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隔空充电是什么原理

更新时间:2022-05-07 11:55:06点击次数:2140次

首先,和无线充电技术一样,使用电磁感应技术给手机提供能量。所谓电磁感应技术,就是充电器与用电装置之间以磁场传送能量,两者之间不用电线连接,因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。其次,隔空充电技术涉及到空间定位原理,隔空充电装置内建5个相位干涉天线,可快速针对手机进行毫秒等级的空间定位,精准探测手机位置;透过波束成形将毫米波定向发射给手机,就可立即启动5W远距离隔空充电。

 

隔空充电技术原理及难点:隔空充电的原理,是用天线把电路中的电流转化为空间中的电磁波,即把能量从设备里辐射到空间中,再在一定距离之外,用天线把空间中的电磁波转化为电路中的电流,实现能量的接收。这也叫“微波输能”,比如以前就有人设想用太阳能板在太空中接收能量,通过微波波束传到地面,地面接收并转换成电能。

 

对手机隔空充电这种场景来说,第一个难度是电磁波束的定向性(术语叫天线方向系数D),就是需要像手电筒激光束一样高度集中的传输,而不是像电灯泡一样四面八方照。首先需要使用“面天线”(就像卫星电视“锅盖”或“平板”一样的一个“面”,而不是像路由器一样一“根”天线),然后提高天线的定向性的方法(与直觉可能正好相反),需要口径越大,波束越窄,所以加大天线面积。

 

另外,电磁波的频率很关键。大概来说,频率越高,越容易做到高定向性,穿透性越差。手机、wifi等用的都是几个GHz以下的电磁波,而“毫米波”按严格定义是30GHz到300GHz之间的电磁波,波长1-10毫米。电磁波段的使用是有严格规定的,由国际电信联盟和国家无委会统一规范。国内民用的毫米波通常使用60GHz波段和77GHz波段,当然还有24GHz波段有的人也算作毫米波的。

 

第二个难度是定位跟踪。手电筒得知道手机在哪并且照的方向跟着手机走。它由很多个小天线(比如大型机载舰载相控阵都有几千个)组成一个面阵,而每个小天线出来的电磁波的相位是可以通过移相器等器件来调控的,进而可以在面阵上形成灵活的不同角度的等相位面,而电磁波能量的传播方向就是垂直于等相位面的,从而形成灵活指向的电磁波束。这套相控阵技术的最大毛病就是贵。

 

第三个难点是接收。波束再怎么聚焦,在几米外也已经是一个截面积比发射天线更大的波束了,可以想象手电筒的光。手机上的接收天线,撑死了跟手机一样大,最多在这个波束里“截”下来跟手机那么大面积内的能量,大部分能量还是浪费掉了。况且手机接收天线设计有诸多限制条件,要做到高孔径效率很难,而且有角度依赖性。

 

最后,传输功率的绝对值高低(比如小米说的5瓦)其实不太说明技术水平,经过发射、扩散传播、接收三个环节的总传输效率的高低才真正说明技术水平。

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