El futuro de los dispositivos electrónicos reside en parte en el "Internet de las cosas": la red de dispositivos, vehículos y electrodomésticos integrados en la electrónica para permitir la conectividad y el intercambio de datos. Los ingenieros de la Universidad de Illinois están ayudando a realizar este futuro al minimizar el tamaño deUn elemento notoriamente grande de circuitos integrados utilizados para la comunicación inalámbrica: el transformador.
Los transformadores de radiofrecuencia enrollados tridimensionales ocupan de 10 a 100 veces menos espacio, funcionan mejor cuando aumenta la relación de transferencia de potencia y tienen un proceso de fabricación más simple que sus progenitores 2-D, según un documento que detalla su diseño y rendimiento enel periódico Electrónica de la naturaleza .
"Los transformadores son uno de los elementos más grandes y pesados en cualquier placa de circuito", dijo el investigador principal Xiuling Li, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Cuando levanta una bombilla LED, se siente pesado para su tamaño y esoes en parte debido al voluminoso transformador en su interior. El tamaño de estos transformadores puede convertirse en un obstáculo clave para superar en el futuro para la comunicación inalámbrica y la IoT ".
Los transformadores usan cables en espiral para convertir señales de entrada en señales de salida específicas para usar en dispositivos como microchips. Investigadores anteriores han desarrollado algunos transformadores de radiofrecuencia que utilizan un material conductor apilado para resolver el problema espacial, pero estos tienen un potencial de rendimiento limitado.se debe a un acoplamiento magnético ineficiente entre bobinas cuando tienen una alta relación de espiras, lo que significa que la bobina primaria es mucho más larga que la bobina secundaria, o viceversa, dijo Li. Estos transformadores apilados deben fabricarse con materiales especiales y son difíciles defabricado, voluminoso e indescifrable: cosas que están lejos de ser ideales para dispositivos de internet de cosas
El nuevo diseño del transformador utiliza técnicas que el grupo de Li desarrolló previamente para fabricar inductores enrollados. "Estamos haciendo estructuras tridimensionales usando procesamiento 2-D", dijo Li. El equipo deposita alambres de metal cuidadosamente modelados en películas delgadas estiradas en 2-D.Una vez que liberan la tensión, las películas bidimensionales se enrollan en pequeños tubos, lo que permite que los cables primario y secundario se enrollen y encajen perfectamente entre sí en un área mucho más pequeña para una inducción y acoplamiento magnéticos óptimos.
Li dijo que la arquitectura tridimensional anidada genera bobinas de alta relación de vueltas. "Se puede usar un transformador de alta relación de vueltas como transformador de impedancia para mejorar la sensibilidad de los receptores de potencia extremadamente baja, que se espera que sean un habilitador clave paraFrontales inalámbricos de IoT ", dijo Songbin Gong, profesor de ingeniería eléctrica e informática y coautor.
Los transformadores enrollados también pueden recibir y procesar señales de frecuencia más altas que los dispositivos más grandes.
"La comunicación inalámbrica será más rápida y utilizará señales de mayor frecuencia en el futuro. La generación actual de transformadores de radiofrecuencia simplemente no puede cumplir con los requisitos de miniaturización y la operación de alta frecuencia del futuro", dijo el autor principal e investigador postdoctoral WenHuang. "Los transformadores más pequeños con más vueltas permiten una mejor recepción de señales inalámbricas más rápidas y de alta frecuencia, así como una integración de alto nivel en aplicaciones IoT".
Los nuevos transformadores tienen un proceso de fabricación robusto, estable más allá de las temperaturas de fundición estándar y compatible con materiales estándar de la industria. Este estudio utilizó alambre de oro, pero el equipo demostró con éxito la fabricación de sus dispositivos laminados con cobre estándar de la industria.
"El siguiente paso será usar metal más delgado y más conductor, como el grafeno, lo que permitirá que estos dispositivos se hagan aún más pequeños y más flexibles. Este avance puede permitir que los dispositivos se tejan en telas de alta calidad".tecnología ponible ", dijo Li.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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