变压器|美高校研究出新型射频变压器件,比传统器件体积小10至100倍

时间:2018-05-21 17:04来源:大国重器

摘要:变压器的体积过大问题或将成为未来无线通信和物联网需要克服的主要障碍。为此,美国伊利诺伊大学Li教授团队设计出新型小体积变压器,采用了Li教授之前开发的用于制造卷绕式电感器的技术。

变压器的体积过大问题或将成为未来无线通信和物联网需要克服的主要障碍。为此,美国伊利诺伊大学Li教授团队设计出新型小体积变压器,采用了Li教授之前开发的用于制造卷绕式电感器的技术。
 
据该团队介绍,3D卷绕式射频变压器的体积减少了10到100倍,功率传输率增加时性能更好,制造工艺比2D产品更简单。
 
 
 
传统变压器
变压器使用绕线将输入信号转换为特定的输出信号,以用于像微芯片这样的器件。以前的研究人员已经开发了一些使用堆叠导电材料来解决空间问题的射频变压器,但是这些性能提升有限。这是由于当线圈匝数比高时,线圈之间磁耦合效率低下,这意味着初级线圈比次级线圈长得多,反之亦然。这些叠层变压器需要使用特殊材料制造,制造难度大,体积大且不可弯曲。
 
新变压器原理
该团队正使用2D工艺来制作3D结构。他们将金属线图案于成拉伸的2D薄膜之上,一旦张力释放,2D薄膜自卷成小管。这使得初级和次级导线能够相互缠绕并嵌套到更小的区域中,以实现最佳的磁感应和耦合。Li教授补充说,嵌套的3D结构可以产生较高的匝数比线圈。
 
共同作者,Songbin Gong教授说:“高匝数比变压器可以用作阻抗变压器,以提高极低功率接收器的灵敏度,这将成为物联网无线前端的关键推动力。据称,卷绕式变压器可以接收和处理比大型设备更高频率的信号。”
研究意义
 
主要作者和博士后研究员Wen Huang 表示,“无线通信将来会更快,使用更高频率的信号,目前这一代射频变压器根本无法跟上小型化和未来的高频率运行。具有更多匝数的小型变压器可以更好地接收更快更高频率的无线信号,以及物联网应用中的更高等级的集成。”
 
据该团队介绍,新型变压器具有稳定的制造工艺 - 稳定超越标准制造温度,并与工业标准材料兼容。这项研究使用金丝,但研究人员声称已经成功地演示了使用工业标准铜制造他们的卷绕式器件。
 
下一步工作
Li教授表示,“下一步将是使用更薄、更具导电性的金属制造,如石墨烯,从而使这些器件更小,更灵活。这种进步可能使器件能够织入高科技可穿戴设备。”

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