無(wú)線(xiàn)充電的四大技術(shù)與面臨的難題

　　題圖：兩部手機正在利用無(wú)線(xiàn)充電板進(jìn)行充電

　　在軍事領(lǐng)域，以美國為首的各軍事強國也在爭先恐后地研發(fā)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)。據稱(chēng)，美國防部高級研究計劃局已投入五六百萬(wàn)美元，用于研發(fā)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，初步設定無(wú)線(xiàn)充電距離為50英尺（約15米）?？梢韵胂?，隨著(zhù)技術(shù)的成熟和距離的延長(cháng)，戰場(chǎng)上的武器裝備將擺脫電線(xiàn)的束縛和距離的限制，機動(dòng)能力和持續作戰能力將大大提升。戰士們外出執勤或作戰，再也不用攜帶一堆的充電器和數據線(xiàn)，更不用擔心GPS設備、電臺等因為沒(méi)有電能而無(wú)法工作。他們只需隨身攜帶無(wú)線(xiàn)充電電池，不管在基地或戰場(chǎng)的任何角落都可以隨時(shí)充電。

　　新奇技術(shù)已有百年歷史

　　直到今天，我們當中的許多人在第一次聽(tīng)說(shuō)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)時(shí)，都認為這是一項新奇的技術(shù)，甚至感到有點(diǎn)匪夷所思。其實(shí)，早在一百多年前，就已經(jīng)出現了無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)。19世紀末20世紀初的科學(xué)天才尼古拉·特斯拉，曾制作了一個(gè)后來(lái)被稱(chēng)為傳奇的“特斯拉線(xiàn)圈”。這個(gè)由黃銅線(xiàn)圈纏繞的電流傳輸器，可產(chǎn)生超高電壓、低電流和高頻率的電力，在一定區域內實(shí)現電能的無(wú)線(xiàn)傳輸。雖然這項原本可能改變世界的偉大發(fā)明，最終因傳輸效率太低、危險系數過(guò)高等原因而胎死腹中，但卻為世人打開(kāi)了夢(mèng)想的大門(mén)。

　　無(wú)線(xiàn)充電四“馬”并行

　　隨著(zhù)科技進(jìn)步，科學(xué)家們最終驗證了無(wú)線(xiàn)充電的可行性，并在技術(shù)上取得重大突破。目前，相對成熟的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要有4種：電磁感應、無(wú)線(xiàn)電波、電磁共振和光電轉換。

　　電磁感應技術(shù)：電磁感應技術(shù)是目前最為常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)電力傳輸方式。它通過(guò)發(fā)射端和接收端的線(xiàn)圈相互感應產(chǎn)生電流，從而將能量從發(fā)射端轉移到接收端。但由于磁場(chǎng)向四面八方輻射導致能量大量散失，因此傳輸效率較低，通常只適合相互“貼著(zhù)”的小功率電子產(chǎn)品，例如電動(dòng)牙刷、智能手機、相機等。

　　無(wú)線(xiàn)電波技術(shù)：傳統觀(guān)點(diǎn)認為，無(wú)線(xiàn)電波只適合傳送信息，不適合傳送能量。實(shí)際上，無(wú)線(xiàn)電波作為一種電磁波，其本身也能夠傳遞能量，同時(shí)還可以穿透空氣。無(wú)線(xiàn)電波技術(shù)主要是利用電源發(fā)送器發(fā)送搭載有能量的無(wú)線(xiàn)電波，通過(guò)微型高效接收器捕捉空中的無(wú)線(xiàn)電波，將無(wú)線(xiàn)電波能量轉化成直流電并為不同電子裝置的電池充電。

　　圖①：利用電磁共振技術(shù)成功實(shí)現為燈泡供電

　　電磁共振技術(shù)：主要是利用物理學(xué)的“共振”原理，即兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的物體能高效傳輸能量。它通常利用銅制線(xiàn)圈作為電磁共振器，當充電器送出某特定頻率的電磁波后，電能發(fā)送方的線(xiàn)圈和接收方感應器線(xiàn)圈之間就會(huì )形成磁場(chǎng)共振，實(shí)現電能的高效傳輸。這也就是當一位歌手用與杯子相同頻率的聲音歌唱時(shí)，杯子會(huì )破裂的原因。2007年，麻省理工學(xué)院的研究小組就曾利用電磁共振技術(shù)成功“抓住”了電磁波，實(shí)現了為一個(gè)兩米外的60瓦燈泡供電。

　　光電轉換技術(shù)：主要是以激光等為載體，將能量傳遞到目的地再轉化為電能，進(jìn)而實(shí)現能量的遠距無(wú)線(xiàn)傳輸。近日，美國洛克希德·馬丁公司與激光動(dòng)力公司聯(lián)合研發(fā)的一種新型激光充電系統就是利用了這一原理。據稱(chēng)，這項技術(shù)已對美特種部隊使用的一款名為“闊步者”的小型無(wú)人機進(jìn)行了風(fēng)洞飛行測試。測試顯示，該無(wú)人機的電池蓄電量得到有效提高，飛行時(shí)間可達48小時(shí)以上，飛行續航能力提高24倍，大大增加其執行任務(wù)的時(shí)間。

四大誘惑無(wú)法抵擋

　　與傳統有線(xiàn)充電技術(shù)相比，無(wú)線(xiàn)充電具有4大優(yōu)勢：一是方便?？梢韵胂?，電線(xiàn)、插線(xiàn)板、充電器等都可以消失了，你再也不必為尋找適配的電源線(xiàn)而四處問(wèn)人，也不必為各種手機線(xiàn)、PC線(xiàn)、Pad線(xiàn)、音箱線(xiàn)絞纏一起而焦頭爛額。所有的用電設備都可無(wú)拘無(wú)束地隨意移動(dòng)，外出活動(dòng)或出差再也不必隨身攜帶充電器和電源線(xiàn)。二是可進(jìn)行一對多充電。將來(lái)，人們只需要一個(gè)發(fā)射設備就可以給覆蓋范圍內的所有用電設備進(jìn)行充電，無(wú)論在家、辦公室還是街道上，你隨時(shí)都可以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電，只不過(guò)這些設備采用的標準和協(xié)議必須是一致的。三是智能。無(wú)線(xiàn)充電設備比普通充電器“聰明”很多，對于不同的電子產(chǎn)品，電源接口能自動(dòng)對應，需要充電時(shí)，發(fā)射器和接收芯片會(huì )同時(shí)自動(dòng)開(kāi)始工作，充滿(mǎn)電時(shí)，兩方就會(huì )自動(dòng)關(guān)閉。它還能自動(dòng)識別不同的設備和能量需求進(jìn)行“個(gè)性化工作”，有效保證了能量供應的源源不斷，提高設備使用的連續性。四是安全。沒(méi)有了外露的連接器，漏電、跑電等安全隱患都徹底避免了。

　　圖②：無(wú)線(xiàn)充電示意圖

　　四大障礙難以克服

　　既然無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)早已有之，那為什么直到今天還沒(méi)有廣泛應用到日常生活中？因為在當前科學(xué)技術(shù)條件下，還有許多難題需要解決。

　　一是充電距離短。無(wú)線(xiàn)充電的發(fā)送裝置和接收裝置相隔不能太遠，在1～2米的距離內還能起到較為滿(mǎn)意的效果，但一旦距離拉長(cháng)，能量的衰減將十分嚴重。二是電能轉換功率低。無(wú)線(xiàn)充電能量的損耗較大，傳輸效率不高，極易造成電能的浪費。無(wú)線(xiàn)充電器的轉化率目前最高只能達到85%，而且隨著(zhù)距離的增大，損耗將更大。三是易遭干擾。平時(shí)我們都有這樣的經(jīng)歷，手機放在電視旁邊時(shí)，如果有短信或者電話(huà)進(jìn)來(lái)，電視屏幕就會(huì )受到干擾。傳輸電能的無(wú)線(xiàn)電波同樣易遭干擾。電磁共振技術(shù)也容易出現干擾和互擾，不僅寄生電容和外部磁場(chǎng)，甚至連接受設備都能干擾到充電磁場(chǎng)，從而影響充電效率。四是有輻射。雖然有關(guān)專(zhuān)家認為電磁輻射對健康不構成威脅。但是電磁波對人體的影響很復雜，需要長(cháng)期的數據積累，這個(gè)過(guò)程就好比人們花了幾十年時(shí)間才確認二手煙會(huì )致癌一樣。此外，無(wú)線(xiàn)充電由于技術(shù)含量高，經(jīng)濟成本投入較大，造價(jià)遠高于目前廣泛使用的有線(xiàn)充電和萬(wàn)能充電器，所以，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)要想“飛入尋常百姓家”還需要很長(cháng)的路要走。

　　遠景暢想風(fēng)光無(wú)限

　　將來(lái)，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)一旦廣泛應用，那我們的四周不僅有傳遞信息的電磁波，還有傳輸電能的電磁波。它如同藍牙、WIFI一樣，彌漫在空氣中，無(wú)論你身處何方都感受不到它的存在，但卻能手到擒來(lái)。我們所謂的“電磁環(huán)境”的涵義也將被拓展，變得更加復雜和神秘莫測。戰場(chǎng)上決定勝負的較量已不再是火力對抗，而是搭載信息和電能的電磁對抗。

　　暢想未來(lái)，隨著(zhù)越來(lái)越多的飛機、衛星、軍艦都將通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸的方式實(shí)現能量的補充，整個(gè)陸、海、空、天裝備的電源接口將自動(dòng)對應，電能傳輸將跨越時(shí)間和距離的限制?？梢哉f(shuō)，只要武器裝備沒(méi)有故障，它就能永久地戰斗下去，真正實(shí)現智能化持續作戰。未來(lái)，誰(shuí)能實(shí)現對整個(gè)戰場(chǎng)電能的補充和控制，那勝利的天平必然會(huì )傾向哪一方。到那時(shí)，一場(chǎng)新的軍事變革必然到來(lái)。