用于电能采集和/或无线通信的装置和方法_2

文档序号:8386027阅读:来源:国知局
或第二导体34可以包括任意合适的导电材料,并且例如可以包括铜。第一导体32和第二导体34可以具有任意合适的形状并且例如可以具有螺旋形状或矩形形状。在平面图中看,第一导体32和第二导体34共享共同的区域。第一导体32和第二导体34可以是平面或非平面的。
[0049]应该理解在某些实施例中,第一导体32和第二导体34可以不需要一匝或多匝(例如,当第一和第二导体32、34具有正方形或矩形形状时)。在这些实施例中,可以针对相对较短的导体长度(即比具有多匝的线圈更短)来实现自感/互感。
[0050]第一导体32和/或第二导体34具有使第一导体32和/或第二导体34在操作频带中共振的电气长度。第一导体32和/或第二导体34的电气长度可以包括另外的匹配电路,其调整第一导体32和/或第二导体34来共振。换句话说,第一导体32和/或第二导体34可以在需要的操作频带下不共振,但通过在导体上或者在导体的馈送处具有一个或多个另外的电感器和/或电容器而在需要的操作频带下被强制共振。双电层电容器30位于第一导体32和第二导体34之间,并且该第一和第二导体32、34被配置为用作双电层电容器30的集电器。
[0051]射频电路18在装置16和控制器12之间连接,并且可以包括接收器和/或发送器和/或收发器。装置16和射频电路18被配置为在一个或多个操作频段中操作。例如,操作频带可以包括(但不限于)长期演进(LTE) 700 (美国)(698.0 - 716.0MHz, 728.0-746.0MHz)、LTE 1500 (日本)(1427.9 - 1452.9MHz,1475.9 - 1500.9MHz)、LTE 2600 (欧洲)(2500 - 2570MHz,2620 - 2690MHz)、调幅(AM)广播(0.535 - 1.705MHz);调频(FM)广播(76 - 108MHz);蓝牙(2400 - 2483.5MHz);无线局域网(WLAN) (2400 - 2483.5MHz);hiper 局域网(HLAN) (5150 - 5850MHz);全球定位系统(GPS) (1570.42 - 1580.42MHz)、美国全球移动通信系统(US-GSM) 850 (824 - 894MHz)以及1900 (1850 - 1990MHz);欧洲全球移动通信系统(EGSM) 900 (880 - 960MHz)以及1800 (1710-1880MHz);欧洲宽带码分多址(EU-WCDMA) 900 (880-960MHz);个人通信网络(PCN/DCS) 1800 (1710_1880MHz);美国宽带码分多址(US-WCDMA) 1700 (发送:1710到1755MHz,接收:2110到2155MHz)以及 1900(1850-1990MHz);宽带码分多址(WCDMA) 2100(发送:1920_1980MHz,接收:2110-2180MHz);个人通信服务(PCS) 1900 (1850_1990MHz);时分同步码分多址(TD-SCDMA)(1900MHz 到 1920MHz, 2010MHz 到 2025MHz)、超宽带(UffB)较低频谱(3100_4900MHz);UffB 较高频谱(6000-10600MHz);数字视频广播-手持(DVB-H) (470-702MHz);DVB-H US (1670-1675MHz);数字调幅广播(DRM) (0.15_30MHz);微波存取全球互通(WiMax)(2300-2400MHz,2305-2360MHz,2496-2690MHz,3300-3400MHz,3400-3800MHz,5250-5875MHz);数字音频广播(DAB) (174.928-239.2MHz, 1452.96-1490.62MHz);射频识别低频(RFID LF) (0.125-0.134MHz);射频识别高频(RFID HF) (13.56MHz);射频识别超高频(RFID UHF) (433MHz,865-956MHz,2450MHz);;用于无线充电 Qi (100kHz)的无线充电联盟的标准。
[0052]天线可以有效操作的频带是天线回波损耗低于操作阈值的频率范围。例如,在装置回波阈值好于(即少于)_4dB或_6dB时会出现有效操作。
[0053]充电电路20被连接在装置16和控制器12之间。充电电路20被配置为从电能存储设备14(例如)接收电能,并将该电能提供给双电层电容器30以对双电层电容器30进行充电。充电电路20还被配置为从双电层电容器30接收电能并向电子设备10的一个或多个电子组件提供电能。
[0054]在某些实施例中,射频电路18未连接到装置16,而是连接到与装置16独立的一个或多个天线。在这些实施例中,装置16仅被用于能量采集,并且一个或多个其它天线可以在与装置16不同的频带下操作。
[0055]图2示出了根据本发明的各个实施例的装置16的示意性横截面图。装置16包括双电层电容器30、第一挠性印刷电路(FPC) 36和第二挠性印刷电路(FPC) 38。双电层电容器30具有第一表面40和第二相对表面42,并且第一挠性印刷电路36位于第一表面附近,且第二挠性印刷电路38位于第二表面附近。因此,双电层电容器30夹在第一挠性印刷电路36和第二挠性印刷电路38之间。
[0056]双电层电容器30包括第一活性碳层44、具有电解质层46的隔离体、以及第二活性碳层48。具有电解质层46的隔离体被夹在第一活性碳层44和第二活性碳层48之间。
[0057]第一挠性印刷电路36 (按层压顺序)包括第一覆盖层50、第一导体32、核心层52、导电层54和第二覆盖层56。第一覆盖层50位于第一活性碳层44附近,且第二覆盖层56被布置为通过例如表面安装技术在其上接收电路58。第一挠性印刷电路36还包括位于第一覆盖层50中的碳连接器60 (其连接第一活性碳层44和第一导体32)、第一导电连接器
62(其用于连接第一导体32和导电层54)、以及第二导电连接器64 (其用于连接导电层54和电路58)。电路58连接到充电电路20,且还可以连接到射频电路18。
[0058]第二挠性印刷电路38 (按层压顺序)包括第一覆盖层66、第一导体34、核心层68、导电层70和第二覆盖层72。第一覆盖层66位于第二活性碳层48附近,且第二覆盖层72被布置为通过例如表面安装技术在其上接收电路58。第二挠性印刷电路38还包括位于第一覆盖层66中的碳连接器74 (其连接第二活性碳层48和第二导体34)、第一导电连接器76 (用于连接第二导体34和导电层70)、以及第二导电连接器78 (用于连接导电层70和电路58)。电路58连接到充电电路20,并且还可以连接到射频电路18。
[0059]第一导体32和第二导体34用作双电层电容器30的集电器,因为它们通过碳连接器60和74分别耦合到第一和第二活性碳层44、48。此外,由于第一导体32和/或第二导体34具有能使它们在一个或多个操作频带中共振的电气长度(其可以包括匹配电路来调整第一导体32和/或第二导体34以共振),第一导体32和/或第二导体34可以作为天线来操作并启用操作频带中的无线通信。
[0060]在某些实施例中,第一和第二导体32、34中的一个可以通过馈送点耦合到射频电路18 (即导体是被驱动的天线),并且第一和第二导体32、34中的另一导体电磁耦合到/自第一和第二导体32、34中的另一导体,而另一导体的至少一端还耦合到地平面(即另一导体是寄生天线)。在其它实施例中,第一和第二导体32、34两者可以通过馈送点耦合到射频电路18( S卩,导体32、34两者都是驱动天线)。在其它实施例中,第一和第二导体32、34中的至少一个在通过一个或多个馈送点耦合到射频电路18之外,还可以耦合到地平面。
[0061]第一导体32和第二导体34能够同时作为天线并作为双电层电容器30的集电器来运行,因为双电层电容器30的操作频域与天线的操作频域不同,由于双电层电容器30用离子传输来充电和放电,而天线以电流共振(电子流)来运行。
[0062]双电层电容器30位于第一导体32和第二导体34之间,这降低了第一和第二导体32、34之间的电容耦合,因为双电层电容器30的共振频域与射频域中的第一和第二导体32,34的不同。因此,双电层电容器30可以用作电能存储而不是第一和第二导体32、34之间的高频耦合元件。这可以有利地使第一和第二导体32、34能互相靠的相对更近(例如分开50微米)。
[0063]本发明的各个实施例提供的好处在于,电子设备10包括提供电能的双电层电容器30,以提高无线数据率和通信距离。此外,双电层电容器30可被配置为向电子设备10外部的其它电路(例如传感器)提供电能。因此,双电层电容器30可以用作设备系统的电源。此外,由于双电层电容器30夹在第一和第二导体32、34之间,双电层电容器30可以占用相对较小的体积且因此不会明显增加电子设备10的尺寸。
[0064]此外,装置16相对较薄和柔韧,且因此适于在挠性便携式电子设备中使用。因为第一和第二导体32、34在挠性印刷电路中形成,装置16可以相对简单地制造(例如不需要焊接),并且可以用和电子设备10的其它组件相同的制造过程(即层压、蚀刻和印制过程)来形成。装置16能在其中存储能量,而不需要集成分立的组件,并且装置16的组件可以在相同的时刻被印制或层压在非常薄的结构中。
[0065]此外,第一和第二导体32、34可以有利地被用于采集射频或感应能量并且无线地传递数据比特。电能可以从读取器或者从天线传递,其可以靠近或远离,并且传递的能量将和接收到能量级别相关。在同一天线(例如类似螺旋NFC类元件)处,天线可以传递数据或信号,其用于能量传
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