無線充電的四大技術(shù)與面臨的難題

　　題圖：兩部手機(jī)正在利用無線充電板進(jìn)行充電

　　在軍事領(lǐng)域，以美國為首的各軍事強(qiáng)國也在爭先恐后地研發(fā)無線充電技術(shù)。據(jù)稱，美國防部高級研究計(jì)劃局已投入五六百萬美元，用于研發(fā)無線充電技術(shù)，初步設(shè)定無線充電距離為50英尺（約15米）。可以想象，隨著技術(shù)的成熟和距離的延長，戰(zhàn)場上的武器裝備將擺脫電線的束縛和距離的限制，機(jī)動能力和持續(xù)作戰(zhàn)能力將大大提升。戰(zhàn)士們外出執(zhí)勤或作戰(zhàn)，再也不用攜帶一堆的充電器和數(shù)據(jù)線，更不用擔(dān)心GPS設(shè)備、電臺等因?yàn)闆]有電能而無法工作。他們只需隨身攜帶無線充電電池，不管在基地或戰(zhàn)場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(dāng)中的許多人在第一次聽說無線充電技術(shù)時(shí)，都認(rèn)為這是一項(xiàng)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(xiàn)了無線充電技術(shù)。19世紀(jì)末20世紀(jì)初的科學(xué)天才尼古拉·特斯拉，曾制作了一個(gè)后來被稱為傳奇的“特斯拉線圈”。這個(gè)由黃銅線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(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。雖然這項(xiàng)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(xiǎn)系數(shù)過高等原因而胎死腹中，但卻為世人打開了夢想的大門。

　　無線充電四“馬”并行

　　隨著科技進(jìn)步，科學(xué)家們最終驗(yàn)證了無線充電的可行性，并在技術(shù)上取得重大突破。目前，相對成熟的無線充電技術(shù)主要有4種：電磁感應(yīng)、無線電波、電磁共振和光電轉(zhuǎn)換。

　　電磁感應(yīng)技術(shù)：電磁感應(yīng)技術(shù)是目前最為常見的無線電力傳輸方式。它通過發(fā)射端和接收端的線圈相互感應(yīng)產(chǎn)生電流，從而將能量從發(fā)射端轉(zhuǎn)移到接收端。但由于磁場向四面八方輻射導(dǎo)致能量大量散失，因此傳輸效率較低，通常只適合相互“貼著”的小功率電子產(chǎn)品，例如電動牙刷、智能手機(jī)、相機(jī)等。

　　無線電波技術(shù)：傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，無線電波只適合傳送信息，不適合傳送能量。實(shí)際上，無線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。無線電波技術(shù)主要是利用電源發(fā)送器發(fā)送搭載有能量的無線電波，通過微型高效接收器捕捉空中的無線電波，將無線電波能量轉(zhuǎn)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(xiàn)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)振動頻率相同的物體能高效傳輸能量。它通常利用銅制線圈作為電磁共振器，當(dāng)充電器送出某特定頻率的電磁波后，電能發(fā)送方的線圈和接收方感應(yīng)器線圈之間就會形成磁場共振，實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸。這也就是當(dāng)一位歌手用與杯子相同頻率的聲音歌唱時(shí)，杯子會破裂的原因。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(xiàn)了為一個(gè)兩米外的60瓦燈泡供電。

　　光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量的遠(yuǎn)距無線傳輸。近日，美國洛克希德·馬丁公司與激光動力公司聯(lián)合研發(fā)的一種新型激光充電系統(tǒng)就是利用了這一原理。據(jù)稱，這項(xiàng)技術(shù)已對美特種部隊(duì)使用的一款名為“闊步者”的小型無人機(jī)進(jìn)行了風(fēng)洞飛行測試。測試顯示，該無人機(jī)的電池蓄電量得到有效提高，飛行時(shí)間可達(dá)48小時(shí)以上，飛行續(xù)航能力提高24倍，大大增加其執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間。

四大誘惑無法抵擋

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

　　圖②：無線充電示意圖

　　四大障礙難以克服

　　既然無線充電技術(shù)早已有之，那為什么直到今天還沒有廣泛應(yīng)用到日常生活中？因?yàn)樵诋?dāng)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。無線充電的發(fā)送裝置和接收裝置相隔不能太遠(yuǎn)，在1～2米的距離內(nèi)還能起到較為滿意的效果，但一旦距離拉長，能量的衰減將十分嚴(yán)重。二是電能轉(zhuǎn)換功率低。無線充電能量的損耗較大，傳輸效率不高，極易造成電能的浪費(fèi)。無線充電器的轉(zhuǎn)化率目前最高只能達(dá)到85%，而且隨著距離的增大，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(jī)放在電視旁邊時(shí)，如果有短信或者電話進(jìn)來，電視屏幕就會受到干擾。傳輸電能的無線電波同樣易遭干擾。電磁共振技術(shù)也容易出現(xiàn)干擾和互擾，不僅寄生電容和外部磁場，甚至連接受設(shè)備都能干擾到充電磁場，從而影響充電效率。四是有輻射。雖然有關(guān)專家認(rèn)為電磁輻射對健康不構(gòu)成威脅。但是電磁波對人體的影響很復(fù)雜，需要長期的數(shù)據(jù)積累，這個(gè)過程就好比人們花了幾十年時(shí)間才確認(rèn)二手煙會致癌一樣。此外，無線充電由于技術(shù)含量高，經(jīng)濟(jì)成本投入較大，造價(jià)遠(yuǎn)高于目前廣泛使用的有線充電和萬能充電器，所以，無線充電技術(shù)要想“飛入尋常百姓家”還需要很長的路要走。

　　遠(yuǎn)景暢想風(fēng)光無限

　　將來，無線充電技術(shù)一旦廣泛應(yīng)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(lán)牙、WIFI一樣，彌漫在空氣中，無論你身處何方都感受不到它的存在，但卻能手到擒來。我們所謂的“電磁環(huán)境”的涵義也將被拓展，變得更加復(fù)雜和神秘莫測。戰(zhàn)場上決定勝負(fù)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，隨著越來越多的飛機(jī)、衛(wèi)星、軍艦都將通過無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)能量的補(bǔ)充，整個(gè)陸、海、空、天裝備的電源接口將自動對應(yīng)，電能傳輸將跨越時(shí)間和距離的限制?？梢哉f，只要武器裝備沒有故障，它就能永久地戰(zhàn)斗下去，真正實(shí)現(xiàn)智能化持續(xù)作戰(zhàn)。未來，誰能實(shí)現(xiàn)對整個(gè)戰(zhàn)場電能的補(bǔ)充和控制，那勝利的天平必然會傾向哪一方。到那時(shí)，一場新的軍事變革必然到來。