工程师们朝着更小 更高效的射频变压器迈进

电子设备的未来部分在于“物联网” - 嵌入电子设备中的设备，车辆和设备网络，以实现连接和数据交换。伊利诺伊大学的工程师正在通过最大限度地减少用于无线通信的一个众所周知的大型集成电路元件 - 变压器来帮助实现这一未来。

三维卷起的射频变压器占用的空间减少了10到100倍，当功率传输比增加时性能更好，并且制造工艺比二维祖先更简单，根据一篇详细描述其设计和性能的论文自然电子学。

“变压器是任何电路板上最大和最重的元件之一，”首席研究员李秀玲说，他是电气和计算机工程教授。“当你拿起一个LED灯泡时，它的尺寸感觉很重，部分原因在于内部变压器庞大。这些变压器的尺寸可能成为未来无线通信和物联网的主要障碍。”

变压器使用盘绕线将输入信号转换为特定输出信号，以用于微芯片等设备。以前的研究人员已经开发出一些使用堆叠导电材料来解决空间问题的射频变压器，但这些变压器的性能潜力有限。这种有限的性能是由于当线圈具有高匝数比时线圈之间的低效磁耦合，这意味着初级线圈比次级线圈长得多，反之亦然，Li说。这些堆叠式变压器需要使用特殊材料制造，难以制造，体积大且不易弯曲 - 这些东西远非理想的物联网设备。

新的变压器设计使用了Li先前为制造轧制电感器而开发的技术。“我们正在使用二维加工制作三维结构，”李说。该团队将精心设计的金属线沉积在拉伸的2-D薄膜上。一旦它们释放张力，2-D薄膜就会自动卷入微小的管子中，使初级和次级导线能够完全盘绕并完美地嵌套在一个更小的区域内，以实现最佳的磁感应和耦合。

Li说，嵌套的3-D架构可以产生高匝数比的线圈。“高匝数比变压器可用作阻抗变压器，以提高极低功率接收器的灵敏度，预计这将成为物联网无线前端的关键推动因素，”电气和计算机工程教授兼合着者Songbin Gong说。 。

与较大的设备相比，滚动变压器还可以接收和处理更高频率的信号。

“无线通信将更快，并在未来使用更高频率的信号。当前一代的射频变压器根本无法满足未来的小型化要求和高频操作，”主要作者和博士后研究员黄文说。“具有更多匝数的更小的变压器可以更好地接收更快，更高频的无线信号，以及物联网应用中的高级集成。”

新型变压器具有强大的制造工艺 - 稳定的超出标准铸造温度，并与行业标准材料兼容。这项研究使用了金线，但该团队成功地展示了使用工业标准铜制造其轧制设备。

“下一步将是使用更薄和更导电的金属，如石墨烯，使这些设备制造得更小，更灵活。这一进步可能使这些设备可以编织成高科技可穿戴设备的织物，“李说。