导读
变压器是无线通信中采用的大尺寸元件。近日，美国伊利诺伊大学的工程师研制出了尺寸更小的三维射频变压器。这项研究对于未来物联网的发展有着非常重要的意义。
背景
物联网，英文名：InternetofThings，简称：IoT。它是互联网概念的一种延伸，广义是指各种物理对象之间的联网，也就是“物物互联”。物联网中的“物”可以是各种各样的设备，例如植入式医疗设备、联网的汽车、智能硬件等等。物联网为电子设备带来了连接性，使之能够相互交换数据。一定程度上，电子设备的未来与物联网密切关联。
时下，物联网的发展已超乎我们的想象与预期。据全球知名市场研究公司IDC先前的分析，年，物联网连接的对象数量将达到亿，收入可达8.9万亿美元。物联网一度被誉为，继计算机，互联网之后的“世界信息产业发展的第三次浪潮”。
创新
物联网的发展离不开无线通信技术。然而，射频变压器是集成电路中明显的大尺寸无线通信元件。缩小射频变压器的尺寸，将有利于推进物联网的进一步发展。近日，美国伊利诺伊大学（UniversityofIllinois）在这方面取得了创新成果。
（图片来源：L.BrianStauffer）一篇发表于《自然电子（NatureElectronics）》杂志的论文对于设备的设计与性能进行了描述。论文称，相比先前的二维版本，卷成筒状的三维射频变压器占用的空间减少至百分之一到十分之一，且制造工艺更为简单。当功率传输比升高时，其表现更佳。
技术
该校电气与计算机工程系教授、首席研究员XiulingLi表示：“在任何电路中，变压器都是最大且最重的元件之一。当你拿起一个LED灯泡，它的尺寸让你感觉到沉重，一部分原因是其内部存在庞大的变压器。对于无线通信与物联网来说，这些变压器的尺寸是有待跨越的关键障碍。”
变压器采用线圈将输入信号转化为可用于芯片等器件的特殊的输出信号。之前的研究人员开发出的某些射频变压器，采用了堆叠的导电材料，从而解决了空间问题。但是，变压器的性能却受到了限制。Li称，原因是，当变压器具有高匝数比时，也就是说主线圈要比副线圈长很多（或者相反），线圈之间低效的磁耦合限制了其性能。这些堆叠的变压器需采用特殊材料而且制造难度大，笨重且不可弯曲，这与理想中的物联网设备相去甚远。
新型变压器设计采用了Li的研究小组之前设计卷绕型电感所采用的技术。Li表示：“我们正在采用二维工艺制造三维结构。”团队小心翼翼地将印有图案的金属线沉积到经过拉伸的二维薄膜上。一旦他们将张力释放掉，二维薄膜会自己卷成小筒状，完美地卷绕成主线圈和副线圈，彼此套叠形成更小的面积，带来最佳的磁感应和磁耦合。
（图片来源：WenHuang）价值
Li表示，这种嵌套的三维结构带来了高匝数比的线圈。论文合著者之一、电气与计算机工程系教授SongbinGong：“高匝数比变压器可作为阻抗变压器来使用，从而改善了极低功率接收机的灵敏度，这有望成为物联网无线前端的关键实现手段。”
相比更大型的设备，卷成筒状的变压器也可接收和处理更高频率的信号。
论文领导作者、博士后研究员WenHuang表示：“未来，无线通信将变得更加快速，使用的信号频率也将更高。当前一代的射频变压器实在无法满足未来小型化和高频率运行的要求。匝数更多、尺寸更小的变压器，将有利于更好地接收更快速的高频无线信号，以及在物联网应用中进行高水平的集成。”
这种新型变压器的制造工艺非常强大，稳定地超越了标准的工厂温度，并兼容符合行业标准的材料。这项研究采用金线，但团队成功地演示了采用符合行业标准的铜线制造出这种卷成筒状的变压器。
未来
Li表示：“下一步将采用更细和更导电的金属，例如石墨烯，使这些设备变得更小且更具柔性。这些进展也有望实现可编织进高科技的可穿戴织物中的设备。”
关键字
物联网、变压器、无线通信、可穿戴技术、柔性电子
参考资料