無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的發(fā)展

　　既然電磁感應方式實(shí)現并不復雜，為什么使用該類(lèi)技術(shù)的無(wú)線(xiàn)充電器普及這么困難呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，最大障礙就在“傳輸距離”方面。眾所周知，傳輸電力即便通過(guò)金屬線(xiàn)路傳輸，距離遠了也會(huì )產(chǎn)生相當大的線(xiàn)路損耗，更別提通過(guò)空氣傳輸了--距離增大以后感應的能量會(huì )迅速減少?？梢韵胂?，在一些特殊領(lǐng)域如果不能突破距離限制，無(wú)線(xiàn)充電已經(jīng)毫無(wú)意義。例如植入體內的儀器，難道必須施行外科手術(shù)才能更換電池。太可怕了！還有那種安置在動(dòng)物身上的無(wú)線(xiàn)定位裝置，怎樣為其補充電能也很關(guān)鍵。

　　為了在無(wú)線(xiàn)傳輸距離上有所突破，MIT的助理教授馬林·索爾賈?？耍∕arin Soljacic）和他的研究小組在長(cháng)達4年的實(shí)驗研究中終于獲得重大突破。他們在實(shí)驗中使用了兩個(gè)直徑為50cm的銅線(xiàn)圈，通過(guò)調整發(fā)射頻率使兩個(gè)線(xiàn)圈在10MHz產(chǎn)生共振，從而成功點(diǎn)亮了距離電力發(fā)射端2m以外的一盞60W燈泡。而且，即使在電源與燈泡中間擺上木頭、金屬或其它電器，都不會(huì )影響燈泡發(fā)光（圖7）。

圖7兩個(gè)線(xiàn)圈之間用木板隔斷，對傳輸效果毫無(wú)影響

　　同時(shí)，MIT的科學(xué)家們還對無(wú)線(xiàn)電力傳輸理論進(jìn)行了研究。他們確定了兩個(gè)電磁線(xiàn)圈之間形成磁場(chǎng)強耦合的條件，并給出了富有啟發(fā)性的結論：

　　a.可行性。通常情況下，電磁輻射具有發(fā)散性，相隔較遠的接收器只能接收到發(fā)射能量的極小一部分。而當接收天線(xiàn)的固有頻率與發(fā)射端的電磁場(chǎng)頻率一致時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生共振，此時(shí)磁場(chǎng)耦合強度明顯增強，無(wú)線(xiàn)電力的傳輸效率大幅度提高。MIT的實(shí)驗表明，當收發(fā)雙方相隔2m時(shí)，傳輸60W功率的輻射損失僅為5W。因此，在幾米內“中程”（相較于“近程”和“遠程”而言）傳輸電力是可行的。

　　b.安全性。從電磁理論而方，人體作為非磁性物體，暴露在強磁場(chǎng)環(huán)境中不會(huì )有任何風(fēng)險。醫院對病人進(jìn)行核磁共振檢查時(shí)，磁場(chǎng)強度高達B～1T也不會(huì )傷害人體。相比之下，共振狀態(tài)下磁場(chǎng)強度處于B～10-4 T數量級，僅相當于地磁場(chǎng)的強度，因此不會(huì )對人體構成危害（圖8）。

圖8索爾賈?？耍ǖ诙抛笠唬┡cMIT研究小組成員在兩個(gè)實(shí)驗線(xiàn)圈之間留影，以消除人們對磁場(chǎng)輻射的擔心。

　　4 長(cháng)江后浪推前浪，射頻充電器更勝一籌

　　就在MIT科學(xué)家的研究工作取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的輝煌時(shí)刻，一家名為Powercast的公司突然推出了一種適合中短距離使用的無(wú)線(xiàn)充電裝置。與前面提到的SplashPower和WildCharge兩家公司的接觸式充電器不同，Powercast公司的射頻充電器不需要充電墊子，電子設備擱置在距離發(fā)送器約1m范圍內的任何地方都可以充電。

　　Powercast公司的無(wú)線(xiàn)充電系統包括一個(gè)安裝在墻上的發(fā)送器以及可以安裝在電子產(chǎn)品上的接收器（圖9）。發(fā)送器這邊利用915MHz頻段把射頻能量發(fā)送出去，而接收器則利用共振線(xiàn)圈吸收射頻電波。

圖9收發(fā)雙方通過(guò)共振圈傳輸能量

　　5 Tips

　　目前國際上廣泛采用的射頻頻率分布于低頻（125KHz）、高頻（13.54MHz）、超高頻（850MHz～910MHz）和微波（2.45GHz）4個(gè)波段。無(wú)線(xiàn)射頻識別（RFID）通常使用超高頻波段的頻率，而Wi-Fi信號則是使用頻率為2.4GHz的微波。MIT研究小組在進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電力傳輸實(shí)驗時(shí)采用的頻率為4～10MHz。據說(shuō)Powercast公司曾嘗試過(guò)使用上述各種波段的射頻電波進(jìn)行電力傳輸，但只有當頻率為900MHz左右時(shí)接收到的能量最強。

　　射頻電能傳輸與老式的礦石收音機的收音過(guò)程相似。礦石收音機自身沒(méi)有直流電源，它利用天線(xiàn)接收來(lái)自電臺的載波，經(jīng)過(guò)檢波后在聽(tīng)筒中產(chǎn)生音頻電流。Powercast公司聲稱(chēng)，這個(gè)無(wú)線(xiàn)充電系統絕不比一部收音機復雜，而且造價(jià)低廉，基本接收裝置成本只需5美元。依賴(lài)這樣的技術(shù)優(yōu)勢，Powercast公司已與手機、MP3、汽車(chē)配件、體溫表、助聽(tīng)器及人體植入儀器等產(chǎn)品的百多家生產(chǎn)廠(chǎng)商簽署了合作協(xié)議，還會(huì )與飛利浦合作在今年年內推出無(wú)線(xiàn)充電的LED電筒、明年推出包括鍵盤(pán)/鼠標在內的更多無(wú)線(xiàn)電腦外設。