Provide the steps to do.

그 방법은 다수의 도전체층을 제공하는 단계를 포함하며, 각 도전체는 도전체 길이, 도전체 높이, 도전체 깊이 및 스킨 깊이를 가지는 도전성 표면을 가지고 있다. 도전체 깊이는 스킨 깊이에서 스킨 깊이의 두 배에 이르는 범위내에 존재한다. 그러나, 이용가능한 기술, 비용, 및 이용 분야에 따라, 도전체 깊이는 스킨 깊이의 20배 또는 그 이상이 될 수 있다. 다수의 도전체들은 공진기 본체를 형성하도록 배치될 수 있다. 공진기 본체는 공진기 본체 길이, 공진기 본체 폭과 공진기 본체 깊이를 가지며, 전기 신호가 스킨 깊이의 도전성 표면을 통해 전파되도록 다수의 도전체층들 중에서 최소한 한 층내에 전기 신호를 유도한다. 전기 신호는 전류, 전압, 디지털 데이터 신호 또는 그들의 조합이 될 수 있다.The method includes providing a plurality of conductor layers, each conductor having a conductive surface having a conductor length, conductor height, conductor depth and skin depth. The conductor depth is within a range from skin depth to twice the skin depth. However, depending on the technology available, cost, and field of use, the conductor depth may be 20 times the depth of the skin or more. Multiple conductors may be arranged to form the resonator body. The resonator body has a resonator body length, a resonator body width, and a resonator body depth, and induces an electrical signal in at least one of the plurality of conductor layers so that the electrical signal propagates through the conductive surface of the skin depth. The electrical signal can be a current, voltage, digital data signal, or a combination thereof.

상기 방법은 또한 다수의 제 2도전체를 제공하는 방법을 포함한다. 상기 제 2도전체의 각각은, 제 2도전체 길이, 제 2도전체 높이, 제 2도전체 깊이 및 제 2스킨 깊이를 가지는 제 2도전성 표면을 가지고 있다. 상기 제 2도전체층들은 제 2공진기 본체 길이, 제 2공진기 본체 폭과 제 2공진기 본체 깊이를 가지는 제 2공진체 본체를 형성하기 위해 배치될 수 있다. 전기 신호가 공진체 본체를 통해 전파되는 경우에는, 전기 신호가 스킨 깊이의 도전성 표면을 통해 전파되어 제 2공진체 본체를 통해 전기 신호를 유도한다. 유도된 전기 신호는 제 2스킨 깊이에서 제 2도전성 표면을 통해 전파된다.The method also includes a method of providing a plurality of second conductors. Each of the second conductors has a second conductive surface having a second conductor length, a second conductor height, a second conductor depth, and a second skin depth. The second conductive layers may be disposed to form a second resonator body having a second resonator body length, a second resonator body width, and a second resonator body depth. When the electrical signal propagates through the resonator body, the electrical signal propagates through the conductive surface at the depth of the skin to induce the electrical signal through the second resonator body. The induced electrical signal propagates through the second conductive surface at the second skin depth.

다수의 도전체는 절연층으로 분리된 제 1도전체층과 제 2도전체층으로 구성된다. 제 1도전체층은 최소한 한 개의 커넥터에 의해 제 2도전체층에 연결되어 있다. 게다가, 최소한 두 개의 도전체층을 연결하는 최소한 하나의 커넥터는 비어, 납땜, 태브, 배선, 핀, 또는 리벳이 될 수 있으며, 이들에 한정되지는 않는다. 도전체는 단면 형태를 가지며, 그 단면 형태는 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 타원형의 단면이 될 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다. 다수의 도전체층은 최소한 한 개의 턴을 가질 수 있다. 게다가, 다수의 도전체층의 각각은 실제적으로 동일한 도전체 길이, 도전체 높이, 또는 도전체 깊이를 가지거나 또는 가질 수 없다. 도전체층은 전기적으로 도전성인 물질로부터 형성될 수 있다. 도전성 물질은 구리, 티타늄, 플래티늄과 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, Co-Cr-Ni 합금들, 스테인리스 강철, 금, 금 합금, 팔라듐, 탄소, 은, 희귀 금속 및 생물학적 적합성 물질과 그들의 조합을 포함할 수 있다.The plurality of conductors are composed of a first conductive layer and a second conductive layer separated by an insulating layer. The first conductive layer is connected to the second conductive layer by at least one connector. In addition, at least one connector connecting at least two conductor layers may be, but is not limited to, vias, solders, tabs, wires, pins, or rivets. The conductor has a cross-sectional shape, and the cross-sectional shape may be a circular, rectangular, square, triangular or elliptical cross-section, but is not limited thereto. Multiple conductor layers can have at least one turn. In addition, each of the plurality of conductor layers may or may not have substantially the same conductor length, conductor height, or conductor depth. The conductor layer can be formed from an electrically conductive material. Conductive materials include copper, titanium, platinum and platinum/iridium alloys, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, Co-Cr-Ni alloys, stainless steel, gold, gold alloys, palladium, carbon, silver, rare metals and biological It may contain compatible substances and combinations thereof.

공진기는 원형 솔레노이드 구성, 정사각형 솔레노이드 구성, 원형 나선 구성, 정사각형 나선 구성, 직사각형 구성, 삼각형 구성, 원형 나선-솔레노이드 구성, 정사각형 나선-솔레노이드 구성, 및 등각 솔레노이드 구성과 같은 구조적 형태를 가지며, 이들에 한정되지 않는다.The resonator has structural shapes such as circular solenoid configuration, square solenoid configuration, circular spiral configuration, square spiral configuration, rectangular configuration, triangular configuration, circular spiral-solenoid configuration, square spiral-solenoid configuration, and conformal solenoid configuration, and limited to these. It doesn't.

부가적인 장점들과 새로운 특징들은 다음의 설명 일부분에 기재되어 있으며, 부가적인 장점들과 새로운 특징들은 일부분에서 다음의 설명과 도면을 살펴봄으로써 당해 기술자들에게 명백해질 것이다. 또는 보기들의 동작 또는 제작을 통해 알게 될 것이다. 본 발명의 장점들과 특징들은 다음에 기재되는 상세한 보기들에 설명된 방법론, 수단들 및 그들의 조합의 여러 가지 특징들을 실현하거나 이용하여 구현되고 얻어지게 된다.Additional advantages and new features are described in part of the description that follows, and additional advantages and new features will become apparent to those skilled in the art by reviewing the following description and drawings in part. Or you will know through the operation or production of the examples. The advantages and features of the present invention are implemented and obtained by realizing or using various features of the methodology, means, and combinations thereof described in the detailed examples described below.

다음의 도면들은 본 발명에 따르는 한 개 이상의 실시예들을, 보기를 들어 도시하였으며, 그 보기들로 제한되어 있는 것은 아니다. 도면들에서는, 비슷한 수자는 동일 또는 유사한 요소들을 나타낸다.
도 1은, 낮은 효율 시스템에서의 에너지 손실을 도시한 도면이다.
도 2는, 동일한 도전체에 흐르는 안정된 단일 방향성 전류에 대한 AC 전류 분포를 도시한 도면이다.
도 3은, 스킨 효과에 의해 발생되는 증가된 주파수에서의 AC 전류 분포를 도시한 도면이다.
도 4는, 스킨 깊이와 주파수와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5는, 증가된 주파수에서의 다층 배선을 통한 AC 전류 분포를 도시한 도면이다.
도 6은, 무선 통신을 위한 구조의 고레벨 도면이다.
도 7a는, 원형 솔레노이드 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 7b는, 정사각형 솔레노이드 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 7c는, 원형 나선 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 7d는, 정사각형 나선 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 7e는, 다층 정사각형 나선 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 7f는, 원형 나선-솔레노이드 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 7g는, 정사각형 나선-솔레노이드 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 7h는, 등각(conformal) 솔레노이드 구성의 안테나의 보기를 도시한 도면이다.
도 8a는, N층들을 가지는 단일 턴의 원형 코일을 도시한 도면이다.
도 8b는, N층들의 이중 턴 원형 솔레노이드 코일을 도시한 도면이다.
도 9a는, 원형 단면을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다.
도 9b는, 직사각형 단면을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다.
도 9c는, 정사각형 단면을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다.
도 9d는, 삼각형 단면을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다.
도 9e는, 타원형 단면을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다.
도 9f는, 다층 배선의 직사각형 단면을 도시한 도면이다.
도 10a는, 원형 단면을 가지는 다층 배선을 도시한 도면이다.
도 10b는, 직사각형 단면을 가지는 다층 배선을 도시한 도면이다.
도 11a는, 한층을 가지는 단일 턴 MLMT를 도시한 도면이다.
도 11b는, 11개층을 가지는 단일 턴 MLMT를 도시한 도면이다.
도 11c는, 20개층을 가지는 단일 턴 MLMT를 도시한 도면이다.
도 11d는, 26개층을 가지는 단일 턴 MLMT를 도시한 도면이다.
도 12는, 주파수 함수로서 품질 인자 값을 도시한 그래프이다.
도 13a는, 다수의 층에서 저항과 인덕턴스의 상대 변화들을 도시한 그래프이다.
도 13b는, 소정의 층들에 대해 10MHz에서 최종 품질 인자를 도시한 그래프이다.
도 14a는, 주파수 함수로서 품질 인자를 도시한 그래프이다.
도 14b는, 주파수 함수로서 16층 코일에 대한 인덕턴스를 도시한 그래프이다.
도 14c는, 주파수 함수로서 16층 코일에 대한 저항을 도시한 그래프이다.
도 15a는, 주파수 함수로서 품질 인자를 도시한 그래프이다.
도 15b는, 주파수 함수로서 인덕턴스를 도시한 그래프이다.
도 15c는, 주파수 함수로서 저항을 도시한 그래프이다.
도 16a는, 1mm의 금속 스트립 폭을 가지는 코일에 대해 품질 인자를 주파수 함수로서 도시한 그래프이다.
도 16b는, 1.5mm의 금속 스트립 폭을 가지는 코일에 대해 품질 인자의 상대 증가를 도시한 그래프이다.
도 16c는, 2mm의 금속 스트립 폭을 가지는 코일에 대해 품질 인자의 상대 증가를 도시한 그래프이다.
도 17은, 근거리 에너지 네트워크의 고레벨 블록도이다.
도 18a는, 수신부와 송신부가 동일한 공진 주파수들과 좁은 밴드들을 가지는 상황을 도시한 그래프이다.
도 18b는, 수신부와 송신부가 서로 다른 공진 주파수들과 좁은 밴드들을 가지는 상황을 도시한 그래프이다.
도 18c는, 수신부와 송신부가 서로 다른 공진 주파수들을 가지며 수신부가 넓은 공진 상태를 가지는 상황을 도시한 그래프이다.
도 18d는, 수신부와 송신부가 서로 다른 공진 주파수들을 가지며, 전송 장치가 손실을 입고 있는 상황을 도시한 그래프이다.
도 18e는, 수신부와 송신부가 서로 멀리 떨어져 있는 공진 주파수들을 가지며, 전송 및 수신 장치가 손실을 입고 있는 상황을 도시한 그래프이다.
도 18f는, 수신부와 송신부가 서로 근접해 있는 공진 주파수들을 가지며, 전송 및 수신 장치가 손실을 입고 있는 상황을 도시한 그래프이다.
도 19는, 리피터를 가지는 근거리 에너지 네트워크의 고레벨 블록도이다.
도 20은, 대표적인 PCB 스택업을 도시한 도면이다.
도 21은, 설정된 PCB 제조 업자로부터 얻어지는 6층 PCB 판에 대한 제조 스택업을 나타내는 표이다.
도 22는, 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조의 등가 회로도이다.
도 23은, 인덕터로 동작하는 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조(조건 1)에 대한 등가 회로도이다.
도 24a는, 회로내의 자가 공진기로 동작하는 다층 배선을 이용하여 형성된MLMT 구조(형태 1)에 대한 등가 회로도이다.
도 24b는, 단독형 자가 공진기로 동작하는 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조(형태 1)에 대한 등가 회로도이다.
도 25a는, 커패시터가 추가적으로 직렬로 연결된 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조에 대한 등가 회로도이다.
도 25b는, 커패시터가 추가적으로 병렬로 연결된 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조에 대한 등가 회로도이다.
도 26a는, 공진이 커패시터를 병렬 연결로 추가함으로써 발생되는 회로내에서 공진기로 동작하는 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조에 대한 등가 회로도이다.
도 26b는, 공진이 커패시터를 직렬 연결로 추가함으로써 발생되는 회로내에서 스탠드 얼로운 공진기로 동작하는 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조에 대한 등가 회로도이다.
도 26c는, 공진이 상기 회로내에 커패시터를 병렬 연결로 추가함으로써 발생되는 회로내에서 스탠드 얼로운 공진기로 동작하는 다층 배선을 이용하여 형성된 MLMT 구조에 대한 등가 회로도이다.The following drawings illustrate, by way of example, one or more embodiments according to the present invention, and are not limited thereto. In the drawings, similar numerals represent the same or similar elements.
1 is a diagram showing energy loss in a low efficiency system.
2 is a diagram showing an AC current distribution for a stable unidirectional current flowing through the same conductor.
3 is a diagram showing the distribution of AC current at an increased frequency caused by the skin effect.
4 is a graph showing the relationship between skin depth and frequency.
5 is a diagram showing AC current distribution through multilayer wiring at an increased frequency.
6 is a high-level diagram of a structure for wireless communication.
7A is a diagram showing an example of an antenna in a circular solenoid configuration.
7B is a diagram showing an example of an antenna in a square solenoid configuration.
7C is a diagram showing an example of an antenna having a circular spiral configuration.
7D is a diagram showing an example of an antenna having a square spiral configuration.
7E is a diagram showing an example of an antenna in a multilayered square spiral configuration.
Fig. 7F is a diagram showing an example of an antenna in a circular spiral-solenoid configuration.
7G is a diagram showing an example of an antenna in a square spiral-solenoid configuration.
Fig. 7H is a diagram showing an example of an antenna in a conformal solenoid configuration.
8A is a diagram showing a single turn circular coil having N layers.
8B is a diagram illustrating a double-turn circular solenoid coil of N layers.
9A is a diagram showing an example of a multilayer wiring having a circular cross section.
9B is a view showing an example of a multilayer wiring having a rectangular cross section.
9C is a view showing an example of a multilayer wiring having a square cross section.
9D is a diagram showing an example of a multilayer wiring having a triangular cross section.
9E is a diagram showing an example of a multilayer wiring having an elliptical cross section.
9F is a diagram showing a rectangular cross section of a multilayer wiring.
Fig. 10A is a diagram showing a multilayer wiring having a circular cross section.
10B is a diagram showing a multilayer wiring having a rectangular cross section.
11A is a diagram showing a single turn MLMT having one layer.
11B is a diagram showing a single turn MLMT having 11 layers.
11C is a diagram showing a single turn MLMT having 20 layers.
11D is a diagram showing a single turn MLMT having 26 layers.
12 is a graph showing quality factor values as a function of frequency.
13A is a graph showing relative changes in resistance and inductance in multiple layers.
13B is a graph showing the final quality factor at 10 MHz for certain layers.
14A is a graph showing a quality factor as a function of frequency.
14B is a graph showing inductance for a 16-layer coil as a function of frequency.
14C is a graph showing the resistance for a 16-layer coil as a function of frequency.
15A is a graph showing the quality factor as a function of frequency.
15B is a graph showing inductance as a function of frequency.
15C is a graph showing resistance as a function of frequency.
16A is a graph showing the quality factor as a function of frequency for a coil having a width of a metal strip of 1 mm.
16B is a graph showing the relative increase in quality factor for a coil having a metal strip width of 1.5 mm.
16C is a graph showing the relative increase in quality factor for a coil having a metal strip width of 2 mm.
17 is a high-level block diagram of a short-range energy network.
18A is a graph showing a situation in which a receiver and a transmitter have the same resonance frequencies and narrow bands.
18B is a graph showing a situation in which a receiver and a transmitter have different resonance frequencies and narrow bands.
18C is a graph illustrating a situation in which a receiver and a transmitter have different resonant frequencies and a receiver has a wide resonant state.
18D is a graph showing a situation in which a receiver and a transmitter have different resonant frequencies and a transmission device suffers a loss.
18E is a graph showing a situation in which a receiver and a transmitter have resonant frequencies that are far apart from each other, and a transmission and reception device suffers a loss.
18F is a graph illustrating a situation in which a receiver and a transmitter have resonant frequencies in close proximity to each other, and a transmission and reception apparatus suffers a loss.
19 is a high-level block diagram of a short-range energy network having a repeater.
20 is a diagram illustrating a typical PCB stackup.
21 is a table showing a manufacturing stack-up for a 6-layer PCB plate obtained from a set PCB manufacturer.
22 is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure formed using multilayer wiring.
23 is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure (Condition 1) formed using multilayer wiring operating as an inductor.
Fig. 24A is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure (Form 1) formed using multilayer wirings operating as self-resonators in the circuit.
24B is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure (Form 1) formed using multilayer wiring operating as a single self-resonator.
25A is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure formed using multilayer wiring in which a capacitor is additionally connected in series.
25B is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure formed using a multilayer wiring in which a capacitor is additionally connected in parallel.
26A is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure formed using a multilayer wiring that operates as a resonator in a circuit in which resonance is generated by adding capacitors in parallel.
FIG. 26B is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure formed using multilayer wiring operating as a stand-alone resonator in a circuit in which resonance is generated by adding capacitors in series.
26C is an equivalent circuit diagram of an MLMT structure formed using multilayer wiring operating as a stand-alone resonator in a circuit in which resonance is generated by adding a capacitor in a parallel connection in the circuit.

다음의 설명에서는, 수 많은 특정한 사항들이 보기를 들어 설명되었으며, 그로 인해 관련 기술을 정확하게 이해할 수 있도록 하였다. 그러나, 해당 기술자들은 본 발명의 기술이 이러한 상세한 사항들이 없어도 실현될 수 있다는 것을 알고 있다. 다른 보기들에서는, 공지된 방법들, 절차들, 요소들 및/또는 회로들이 상세한 설명없이 비교적 높은 수준으로 기재되어 있으므로, 본 발명의 특징들을 불필요하게 혼동시키는 일이 없게 되었다.In the following description, a number of specific points are explained by way of example, so that the relevant technology can be accurately understood. However, those skilled in the art know that the technique of the present invention can be realized without these details. In other instances, well-known methods, procedures, elements and/or circuits have been described to a relatively high level without detailed description, thus avoiding unnecessarily confusing features of the present invention.

여기에 기재된 여러 가지 기술들은, 일반적으로 무선 전송 및/또는 무선 수신 시스템들을 설계, 제작 및 동작시키기 위한 방법들, 시스템들 및 장치들과 관련된 것이다. 좀 더 상세하게는, 근접 무선 전송 및/또는 수신을 위해 이용되는 고효율의 구조를 설계, 제작 및 동작시키기 위한 방법들, 시스템들 및 장치들과 관련된 것이다.The various techniques described herein generally relate to methods, systems and apparatuses for designing, manufacturing and operating wireless transmission and/or wireless reception systems. More specifically, it relates to methods, systems, and apparatuses for designing, manufacturing and operating a highly efficient structure used for proximity wireless transmission and/or reception.

무선 전송은, 실시예들과 같이 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원의 무선 전송을 실현시킬 수 있다. 게다가, 무선 통신은 디지털 데이터와 정보의 전송을 실현시킬 수 있다. 다른 실시예에서는, 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원, 전자 데이터와 정보의 조합이 에너지 망들에서 논의된 실시예들과 같이 공동으로 또는 분리되어 전송될 수 있다. 이러한 무선 전송은 동시에 또는 시간 구간들의 한 주기에서 발생한다는 것이 추가로 고려된다. 무선 전송의 다른 실시예들은 에너지 망, 전원 망, 데이터 망, 및 근거리 필드 전원 및 하기에 기재된 데이터 전달 시스템에서 논의된다.The wireless transmission can realize wireless transmission of electric energy, electromagnetic energy, and energy power, as in the embodiments. In addition, wireless communication can realize the transmission of digital data and information. In other embodiments, electrical energy, electromagnetic energy and energy power, combinations of electronic data and information may be transmitted jointly or separately, as in the embodiments discussed in energy networks. It is further contemplated that such radio transmissions occur simultaneously or in one period of time intervals. Other embodiments of wireless transmission are discussed in the energy network, the power supply network, the data network, and the near field power supply and the data delivery system described below.

무선 수신은, 실시예들과 같이 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원의 무선 수신을 실현시킬 수 있다. 게다가, 무선 수신은 디지털 데이터와 정보의 수신을 실현시킬 수 있다. 다른 실시예에서는, 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원, 전자 데이터와 정보의 조합이 에너지 망들에서 논의된 실시예들과 같이 공동으로 또는 분리되어 수신될 수 있다. 이러한 무선 수신은 동시에 또는 시간 구간들의 한 주기에서 발생한다는 것이 추가로 고려된다. 무선 수신의 다른 실시예들은 에너지 망, 전원 망, 데이터 망, 및 근거리 필드 전원 및 하기에 기재된 데이터 전달 시스템에서 논의된다.The wireless reception may realize wireless reception of electric energy, electromagnetic energy and energy power, as in the embodiments. Moreover, wireless reception can realize the reception of digital data and information. In other embodiments, electrical energy, electromagnetic energy and energy power, combinations of electronic data and information may be received jointly or separately, as in the embodiments discussed in energy networks. It is further contemplated that such radio reception occurs simultaneously or in one period of time intervals. Other embodiments of wireless reception are discussed in the energy network, the power supply network, the data network, and the near field power supply and the data delivery system described below.

무선 통신은, 실시예들과 같이 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원의 무선 전송 및 수신을 실현시킬 수 있다. 게다가, 무선 통신은 디지털 데이터와 정보의 전송 및 수신을 실현시킬 수 있다. 다른 실시예에서는, 전기 에너지, 전자기 에너지 및 에너지 전원, 전자 데이터와 정보의 조합이 에너지 망들에서 논의된 실시예들과 같이 공동으로 또는 분리되어 전송 및 수신될 수 있다. 이러한 무선 전송 및 수신은 동시에 또는 시간 구간들의 한 주기에서 발생한다는 것이 추가로 고려된다. 무선 통신의 다른 실시예들은 에너지 망, 전원 망, 데이터 망, 및 근거리 필드 전원 및 하기에 기재된 데이터 전달 시스템에서 논의된다.The wireless communication can realize wireless transmission and reception of electric energy, electromagnetic energy, and energy power, as in the embodiments. In addition, wireless communication can realize the transmission and reception of digital data and information. In other embodiments, electrical energy, electromagnetic energy and energy power, combinations of electronic data and information may be transmitted and received jointly or separately as in the embodiments discussed in energy networks. It is further contemplated that such wireless transmission and reception occur simultaneously or in a period of time intervals. Other embodiments of wireless communication are discussed in the energy network, the power supply network, the data network, and the near field power supply and the data delivery system described below.

시스템의 효율은 입력대 출력의 비율로 정의된다. 전기 시스템에서는, 출력이 일반적으로 고유의 저항과 임피던스로 인해 입력보다 작게 된다. 무선 시스템에서는, 대표적인 손실이 에너지가 공기를 통해 전달되는 경우에 발생된다. 그러나, 전류가 안테나, 공진기 와 같은 시스템의 구성 요소 뿐만 아니라, 시스템의 회로 및 인덕터, 커패시터, 및 저항기와 같은 관련 요소들을 통해 전류가 흐르게 되는 경우에, 에너지가 손실된다. 낮은 효율 시스템에서의 에너지 손실에 대한 도면이 도 1에 도시되어 있다.The efficiency of a system is defined as the ratio of input to output. In electrical systems, the output is usually smaller than the input due to its inherent resistance and impedance. In wireless systems, a typical loss occurs when energy is transferred through air. However, energy is lost when current flows through components of the system, such as antennas and resonators, as well as circuits of the system and related elements such as inductors, capacitors, and resistors. A diagram of the energy loss in a low efficiency system is shown in FIG. 1.

안테나는 일반적으로 전자파가 전송 및 수신되는 도전체이다. 안테나는 한 개의 배선 또는 한 세트의 배선들로 구성되어 있으나, 이들에 한정되지는 않는다. 공진기는, 공진하는 어느 시스템을 포함하는, 공진 장치 또는 공진 물질을 일반적으로 의미한다. 공진기는 공진에 의해 특정 주파수의 존재를 검출하는 기구이며, 또한 이러한 주파수 특성을 가지는 어느 회로가 될 수 있다. 게다가, 공진기는 주기적인 전기 발진이 최대 진폭에 도달할 수 있도록, 용량성과 유도성을 결합한 전기 회로가 될 수 있다. 당해 기술자에 의해 알 수 있는 바와 같이, 안테나가 자체적으로 공진하거나 또는 공진을 달성하기 위해 커패시터와 같은 다른 리액턴스 소자와 결합되는 경우에는, 안테나는 자주 공진기로서 작용한다. 이와 같이, 안테나와 공진기는 자주 교환적으로 사용되며, 또한 일반적으로 구조(예를 들면, 복수 턴의 다층 구조)로 언급된다.Antennas are generally conductors through which electromagnetic waves are transmitted and received. The antenna is composed of one wire or a set of wires, but is not limited thereto. A resonator generally means a resonant device or resonant material, including any system that resonates. The resonator is a device that detects the presence of a specific frequency by resonance, and may be any circuit having such frequency characteristics. In addition, the resonator can be an electric circuit that combines capacitive and inductive properties so that periodic electric oscillations can reach their maximum amplitude. As will be appreciated by the person skilled in the art, the antenna often acts as a resonator when the antenna resonates on its own or is coupled with another reactance element such as a capacitor to achieve resonance. As such, antennas and resonators are often used interchangeably, and are also commonly referred to as structures (e.g., a multi-layer structure of multiple turns).

"스킨 효과"는 일반적으로 도전체의 "스킨" 또는 외부 부분의 인근에 교류 전류가 집중되는 경향을 의미한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 동일한(homogeneous) 도전체를 통해 안정된 일방성(unidirectional) 전류에 대해서는, 전류 분포가 단면상에서 일반적으로 균일하다; 즉, 전류 밀도는 그 단면의 모든 위치에서 동일하다."Skin effect" generally refers to the tendency of an alternating current to be concentrated in the vicinity of the "skin" or outer portion of a conductor. As shown in Fig. 2, for a stable unidirectional current through the same (homogeneous) conductor, the current distribution is generally uniform in cross section; That is, the current density is the same at all positions in the cross section.

교류 전류에서는, 주파수가 증가하게 되면, 전류는 점점 더 표면에 배치된다. 이러한 전류는 도전체의 단면부 전체를 효과적으로 이용하지 못한다. 그러므로, 도전체의 유효 단면부는 감소되어 저항과 에너지 소멸이 균일하게 분포된 전류 값들에 비해 증가하게 된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 스킨 효과로 인해, 전류 밀도는 도전체의 표면("스킨"으로도 불린다.)의 부근에서 최대가 되며, 단면부의 중앙을 향해서는 지수적으로 감소한다.In alternating current, as the frequency increases, the current is increasingly placed on the surface. This current cannot effectively utilize the entire cross-section of the conductor. Therefore, the effective cross-section of the conductor is reduced so that the resistance and energy dissipation increase compared to the uniformly distributed current values. That is, as shown in Fig. 3, due to the skin effect, the current density becomes maximum in the vicinity of the surface of the conductor (also referred to as "skin"), and decreases exponentially toward the center of the cross-section.

어느 배선에 대해서는, 유효 저항은 주파수에 따라 급상승한다. 이것은 총 배선의 단면의 일 부분만을 통해 전류가 흐르기 때문이다. 여기에서의 저항은 옴 저항을 언급한다. 원형 단면을 가지는 옴 저항에 대한 방정식은 다음과 같다.For some wiring, the effective resistance increases rapidly with frequency. This is because current flows through only a portion of the cross section of the total wiring. Resistance here refers to ohmic resistance. The equation for ohmic resistance with circular cross section is as follows.

DC에서는, R = (ρL)/A. 여기에서, ρ는 저항률(resistivity), L은 배선의 총 길이, A는 배선 단면이다. AC에서는, 스킨 효과,

를 포함한다. ; N은 배선의 루프의 턴 수를 의미하며, r은 루프의 반경, a는 배선의 반경이다. A=πa²이고, L=2πNr.In DC, R = (ρL)/A. Here, ρ is the resistivity, L is the total length of the wiring, and A is the cross section of the wiring. In AC, the skin effect,

Includes. ; N is the number of turns of the loop of the wiring, r is the radius of the loop, and a is the radius of the wiring. A=πa ² and L=2πNr.

배선 단면에 대해서는, 더 많은 전류 경로들을 형성하는 단계는 배선의 순수 저항의 감소를 발생시킨다. 본 발명은 다수의 층들을 포함하는 배선을 기재하고 있다. 각 도전층은 도전성 테이프, 도전성 리본 및 증착된(deposited) 금속이 될 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다. 각 도전체는 다른 도전체층과 몇 개의 절연 물질들을 통해 분리될 수 있다. 절연 물질들은 스티로폼, 실리콘 이산화탄소, 또는 어느 적합한 생물학적 적합성 세라믹, 또는 낮은 유전율을 가지는 유사한 유전체, 높은 유전율을 가지는 비도전성 유전체 및 페라이트 물질 또는 그들의 조합 또는 공기가 될 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다. "층 배선(layered wire)"은 복수 턴 구조를 형성하기 위해 한 개 이상의 턴을 가질 수 있다. 다층 배선으로 언급되는 "층 배선"은 복수 턴 다층(MLMT) 구조라고 언급되는 완전한 구조를 형성하기 위해 이용된다. MLMT 구조는 안테나, 공진기, 코일, 럼프형 소자 또는 그들의 어느 조합이 될 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다. 럼프형 소자는 인덕터, 커패시터, 저항기 또는 그들의 어느 조합이 될 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다. 다층 배선은 감소가능한 저항을 요구하는 어느 구조의 기본 적인 빌딩 블록이다. 다층 배선은 또한 어느 도전선 트레이스(trace)에서 감소가능한 저항을 달성하기 위해 이용된다. 이 때에, 다층 배선은 한 회로내에서 두 개의 위치들 사이의 단순한 상호 연결 부분, 인덕터, 커패시터, 저항기 또는 그들의 어느 조합과 같은, 그러나 이들에 한정되지 않는 회로내의 럼프형 회로, 필터내의 인덕터, 커패시터, 저항기 또는 그들의 어느 조합과 같은 소형 요소, PIFA와 그것의 파생체(derivatives)와 같은 어느 구조체, 또는 무선 통신용 안테나 또는 공진기로서 사용되는, 그러나 이들에 한정되지 않는 코일, 직사각형 마이크로 스트립 안테나 또는 패치 안테나, 그리고 그것의 파생체, 울트라 광대역(UWB) 구조들, 보우-타이(bow-tie) 구조 또는 그들의 조합이 될 수 있다.For the wiring cross section, forming more current paths results in a reduction in the net resistance of the wiring. The present invention describes a wiring comprising multiple layers. Each conductive layer may be a conductive tape, a conductive ribbon, and a deposited metal, but is not limited thereto. Each conductor can be separated by a different conductor layer and several insulating materials. The insulating materials may be, but are not limited to, styrofoam, silicon carbon dioxide, or any suitable biocompatible ceramic, or a similar dielectric having a low dielectric constant, a non-conductive dielectric and ferrite material having a high dielectric constant, or a combination thereof or air. A "layered wire" may have one or more turns to form a multi-turn structure. The "layer wiring" referred to as a multilayer wiring is used to form a complete structure referred to as a multi-turn multilayer (MLMT) structure. The MLMT structure may be an antenna, a resonator, a coil, a lump type element, or any combination thereof, but is not limited thereto. The lump-type element may be an inductor, a capacitor, a resistor, or any combination thereof, but is not limited thereto. Multilayer wiring is the basic building block of any structure that requires a reduced resistance. Multilayer wiring is also used to achieve a diminishing resistance in any of the conductor traces. In this case, the multilayer wiring is a simple interconnection part between two positions within a circuit, a lumped circuit in a circuit such as, but not limited to, an inductor, a capacitor, a resistor or any combination thereof, an inductor in a filter, a capacitor. , Small elements such as resistors or any combination thereof, any structure such as PIFAs and their derivatives, or coils, rectangular microstrip antennas or patch antennas used as, but not limited to, antennas or resonators for wireless communications , And derivatives thereof, ultra broadband (UWB) structures, bow-tie structures, or combinations thereof.

예를 들면, 1-mm(0.04-in.)의 구리 배선에 대해서는, 주파수 1MHz에서의 저항이 거의 dc값의 4배가 된다. "스킨 깊이" 또는 "투과 깊이"(δ)는 스킨 효과의 결과들을 평가하기 위해 자주 이용된다. 전류 밀도가 표면의 값의 약 1/e(약 37%)로 감소되는 도전체 표면의 하부의 깊이가 일반적으로 허용되고 있다. 용어, "스킨 깊이"는 전류 밀도가 최대치의 약 37%까지 감소되는 단면부내의 깊이로서 기재되어 있다. 이러한 개념은 평면의 굵은 선에 적용되나, 도전체의 곡률 반경이 δ보다 크다고 판단되면, 다른 형태들로 확장될 수 있다. 예를 들면, 60Hz에서, 구리내의 투과 깊이는 8.5mm(0.33in.)가 된다.; 10GHz에서는, 6.6×1^0-7m가 된다. 스킨 깊이는 주파수의 주요 함수이며, 주파수 증가에 따라 감소한다. 이러한 현상은 도 4에 도시된 그래프에 표시되어 있다.For example, for a 1-mm (0.04-in.) copper wiring, the resistance at a frequency of 1 MHz is almost four times the dc value. "Skin depth" or "transmission depth" (δ) is often used to evaluate the results of the skin effect. It is generally acceptable to have a depth below the conductor surface where the current density is reduced to about 1/e (about 37%) of the value of the surface. The term “skin depth” is described as the depth within the cross section at which the current density is reduced by about 37% of its maximum. This concept is applied to the thick line of the plane, but if it is determined that the radius of curvature of the conductor is greater than δ, it can be expanded to other shapes. For example, at 60 Hz, the penetration depth in the copper is 8.5 mm (0.33 in.); At 10 GHz, it is 6.6 × 10 ^-7 m. Skin depth is the main function of frequency and decreases with increasing frequency. This phenomenon is shown in the graph shown in FIG. 4.

다층 배선의 기본 개념은 배선의 단변부 전체에 걸쳐 이용가능한 전류 밀도를 최대화하여 배선의 고유 저항을 감소시키는 것이다. 다층 구조 형성은 스킨 효과로 인해 미사용된 도전성 물질을 최소화하고, 그로 인해 낭비적인 구조 공간을 제거하면서 주파수 또는 주파수들에서 구조의 활성 도전 기능을 조절할 수 있다(leverage). 다층 배선 개념은 도 5에 도시되어 있다.The basic concept of multilayer wiring is to reduce the resistivity of the wiring by maximizing the current density available across the short side of the wiring. The formation of a multilayer structure minimizes unused conductive materials due to the skin effect, thereby removing wasteful structure space while controlling the active conductive function of the structure at frequencies or frequencies (leverage). The multilayer wiring concept is shown in FIG. 5.

두께가 스킨 깊이의 약 두 배가 되는 도전체층을 이용함으로써, 배선내의 모든 위치에서의 전류 밀도가 (표면에서) 가능한 최대 전류 밀도보다 크거나 또는 최대 전류 밀도의 37%까지 동등하다는 사실이 확인되었다. 다른층 두께를 이용함으로써, 다른 베이스 전류 밀도가 얻어지게 된다. 예를 들면, 스킨 깊이의 약 4배 되는층 두께를 이용함으로써, 전류 밀도가 (표면에서) 가능한 최대 전류 밀도보다 크거나 또는 최대 전류 밀도의 14%까지 동등하다는 사실이 확인되었다. 이와 같이, 스킨 깊이의 약 6배가 되는 도전체 깊이에 대해서는, 전류 밀도가 5%보다 크거나 또는 그 값과 동등하다.By using a conductor layer whose thickness is about twice the depth of the skin, it has been found that the current density at all locations in the wiring is greater than the maximum possible current density (at the surface) or equal to 37% of the maximum current density. By using different layer thicknesses, different base current densities are obtained. For example, by using a layer thickness that is about four times the depth of the skin, it has been found that the current density is greater than the maximum possible current density (at the surface) or equal to 14% of the maximum current density. In this way, for a conductor depth that is about 6 times the depth of the skin, the current density is greater than or equal to 5%.

60Hz에서의 소정의 보기로 다시 돌아가면, 약 8.5mm의 도전체 스킨 깊이가 약 17mm의 층 두께를 가져온다. 이러한 치수를 고려하면, 대부분의 응용들은 한 층의 두께의 단면 치수보다 적은 단면 치수를 가지는 배선들을 사용한다. 그러나, 5GHz와 같은 고주파수에서는, 약 1μm의 도전체 스킨 깊이는 약 2μm의 층 두께를 가져온다. 더 높은 주파수들에서는, 관련 비용을 포함한 실제 제작은 불가능해질 수 있다. 본 발명의 다층 배선은 PCB 기술과 같은 표준 제조 공정을 이용하나, 이들에 한정되지 않는 방법을 이용하여 제작가능하다. 그러므로, 본 발명의 다층 배선은 구조의 내부 저항을 상당히 감소시키기 위한 기능에 근거하여 매우 효과적인 무선 통신을 달성하는 실제적인 기능을 제공하고 있다.Returning to the given example at 60 Hz, a conductor skin depth of about 8.5 mm results in a layer thickness of about 17 mm. Considering these dimensions, most applications use wires with a cross-sectional dimension less than the cross-sectional dimension of the thickness of one layer. However, at high frequencies such as 5 GHz, a conductor skin depth of about 1 μm results in a layer thickness of about 2 μm. At higher frequencies, actual fabrication including associated costs may become impossible. The multilayer wiring of the present invention uses standard manufacturing processes such as PCB technology, but can be manufactured using a method that is not limited thereto. Therefore, the multilayer wiring of the present invention provides a practical function of achieving highly effective wireless communication based on the function for significantly reducing the internal resistance of the structure.

도전체층들에서 높은 전류 밀도를 유지하는 것이 중요하지만, 동시에, 미사용의 단면부 면적, 즉, 절연체층이 가능한한 작게 되는 것이 필수적이다. 상기 이론을 이용하면, 다층의 이상적인 구성은 스킨 깊이의 약 두 배가 되는 두께/깊이를 가지는 도전층과, 기술적으로 가능한 얇은 절연체를 포함한다.It is important to maintain a high current density in the conductor layers, but at the same time it is essential that the unused cross-sectional area, i.e., the insulator layer, be made as small as possible. Using the above theory, an ideal configuration of a multilayer includes a conductive layer having a thickness/depth that is about twice the depth of the skin, and a thin insulator as technically possible.

마이크로파 주파수들에서 이용하기 위한 도파관과 공진 구멍(cavity) 내부 표면들은, 은과 같은 도전성이 높은 물질로 주로 도금된다. 그러므로, 거의 모든 전류가 표면으로 집중되므로, 에너지 손실을 감소시키게 된다. 도금 물질이 δ에 비해 더욱 두껍다면, 도전체는 코팅 물질의 고체 도전체와 같다. "품질 인자"는 일반적으로 안테나, 회로 또는 공진기와 같은 장치의 효율을 측정하는 지수(측정 수치)로 여겨지고 있다. 비어(Via)는 한층에서 다른층으로 연결된 전기적 도전성 연결을 의미한다.The inner surfaces of the waveguide and resonant cavity for use at microwave frequencies are mainly plated with a highly conductive material such as silver. Therefore, since almost all the current is concentrated to the surface, energy loss is reduced. If the plating material is thicker than δ, the conductor is the same as the solid conductor of the coating material. "Quality factor" is generally regarded as an index (a measure) that measures the efficiency of a device such as an antenna, circuit or resonator. Via means an electrically conductive connection connected from one layer to another.

리츠(리츠) 배선은 일반적으로 균일한 패턴의 트위스트와 길이의 층으로 결합 또는 연결된 각각의 필름 절연 배선들로 구성된 배선이다.Ritz wiring is a wiring consisting of individual film insulated wirings that are bonded or connected by a layer of generally uniform pattern of twist and length.

첨부 도면들내에 도시된 실시예들에 대한 참조들이 상세하게 기재되어 있으며 다음에 논의될 것이다. 도 6은, 무선 통신용 요소의 배선 구조를 나타내는 고레벨 도면이다. 배선 구조는 다층 배선(101)의 코일(100)을 포함한다. 코일(100)의 형태는 원형, 직사각형, 삼각형, 다른 다각형이 될 수 있으며, 제한된 용적내에 들어가도록 등각 형태로 되어 있다. 도 6은 원형 코일(100)의 형태로 형성된 코일의 대표적인 보기를 나타낸 것이다. 코일(100)의 구성은 솔레노이드, 나선형 또는 나선-솔레노이드 형태가 된다. 솔레노이드 코일은 각 턴(turn)이 동일한 반경을 가지는 경우에 다수의 턴들을 가질 수 있는 헬리컬 곡선을 따른다. 나선 코일은 점진적으로 증가 또는 감소하는 반경을 가지는 다수의 턴들을 가진다. 나선-솔레노이드 코일의 구성은 나선 및 솔레노이드 구성의 조합니다. 해당 기술자에게 알려진 다른 구성들도 코일을 형성하기 위해 사용될 수 있다.References to the embodiments shown in the accompanying drawings have been described in detail and will be discussed in the following. 6 is a high-level diagram showing the wiring structure of elements for wireless communication. The wiring structure includes a coil 100 of multilayer wiring 101. The shape of the coil 100 may be circular, rectangular, triangular, or other polygonal shape, and has a conformal shape to fit within a limited volume. 6 shows a representative example of a coil formed in the form of a circular coil 100. The configuration of the coil 100 is a solenoid, a spiral or a spiral-solenoid. The solenoid coil follows a helical curve that can have multiple turns if each turn has the same radius. The spiral coil has a number of turns with a radius that gradually increases or decreases. Spiral-Solenoid Coil configuration is a combination of Spiral and Solenoid configuration. Other configurations known to the person skilled in the art can also be used to form the coil.

도 7a-7h는, 이용가능한 배선 구성의 보기들을 도시한 도면이다. 도 7a는, 원형 솔레노이드 구성(102)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 7b는, 정사각형 솔레노이드 구성(103)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 7c는, 원형 나선 구성(104)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 7d는, 정사각형 나선 구성(105)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 직사각형 또는 삼각형과 같은, 다른 나선(spiral) 구성도 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 도 7e는, 다층 정사각형 나선 구성(106)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 단지 두 개의 층들만 도 7e에 도시되어 있지만, 어떤 개수의 층들도 이용가능하다는 것을 알아야 한다. 다음에 기재되는 바와 같이, 다층들이 이용되는 경우에는, 다층 구조들이 비어(via), 납땜, 태브(tab), 배선, 핀, 또는 리벳에 의해 연결될 수 있다. 이러한 커넥터들은 최소한 다음의 두 가지 목적들을 위해 작용한다.: (1) 커넥터들은 다층 배선들을 위한 배선층들을 연결한다.;그리고, (2) 커넥터들은 다층 배선의 제 2턴에 다층 배선의 한 턴을 연결한다. 예를 들면, 2턴 배선 구조에 대해서는, 제 1턴에서 제 2턴까지 최소한 한 개의 비어가 있다. 다른 목적들도 역시 커넥터들에 의해 실현된다.7A-7H are diagrams showing examples of available wiring configurations. 7A is a diagram showing an example of the wiring of the circular solenoid configuration 102. 7B is a diagram showing an example of the wiring of the square solenoid configuration 103. 7C is a diagram showing an example of the wiring of the circular helical configuration 104. 7D is a diagram showing an example of the wiring of the square helical configuration 105. It should be noted that other spiral configurations, such as rectangles or triangles, may also be used. 7E is a diagram showing an example of the wiring of the multilayered square spiral configuration 106. Although only two layers are shown in Fig. 7e, it should be noted that any number of layers are available. As described below, when multiple layers are used, the multilayer structures can be connected by vias, solders, tabs, wires, pins, or rivets. These connectors serve at least two purposes: (1) connectors connect the wiring layers for multilayer wiring; and, (2) the connectors take one turn of the multilayer wiring to the second turn of the multilayer wiring. Connect. For example, for a two-turn wiring structure, there is at least one via from the first turn to the second turn. Other purposes are also realized by connectors.

각 배선 구조에 대해서는, 최적 개수의 커넥터들과, 각 커넥터를 위한 최적의 위치가 존재한다. 이에 대한 폐쇄형 분석 해법이 존재하지 않으므로, 반복적인 모델링을 통해 최적의 위치들이 얻어질 수 있다. 그러나, 최적화를 위한 기본 가이드 라인들이 여기에서 제공된다.:For each wiring structure, there is an optimum number of connectors and an optimum location for each connector. Since there is no closed analysis solution for this, optimal positions can be obtained through iterative modeling. However, basic guidelines for optimization are provided here:

단일한 도전체를 형성하는 모든층 들을 연결하는 최소한 두 개의 커넥터들이 존재하는 것이 바람직하다. 이러한 두 개의 커넥터들은 다층 배선의 두 개의 단부(다층 배선의 입력과 출력)에 존재하는 것이 이상적이다.It is desirable to have at least two connectors connecting all the layers forming a single conductor. Ideally, these two connectors are at the two ends of the multilayer wiring (input and output of the multilayer wiring).

특정한 용도에 따라 커넥터들의 총 개수가 그에 대응하도록 선택되는 것이 바람직하다. 최적의 커넥터 개수들보다 많으면, 용량과 저항이 증가하고, 품질 인자가 감소하며, 더욱 높은 밴드폭을 얻게 하는 전류 경로들을 증가시키게 된다. 커넥터의 전체 길이(높이, 깊이)가 특정 동작 주파수의 최적 길이보다 큰 경우에는, 기생 효과(parasitic effect)가 더욱 뚜렷하게 관찰될 수 있다는 사실을 주목하자. 본질적으로 커넥터의 길이는 커넥터의 높이가 된다. 파장/10의 범위내에 커넥터의 높이를 유지하는 것이 실현가능한 실시예가 될 수 있지만, 용도에 따라, 이것은 거의 (유효 파장)/20보다 더욱 작도록 유지되어야 한다. 이러한 제한 이유는 다음과 같다. 증가한 커넥터 길이는, 사용되는 다층 배선의 서로 다른층간의 위상차를 크게 할 수 있기 때문이다. 다른층들 간의 이러한 위상차는 불필요한 용량성 효과를 야기시키며, 그로 인해, 자가 공진(self-resonance) 주파수들을 효과적으로 낮추고, 손실을 증가시키게 된다. 추가 부품들(예를 들면, 커패시터들)이 사용되지 않고, 구조가 자가 공진기로서 이용되는 실시예들에 대해서는, (유효 파장)/10 보다 더욱 깊은 깊이를 가지는 비어들과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않는, 커넥터들이 안테나의 설계내에 포함될 수 있다는 것을 언급하고 싶다.It is preferred that the total number of connectors be selected to correspond according to the particular application. If there are more than the optimal number of connectors, the capacity and resistance increase, the quality factor decreases, and the current paths to obtain a higher bandwidth are increased. Note that if the overall length (height, depth) of the connector is greater than the optimum length of a specific operating frequency, then a parasitic effect can be observed more clearly. Essentially, the length of the connector is the height of the connector. Keeping the height of the connector in the range of wavelength/10 may be a feasible embodiment, but depending on the application, this should be kept to be approximately smaller than (effective wavelength)/20. The reasons for this limitation are as follows. This is because the increased connector length can increase the phase difference between different layers of the multilayer wiring to be used. This phase difference between different layers causes an unnecessary capacitive effect, thereby effectively lowering self-resonance frequencies and increasing loss. For embodiments in which no additional components (e.g. capacitors) are used and the structure is used as a self-resonator, such as vias having a depth deeper than (effective wavelength)/10, but limited to these. I would like to mention that connectors can be included in the design of the antenna.

비어들은 PCB 기술들(예를 들면, 내장되거나, 또는 눈에 보이지 않는 구멍)에서 사용되는 일반적인 형태, 또는 반도체 또는 MEMS 기술에서 사용되는 일반적인 형태로 될 수 있다. 즉, 비어는 최소한 어느 두 개의층들 및/또는 모든층들을 전기적으로 연결하기 위해 레이저 용접, 용접, 인쇄, 납땜(braze), 스퍼터링 침전, 배선-결합이 적용된 어느 도전성 물질이 될 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다.The vias can be of a general shape used in PCB technologies (eg, embedded or invisible holes), or a general shape used in semiconductor or MEMS technologies. That is, the via may be any conductive material to which laser welding, welding, printing, braze, sputtering precipitation, and wiring-bonding are applied to electrically connect at least any two layers and/or all layers. It is not limited to

도 7f는, 원형 나선-솔레노이드 구성(107)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 7g는, 정사각형 나선-솔레노이드 구성(108)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 7h는, 등각(conformal) 솔레노이드 구성(109)의 배선의 보기를 도시한 도면이다. 등각 구성의 배선은 원형, 또는 직사각형 솔레노이드, 또는 원형 또는 직사각형 나선 형태를 취하나, 이들에 한정되지는 않는다. 도 7a-7h에 도시된 배선의 어느 구성도 본 시스템에서 사용될 수 있다.7F is a diagram showing an example of the wiring of the circular helical-solenoid configuration 107. 7G is a diagram showing an example of the wiring of a square helix-solenoid configuration 108. 7H is a diagram showing an example of the wiring of the conformal solenoid configuration 109. The wiring of the conformal configuration takes the form of a circular or rectangular solenoid, or a circular or rectangular spiral, but is not limited thereto. Any configuration of the wiring shown in Figs. 7A-7H can be used in this system.

도 6의 코일(100)은 다수의 턴(110)을 가진다. 한 개의 턴은, 배선이 코일(111)의 중앙축 위치의 주위에서 감기를 완전히 수행하게 될 때까지 굽힘, 접힘, 또는 활 모양이 될 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다. 턴은 코일의 구성과 비슷하거나 동일하다. 즉, 원형, 직사각형, 삼각형, 다른 다각형 또는 한정된 체적에 들어가도록 등각 형태(conformal)가 되나, 이들에 한정되지는 않는다. 도 8a는,"N"이 1과 동일하거나 또는 1보다 큰 경우에, N개의 층들을 가지는 단일 턴의 원형 코일을 도시하고 있다. 도 8b는, N개의 층들의 이중 턴 원형 솔레노이드 코일을 도시한 도면이다.The coil 100 of FIG. 6 has a plurality of turns 110. One turn may be bent, folded, or arched until the wiring is completely wound around the central axis position of the coil 111, but is not limited thereto. Turns are similar or identical to the configuration of the coil. That is, it is a circle, a rectangle, a triangle, another polygon, or conformal to fit in a limited volume, but is not limited thereto. Fig. 8a shows a single turn circular coil having N layers when "N" is equal to or greater than 1; 8B is a diagram illustrating a double-turn circular solenoid coil of N layers.

일반적으로, 어느 인덕턴스 안테나에 대해서는, 저항이 T^y로 증가는 경우에, 인덕턴스는 T^x로 증가한다. T는 턴(turn)의 수이다. 이상적인 도전체에서는, x와 y가 각각, 2와 1이 된다. x와 y가 각각 2와 1보다 작게 요구되는 인덕턴스와 저항(품질 인자)에 영향을 끼치는 다른 인자들이 존재한다. 도 15을 참조하면, 3가지 성능 보기들이 제공되어 있다. 그래프는 32층-2 턴 안테나를 본 발명의 다층 배선을 이용하여 만들어진 32층-1 턴 안테나와 64층-1 턴 안테나를 비교하고 있다. 32층-2 턴 안테나의 인덕턴스와 저항이, 1MHz-200MHz의 주파수 범위에서 32층-1 턴 안테나에 대해서, 각각 3-3.5배와 1.7-3배 사이에서 증가한다. 이러한 증가는 저항이 거의 T가 되고 인덕턴스가 거의 T²가 되는, 간단한 분석적 관계로부터 얻어지는 매우 근사한 예측치들이다.In general, for any inductance antenna, when the resistance increases to T ^y , the inductance increases to T ^x . T is the number of turns. In an ideal conductor, x and y are 2 and 1, respectively. There are other factors that affect the inductance and resistance (quality factor) required for x and y to be less than 2 and 1 respectively. Referring to Figure 15, three performance views are provided. The graph compares the 32-layer-2 turn antenna with the 32-layer-1 turn antenna made using the multi-layer wiring of the present invention. The inductance and resistance of a 32-layer-2 turn antenna increase between 3-3.5 times and 1.7-3 times, respectively, for a 32-layer-1 turn antenna in the frequency range of 1MHz-200MHz. These increases are very approximate predictions obtained from a simple analytical relationship, where the resistance is almost T and the inductance is almost T ² .

도 6의 다층 배선(101)은 원형, 직사각형, 정사각형, 또는 삼각형 단면 형태를 가질 수 있으나, 이들에 한정되지는 않는다. 게다가, 당해 기술자들에게 이미 알려진 다른 형태들도 역시 사용될 수 있다. 도 9a-9e는 MLMT의 설계에 사용되는 배선들의 단면들의 보기들을 도시한 것이다. 도 9a는 원형 단면(401)을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 9b는 직사각형 단면(402)을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 9c는 정사각형 단면(403)을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 9d는 삼각형 단면(404)을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 9e는 타원형 단면(405)을 가지는 다층 배선의 보기를 도시한 도면이다. 도 9f는 제 1도전층(410)과 제 2도전층(420)을 가지는 다층 배선의 직사각형 단면(401)을 도시한 도면이다. 절연체(430)는 제 1도전층(410)과 제 2도전층(420)을 분리한다. 제 1도전층(410)과 제 2도전층(420)은, 절연체(430)를 가로 지르는 비어(440)에 연결되어 있다. 도전층들(410, 420)은 금속 두께와 금속 스트립 폭을 가지는 증착 금속(deposited metal) 또는 도전성 테이프/리본/시트/리프(leaf)가 된다. 제 1도전층(410)의 금속 두께는 라인 A-A에 의해 표시되어 있으며, 제 1도전층(410)의 금속 스트립 폭은 라인 B-B에 의해 표시되어 있다. 한 보기에서는, 한 층의 금속 두께는 스킨 깊이의 거의 두 배가 된다. 스킨 깊이는, 도전체 깊이의 약 1/2로부터 거의 도전체 깊이에 이르는 범위내에 있다. 한 턴의 각층은 실제적으로 동일한 금속 두께 및 금속 스트립 폭을 가지고 있다.The multilayer wiring 101 of FIG. 6 may have a circular, rectangular, square, or triangular cross-sectional shape, but is not limited thereto. In addition, other forms already known to those skilled in the art may also be used. 9A-9E show examples of cross-sections of wires used in the design of the MLMT. 9A is a diagram showing an example of a multilayer wiring having a circular cross section 401. 9B is a diagram showing an example of a multilayer wiring having a rectangular cross section 402. 9C is a diagram showing an example of a multilayer wiring having a square cross section 403. 9D is a diagram showing an example of a multilayer wiring having a triangular cross section 404. 9E is a diagram showing an example of a multilayer wiring having an elliptical cross section 405. 9F is a diagram illustrating a rectangular cross section 401 of a multilayer wiring having a first conductive layer 410 and a second conductive layer 420. The insulator 430 separates the first conductive layer 410 and the second conductive layer 420. The first conductive layer 410 and the second conductive layer 420 are connected to the via 440 crossing the insulator 430. The conductive layers 410 and 420 are deposited metal or conductive tape/ribbon/sheet/leaf having a metal thickness and a metal strip width. The metal thickness of the first conductive layer 410 is indicated by lines A-A, and the width of the metal strip of the first conductive layer 410 is indicated by lines B-B. In one example, the thickness of the metal in one layer is almost twice the depth of the skin. The skin depth is in a range from about half the depth of the conductor to almost the depth of the conductor. Each layer in a turn has practically the same metal thickness and metal strip width.

절연 물질의 두께는 산업 응용의 필요성을 만족시키기에 충분하거나, 또는 이용 가능한 제조 기술에 의해 제조 가능한 최소 두께가 된다. 게다가, 전체 구조 가능성은 동작 주파수(도 4의 그래프에 도시), 관련 비용 및 이용되는 제조 기술에 따라 판단된다. 일반적으로, PCB 기술에서, 층들의 두께가 "코어 두께"와 "프리-프레그(pre-preg) 두께"에 의해 영향을 받는다. 다른 설계들에서는, 비도전층의 두께가 구조의 전기 특성을 수정하기 위해 선택된다.The thickness of the insulating material is sufficient to satisfy the needs of an industrial application, or the minimum thickness that can be manufactured by the available manufacturing techniques. In addition, the overall structural potential is judged according to the operating frequency (shown in the graph in Fig. 4), the associated cost and the manufacturing technology used. In general, in PCB technology, the thickness of the layers is influenced by "core thickness" and "pre-preg thickness". In other designs, the thickness of the non-conductive layer is chosen to modify the electrical properties of the structure.

대표적인 PCB 스택업(stackup)은 코어와 프리-프레그의층이 교차적으로 이루어진 구조를 가진다. 코어는 일반적으로 두 개의 면에 결합된 구리 포일을 가지는 얇은 조각의 유전체를 포함한다. 코어 유전체는 일반적으로 경화된 섬유 유리-에폭시 수지이다. 프리-프레그는 일반적으로 경화되지 않은 섬유 유리-에폭시 수지이다. 프리-프레그는 가열되고 가압되면 경화된다(즉, 굳어진다). 가장 바깥의 층들은 일반적으로 외부(표면 포일)와 결합된 구리 포일을 가지는 프리-프레그이다. 스택업은 도 20에 도시된 바와 같이, 가열 주기하에서 보드(board)내의 기계적인 스트레스를 방지하기 위해서 수직축내의 보드 중앙에 대해서 대칭 상태가 된다.A typical PCB stackup has a structure in which layers of a core and a pre-preg are intersected. The core generally comprises a thin piece of dielectric with a copper foil bonded to two sides. The core dielectric is generally a cured fiber glass-epoxy resin. The pre-preg is generally an uncured fiber glass-epoxy resin. The pre-preg hardens (ie hardens) when heated and pressurized. The outermost layers are usually pre-pregs with copper foil bonded to the outside (surface foil). The stackup is symmetrical with respect to the center of the board in the vertical axis to prevent mechanical stress in the board under the heating cycle, as shown in FIG. 20.

도전체와 절연체의 두께들은 이용가능한 제조 기술에 의해 가능한 최소 두께와 동일하게 되는 실시예가 13.56MHz에서의 응용을 위해 제공된다. 13.56MHz에서는, 스킨 깊이가 약 17.8마이크로미터이다. 이상적인 것은, 도전체 깊이가 약 35.6μm이며, 절연 두께는 가능한 작게 되어야 한다. 그러나, 도 21에 도시된 바와 같이, 사실상, 표준적으로 설정되어 있는, 저렴한 비용의 기술이 요구되는 PCB 제작 방법을 이용하면, 6층 PCB판에 대해 얻어지는 제조 스택업은 스킨 깊이의 거의 4배가 되는 약 71μm가 된다. 게다가, 절연층은 도전층의 3배 이상이 된다. 상당히 높은 비용을 요구하는, 개량된 PCB 기술은 더욱 낮은 도전체와 절연 깊이를 실현한다. 예를 들면, 현재 연구 단계에 있는 PCB 기술은, 구리와 같은 도전 물질이 5μm 정도로 낮게 되도록 하고, 절연 유전체가 약 39μm가 되도록 한다. 반도체 제작과 MEMS 제작 기술과 같은, 다른 기술들에서는 더욱 얇은층 두께를 허용하므로, 이상적인 성능에 매우 가까운 특성이 얻어진다. 반도체 기술 또는 MEMS 제작 기술이 사용된다면, 도전층들과 절연층들 모두는 100 나노미터로 되거나 도는 더욱 얇게 될 수 있다. 양호한 실시예들에서는, 유전층 두께가 200μm 미만이고, 가능한 완전한 절연상태가 된다. 그리고 10 미만의 유전율(permittivity)을 가지게 된다.An embodiment is provided for application at 13.56 MHz in which the thicknesses of the conductor and insulator are equal to the minimum thickness possible by the available manufacturing techniques. At 13.56 MHz, the skin depth is about 17.8 microns. Ideally, the conductor depth is about 35.6 μm, and the insulation thickness should be as small as possible. However, as shown in Fig. 21, in fact, when a standard PCB manufacturing method that requires low-cost technology is used, the manufacturing stackup obtained for the 6-layer PCB plate becomes almost 4 times the depth of the skin. It becomes about 71 μm. In addition, the insulating layer is at least three times that of the conductive layer. The improved PCB technology, which requires significantly higher cost, realizes lower conductor and insulation depth. For example, PCB technology, which is currently in research, allows conductive materials such as copper to be as low as 5 μm and insulating dielectrics to be about 39 μm. Other technologies, such as semiconductor fabrication and MEMS fabrication techniques, allow for thinner layer thicknesses, resulting in properties very close to ideal performance. If semiconductor technology or MEMS fabrication technology is used, both conductive and insulating layers can be 100 nanometers or even thinner. In preferred embodiments, the dielectric layer thickness is less than 200 μm, and the insulation is as complete as possible. And it has a permittivity of less than 10.

이와 같이, 유전층은 몇 가지 물질로부터 만들어질 수 있으며, 여러 가지 현태를 가질 수 있다. 예를 들면, 몇 가지 응용들은 매우 낮은 기생 용량을 요구한다. 이러한 경우들에서는, 가장 낮은 유전율을 가지는 비도전성 유전체가 선호된다. 게다가, 기생 효과를 최소화하기 위해 절연층 두께를 최소화하는 것이 바람직하다. 다른 보기들은 인덕턴스의 증가 및/또는 자기 차폐의 증가를 달성하기 위해 페라이트(ferrite) 물질을 요구하는 응용들을 위해 제시된다. 이러한 경우에서는, 유전층들이 페라이트 막/블록 또는 유사한 특징적인 구성/물질에 의해 대체될 수 있다.As such, the dielectric layer can be made from several materials and can have several phenomena. For example, some applications require very low parasitic capacity. In these cases, a non-conductive dielectric with the lowest permittivity is preferred. In addition, it is desirable to minimize the thickness of the insulating layer to minimize parasitic effects. Other examples are presented for applications requiring ferrite material to achieve an increase in inductance and/or an increase in magnetic shielding. In this case, the dielectric layers may be replaced by a ferrite film/block or similar characteristic composition/material.

절연 물질의 두께가, 공진기를 제작하기 위해 이용되는 제작 기술의 실제 가능성내에 있어야 하며, 공진기가 사용되는 응용 분야의 효율성과 부합해야 한다는 것은 해당 기술자들에게 자명한 것이 될 것이다.It will be apparent to the skilled person that the thickness of the insulating material must be within the practical possibilities of the fabrication technology used to fabricate the resonator, and that it must match the efficiency of the application in which the resonator is used.

도전층들의 물질은 구리 또는 금이 될 수 있으나, 다른 물질들도 가능하다. 도전성을 증가시키기 위해, 증착된 은이 포함된 구리 또는 금이 사용될 수 있다. 안테나가 설치되고 본체 액체(body fluids)에 노출되어 있는 경우에는, 도전성을 높이는 추가 성분을 포함하는, 대표적인 기존의 생물학적 적합성(biocompatible)의 물질들이 사용된다. 이러한 것들은 다음의 그룹으로부터 선택되는 도전성 물질을 포함하나, 이들에 한정되지는 않는다. 상기 그룹은, 티타늄, 플래티늄과 플래티늄/이리듐 합금, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 하프늄, 니티놀, MP35N, Havar®, Elgiloy®, 스테인리스 강철, 금과 그의 여러 가지 합금들과 같은, Co-Cr-Ni 합금들, 팔라듐, 탄소 또는 다른 희귀 금속을 포함한다. 이용 분야에 따라, 절연 물질은 (i) 공기, (ii) 낮은 유전율을 가지는 유전체(예를 들면, 스티로폼, 실리콘 이산화탄소, 또는 어느 적합한 생물학적 적합성 세라믹), (iii) 높은 유전율을 가지는 비도전성 유전체, (iv) 페라이트 물질, 또는 (v) 상기 기재된 물질의 조합이 될 수 있다. 물질과 물질들의 조합의 선택은 제작 공정, 비용 및 기술적인 요구 사항들과 같은 인자들에 근거하게 된다. 예를 들면, 만약 안테나의 낮은 자가 공진 주파수에 영향을 주기 위해 높은 용량성 효과가 요구되는 경우에는, 높은 유전율의 유전체가 선호되며, 또는 페라이트 막 또는 페라이트 블록을 포함하는 물질들의 조합이 선호되어 안테나의 자가 공진을 증가시키게 된다. 게다가, 페라이트 코어는 성능 증가를 제공하기 위해 사용될 수 있다.The material of the conductive layers may be copper or gold, but other materials are possible. To increase the conductivity, copper or gold with deposited silver may be used. When the antenna is installed and exposed to body fluids, representative existing biocompatible materials are used, which contain additional components that increase conductivity. These include, but are not limited to, conductive materials selected from the following group. This group is a Co-Cr-Ni alloy, such as titanium, platinum and platinum/iridium alloys, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, nitinol, MP35N, Havar®, Elgiloy®, stainless steel, gold and various alloys thereof Field, palladium, carbon or other rare metals. Depending on the field of application, the insulating material may be (i) air, (ii) a dielectric with a low dielectric constant (e.g., styrofoam, silicon carbon dioxide, or any suitable biocompatible ceramic), (iii) a non-conductive dielectric with a high dielectric constant, (iv) a ferrite material, or (v) a combination of the above-described materials. The choice of material and combination of materials will be based on factors such as manufacturing process, cost and technical requirements. For example, if a high capacitive effect is required to affect the low self-resonant frequency of the antenna, a dielectric having a high dielectric constant is preferred, or a combination of materials including a ferrite film or a ferrite block is preferred. The chair increases the resonance. In addition, ferrite cores can be used to provide increased performance.

도 10a-10b는 서로 다른 다층 배선 단면부 구성의 보기들을 도시한 도면들이다. 도 10a는, 원형 단면(510)을 가지는 다층 배선을 도시한 도면이다. 도 10b는, 직사각형 단면(520)을 가지는 다층 배선을 도시한 도면이다. 도 10b에서는, 도전층(540)을 연결하는 비어(530)가 배선의 시작이 되는 포트 또는 입력(550)에 위치하고 있다. 특정한 이용 분야에 따라, 도전층들을 연결하는 비어(530)들의 배치는 MLMT 구조의 성능에 영향을 주게 된다. 예를 들면, 불충분한 비어들은 다른층들 사이에서 위상차들을 발생시키게 된다. 반대로, 다수의 비어들은 저항 손실을 야기하는 추가적인 주기성 전류 경로들을 발생시키게 된다. 비어들은 배선의 시작 부분(예를 들면, 포트, 입력 등) 또는 배선상의 한 개 이상의 위치에 배치된다. 게다가, 두 개 이상의 도전체층들로 구성된 한 세트 사이의 비어들은 두 개 이상의 도전체들의 다른 세트와는 다른 위치에 배치된다. 몇 가지 변형들이 이용 분야 및 시스템 설계에 따라 가능하다는 것을 알아야 한다. 비어는 MLMT 구조의 제작을 위해 이용되는 기술에 대해 표준이 되는 기술을 이용하여 만들어진다. 다른 경우들에서는, 전기 납땜, 용접 태브(tab), 레이저 용접 태킹(tacking), 또는 다른 일반적으로 알려진 전기 결합 기술들을 이용하여, 비어 위치에서 몇 개의 층들을 연결하는 납땜 기술을 이용하여, 비어가 실현될 수 있다.10A-10B are views showing examples of different multilayer wiring cross-sectional configurations. 10A is a diagram showing a multilayer wiring having a circular cross section 510. 10B is a diagram showing a multilayer wiring having a rectangular cross section 520. In FIG. 10B, a via 530 connecting the conductive layer 540 is positioned at a port or input 550 at which wiring starts. Depending on the specific field of use, the arrangement of the vias 530 connecting the conductive layers affects the performance of the MLMT structure. For example, insufficient vias cause phase differences between different layers. Conversely, multiple vias result in additional periodic current paths leading to resistance losses. Vias are placed at the beginning of the wiring (eg, port, input, etc.) or at one or more locations on the wiring. In addition, the vias between one set of two or more conductor layers are disposed at different locations than the other set of two or more conductor layers. It should be noted that several variations are possible depending on the application and system design. Vias are made using techniques that are standard for techniques used to fabricate MLMT structures. In other cases, using a soldering technique that connects several layers at the via location, using electric soldering, welding tabs, laser welding tacking, or other commonly known electrical bonding techniques, the via is Can be realized.

여기에 기재된 바와 같이, MLMT 구조는 고주파수에서 MLMT 구조의 고유 저항 손실을 감소시키는 효과적인 전원 전달을 달성하기 위해 높은 품질 인자(QF)의 다층 배선으로 설계된다. 품질 인자는 도 1에 주어진 바와 같이 장치에 의해 저장된 에너지 비율과 장치에 의해 손실된 에너지와의 비율을 나타낸다. 그러므로, MLMT 구조의 QF는 MLMT 구조의 저장 에너지에 대한 에너지 손실 비율을 나타낸다. 안테나와 같은, 시간 변화 전류(time-varying current)를 운반하는 전원 장치는 다음의 3가지 성분들로 분리된다. 1) 저항 에너지(W_res), 2) 방사성 에너지(W_rad), 그리고 3) 리액턴스 에너지(W_rea)로 분리된다. 안테나의 경우에는, 저장 에너지가 리액턴스 에너지이며, 손실 에너지는 저항 및 방사성 에너지이다. 이때에, 안테나 품질 인자는 방정식 Q=W_rea/(W_res+W_rad)에 의해 표시된다.As described herein, the MLMT structure is designed with high quality factor (QF) multilayer wiring to achieve effective power transfer that reduces the resistive loss of the MLMT structure at high frequencies. The quality factor represents the ratio of the energy stored by the device to the energy lost by the device as given in FIG. 1. Therefore, the QF of the MLMT structure represents the ratio of energy loss to the stored energy of the MLMT structure. A power supply that carries a time-varying current, such as an antenna, is divided into three components: It is divided into 1) resistive energy (W _res ), 2) radioactive energy (W _rad ), and 3) reactance energy (W _rea ). In the case of an antenna, the stored energy is reactance energy, and the loss energy is resistive and radiative energy. At this time, the antenna quality factor is expressed by the equation Q=W _rea /(W _res +W _rad ).

근거리 통신에서는, 방사성 및 저항성 에너지들이 장치, 즉 안테나에 의해 주변 환경으로 방출된다. 에너지가 제한된 저장 전원을 가지는 장치들, 즉 크기 제한을 가지는 배터리 전원 장치들 사이에서 에너지가 전달되는 경우에는, 과도한 전원 손실이 장치들의 성능 효율성을 상당히 감소시키게 된다. 이와 같이, 근접 통신 장치들은 리액턴스 에너지를 최대화 시키면서 방사성 및 저항성 에너지들을 최소화 시키도록 설계되었다. 즉, 근거리 통신은 Q를 최대화시킴으로써 이익을 얻게 된다.In short-range communication, radiated and resistive energies are emitted to the surrounding environment by a device, ie an antenna. When energy is transferred between devices having energy-limited storage power, ie, battery-powered devices having a size limit, excessive power loss significantly reduces the performance efficiency of the devices. As such, proximity communication devices are designed to minimize radiative and resistive energies while maximizing reactance energy. In other words, short-range communication benefits by maximizing Q.

예를 들면, 인덕턴스 형태로 결합된 시스템의 장치들 사이에서 이루어지는 에너지 및/또는 데이터 전달의 효율성은 전송기내의 안테나 품질 인자(Q1), 수신기내의 안테나 품질 인자(Q2) 및 두 안테나들 사이의 결합 계수(κ)에 따라 달라진다. 에너지 전달의 효율은 다음의 방정식에 따라 달라진다.: eff∝κ²·Q₁Q₂. 더욱 높은 품질 인자는 안테나의 저장 에너지에 대한 에너지 손실의 비율이 더욱 낮다는 것을 의미한다. 반대로, 더욱 낮은 품질 인자는 안테나의 저장 에너지에 대한 에너지 손실의 비율이 더욱 높다는 것을 의미한다. 결합 계수(κ)는 두 개의 안테나들 사이에 존재하는 결합 정도를 나타낸다.For example, the efficiency of energy and/or data transfer between devices of a system coupled in the form of inductance is determined by the antenna quality factor (Q1) in the transmitter, the antenna quality factor (Q2) in the receiver, and the coupling between the two antennas. It depends on the coefficient (κ). The efficiency of energy transfer depends on the equation: eff∝κ ² ·Q ₁ Q ₂ . The higher quality factor means that the ratio of energy loss to the stored energy of the antenna is lower. Conversely, a lower quality factor means that the ratio of energy loss to the stored energy of the antenna is higher. The coupling coefficient κ represents the degree of coupling existing between the two antennas.

게다가, 예를 들면, 유도성 안테나의 품질 인자는 다음의 관계식에 따라 달라진다 : Q= 2πfL/R. 이 때에, f는 동작 주파수이며, L은 인덕턴스 그리고 R은 총 저항이다(옴(ohmic)+ 방사성). QF가 저항에 대해 반비례 관계이므로, 더욱 높은 저항은 더욱 낮은 품질 인자로 변화된다.In addition, for example, the quality factor of an inductive antenna depends on the following relationship: Q= 2πfL/R. In this case, f is the operating frequency, L is the inductance and R is the total resistance (ohmic + radioactive). Since QF is inversely proportional to resistance, higher resistance changes to lower quality factors.

더욱 높은 품질 인자는 코일의 단일 턴에 대한 다층 배선내의 다층 구조들을 이용하여 얻어진다. 코일내의 턴 수를 증가시켜, 구조의 품질 인자를 증가시키게 된다. 일정한 주파수에서 설계를 하기 위해서는, 최대 품질 인자를 얻기 위한 가장 적합한층들의 개수를 얻어야 한다. 이러한 최대치가 얻어지면, 추가적인층들이 부가되면 품질 인자는 감소된다. 목수 턴 다층 구조를 위해 이용되는 설계 변수들은 다음의 사항들을 포함한다. :Higher quality factors are obtained using multilayer structures in multilayer wiring for a single turn of the coil. By increasing the number of turns in the coil, it increases the quality factor of the structure. In order to design at a constant frequency, it is necessary to obtain the most suitable number of layers to obtain the maximum quality factor. When this maximum is obtained, the quality factor decreases as additional layers are added. The design parameters used for the carpenter's turn multilayer structure include: :

a. 금속 스트립 폭, w_n (예를들면, w₁: 첫 번째 도전층의 폭, w_k: k 번째 도전층의 폭)a. Metal strip width, w _n (e.g., w ₁ : width of the first conductive layer, w _k : width of the k-th conductive layer)

b. 각 턴마다 도전층들의 개수, N_n (예를 들면, 첫 번째 턴에서의층들의 개수, N₁)b. Number of conductive layers per turn, N _n (e.g., number of layers in the first turn, N ₁ )

c. 각 도전층의 두께, d_n(예를 들면, d₁ : 첫 번째층의 두께, d_k : k 번째층의 두께)c. Thickness of each conductive layer, d _n (e.g., d ₁ : thickness of the first layer, d _k : thickness of the k-th layer)

d. 절연의 두께, di_n(예를 들면, di₁: 첫 번째층의 하부의 절연 두께, di_k: k 번째층의 하부의 절연 두께)d. Insulation thickness, di _n (e.g., di ₁ : insulation thickness of the lower part of the first layer, di _k : insulation thickness of the lower part of the k-th layer)

e. 턴의 수, Te. Number of turns, T

f. 각 턴의 다른 도전층들을 연결하는 비어들의 개수f. The number of vias connecting different conductive layers in each turn

g. 각 턴의 다른 도전층들을 연결하는 비어들의 위치g. Location of vias connecting different conductive layers in each turn

h. 형태(원형, 직사각형, 몇 개의 다각형;이용 분야에 따라 달라짐; 예를 들면, 몇 개의 장치 또는 요소내부 또는 외부에 꼭 맞도록 됨.)h. Shape (circular, rectangular, several polygons; depending on application; for example, to fit inside or outside several devices or elements.)

i.구성 : (솔레노이드, 나선, 나선-솔레노이드 등)i. Composition: (Solenoid, Spiral, Spiral-Solenoid, etc.)

j. 치수(길이, 폭, 내부 반경, 외부 반경, 대각선 등)j. Dimensions (length, width, inner radius, outer radius, diagonal, etc.)

다음에, 상기의 파라미터에 근거하여, 전형적인 다층 배선 설계에 대해 설명한다.Next, based on the above parameters, a typical multilayer wiring design will be described.

일례에서, 안테나는 도 11a - 11d에서 나타내는 바와 같이, 다층 배선을 이용하여 형성되는 MLMT 구조는 단일 턴의 원형 코일일 수 있다. 단일 턴 코일은 단일 턴이 포함되고, 약 1.75mm의 금속 스트립 폭, 약 0.03 밀리미터의 금속 두께, 약 0.015 mm의 절연층, 약 5mm의 외부 반경을 포함할 수 있다. 배선은 5, 11, 20, 26, 41 또는 60층과 같이 5와 60층 사이를 가진다. 예를 들면, 도 11a는 1층을 가진 단일 턴 MLMT 구조를 나타내고, 도 11b는 11층을 가진 단일 턴 MLMT 구조를 나타내고, 도 11c는 20층을 가진 단일 턴 MLMT 구조를 나타내고, 그리고 도 11d는 26층을 가진 단일 턴 MLMT 구조를 나타내고 있다. 구체적인 예를 도 11a - 11d에서 표시되고 있지만, 높은 품질 인자(quality factor)를 달성하기 위하여 5 미만 또는 60 이상의층을 가질 수 있음을 알 수 있다. 5와 60층의 범위에 대응하는 코일의 두께는, 예를 들면, 0.2, 0.5, 1, 1.25, 2.05 또는 3mm와 같이, 각각 약 0.2mm에서 3mm 사이일 수 있다. 상술한 바와 같이, 배선, 턴, 금속 두께, 및 금속 스트립의 폭에서의 층 수를 변화시키는 것에 의해, 보다 높은 품질 인자를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 0.03mm의 금속의 두께와 1.75mm의 금속 스트립의 폭을 가지는 1층 단일 턴 코일에 대해 10MHz에서의 품질 인자는 약 80이다. 층의 수를 1부터 11까지 늘리고, 금속 두께는 0.03 mm, 금속 스트립 폭을 1.75mm 로 유지하면, 품질 인자는 약 210으로 증가된다. 일반적으로, 턴당층 수의 증가는 품질 인자가 감소하기 시작한 이후 최대치가 도달할 때까지 품질 인자의 증가가 된다. 이 감소는 MLMT 구조의 높이의 전체가 그 반경에 필적할 때 발생할 수 있다. 전기 부품의 열화는 복수의 층에 기인하는 기생 효과를 크게 증가 시켰다. (예를 들면 용량과 근접 효과) 이 예에서는, 20, 26, 41 및 60으로 층을 증가하는 것은 각각 약 212, 220, 218 및 188의 품질 인자가 된다.In one example, as shown in FIGS. 11A to 11D, the antenna may be a single-turn circular coil having an MLMT structure formed using multilayer wiring. The single turn coil includes a single turn and may include a metal strip width of about 1.75 mm, a metal thickness of about 0.03 millimeters, an insulating layer of about 0.015 mm, an outer radius of about 5 mm. The wiring has between 5 and 60 layers, such as 5, 11, 20, 26, 41 or 60 layers. For example, FIG. 11A shows a single turn MLMT structure with one layer, FIG. 11B shows a single turn MLMT structure with 11 layers, FIG. 11C shows a single turn MLMT structure with 20 layers, and FIG. 11D It shows a single-turn MLMT structure with 26 layers. Although specific examples are shown in FIGS. 11A to 11D, it can be seen that layers of less than 5 or 60 or more may be provided in order to achieve a high quality factor. The thickness of the coil corresponding to the range of layers 5 and 60 may be between about 0.2 mm and 3 mm, respectively, such as 0.2, 0.5, 1, 1.25, 2.05, or 3 mm, for example. As described above, it can be seen that a higher quality factor can be obtained by varying the number of layers in the wiring, turn, metal thickness, and width of the metal strip. For example, for a single layer single turn coil having a thickness of 0.03 mm of metal and a width of a metal strip of 1.75 mm, the quality factor at 10 MHz is about 80. If the number of layers is increased from 1 to 11, the thickness of the metal is 0.03 mm, and the width of the metal strip is 1.75 mm, the quality factor is increased to about 210. In general, an increase in the number of layers per turn becomes an increase in the quality factor until the maximum value is reached after the quality factor starts to decrease. This reduction can occur when the entire height of the MLMT structure is comparable to its radius. The deterioration of electrical components greatly increased the parasitic effect caused by multiple layers. (E.g., dose and proximity effect) In this example, increasing the layer by 20, 26, 41 and 60 results in a quality factor of about 212, 220, 218 and 188, respectively.

선행 기술 방안과 비교하여 본 개념의 이점을 나타내고자, 본 개념의 모델은 알려져 있는 코일과 비교하기 위하여 개발되었다. 종래 기술 모델은 고체 배선을 사용하여 이루어졌다. 이하의 식으로 주어진 반경 r의 원형 코일; 배선 반경, a; 턴, N; 인덕턴스 (L) 및 저항계수 (R_ohmic 및 R_radiation)에 대해:In order to show the advantages of this concept compared to prior art solutions, a model of this concept was developed to compare with known coils. The prior art model was made using solid wiring. A circular coil of radius r given by the following equation; Wiring radius, a; Turn, N; For inductance (L) and resistance coefficient (R _ohmic and R _radiation ):

이하의 표 1 및 표 2에 제공된 사양으로부터 두 안테나 구성을 고려한다.Consider two antenna configurations from the specifications provided in Tables 1 and 2 below.

본 발명의 개념은 고체 배선보다 중요하게 높은 QF를 감안한다. 여기에서 나타낸 성능의 향상은 구성의 다른 알려진 방법이 이용될 때 적용된다.The concept of the present invention allows for a significantly higher QF than solid wiring. The performance enhancements shown here apply when other known methods of configuration are used.

안테나 구성-1Antenna configuration-1 인덕턴스inductance 저항resistance 품질 인자Quality factor 상기 식을 이용Using the above equation IE3D (수치)IE3D (numerical) L_formula L _formula L_numerical L _numerical R_formula R _formula R_numerical R _numerical Q_formula Q _formula Q_numerical Q _numerical 1 턴
R=1 cms
A (배선 반경)=1 mm
배선 영역~3.14mm²
f=380 MHz1 turn
R=1 cms
A (wiring radius)=1 mm
Wiring area~3.14mm ²
f=380 MHz 1-턴
R=1cms
스트립 폭~1mm
층 두께.~0.01mm
전체 두께.~2.5 mm
전체 배선 영역~2.5mm²
MLMT 설계1-turn
R=1cms
Strip width~1mm
Layer thickness.~0.01mm
Overall thickness. ~2.5 mm
Entire wiring region ~ 2.5mm ²
MLMT design 30 nH30 nH 28.7 nH28.7 nH 0.05830.0583 0.03370.0337 12251225 20342034 1 턴
R=1 cms
A (배선 반경) = 1 mm
배선 영역 ~ 3.14mm²
f=380 MHz1 turn
R=1 cms
A (wiring radius) = 1 mm
Wiring region ~ 3.14mm ²
f=380 MHz 1-턴
R=0.5 cms
스트립 폭~1mm
층 두께.~0.01mm
전체 두께.~2 mm
전체 배선 영역 2mm²
MLMT 설계1-turn
R=0.5 cms
Strip width~1mm
Layer thickness.~0.01mm
Overall thickness. ~ 2 mm
Entire wiring region 2mm ²
MLMT design 30 nH30 nH 9 nH9 nH 0.05830.0583 0.00830.0083 12251225 26712671

안테나 구성-2Antenna configuration-2 인덕턴스inductance 저항resistance 품질 인자Quality factor 상기 식을 이용Using the above equation IE3D (수치)IE3D (numerical) L_formula L _formula L_numerical L _numerical R_formula R _formula R_numerical R _numerical Q_formula Q _formula Q_numerical Q _numerical 1 턴
R=15 cms
(배선 반경)=2 mm
배선 영역~12.5mm²
f=17 MHz1 turn
R=15 cms
(Wiring radius)=2 mm
Wiring area~12.5mm ²
f=17 MHz 1 턴
R=15 cms
배선 폭~2mm
층 두께~0.03 mm
전체 두께~1 mm
전체 배선 영역~2mm²
MLMT 설계1 turn
R=15 cms
Wiring width~2mm
Layer thickness~0.03 mm
Overall thickness-1 mm
Total wiring area~2mm ²
MLMT design 830nH830nH 1.16μH1.16μH 0.08150.0815 0.04980.0498 11611161 24892489 1 턴
R=30 cms
(배선 반경)=2 mm
배선 영역~12.5mm²
f=17 MHz1 turn
R=30 cms
(Wiring radius)=2 mm
Wiring area~12.5mm ²
f=17 MHz 1 턴
R=30 cms
스트립 폭~3mm
층 두께~0.03 mm
전체 두께~1 mm
전체 배선 영역~3mm²
MLMT 설계1 turn
R=30 cms
Strip width~3mm
Layer thickness~0.03 mm
Overall thickness-1 mm
Total wiring area~3mm ²
MLMT design 1.92μH1.92μH 2.48μH2.48μH 0.18540.1854 < 0.08<0.08 11051105 > 2500> 2500

금속 스트립의 폭이 보다 높은 품질 인자를 달성하기 위해서 증가시킬 수 있음이 또한 이해된다. 도 12는 주파수의 함수로서의 품질 인자 값의 그래프를 제공한다. 도 13a는 층의 개수에 대해 저항과 유도 용량의 상대적 변화를 나타내는 그래프이다. 도 13b는 10 MHz에서의 결과로서의 품질 인자를 나타내고 있다. 도 13a-b에 대해 주목해야 한다. 그래프 상의 데이터 포인트들은, 데이터 포인트 1은 1층, 데이터 포인트 2는 11층, 데이터 포인트 3은 20층, 데이터 포인트 4는 26층, 데이터 포인트 5는 41층에 해당한다. 구성의 모든 층을 거치는 신호의 흐름을 분명히 하기 위해서, 적어도 2개의 비어가 임의의 다층 배선 및/또는 구성에 포함되어 있는 것이 바람직하다. 바람직하게 이 2개의 비어는 배선/구성의 포트에 위치하고 있다. 도 12와 13a-b로부터 알 수 있듯이, 10 MHz의 최적의 성능은 26층과 1턴을 가지는 안테나의 구성으로 달성된다. 이 안테나 구성으로, 최고 품질 인자는 35 MHz 근처에서 얻어지며 약 1100이다.또 다른 예에서, 안테나는 다층 배선의 단일 턴 원형 코일이 될 수 있으며, 약 1 mm의 금속 스트립 폭, 약 0.01 mm의 금속 두께, 약 0.005 mm의 절연층, 및 약 5 mm의 외부 반경을 가질 수 있다. 배선은 16, 32, 64 또는 128층과 같이 16 과 128층 사이를 가질 수 있다. 그러나 높은 품질 인자를 달성하기 위해 16 이하 또는 128 이상의 층을 가질 수 있음을 알 수 있다. 16 내지 128층의 범위에 해당하는 코일의 두께는 예를 들어 0.25, 0.5, 1 또는 2 mm와 같이 약 0.25 내지 2mm 사이에 있을 수 있다. 이 예에서, 품질 인자는 높은 주파수에서 달성되는 높은 품질 인자와 함께, 층 개수를 증가시켜 개선된다. 예를 들어, 10 MHz의 주파수에서, 16, 32, 64 및 128층의 품질 인자는 각각 약 127, 135, 140, 및 185이다. 최고 품질 인자는 이러한 설계 파라미터 하에 약 450 MHz에서 거의 2900로 증가한다. 상대 저항은 도체의 두께가 스킨 깊이의 거의 두 배가 되는 주파수의 근처에서 가장 낮아질 수 있다. 이 예에서, 그 주파수는 160 MHz이다.It is also understood that the width of the metal strip can be increased to achieve a higher quality factor. 12 provides a graph of the quality factor values as a function of frequency. 13A is a graph showing a relative change in resistance and inductance with respect to the number of layers. 13B shows the resulting quality factor at 10 MHz. Attention should be paid to Figures 13a-b. Data points on the graph correspond to the first floor, data point 2 on the 11th floor, data point 3 on the 20th floor, data point 4 on the 26th floor, and data point 5 on the 41st floor. In order to clarify the flow of signals through all layers of the configuration, it is preferable that at least two vias are included in any multilayer wiring and/or configuration. Preferably these two vias are located in the ports of the wiring/configuration. As can be seen from Figs. 12 and 13a-b, the optimal performance of 10 MHz is achieved with the configuration of an antenna having 26 layers and 1 turn. With this antenna configuration, the highest quality factor is obtained near 35 MHz and is about 1100. In another example, the antenna can be a single-turn circular coil of multilayer wiring, with a metal strip width of about 1 mm, a width of about 0.01 mm. It may have a metal thickness, an insulating layer of about 0.005 mm, and an outer radius of about 5 mm. The wiring may have between 16 and 128 layers, such as 16, 32, 64 or 128 layers. However, it can be seen that it may have 16 or less or 128 or more layers to achieve a high quality factor. The thickness of the coil, which falls in the range of 16 to 128 layers, may be between about 0.25 and 2 mm, for example 0.25, 0.5, 1 or 2 mm. In this example, the quality factor is improved by increasing the number of layers, with a high quality factor achieved at high frequencies. For example, at a frequency of 10 MHz, the quality factors of layers 16, 32, 64 and 128 are about 127, 135, 140, and 185, respectively. The highest quality factor increases from about 450 MHz to almost 2900 under these design parameters. Relative resistance can be lowest near the frequency at which the thickness of the conductor is almost twice the depth of the skin. In this example, the frequency is 160 MHz.

도 14a-c는 성능 파라미터와 동향을 나타내는 그래프이다. 도 14a는 주파수에 따른 품질 인자를 나타내는 그래프이다. 도 14b는 주파수에 따른 16층 코일에 관한 인덕턴스를 나타내는 그래프이다. 도 14c는 주파수에 따른 16층 코일에 관한 저항을 나타내는 그래프이다. 도 14a에서 알 수 있듯이, 품질 인자는 높은 주파수에서 상대적으로 큰 품질 인자와 함께 층의 개수가 증가하여 개선된다. 이것은 도 14c의 100 MHz의 주위의 골에 의해 나타내어진 주파수의 증가로서 저항이 감소하는 동안, 인덕턴스가 주파수와 함께 (16층 1턴 코일과 비교하여) 비교적 일정함을 나타내고 있는 도 14b-c에서도 나타내고 있다. 최고 품질 인자는 450 MHz 근처에서 약 2900까지 올라간다.14A-C are graphs showing performance parameters and trends. 14A is a graph showing a quality factor according to frequency. 14B is a graph showing inductance for a 16-layer coil according to frequency. 14C is a graph showing resistance of a 16-layer coil according to frequency. As can be seen from FIG. 14A, the quality factor is improved by increasing the number of layers together with a relatively large quality factor at a high frequency. This is also in Fig. 14b-c showing that the inductance is relatively constant (compared to the 16-layer 1-turn coil) with the frequency while the resistance decreases as an increase in frequency indicated by the valley around 100 MHz in Fig. 14c. Is shown. The highest quality factor goes up to about 2900 around 450 MHz.

또 다른 예에서, 모든 설계 파라미터는, 턴 수가 이중으로 되어, 턴 원형 코일이 되는 경우를 제외하고는, 32층 배선에 대한 이전의 예에서와 같다. 이 32층 이중 턴 안테나의 인덕턴스와 저항은 1 MHz 내지 200 MHz의 주파수 범위내의 32층 단일 턴 안테나 보다 각각 3-3.5배 및 1.7-3 사이로 각각 증가한다. 도 15a-c는 이 32층 이중 턴 안테나에 대한 32 및 64층, 이전 예의 단일 턴 안테나와 비교되는 성능 파라미터와 경향을 나타내는 그래프이다. 도 15a는 주파수에 따른 품질 인자를 나타내는 그래프이다. 도 15b는 주파수에 따른 인덕턴스를 나타내는 그래프이다. 도 15c는 주파수에 따른 저항을 나타내는 그래프이다. 도 15a-c에서 알 수 있듯이, 대략 200 MHz 이하 주파수에서의 32층 이중 턴 안테나의 인덕턴스는 거의 일정하고, 저항은 단일 턴 안테나와 유사한 경향에 따른다. 200 MHz 보다 큰 주파수에서, 인덕턴스와 저항의 양쪽 모두는 이하에 기술된 바와 같이, 기생 용량이 원인으로 급속히 상승한다. 200 MHz를 넘는 주파수에서 품질 인자가 크더라도, 용량 효과로 인해 일부의 애플리케이션에서는 허용할 수 없는 중요한 전기장이 나타날 수 있다.In another example, all design parameters are the same as in the previous example for 32-layer wiring, except that the number of turns is double, resulting in a round coil of turns. The inductance and resistance of this 32-layer double-turn antenna increase between 3-3.5 times and 1.7-3, respectively, compared to the 32-layer single-turn antenna in the frequency range of 1 MHz to 200 MHz. 15A-C are graphs showing the performance parameters and trends compared to the 32 and 64 layer, single turn antenna of the previous example for this 32 layer dual turn antenna. 15A is a graph showing a quality factor according to frequency. 15B is a graph showing inductance according to frequency. 15C is a graph showing resistance according to frequency. As can be seen from Figs. 15A-C, the inductance of the 32-layer double-turn antenna at frequencies below about 200 MHz is almost constant, and the resistance follows a similar trend to that of the single turn antenna. At frequencies greater than 200 MHz, both inductance and resistance rise rapidly due to parasitic capacitance, as described below. Even if the quality factor is large at frequencies above 200 MHz, capacity effects can result in significant electric fields that are not acceptable in some applications.

상술한 바와 같이, 안테나는 기생 효과를 나타내는 일이 있다. 안테나와 관련되어지는 것은, 주파수에 의존하고, 주파수와 함께 전체적인 임피던스 증가에의 의한 기생 용량이다. 기생 용량의 결과, 안테나는 커패시터와 같이 동작하는 것을 넘는 안테나의 자기 공진 주파수가 존재한다. 기생 용량의 발진을 방지하기 위하여, 안테나는 인덕턴스가 동작 주파수의 근처에서 거의 불변이도록 설계할 수가 있다. 바람직하게는, 주파수 그래프 대 리액턴스의 기울기는 |∂X/∂ω|~L(X는 리액턴스, L는 설계된 인덕턴스) 의 기울기와 함께 거의 선형 기울기 (동작 주파수 부근) 이다. 이 체제에서의 안테나를 동작하는 것은 전기장을 통한 기생 커플링이 최소한으로 억제되게 한다. 이것은 X 대 ω가 전류 집중, 근접성 및 스킨 효과와 같은 다른 효과로 인해 완전하게 선형 기울기가 아닐 수도 있음을 알 수 있다.As described above, the antenna may exhibit a parasitic effect. What is associated with the antenna is the parasitic capacitance due to the frequency dependent and overall impedance increase with frequency. As a result of the parasitic capacitance, there is a self-resonant frequency of the antenna that exceeds the antenna acting like a capacitor. In order to prevent oscillation of the parasitic capacitance, the antenna can be designed so that the inductance is almost constant near the operating frequency. Preferably, the slope of the reactance versus the frequency graph is a nearly linear slope (near the operating frequency) with the slope of |∂X/∂ω|~L (X is reactance, L is the designed inductance). Operating the antenna in this regime allows parasitic coupling through the electric field to be suppressed to a minimum. It can be seen that X vs. ω may not be a completely linear slope due to other effects such as current concentration, proximity and skin effect.

또한, 높은 품질 인자를 달성하기 위하여 안테나에 대한 다른 설계가 이용될 수 있는 것이 의도되고 있다. 예를 들면, 멀티 층 배선의 단일 턴 원형 코일은 16, 32, 64 또는 128층과 같이 16 및 128층 사이를 가지고, 코일은 약 1mm의 금속 스트립 폭, 약 0.01mm의 금속 두께, 약 0.01mm의 절연층, 및 약 10mm의 외부 반경을 포함한다. 금속의 폭을 증가하는 것은 높은 품질 인자가 되는 저항 및 인덕턴스를 감소시킨다. 안테나 전체 크기 사이즈 (외부 반경 ~ 10 mm) 로 인해, 폭 (w)의 비교적 작은 증가는 인덕턴스를 줄이지 않는다. 예를 들어 외부 반경 약 5mm와 같이 작은 안테나에 대한 금속 폭에서의 같은 증가, 인덕턴스에서의 감소가 높아지고 있음을 주목해야 한다. 도 16a-c는 각각 약 1mm, 1.5mm 및 2mm의 금속 스트립의 폭과 함께 이 예의 주파수에 따른 품질 인자를 나타내는 그래프이다. 이 예에서는, 379MHz에서의 품질 인자는 1 mm의 금속 스트립 폭에 대해 약 1425이다. 금속 스트립을 1.5mm 및 2mm로 증가하는 것은 각각 품질 인자를 약 1560 및 1486으로 증가시킨다.It is also intended that other designs for the antenna may be used to achieve a high quality factor. For example, a single-turn circular coil of multi-layer wiring has between 16 and 128 layers, such as 16, 32, 64 or 128 layers, the coil has a metal strip width of about 1 mm, a metal thickness of about 0.01 mm, a thickness of about 0.01 mm. An insulating layer of, and an outer radius of about 10 mm. Increasing the width of the metal reduces resistance and inductance, which is a high quality factor. Due to the overall size of the antenna (outer radius ~ 10 mm), a relatively small increase in width w does not reduce inductance. It should be noted that the same increase in metal width and decrease in inductance is increasing for antennas as small as, for example, about 5 mm outer radius. 16A-C are graphs showing the quality factor as a function of frequency in this example with widths of metal strips of about 1 mm, 1.5 mm and 2 mm, respectively. In this example, the quality factor at 379 MHz is about 1425 for a metal strip width of 1 mm. Increasing the metal strip to 1.5 mm and 2 mm increases the quality factor to about 1560 and 1486, respectively.

인덕터에 대해 상술한 모든 QF 값은 여유 공간(전도성 = 0, 상대 유전율 = 1)에 있음을 주목해야 한다. 현실 세계 환경의 존재가 QF에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 예를 들어, 여유 공간에서의 QF ~ 400의 안테나는 그것이 인간의 몸 옆에 위치할 때 약 200 - 300으로의 QF 변화를 가진다. 게다가, 안테나가 거의 또는 전혀 절연 코팅이 아닌 인간의 몸 안에 위치하는 경우, QF는 200 미만으로 변화될 수 있다. 인간의 몸 안에 배치하기 전에 충분히 두꺼운 코팅을 적용하거나 충분히 큰 패키지에 둘러싸는 것은 안테나의 QF의 변화를 낮출 수 있다. QF 특성에서 유사한 변화가 재질/매체와 그 거리의 전기적 특성에 의한 여유 공간으로부터의 편차와 함께 모든 매체와 재질의 부근에서 발생할 것으로 예상된다.It should be noted that all of the QF values described above for the inductor are in free space (conductivity = 0, relative permittivity = 1). It is expected that the presence of a real-world environment will affect QF. For example, an antenna of QF ~ 400 in free space has a QF change of about 200-300 when it is placed next to the human body. In addition, if the antenna is placed in a human body with little or no insulating coating, the QF can change to less than 200. Applying a sufficiently thick coating or enclosing a sufficiently large package prior to placement in the human body can reduce the variation in the antenna's QF. Similar changes in QF characteristics are expected to occur in the vicinity of all media and materials, with deviations from the free space due to the electrical properties of the material/medium and its distance.

여기서 논의되는 것에 의해, 무선 전송 및/또는 수신하는 근거리 필드(near-field) 커뮤니케이션의 활용은 에너지, 전력 또는 데이터 네트워크에 적용 할 수 있다.As discussed herein, the use of wireless transmitting and/or receiving near-field communication can be applied to energy, power or data networks.

에너지 네트워크Energy network

에너지 전송 네트워크는 본 개념에 따라 개발될 수 있다. 도 17는 근거리 필드의 에너지 네트워크(10)의 고수준의 블록도를 나타낸다. 네트워크(10)는 복수의 장치(11_a-d)(일반적으로 장치(11)라고 함)를 포함한다. 각 장치(11)는 송수신기(transceiver)를 포함할 수 있다. 송수신기는 무선 통신을 위한 송신부(12_a-d) 및 수신부(14_a-d)를 포함할 수 있다. 각 송수신기는 송신부(12) 및 수신부(14)를 포함할 수 있지만, 송수신기는 하나의 송신부(12) 또는 하나의 수신부(14)만으로 구성될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 송수신기의 송신부(12) 및 수신부(14) 특정 또는 모든 회로 요소를 공유하거나, 또는 분리되고 별개의 회로 요소를 가질 수 있음을 알 수 있다. 또한, 송신부(12) 및/또는 수신부(14)는 로드(load)(16)로 결합될 수 있다. 로드(16)는 장치(11)의 내부, 장치(11)의 외부, 또는 장치(11)의 내외부의 구성 조합으로 구성될 수 있다.The energy transmission network can be developed according to this concept. 17 shows a high-level block diagram of an energy network 10 in a near field. The network 10 includes a plurality of devices 11 _ad (generally referred to as devices 11 ). Each device 11 may include a transceiver. The transceiver may include a transmitting unit 12 _ad and a receiving unit 14 _ad for wireless communication. Each transceiver may include a transmitter 12 and a receiver 14, but it can be seen that the transceiver may consist of only one transmitter 12 or one receiver 14. It will also be appreciated that the transmitter 12 and the receiver 14 of the transceiver may share certain or all circuit elements, or may have separate and separate circuit elements. In addition, the transmitting unit 12 and/or the receiving unit 14 may be combined with a load 16. The rod 16 may be configured as a combination of the interior of the device 11, the exterior of the device 11, or the interior and exterior of the device 11.

각 송신부(12)는 송신 안테나(13)를 포함한다. 전송 안테나(13)는 공진 주파수 ω를 가지고, 바람직하게는 최소한의 저항과 방사 손실을 가진다. 로드(16)는 송신 안테나(13)를 구동하는 신호를 생성하는 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 수신된 신호에 의거하여, 송신 안테나(13)는 모든 방향(전방향)에 근거리 필드를 생성하거나 또는 특정 방향(방향)을 향한 근거리 필드를 생성할 수 있다. 대상의 근거리 필드는, 페라이트 재료와 같은 차폐물을 통해 생성될 수 있다. 물론, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 대상의 근거리 필드를 제공하기 위해 다른 재질을 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.Each transmission unit 12 includes a transmission antenna 13. The transmit antenna 13 has a resonant frequency ω, and preferably has a minimum resistance and radiation loss. The load 16 may include a driver circuit that generates a signal driving the transmit antenna 13. Based on the received signal, the transmit antenna 13 may generate a near field in all directions (forward) or a near field toward a specific direction (direction). The near field of the subject can be created through a shield, such as a ferrite material. Of course, it can be seen that a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains may use other materials to provide a near field of an object.

각 수신부(14)는 수신 안테나(15)를 포함한다. 단일 안테나가 수신 안테나(15) 및 송신 안테나(13)로 둘 다 이용될 수 있거나, 또는 분리된 안테나가 수신 안테나(15) 및 송신 안테나(13)로 이용될 수 있다. 각 안테나(13, 15)는 공진 주파수(ω_a-ω_d로 함)를 가지고 있다. 만약 분리된 송신 및 수신 안테나가 사용되는 경우, 수신 안테나(15)의 공진 주파수는 송신 안테나(13)의 공진 주파수와 동일한 것이 바람직하다.Each receiving unit 14 includes a receiving antenna 15. A single antenna may be used as both the receive antenna 15 and the transmit antenna 13, or a separate antenna may be used as the receive antenna 15 and the transmit antenna 13. Each antenna 13, 15 has a resonant frequency (referred to as ω _a -ω _d ). If separate transmit and receive antennas are used, the resonant frequency of the receive antenna 15 is preferably the same as the resonant frequency of the transmit antenna 13.

하나의 장치(11)의 수신부(14)(예를 들어, 장치(11_b)의 수신부(14_b))가 또 다른 장치(11)의 송신부(12)(예를 들어, 장치(11_a)의 송신부(12_a))의 근거리 필드에 위치할 때, 송신부(12_a)에 의해 생성된 전자기장은 수신부(14_b)와 상호 작용한다. 만약 수신부(14)(예를 들어, 공진 주파수(ω_b)를 가지는 장치(11_b)의 수신부(14_b))의 공진 주파수가 송신부(12)(예를 들어, 공진 주파수(ω_a)를 가지는 장치(11_a)의 송신부(14_a))의 공진 주파수와 같다면, 송신부(11_a)의 반응 전자기장은 수신부(14_b)에서 교류 전류를 유도한다. 유도 전류는 전원을 제공하거나 로드(16_b)에 데이터를 전송하는데 이용될 수 있다. 결과적으로, 장치(11_b)는 장치(11_a)로부터의 에너지를 흡수할 수 있다. 송신 장치의 공진 주파수(예를 들어, ω_b)와 동일한 공진 주파수를 가지는 모든 장치는 근거리 필드 에너지 네트워크에 추가되고, 송신부(12_a)의 공진 주파수는 추가된 장치의 로드 효과로 인해 특별히 변경되지 않게 된 전송 장치로부터의 에너지를 끌어냄을 알 수 있다.The receiver 14 of one device 11 (e.g., the receiver 14 _b of the device 11 _b ) is the transmitter 12 (e.g., the device 11 _a ) of another device 11 when the can is located in the near field of the transmitting unit (12 _a)), the electromagnetic field generated by the transmitting unit (12 _a) is interacting with a receiving section (14 _b). If the resonant frequency of the receiver 14 (for example, the receiver 14 _b of the device 11 _b having the resonant frequency ω _b ) is the transmitter 12 (for example, the resonant frequency ω _a ) surface having the same as the resonance frequency of the transmitting unit (14 _a)) of the device (11 _a), the reaction of the electromagnetic field transmitter (11 _a) induces an alternating current in the receiving unit (14 _b). The induced current can be used to provide power or to transmit data to the load 16 _b . As a result, device 11 _b can absorb energy from device 11 _a . All devices having a resonant frequency equal to the resonant frequency of the transmitting device (for example, ω _b ) are added to the near field energy network, and the resonant frequency of the transmitting unit 12 _a is not specifically changed due to the load effect of the added device. It can be seen that it draws energy from the lost transmission device.

만약 수신부(예를 들어, 공진 주파수(ω_c)를 가지는 장치(11_c)의 수신부(14_c))가 송신부(12)(예를 들어, 공진 주파수(ω_a)를 가지는 장치(11_a)의 송신부(12_a))의 공진 주파수와 다르다면, 수신부(14_c)는 송신부(12_a)에 하이 임피던스를 가지고 송신부(12_a)로부터의 약간의 에너지를 가져온다.If the receiving unit (for example, the receiving unit 14 _c of the device 11 _c having the resonant frequency (ω _c )) is the transmitting unit 12 (eg, the device 11 _a having the resonant frequency (ω _a )) the side different from the resonance frequency of the transmitting unit (12 _a)), the receiver (14 _c) results in the some of the energy from the transmitter to have a high impedance (12 _a) transmitting (12 _a).

송신부(12_a)로부터 수신부(14_c)로 전송된 에너지의 양은 송신부(12_a)와 수신부(14_c)의 고유 손실 및 수신부(14_b)와 같은 다른 장치로의 에너지 전송을 포함하는 많은 요인에 따라 달라짐을 알 수 있다. 또한, 중요한 것은 ω_a 및 ω_c의 근접성과 각 장치의 공진 밴드의 폭이다. 도 18a-f는 다양한 요인이 에너지의 전송에 어떻게 영향을 주는 지를 나타내는 그래프를 나타내고 있다.Many factors, including energy transfer to another device, such as a specific loss and receiving unit (14 _b) of the amount of energy transmitted from the transmission section (12 _a) to the receiving unit (14 _c) transmitting (12 _a) and the receiver (14 _c) It can be seen that it depends on. Also important is the proximity of ω _a and ω _c and the width of the resonance band of each device. 18A-F are graphs showing how various factors affect energy transmission.

도 18a는 ω_a와 ω_c는 동일하고 밴드가 좁은 상황을 나타내고 있다. 이것은 이상적인 시나리오와 최대 전력 전송 효율의 케이스를 나타낸다. 도 18b는 ω_a와 ω_c가 다르고 밴드가 좁은 상황을 나타내고 있다. 어떤 에너지도 이 시나리오에서는 전송되지 않는다. 도 18c는 ω_a와 ω_c가 다르고 수신부(14c)는 넓은 공진을 가지는 상황을 나타낸다. 안테나가 높은 저항과 방사 손실을 가질 때, 보다 넓은 공진 밴드가 발생한다. 수신부(14c)는 도 18b에서 나타낸 상황에 비해 더 많은 임피던스를 가진다, 그러나 수신 장치(11_a)로부터의 일부 에너지를 여전히 흡수할 수가 있다. 도 18d는 ω_a와 ω_c가 다르고 송신부(11_a)가 비가역인 상황을 나타낸다. 송신 장치(11_a)에서의 저항과 방사 손실은 넓은 공진 밴드를 초래한다. 안테나 에너지의 작은 일부는 수신부(14_c)로 전송하는 것이 가능하다. 도 18e는 ω_a와 ω_c가 멀리 떨어져 있고, 송신부(12_a)와 수신부(14_c) 모두가 비가역인 상황을 나타내고 있다. 여기서 송신부(12_a)로부터 수신부(14_c)로 아무런 에너지도 전송되지 않는다. 도 18f는 ω_a와 ω_c가 근접하고, 송신부(12_a)와 수신부(14_c) 모두가 비가역인 상황을 나타내고 있다. 에너지는 송신부(12_a)와 수신부(14_c) 사이에 전송되지만, 높은 손실로 인해 시스템은 비효율적이다.18A shows _a situation where ω _a and ω _c are the same and the band is narrow. This represents an ideal scenario and a case of maximum power transfer efficiency. 18B shows _a situation where ω _a and ω _c are different and the band is narrow. No energy is transmitted in this scenario. 18C shows _a situation where ω _a and ω _c are different, and the receiving unit 14c has a wide resonance. When the antenna has high resistance and radiation loss, a wider resonant band occurs. Receiving unit (14c) is still able to absorb some energy from the has more impedance than the situation shown in Figure 18b, but the receiving device (11 _a). 18D shows _a situation in which ω _a and ω _c are different and the transmission unit 11 _a is irreversible. Resistance and radiation loss in the transmission device 11 _a result in a wide resonance band. It is possible to transmit a small part of the antenna energy to the receiving unit (14 _c ). Fig. 18E shows _a situation in which ω _a and ω _c are far apart, and both the transmission unit 12 _a and the reception unit 14 _c are irreversible. Here, no energy is transmitted from the transmitter 12 _a to the receiver 14 _c . Fig. 18F shows _a situation in which ω _a and ω _c are close, and both the transmitting unit 12 _a and the receiving unit 14 _c are irreversible. Energy is transmitted between the transmitter 12 _a and the receiver 14 _c , but the system is inefficient due to high losses.

수많은 일반적인 일상적인 오브젝트는 도전성(예를 들면, 스틸 캐비넷, 자동차)이고 도 18c의 수신부(14_c)와 유사한 주파수 응답(다만 큰 저항 손실 때문에 넓음)을 가지고 있다. 이러한 오브젝트는 송신부(12_a)로부터의 일부 에너지를 흡수할 수 있고 시스템의 손실의 원인이 된다. 지금까지, 에너지의 일반적인 전송만이 논의되었지만, 에너지의 사용은 애플리케이션에 의해 달라질 수 있고, 파워의 전송 또는 데이터의 전송의 어느 쪽이라도 광범위하게 될 수 있다.Many typical daily object has a conductive (broad because just large resistance loss) (e. G., Steel cabinets, car) and the receiving unit (14 _c) of Figure 18c with a similar frequency response. Such an object can absorb some energy from the transmitter 12 _a and cause loss of the system. Until now, only the general transmission of energy has been discussed, but the use of energy may vary by application, and either the transmission of power or the transmission of data can be broad.

전원 네트워크Power network

파워 전송 네트워크는 본 개념에 따라 개발될 수 있다. 수신부(14_b)가 송신부(12_a)의 근거리 필드 내에 위치하고, 수신부(14_b)의 공진 주파수(즉, ω_b)가 송신부(12_a)의 공진 주파수(ω_a)와 거의 같을 때, 에너지는 송신부(12_a)로부터 수신부(14_b)로 전송된다. 만약 송신부(12_a)의 공진 주파수(즉, ω_a)와 동일한 공진 주파수를 가지는 모든 복수의 수신 장치(예를 들면, 11_b-11_d)가 근거리 필드에 위치하는 경우, 각 수신 장치(예를 들어, 11_b-11_d)는 교류 전류의 형태로 송신부(12_a)로부터 에너지를 끌어온다. 수신 장치(11_a-11_d)는 배터리 또는 커패시터와 같이 파워 저장 장치의 에너지를 축적하는 유도 교류 전류를 사용하는 변환기(transducer)를 포함할 수 있다. 혹은, 변환기는 수신장치(예를 들면, 11_b-11_d)의 내부 또는 결합된 파워 전자 구성에 직접적으로 유도 교류 전류를 사용할 수 있다.The power transmission network can be developed according to this concept. When the receiving unit 14 _b is located in the near field of the transmitting unit 12 _a and the resonance frequency of the receiving unit 14 _b (that is, ω _b ) is approximately equal to the resonance frequency ω _a of the transmitting unit 12 _a , energy Is transmitted from the transmitter 12 _a to the receiver 14 _b . If the transmitter (12 _a) resonant frequency (i.e., ω _a) in the case which is located in the near field, all the plurality of the receiver (for example, 11 _b -11 _d) having the same resonance frequency of each receiver device (for example, For example, 11 _b -11 _d ) draws energy from the transmitter 12 _{a in} the form of an alternating current. The receiving devices 11 _a- 11 _d may include a transducer using an induced alternating current that accumulates energy of a power storage device, such as a battery or a capacitor. Alternatively, the converter may use the induced alternating current directly in the interior of the receiving device (eg, 11 _b -11 _d ) or in a combined power electronic configuration.

모든 송신 및 수신 장치(예를 들면, 11_b-11_d)가 송신부(12_a)의 근거리 필드 내에 위치할 수 없음을 알 수 있다. 도 19에서 나타낸 바와 같이, 근거리 필드의 바깥쪽(예를 들면, 수신부(11_e))의 수신 장치(11)에 에너지를 전달하기 위하여, 하나 이상의 리피터(18)가 사용될 수 있다. 하나 이상의 리피터(18)는 ω_a로 튜닝된 안테나(20)를 포함할 수 있다. 리피터(18)는 유도 전류의 형태로 안테나(20)를 통해 송신부(12)로부터 에너지를 끌어올 수 있다. 하나 이상의 리피터(18)는 안테나(20)를 이용하여 제 2의 에너지 필드를 생성하는 유도 전류를 사용할 수 있다. 혹은, 제 2의 에너지 필드는 제 2의 안테나(도시 안 함)를 이용하여 생성될 수 있다. 제 2의 에너지 필드는 수신부(14_e)의 교류 전류를 유도하기 위해서 이용될 수 있다. 수신부(14_e)는 배터리나 커패시터와 같은 파워 저장 장치의 에너지를 저장하는 유도 교류 전류를 사용하는 변환기를 포함할 수 있다. 이것은 안테나(20) 또는 제 2의 안테나(도시 안 함)가 모든 방향(무지향성)으로 근거리 필드를 생성하거나, 특정의 방향(지향성)을 대상으로 한 근거리 필드를 생성할 수 있음을 알 수 있다.It can be seen that all transmitting and receiving devices (for example, 11 _b -11 _d ) cannot be located in the near field of the transmitting unit 12 _a . As shown in Fig. 19, one or more repeaters 18 may be used to transfer energy to the receiving device 11 outside the near field (for example, the receiving unit 11 _e ). One or more repeaters 18 may comprise an antenna 20 tuned to ω _a . The repeater 18 may draw energy from the transmitter 12 through the antenna 20 in the form of an induced current. One or more repeaters 18 may use an induced current to generate a second energy field using antenna 20. Alternatively, the second energy field may be generated using a second antenna (not shown). Energy field of a second may be used to induce an AC current in the receiving unit (14 _e). The receiving unit 14 _e may include a converter using an induced AC current that stores energy of a power storage device such as a battery or a capacitor. It can be seen that the antenna 20 or the second antenna (not shown) can generate a near field in all directions (omnidirectional) or a near field targeting a specific direction (directional). .

데이터 네트워크Data network

데이터 전송 네트워크는 본 개념에 따라 개발될 수 있다. 데이터 전송을 위해 설계된 네트워크는, 네트워크의 송신 장치에 의해 송신된 신호가 데이터를 전달하는 시변동성(time-varying) 신호로 변조되는 것을 제외하고, 이전에 기술한 파워 네트워크와 유사하다. 여기에는 데이터 네트워크를 위한 여러 가능한 일반적인 레이아웃이 있다.The data transmission network can be developed according to this concept. A network designed for data transmission is similar to the previously described power network, except that the signal transmitted by the transmitting device of the network is modulated into a time-varying signal that carries the data. There are several possible general layouts for data networks.

데이터 네트워크의 레이아웃의 일례는 송신부(12_a)의 근거리 필드 내에 위치하는 하나 이상의 수신부(14_b-_d)를 포함한다. 각각의 수신부(14_b-_d)는 송신부(12_a) 및/또는 다른 수신부(14)와 통신할 수 있다. 이것은 송신부(12)의 근거리 필드의 밖에 있을 수 있는 수신부가 상술한 방법으로 하나 이상의 리피터(18)를 이용하여 도달할 수 있음을 알 수 있다. 다른 예에서는, 수신부(14)는 송신부(12)의 원거리 필드에 위치할 수 있으며, 통신을 위해 송신부(12)의 방사 필드를 사용한다. 이와 같은 원거리 필드 통신은 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 원거리 필드 통신기술과 유사한 방법으로 달성된다.An example of the layout of the data network includes one or more receiving units 14 _b - _d located in the near field of the transmitting unit 12 _a . Each of the receiving units 14 _b - _d may communicate with the transmitting unit 12 _a and/or other receiving units 14. It can be seen that a receiving unit that may be outside the near field of the transmitting unit 12 can be reached using one or more repeaters 18 in the above-described manner. In another example, the receiving unit 14 may be located in a far field of the transmitting unit 12 and uses the radiation field of the transmitting unit 12 for communication. Such long-distance field communication is achieved in a manner similar to that of the far-field communication technology known to those skilled in the art.

네트워크내의 장치(11)는 여러 방법으로 데이터 전송을 처리하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 장치(11) 및 그 안테나(13, 15)는 (1) 데이터만을 수신하고; (2) 데이터만을 송신하고; 또는 (3) 수신 및 송신하기 위한 공용 안테나 또는 수신 및 송신하기 위한 분리형 및 전용 안테나 어느 한쪽을 이용하여, 데이터를 수신 및 송신하도록 설계될 수 있다. 게다가, 장치(11)는 데이터와 파워 전송 양쪽을 처리하도록 설계될 수 있다. 이와 같은 상황에서, 각 장치(11)는 다음과 같이 설계할 수가 있다: (1) 데이터만 전송; (2) 파워만 전송; (3) 각 장치(11)가 데이터 및 파워 전송을 위한 공용 안테나를 가지거나, 각 장치(11)가 데이터 및 파워 전송을 위한 분리, 전용 안테나를 가지고, 각 장치(11)가 송/수신 데이터의 조합을 이용하는 데이터 및 파워를 전송하도록 설계될 수 있다.The device 11 in the network can be designed to handle data transmission in several ways. For example, the device 11 and its antennas 13, 15 (1) receive only data; (2) transmit data only; Or (3) it may be designed to receive and transmit data using either a common antenna for reception and transmission or a separate and dedicated antenna for reception and transmission. In addition, the device 11 can be designed to handle both data and power transmission. In such a situation, each device 11 can be designed as follows: (1) only data transmission; (2) transmit power only; (3) Each device 11 has a common antenna for data and power transmission, or each device 11 has a separate, dedicated antenna for data and power transmission, and each device 11 transmits/receives data It can be designed to transmit data and power using a combination of.

각 수신부(14)는 네트워크(10) 상의 수신부(14)에 고유한 전자식별(ID)을 가질 수 있다. ID는 네트워크 상의 특정 수신부(14)를 위한 식별자로서 기능하고, 네트워크 상의 수신부(14)가 통신을 위한 네트워크(10) 상의 다른 수신부(14)를 식별하도록 허용한다. 데이터 전송 세션을 개시하려면, 송신 장치는 그 ID로 수신 장치를 식별하고, 기동 명령을 사용하여 통신을 개시한다. 데이터 전송은 지정된 변조 방식을 사용한다. 보안 프로토콜은 장치에 저장되고 그것에 의해 전송된 데이터가 안전하고, 설계된 네트워크(10)에 있지 않는 부정한 장치에 액세스할 수 없도록 사용될 수 있다.Each receiver 14 may have an electronic identification (ID) unique to the receiver 14 on the network 10. The ID functions as an identifier for a specific receiver 14 on the network and allows the receiver 14 on the network to identify another receiver 14 on the network 10 for communication. To initiate a data transfer session, the transmitting device identifies the receiving device by its ID, and initiates communication using a start command. Data transmission uses a designated modulation scheme. The security protocol can be used so that the data stored on the device and transmitted by it is secure and cannot be accessed by unauthorized devices that are not in the designed network 10.

주기적인 데이터 통신이 송신부(12)와 하나 이상의 수신부(14) 사이 또는 수신부(14)와 하나 이상의 다른 수신부(14) 사이에서 일어날 수 있다. 송신부-수신부 통신에서, 송신부(12)는 그 ID에 근거하여 특정의 수신부(14)를 식별하고, 통신 세션을 개시할 수 있다. 한편, 수신부(14)는 그 ID에 근거하여 송신부(12)를 식별하고, 통신 세션을 개시할 수 있다. 통신 세션은, 송신부(12) 또는 수신부(14)의 어느 한쪽에 의해 종료될 수 있다.Periodic data communication may take place between the transmitting unit 12 and one or more receiving units 14 or between the receiving unit 14 and one or more other receiving units 14. In the transmitting unit-receiving unit communication, the transmitting unit 12 can identify a specific receiving unit 14 based on its ID and initiate a communication session. On the other hand, the receiving unit 14 can identify the transmitting unit 12 based on the ID and start a communication session. The communication session can be terminated by either the transmitting unit 12 or the receiving unit 14.

수신부-수신부 통신에서, 양 수신부(14)는 직접 통신으로 서로 직접 연결할 수 있다. 혹은, 양 수신부(14)는 송신부(12)를 중개로 이용하여 서로 연결할 수 있다. 이러한 경우, 각 수신부(14)는 송신부(12)와 연결하고, 송신부(12)는 하나의 수신부(14)로부터 정보를 수신하고, 그것을 다른 수신부(14)로 송신할 수 있다. 다르게는, 두 수신부(14)는 수신부(14)로부터 신호를 수신하고 그것을 다른 수신부(14)로 전송할 수 있는 하나 이상의 리피터(18)를 이용하여 통신할 수 있다. 하나 이상의 리피터(18)는 하나 이상의 독립된 공진 안테나이거나, 임의의 회로로 독립될 수 있다.In the receiver-receiver communication, both receivers 14 can be directly connected to each other by direct communication. Alternatively, both receiving units 14 may be connected to each other by using the transmitting unit 12 as an intermediary. In this case, each receiving unit 14 is connected to the transmitting unit 12, and the transmitting unit 12 can receive information from one receiving unit 14 and transmit it to the other receiving unit 14. Alternatively, the two receivers 14 can communicate using one or more repeaters 18 that can receive signals from the receiver 14 and transmit them to the other receivers 14. The one or more repeaters 18 may be one or more independent resonant antennas, or may be independent of any circuit.

하나 이상의 장치 사이에서 에너지를 효율적으로 전송하기 위한, 도 17 및 도 19에 나타낸 시스템 및 방법은, 청소기, 다리미, 텔레비전, 컴퓨터 주변기기와 같은 가전제품을 동작시키고; 모바일 디바이스(mobile devices); 감시 장비, 야간 투시 장치, 센서 노드 및 장치와 같은 군사 애플리케이션; 자동차나 기차 성능과 안전성을 모니터링 하도록 설계된 센서와 같은 운송 애플리케이션; 플랩, 방향타 또는 랜딩 기어의 제어와 같은 항공 애플리케이션; 우주 기술; 전력 무인 선박 애플리케이션과 같은 해상 애플리케이션; 도로 센서와 같은 트래픽 제어 애플리케이션; 산업 애플리케이션; 로봇 네트워크; 및 의료 장치용으로 다양하게 사용될 수 있다.The systems and methods shown in Figs. 17 and 19 for efficiently transferring energy between one or more devices include operating household appliances such as vacuum cleaners, irons, televisions, and computer peripherals; Mobile devices; Military applications such as surveillance equipment, night vision devices, sensor nodes and devices; Transportation applications such as sensors designed to monitor vehicle or train performance and safety; Aviation applications such as control of flaps, rudders or landing gears; Space technology; Offshore applications such as power unmanned ship applications; Traffic control applications such as road sensors; Industrial applications; Robot network; And it can be used in various ways for medical devices.

일반적인 근거리 필드 파워 및 데이터 전송 시스템Typical near field power and data transmission system

본 개념에 의해 알 수 있듯이, 근거리 필드 파워와 데이터 전송은 같은 물리적 원리로부터 도출된다. 함께 이용할 때, 근거리 필드 파워와 데이터 전송은 다양한 시스템을 만들 수 있는 기회를 제공한다. 이하는 근거리 필드 파워와 데이터 전송을 위한 일반적인 시스템에 대해 설명한다.As can be seen by this concept, near field power and data transmission are derived from the same physical principle. When used together, near-field power and data transmission provide an opportunity to create a variety of systems. The following describes a general system for short-range field power and data transmission.

근거리 필드 파워와 데이터 네트워크(또한, 이하 "NF-PDAT"라 함)는 복수의 송신과 수신부로 구성될 수 있다. 간단하게는, 단일 송신부(12)와 단일 수신부(14)로 구성되는 단순 네트워크를 생각한다. 이하의 설명에서는, 송신부(12)로부터 수신부(14)와 수신부(14)에 결합된 로드로 전송되는 에너지의 경로를 설명한다.The near field power and data network (also referred to as "NF-PDAT" hereinafter) may be composed of a plurality of transmitting and receiving units. For simplicity, consider a simple network consisting of a single transmitting unit 12 and a single receiving unit 14. In the following description, a path of energy transmitted from the transmitter 12 to the load coupled to the receiver 14 and the receiver 14 will be described.

처음에는, PDAT 네트워크를 구동하는데 필요한 에너지는, 프라이머리 소스로부터 얻어져야 한다. 프라이머리 소스는 메인 50/60Hz의 콘센트, 표준 배터리, 콘센트에 연결 가능한 충전 배터리, 또는 간접 충전되는 충전 배터리일 수 있다. 콘센트는 그 형태로 충분하기 때문에 에너지를 얻는 하나의 바람직한 방법이다. 장치가 콘센트에 접속할 수 없거나, 휴대성이 요구되는 경우, 배터리가 사용된다. 덧붙여 충전 배터리도 사용된다. 충전 배터리는 저장된 에너지가 용량이하로 떨어질 때 보충된다. 배터리 소모가 빠르게 이루어지거나, 적절한 크기의 배터리에 비해 너무 작은 공간을 가지거나, 또는 배터리를 교체하기 위한 한정적인 접근을 가지는 장치에서 배터리 충전이 이루어지는 것이 알려져 있다. 콘센트 또는 다른 전지와 같은 파워의 프라이머리 소스는 충전 배터리의 배터리 수명을 보충하기 위해 사용된다. 대부분의 장치에서는, 재충전은 시간의 짧은 기간(예를 들면, 노트북 및 휴대폰) 동안 콘센트에 배터리를 접속하는 것으로써 이루어진다. 일부 애플리케이션(예를 들면, 이식된 의료장치)에서는, 파워 코드로의 직접 부착이 불가능하다. 그러한 상황에서는, 외부 전원으로의 유도 결합과 같은 간접적인 충전 방법이 사용된다. 충전이 다른 방법에 의해 이루어지는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 에너지 소스와 장치 사이에 깨끗한 연결(clear line-of-sight)이 존재하는 경우, 옵티컬 링크, 레이저, 또는 고도-지시 무선-주파수 빔은 에너지를 전송하기 위해 사용될 수 있다.Initially, the energy required to run the PDAT network must be obtained from the primary source. The primary source may be a main 50/60Hz outlet, a standard battery, a rechargeable battery connectable to the outlet, or an indirectly charged rechargeable battery. A receptacle is a good way to get energy because it is sufficient in its form. If the device cannot be connected to an outlet or portability is required, a battery is used. In addition, rechargeable batteries are also used. Rechargeable batteries are replenished when stored energy falls below capacity. It is known that the battery is charged in a device that consumes the battery quickly, has a space that is too small for a battery of an appropriate size, or has a limited access to replace the battery. The primary source of power, such as an outlet or other cell, is used to supplement the battery life of the rechargeable battery. In most devices, recharging is accomplished by connecting the battery to an outlet for a short period of time (eg, laptops and cell phones). In some applications (eg implanted medical devices) direct attachment to a power cord is not possible. In such a situation, an indirect charging method such as inductive coupling to an external power source is used. It can be seen that charging is done by a different method. For example, if there is a clear line-of-sight between the energy source and the device, an optical link, laser, or high-indicating radio-frequency beam can be used to transmit the energy.

에너지의 대체 소스는 시스템 전원 인가 또는 시스템 내의 구성 요소(예: 배터리 충전)에 에너지를 제공하는 데 사용할 수 있다. 이것들은 에너지의 한 형태에서 전기 에너지로 전환하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 한 예는 운동 에너지에서 전기 에너지로 전환하는 것이다. 이것은 움직임을 에너지로 변환함으로써 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 몸에 부착된 장치는 몸의 움직임을 교류 전류를 생성하기 위한 발전기의 로터를 회전하도록 사용할 수 있다. 또 다른 예는 빛 에너지에서 전기 에너지로 전환하는 것이다. 예를 들어, 외부에 배치된 태양광 전지는 태양광이나 실내 주위 빛을 에너지로 변환 할 수 있다. 또 다른 예에서는, 압력의 변화가 전기 에너지로 변환될 수 있다. 예를 들어, 장치에 적절하게 위치한 압전기는 압력의 변화(예: 공기 압력 변경 또는 접촉을 통한 직접 압력)를 전기 전류로 변환될 수 있다. 또 다른 예에서는, 온도 경사(thermal gradient)가 전기 에너지로 변환될 수 있다. 예를 들어, 장치 내에 위치한 열전기 생성기(TEG)는 장치를 건너서 온도 경사를 전기 에너지로 변환하는 데 사용될 수 있다. 그러한 TEG는 열에너지의 일부가 전기 에너지로 변환하기 때문에 자신이 동작하는 동안 열을 발생하는 장치에 유용하다.Alternative sources of energy can be used to power the system or to provide energy to components within the system (eg, charging a battery). These can involve the conversion of one form of energy into electrical energy. One such example is the conversion from kinetic energy to electrical energy. This can be done by converting motion into energy. For example, a device attached to the body could use the movement of the body to rotate the rotor of the generator to generate an alternating current. Another example is the conversion from light energy to electrical energy. For example, a solar cell placed outside can convert sunlight or indoor ambient light into energy. In another example, a change in pressure can be converted into electrical energy. For example, a piezoelectric unit properly positioned in the device can convert a change in pressure (eg, air pressure change or direct pressure through contact) into an electrical current. In another example, a thermal gradient can be converted into electrical energy. For example, a thermoelectric generator (TEG) located within the device can be used to convert the temperature gradient into electrical energy across the device. Such TEGs are useful in devices that generate heat during their operation because some of the thermal energy is converted into electrical energy.

본 개념은 또한 고효율의 무선 파워 및 데이터 원격 시스템의 사용을 위한 멀티 층 배선을 설계하는 방법을 포함한다. 동작의 특정 주파수 감안할 때, 다음 단계의 하나 이상이 애플리케이션 특정 멀티 층 배선 및/또는 MLMT 구조를 설계하기 위해 이어진다:The concept also includes a method of designing multi-layer wiring for use in highly efficient wireless power and data remote systems. Given the specific frequency of operation, one or more of the following steps follow to design an application specific multilayer wiring and/or MLMT structure:

1. 충분한 결합 계수를 위해 필요한 최소 인덕턴스를 얻기 위해서, 분석 계산과 시스템 레벨 시뮬레이션을 실행한다.1. To obtain the minimum inductance required for a sufficient coupling coefficient, perform analytical calculations and system level simulations.

2. 분석 계산(예를 들면, 결합 계수, 야기 전압 등)에 의거하여, 적절한 인덕턴스에 필요한 턴 수를 선택한다.2. Based on the analytical calculations (eg coupling factor, induced voltage, etc.), select the number of turns required for the appropriate inductance.

3. 제조 기술에 의거하여 어느 쪽이 높은지 약 2배의 스킨 깊이나 최소 허용으로 하는 도체층의 두께를 선택한다.3. Depending on the manufacturing technique, choose a skin depth of about twice as high as whichever is higher, or the thickness of the conductor layer with the minimum allowable.

4. 제조 기술에 의한 최소 허용이 되는 절연 두께 또는 원하는 성능을 달성하기 위한 큰 두께를 선택한다.4. Select the minimum acceptable insulation thickness by the manufacturing technique or a larger thickness to achieve the desired performance.

5. 가능한 최대의 표면 영역(애플리케이션에 따름)을 선택한다.5. Select the largest possible surface area (depending on the application).

이 영역은 반드시 정방형 또는 원형일 필요가 없다. 시스템 전체에 적합한 임의의 형상으로 할 수 있고, 다른 구성의 주변을 지날 수(meander) 있다.This area need not necessarily be square or circular. It can be in any shape suitable for the entire system, and it can meander around different configurations.

6. 제조 기술 및 애플리케이션에 따라 가능한 층의 최대 수를 선택한다.6. Select the maximum number of layers possible depending on the manufacturing technology and application.

7. 스텝 1 및 2로부터 턴 수와 함께 수치 모델링 툴(예를 들면, MoM, FDTD, FEM, MLFMM, 또는 일부 다른 것이나 이들의 조합에 의거한 것)의 멀티 층 배선 및/또는 MLMT 구조를 설계하고, 층 및 다른 파라미터의 수를 최적화한다 (스텝 3-6).7. Design multi-layer wiring and/or MLMT structures of numerical modeling tools (e.g., based on MoM, FDTD, FEM, MLFMM, or some other or a combination thereof) with the number of turns from steps 1 and 2 And optimize the number of layers and other parameters (step 3-6).

a. 최대 품질 인자가 선택된 주파수의 어디쯤에서 얻어지는지 확인한다.a. Check where the maximum quality factor is obtained at the selected frequency.

b. 이 품질 인자의 인덕턴스가 최소 허용량(시스템 레벨의 제약으로부터) 보다 큰지 또는 같은 지 확인한다.b. Check if the inductance of this quality factor is greater than or equal to the minimum allowable (from system level constraints).

c. 필요하다면, 기생 용량 효과(이전 부분 참조)를 줄임으로써 E필드가 최소화 되는지 확인한다.c. If necessary, verify that the E field is minimized by reducing the parasitic dose effect (see previous section).

본 발명의 개념은 또한 멀티 층 배선이 설계된 후의 멀티 층 배선을 제조하는 방법을 포함한다. 멀티 층 배선은 예를 들어 PCB/세라믹/금속 프린팅 프로세스의 특정 마스크를 통하여, 또는 반도체 공정에서 증착되는(deposited) 금속 스트립을 채용한다. 멀티 층 배선을 제조하는 다른 방법은, 절연층 및 장소(location)를 통한 설계에서의 납땜에 의한 다층 스트립 단락에 의해, 각각 분리된 상단에 위치하는 하나 이상의 테이프/리본/시트/리프와 함께 전도성 테이프/리본/시트/리프를 활용할 수 있다. 멀티 층 배선을 제조하는 또 다른 방법은 도전성 테이프/리본에 대해 그것과 유사한, 도전성 시트 또는 "리프" (예를 들어, 금이나 구리 박막)와 다음 스텝으로부터 특정 형태로 잘라진다. 3차원 프린팅 프로세스(예를 들어, Eoplex Technologies에 의해 제공되는 것과 같은)는 물리 증기 증착, 얇은 필름 증착, 두꺼운 필름 증착과 같은 금속 증착 프로세스에 더하여 사용될 수 있다.The concept of the present invention also includes a method of manufacturing a multi-layer interconnect after the multi-layer interconnect has been designed. Multi-layer wiring employs a metal strip that is deposited, for example through a specific mask in a PCB/ceramic/metal printing process, or in a semiconductor process. Another method of manufacturing multi-layer wiring is conductive with one or more tapes/ribbons/sheets/leaves, each placed on a separate top, by shorting the multi-layer strips by soldering in the design through an insulating layer and location. Tape/ribbon/sheet/leaf can be used. Another method of making multi-layered wiring is cut into a specific shape from a conductive sheet or "leaf" (eg, a thin film of gold or copper), similar to that for a conductive tape/ribbon, and the next step. Three-dimensional printing processes (eg, such as those provided by Eoplex Technologies) can be used in addition to metal deposition processes such as physical vapor deposition, thin film deposition, thick film deposition.

본 개념은 멀티 층 프린트 배선 기판, 프린트 회로 기판, 및 멀티 층 상호 접속과 함께 반도체 제조 기술을 위한 현재의 제조 기술을 통합(incorporated)하여 부여할 수 있다. 제조 기술의 진보가 이루어지면, 멀티 층 배선은 그러한 개선으로부터 크게 이득을 얻는 것이 기대된다. 종래의 제조 기술에 대한 호환성은 이 멀티 층 배선을 종래의 회로 기판으로 비교적 용이하게 통합하도록 해준다. 이러한 진보는 또한 정확한 재현성과 작은 기능 사이즈(즉, 고해상도)를 제공할 수 있다.The present concept can be imparted by incorporating current fabrication techniques for semiconductor fabrication techniques with multi-layer printed wiring boards, printed circuit boards, and multi-layer interconnections. As manufacturing technology advances, multilayer wiring is expected to benefit greatly from such improvements. Compatibility with conventional manufacturing techniques allows for relatively easy integration of this multi-layered wiring into conventional circuit boards. These advances can also provide accurate reproducibility and small feature sizes (ie, high resolution).

상술한 바와 같이, 본 시스템의 설계 및 구조는 확장된 범위(즉, 무선 송수신 구조간의 이격 거리)를 가능하게 한다. 범위의 증가는, 파워가 보다 큰 거리를 넘어 전송되도록 하고, 수신기로부터 한층 더 떨어져 있는 송신기를 가능하게 해준다. 예를 들면, RFID와 같은 애플리케이션에서, 고주파 호출기(interrogators)에 대한 태그 판독 범위는 3피트 이상이 되지 않고, 팔레트(pallet) 트래킹과 같은 특정 애플리케이션에 대해 불충분했다. 본 시스템의 멀티 층 배선으로 만들어진 무선 구조는, 이 특정의 애플리케이션이 더 나은 확장 판독 범위 성능에 필요한 호출(interrogator) 신호를 반영하는 것이 가능함을 요구하는 집중된(concentrated) 파워를 전달하는 것에 의하여, RFID를 통해서 팔레트 트래킹에 대한 개선을 제공한다. 군사 시스템과 같은 다른 애플리케이션에서는, 본 발명에 의해 제공되는 확장 범위는 장소에 도달하기 힘든 장치 또는 가혹한 환경의 장치로 파워의 전달을 가능하게 한다. 가전제품에서, 확장 범위는 사용자가 보다 편리한 장소로부터 장치로 에너지를 충전하거나 전송하는 것을 가능하게 한다.As described above, the design and structure of the present system enables an extended range (ie, the separation distance between wireless transmission/reception structures). The increase in range allows the power to be transmitted over a greater distance and allows the transmitter to be further away from the receiver. In applications such as RFID, for example, the tag read range for high frequency interrogators is not more than 3 feet, and is insufficient for certain applications such as pallet tracking. The radio structure made of the system's multi-layered wiring allows RFID by delivering the concentrated power that this particular application requires to be able to reflect the interrogator signal required for better extended read range performance. It provides improvements to pallet tracking through In other applications, such as military systems, the extended range provided by the present invention allows the transfer of power to hard-to-reach devices or devices in harsh environments. In consumer electronics, the extended range allows the user to charge or transfer energy to the device from a more convenient location.

본 시스템은 또한 단일 디자인 컨셉, 즉 MLMT 구조를 만들기 위해 이용되는 멀티 층 배선으로부터 여러 동작 요구를 할 수 있다. 본 시스템은 수신기 안테나, 소스 안테나, 송수신기(소스와 수신기 역할) 및 리피터 안테나와 같은 역할을 할 수 있다. 또한, 디자인은 회로(예를 들어, RF 필터 회로, RF 매칭 회로)에 집중 요소(lumped element)로서 단독적인 인덕터 디자인으로 사용될 수 있다.The system can also make multiple operation requests from a single design concept, ie the multi-layer wiring used to create the MLMT structure. This system can serve as a receiver antenna, a source antenna, a transceiver (as a source and a receiver), and a repeater antenna. Further, the design can be used as a standalone inductor design as a lumped element in a circuit (eg, an RF filter circuit, an RF matching circuit).

본 발명의 멀티 층 배선 구조는 다양한 회로 설계 구현(embodiment)으로 나타낼 수 있다. 멀티 층 배선을 이용하여 만들어진 MLMT 안테나 구조에 대한 등가 회로도는 도 22에 주어진다. 그것은 다음의 파라미터를 포함한다.The multilayer wiring structure of the present invention can be represented by various circuit design embodiments. An equivalent circuit diagram for an MLMT antenna structure made using multi-layer wiring is given in FIG. 22. It contains the following parameters.

L_M= 고유 유도 용량L _M = intrinsic inductance

C_M= 고유 정전 용량C _M = intrinsic capacitance

R_M= 고유 저항R _M = resistive resistance

멀티 층 배선을 이용하여 만들어진 MLMT 안테나 구현의 특성은 L_M, R_M, 및 C_M의 설계 값, 동작 중심 주파수 및 터미널 1와 터미널 2에서 위치하는 추가 구성에 따른다.The characteristics of the MLMT antenna implementation made using multi-layer wiring depend on the design values of L _M , R _M , and C _M , the operating center frequency, and the additional configuration located at terminals 1 and 2.

동작의 각도 주파수를 ω로 한다. 다음에 입력 임피던스, MLMT 안테나 구현의 Z_input는 1(a) 및 1(b)에 의거하여 식 1(c)에 의해 일반적인 형태(term)로 주어진다.Let the angular frequency of the operation be ω. Next, the input impedance and Z _input of the MLMT antenna implementation are given in general terms by Equation 1(c) based on 1(a) and 1(b).

다음에 본 발명의 멀티 층 배선을 이용하여 만들어진 MLMT 안테나 구조는 여러 회로 디자인 구현으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 멀티 층 배선을 이용하여 만들어진 MLMT 안테나 구조는 3개의 모드로 동작할 수 있다.Next, the MLMT antenna structure made using the multi-layer wiring of the present invention can be represented by implementing several circuit designs. For example, an MLMT antenna structure made using a multi-layered wiring can operate in three modes.

모드 1: 집중 소자 회로(lumped element circuit)의 구현과 같은 인덕터가, 식 2(a)에 의해 주어지는 조건 1일 때, 식 2(b)가 되는 것을 만족하는 경우,Mode 1: When an inductor, such as an implementation of a lumped element circuit, satisfies the condition 1 given by Equation 2(a), Equation 2(b),

등가 회로도 도 23로 주어진다.The equivalent circuit diagram is given in Fig. 23.

모드 2: 공진기가 2개 타입 중 하나인, 스탠드 얼론 탱크 회로(stand-alone tank circuit)로 구현 또는 HF 및/또는 RF회로로 구현되는 공진기(resonator)인 경우,Mode 2: When the resonator is one of two types, implemented as a stand-alone tank circuit or a resonator implemented as an HF and/or RF circuit,

타입 1 : 식 3으로 주어지는 조건 2일 때 자기 공진이 만족하는 경우, 등가 회로도는 도 24a 및 24b에 주어진다.Type 1: When the magnetic resonance is satisfied under condition 2 given by Equation 3, equivalent circuit diagrams are given in Figs. 24A and 24B.

타입 2 : 직렬 또는 병렬로 커패시터 C_ADDED 추가에 의해 공진이 달성되는 공진기 경우, 직렬 및 병렬 커패시터 추가를 나타내는 등가 회로도는 도 25a 및 25b에 주어진다. 모드 2 타입 2의 회로도는 도26a, 26b, 및 26c에 주어진다.Type 2: In the case of a resonator in which resonance is achieved by adding capacitor C _{ADDED in} series or in parallel, equivalent circuit diagrams showing the addition of series and parallel capacitors are given in Figs. 25A and 25B. The circuit diagram of Mode 2 Type 2 is given in Figs. 26A, 26B, and 26C.

두 타입 1 및 타입 2에서, L_Pickup 및 L_feed 는 각각 픽업 인덕터와 피드 인덕터를 참조한다. 이것들은 멀티 층 배선을 이용하여 만들어진 MLMT 구조, L_M 의 인덕턴스 값보다 작은 인덕턴스를 가지고, MLMT 구조로 특정 커플링을 가진 코일이다. 커플링은 나머지 시스템으로부터 또는 시스템에 MLMT 구조로 또는 MLMT 구조로부터 파워 전송을 위한 바람직한 매칭 조건을 달성하기 위해서 변화될 수 있다. 단순함과 컨셉의 증명을 위해, 이하에 기술되는 실시예(embodiment)는 실례(illustration)를 목적으로 공진을 달성하는 단일 커패시터, C_ADDED 예를 제공한다. 실제의 회로에 있어서, 복수의 커패시터 및/또는 인덕터 및/또는 저항을 포함하는 보다 복잡한 회로가 사용될 수 있다. 도 22 및 24에서 나타낸 모든 실시예는 시스템의 송신부측 및/또는 수신측에서 사용될 수 있다.In both types 1 and 2, L _Pickup and L _feed refer to the pickup inductor and feed inductor, respectively. These are MLMT structures made by using multi-layer wiring, have an inductance smaller than the inductance value of L _M , and are coils with a specific coupling in the MLMT structure. The coupling can be varied to achieve the desired matching conditions for power transmission from the rest of the system to or from the MLMT structure to or from the MLMT structure. For simplicity and proof of concept, the embodiment described below provides an example of a single capacitor, C _ADDED that achieves resonance, for illustration purposes. In practical circuits, more complex circuits comprising a plurality of capacitors and/or inductors and/or resistors may be used. All of the embodiments shown in Figs. 22 and 24 can be used on the transmitting side and/or the receiving side of the system.

모드 3: 식 4를 만족하는 조건 3일 때 커패시터의 경우,Mode 3: In the case of a capacitor when condition 3 satisfies Equation 4,

기존의 기술과 비교되는 본 시스템에서의 층 및 커스터마이징 배선 세그먼트의 고유한 배치는, 기존의 기술로부터 실현된 것보다 2배 이상 높은 품질 인자에 의해 나타난 것처럼, 유사성에 있어서 개선된 시스템의 성능 및 작은 패키지 부피를 나타내고 있다. 특정 속성, 특정 형태, 길이 및 두께로 재질을 결합하고, 레이아웃을 결정하는 것에 의해, 본 시스템은 바람직한 응답을 최적으로 달성하는 특정 애플리케이션(무선 조직 자극, 무선 원격, 무선 구성 충전, 무선 비파괴 검사, 무선 감지, 및 무선 에너지 또는 전원 관리를 포함하나 한정되지는 않음)에 인덕턴스와 품질 인자를 페어링 가능하게 한다.The unique arrangement of layers and custom wiring segments in this system compared to the existing technology, as indicated by a quality factor that is more than twice as high as that realized from the existing technology, improved system performance and small It represents the package volume. By combining materials with specific properties, specific shapes, lengths and thicknesses, and determining the layout, the system can be used for specific applications (wireless tissue stimulation, wireless remote, wireless configuration charging, wireless non-destructive testing, Wireless sensing, and wireless energy or power management (including but not limited to) pairing of inductance and quality factors.

본 시스템의 다른 특정의 이점은 증가 주파수(스킨 효과라 알려진 현상에 기인해)와 관련되는 도체 손실을 줄임으로써, 동등 또는 작은 설계 크기의 파워 및/또는 데이터 전송을 위한 근거리 필드 마그네틱 커플링(NFMC)의 더 많은 효율 수단이 가능하다. 제안 시스템은 또한, 기존의 제조 기술(예를 들면 멀티 층 프린팅 배선 기판)에 의해 비교적 용이하게 달성될 수 있는 솔루션을 제공하고, 그것들을 IC, 저항, 커패시터, 표면 실장 부품 등과 같은 다른 회로 구성으로 통합할 수 있다. 본 시스템의 다른 이점은 소비 전력을 저감하여 긴 배터리 유지(해당하는 경우), 안테나의 줄(Joule) 발열의 감소, 전자 기기(appliance)/장치의 환경 자원의 소비를 감소 및 높은 에너지 효율 장치로부터 전달되는 다른 이득을 포함한다.Another particular advantage of this system is that it reduces the conductor losses associated with the increasing frequency (due to a phenomenon known as skin effect), thereby reducing the near field magnetic coupling (NFMC) for power and/or data transmission of equal or smaller design sizes. ), more efficient means are possible. The proposed system also provides solutions that can be achieved relatively easily by existing manufacturing techniques (e.g., multi-layer printed wiring boards), and convert them into other circuit configurations such as ICs, resistors, capacitors, surface mount components, etc. Can be integrated. Other advantages of this system are reduced power consumption to maintain long batteries (if applicable), reduction of Joule heat generation of antennas, reduction of environmental resource consumption of electronics/devices, and from high energy efficiency devices. Includes other benefits delivered.

이 무선 시스템으로부터 이득을 얻는 다른 애플리케이션들은 지형 탐사(geo-sensing), 석유 탐사, 결점 검사, 휴대용 전자, 군사, 방위 및 의료기기, 다른 의료 임플란트(implantable), 의료 비-임플란트(non-implantable), 상용, 군용, 항공 우주, 산업 및 다른 전자 기기나 장치 애플리케이션을 포함하며 여기에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 효율의 향상으로부터 이득을 얻을 수 있는 애플리케이션뿐만 아니라 유도 소자(inductive element)의 사용을 요구하는 애플리케이션도 커버할 수 있음을 알 수 있다.Other applications that benefit from this wireless system include geo-sensing, petroleum exploration, defect inspection, portable electronics, military, defense and medical devices, other medical implants, and medical non-implantable. , Commercial, military, aerospace, industrial, and other electronic device or device applications. It will be appreciated that the scope of the present invention can cover not only applications that can benefit from an increase in efficiency, but also applications requiring the use of inductive elements.

상기 설명은 최선의 형태 및/또는 다른 예시라고 간주되는 것에 의해 설명했지만, 다양한 변경이 그 안에서 변경 될 수 있으며, 본 주제는 다양한 형태와 예제에 구현되고, 그 개념은 수많은 애플리케이션에 적용될 수 있고, 이 중 일부만이 여기에 설명되어 있음을 알 수 있다. 일부 및 모든 애플리케이션을 청구하는 다음의 청구항에 의해서, 본 개념의 진정한 범위 내에 속하는 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있다.Although the above description has been described by what is regarded as the best form and/or other examples, various changes may be made therein, this subject is embodied in various forms and examples, and the concept can be applied to numerous applications, It can be seen that only some of these are described here. Various changes and changes may be made within the true scope of the present concept by the following claims claiming some and all applications.

Claims

최소한 한 개의 턴을 가지는 제 1 도전체층;
각각의 층이 다수의 턴을 가지는 제 2 다수의 도전체층;
상기 제 2 다수의 도전체층의 최소한 2개의 도전체층을 분리하는 절연체; 및
상기 제 2 다수의 도전체층의 두 개 이상의 도전체층을 연결하는 최소한 한 개의 제 2 커넥터를 포함하며,
상기 제 2 다수의 도전체층의 각각의 도전체층은 병렬 방향으로 배치되며,
상기 제 2 다수의 도전체층은 전기적으로 병렬로 연결되며,
상기 제 1 도전체층과 상기 제 2 다수의 도전체층은 전기적으로 직렬로 연결되며,
상기 절연체는 10 미만의 유전율을 가지는, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.A first conductor layer having at least one turn;
A second plurality of conductor layers, each layer having a plurality of turns;
An insulator separating at least two conductor layers of the second plurality of conductor layers; And
And at least one second connector connecting two or more conductor layers of the second plurality of conductor layers,
Each conductor layer of the second plurality of conductor layers is disposed in a parallel direction,
The second plurality of conductor layers are electrically connected in parallel,
The first conductor layer and the second plurality of conductor layers are electrically connected in series,
The insulator has a dielectric constant of less than 10, an antenna for receiving and transmitting wireless electrical power.

제 1항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 100kHz-350kHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택되는 주파수에서 운영되는, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.The method of claim 1,
The second plurality of conductor layers are operated at a frequency selected from a frequency range ranging from 100 kHz to 350 kHz. An antenna for receiving and transmitting wireless electric power.

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제 1항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 구리를 포함하는, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.The method of claim 1,
The second plurality of conductor layers comprises copper. An antenna for receiving and transmitting wireless electrical power.

제 1항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 최소한 10 턴을 가지는, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.The method of claim 1,
The second plurality of conductor layers have at least 10 turns. An antenna for receiving and transmitting wireless electrical power.

제 1항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층의 두께는 0.2mm와 0.5mm 사이인, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.The method of claim 1,
The thickness of the second plurality of conductor layers is between 0.2mm and 0.5mm, an antenna for receiving and transmitting wireless electric power.

제 1항에 있어서,
상기 절연체는 페라이트 물질(ferrite material)인, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.The method of claim 1,
The insulator is a ferrite material, an antenna for receiving and transmitting wireless electrical power.

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제 1항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 원형 나선 구성을 가지는, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.The method of claim 1,
The second plurality of conductor layers have a circular helical configuration, an antenna for receiving and transmitting wireless electric power.

제 1항에 있어서,
제 1 도전체층과 제 2 다수의 도전체층이 멀티 층 프린트 배선 기판(multi-layer printed wiring board)의 하나 이상의 층에 배치되는, 무선 전기 전력을 수신 및 송신하기 위한 안테나.The method of claim 1,
An antenna for receiving and transmitting wireless electrical power, wherein a first conductor layer and a second plurality of conductor layers are disposed on one or more layers of a multi-layer printed wiring board.

제 1 도전체층;
각각의 층이 다수의 턴을 가지는 제 2 다수의 도전체층;
상기 제 2 다수의 도전체층의 최소한 두 개의 도전체층을 분리하는 절연체; 및
상기 제 2 다수의 도전체층의 두 개 이상의 도전체층을 연결하는 최소한의 한 개의 커넥터를 포함하는 무선 전기 전력 안테나; 및
페라이트 물질(ferrite material)을 포함하는 차폐물(shielding material)을 포함하는 프린트 회로 기판(PCB)을 포함하며,
상기 제 2 다수의 도전체층의 각각의 도전체층은 병렬 방향으로 배치되며,
상기 제 2 다수의 도전체층은 전기적으로 병렬로 연결되며,
상기 제 1 도전체층과 상기 제 2 다수의 도전체층은 전기적으로 직렬로 연결되며,
상기 절연체는 10 미만의 유전율을 가지는 모바일 디바이스(mobile device).A first conductor layer;
A second plurality of conductor layers, each layer having a plurality of turns;
An insulator separating at least two conductor layers of the second plurality of conductor layers; And
A wireless electric power antenna including at least one connector connecting two or more conductor layers of the second plurality of conductor layers; And
It includes a printed circuit board (PCB) including a shielding material including a ferrite material,
Each conductor layer of the second plurality of conductor layers is disposed in a parallel direction,
The second plurality of conductor layers are electrically connected in parallel,
The first conductor layer and the second plurality of conductor layers are electrically connected in series,
The insulator has a dielectric constant of less than 10 mobile devices.

제 12항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 100kHz-350kHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택되는 제 1 주파수에서 운영되는 모바일 디바이스.The method of claim 12,
The second plurality of conductive layers is a mobile device operating at a first frequency selected from a frequency range ranging from 100 kHz to 350 kHz.

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제 12에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 구리를 포함하는 모바일 디바이스.The method of claim 12,
The mobile device of the second plurality of conductor layers comprises copper.

제 12항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 최소한 10 턴을 가지는 모바일 디바이스.The method of claim 12,
The mobile device of the second plurality of conductor layers has at least 10 turns.

제 12항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층의 두께는 0.2mm와 0.5mm 사이인 모바일 디바이스.The method of claim 12,
The mobile device having a thickness of the second plurality of conductor layers is between 0.2 mm and 0.5 mm.

제 12항에 있어서,
상기 절연체는 페라이트 물질(ferrite material)인 모바일 디바이스.The method of claim 12,
The insulator is a ferrite material.

제 12항에 있어서,
상기 절연체는 제 2 다수의 도전체층의 각각의 층을 분리하는 모바일 디바이스.The method of claim 12,
The insulator separates each layer of the second plurality of conductor layers.

제 12항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 원형 나선 구성을 가지는 모바일 디바이스.The method of claim 12,
The second plurality of conductor layers have a circular spiral configuration.

제 12항에 있어서,
제 1 도전체층과 제 2 다수의 도전체층이 멀티 층 프린트 배선 기판(multi-layer printed wiring board)의 하나 이상의 층에 배치되는 모바일 디바이스.The method of claim 12,
A mobile device in which a first conductor layer and a second plurality of conductor layers are disposed on one or more layers of a multi-layer printed wiring board.

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각각의 층이 다수의 턴을 가지는 제 1 다수의 도전체층;
상기 제 1 다수의 도전체층의 두 개 이상의 도전체층을 연결하는 최소한 한 개의 제 1 커넥터;
각각의 층이 다수의 턴을 가지는 제 2 다수의 도전체층, 상기 제 2 다수의 도전체층은 100kHz-350kHz에 이르는 주파수 범위로부터 선택되는 주파수에서 운영되며;
상기 제 2 다수의 도전체층의 최소한 2개의 도전체층 사이에 배치되는 절연체층; 및
상기 제 2 다수의 도전체층의 두 개 이상의 도전체층을 연결하는 최소한 한 개의 제 2 커넥터를 포함하는, 무선 전기 전력의 수신, 무선 전기 전력의 전송, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 위해 구성된 멀티 층 프린트 배선 기판(multi-layer printed wiring board)을 가지며,
상기 제 2 다수의 도전체층의 각각의 도전체층은 병렬 방향으로 배치되며,
상기 제 2 다수의 도전체층은 전기적으로 병렬로 연결되며,
상기 제 1 다수의 도전체층과 상기 제 2 다수의 도전체층은 전기적으로 직렬로 연결되며,
상기 절연체층은 10 미만의 유전율을 가지는 모바일 디바이스(mobile device).A first plurality of conductor layers, each layer having a plurality of turns;
At least one first connector for connecting two or more conductor layers of the first plurality of conductor layers;
A second plurality of conductor layers, each layer having a plurality of turns, the second plurality of conductor layers being operated at a frequency selected from a frequency range ranging from 100 kHz to 350 kHz;
An insulator layer disposed between at least two conductor layers of the second plurality of conductor layers; And
A multi-layer configured for at least one of wireless electric power reception, wireless electric power transmission, or a combination thereof, comprising at least one second connector connecting two or more conductive layers of the second plurality of conductive layers It has a multi-layer printed wiring board,
Each conductor layer of the second plurality of conductor layers is disposed in a parallel direction,
The second plurality of conductor layers are electrically connected in parallel,
The first plurality of conductor layers and the second plurality of conductor layers are electrically connected in series,
The insulator layer has a dielectric constant of less than 10 mobile devices.

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제 24항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 구리를 포함하는 모바일 디바이스.The method of claim 24,
The mobile device of the second plurality of conductor layers comprises copper.

제 24항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층은 최소한 10 턴을 가지는 모바일 디바이스.The method of claim 24,
The mobile device of the second plurality of conductor layers has at least 10 turns.

제 24항에 있어서,
상기 제 2 다수의 도전체층의 두께는 0.2mm와 0.5mm 사이인 모바일 디바이스.The method of claim 24,
The mobile device having a thickness of the second plurality of conductor layers is between 0.2 mm and 0.5 mm.

제 24항에 있어서,
상기 절연체층은 페라이트 물질(ferrite material)을 포함하는 모바일 디바이스.The method of claim 24,
The insulator layer comprises a ferrite material.

제 24항에 있어서,
상기 절연체층은 다수의 도전체층의 각각의 층을 분리하는 모바일 디바이스.The method of claim 24,
The insulator layer separates each layer of the plurality of conductor layers.

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제 24항에 있어서,
다수의 도전체층은 원형 나선 구성을 가지는 모바일 디바이스.The method of claim 24,
A mobile device in which a plurality of conductor layers have a circular spiral configuration.

제 24항에 있어서,
페라이트 물질(ferrite material)을 포함하는 차폐물(shielding material)을 더 포함하는 모바일 디바이스.The method of claim 24,
A mobile device further comprising a shielding material comprising a ferrite material.