隨著生活中的筆記本、手機、MP4、數碼相機、PSP等電子設備越來越多，在不知不覺中各種“理不清”的線纜以及需要事先布置好的插座卻給我們帶來了與日俱增的困擾。盡管目前已經有紅外、射頻、藍牙等無線數據傳輸方式可以減少線纜數量，但基于最基本的電力能源供應仍基于有線傳輸，“蛛網纏身”的感覺揮之不去。近來，科技的迅速發展讓無線電力傳輸研究有了很大突破，為電子設備無線充電也已成為了可能，真正實現了“無線”的意義。

游戲中的電磁波武器

提起無線充電，可以從最早的特斯拉線圈說起。大家一定對《紅色警戒2》游戲中的特斯拉塔影響頗深，這種殺傷力極大的武器就是根據特斯拉線圈的雛形幻想而來。美籍科學家尼古拉•特斯拉在1891年發明“特斯拉線圈”，這種裝置可以產生頻率很高的無線高壓電流，不過該高壓電的電流極小，對人體不會產生較大的生理影響。

特斯拉線圈由線圈、打火器、電容和升壓變壓器組成

從原理來看，在特斯拉線圈中，電源要先給主電容充電，當電壓達到打火器的放電閥值時，打火器間隙的空氣開始電離打火，近似導通，使初級諧振回路建立，開始振蕩，向次級回路傳遞能量。次級回路隨即起振，接收能量。幾個周波后，初級回路能量釋放完畢。此時，較大部分的能量都轉移到次級回路上，一部分能量損耗在回路上。特斯拉線圈放電頻度都在每秒100次以上，所以使肉眼看上去為類似閃電的連續放電效果。在當時，特斯拉就利用這些線圈進行一系列創新實驗，如電氣照明、熒光光譜、X射線、電療等，從而開創了無線電力傳輸的先河。但是因為投資巨大，這項技術“胎死腹中”，最終只是出現在科幻小說或游戲中。

徹徹底底地實現“無線”

1.不同的傳輸方式

雖然特斯拉線圈在當時并沒有得到推行，但后人從理論上完全證實了這種方案的可行性，經過多年研究，科學家們認為進行無線電力傳輸是可能的。無線電力傳輸是一種區別于有線傳輸的特殊供電方式，目前它存在電磁感應、電磁共振和微波三種不同的方式，這三種技術分別適用于近程、中短程與遠程電力傳送。

其中電磁感應是將線圈中的電流直接以電磁波形式進行1cm以下的近距離收發，收發設備需要有較高的識別能力，由于電磁波是向四面八方輻射而大量散失，因此效率較低，通常它只適合相互“貼著”的小功率電子產品。電磁共振方式是利用電流通過線圈產生同頻率的磁場共振實現無線供電，磁場的強弱決定了它的傳輸距離和效率，它可以實現10m左右距離的室內供電。微波方式是將電力以微波或激光形式發射到遠程的接收設備，然后通過整流、調制等處理后使用。幾種技術各有特點，近來電磁感應和電磁共振技術取得了突破，更適合我們平時的日常應用。

2.利用磁場產生電能

在中學的物理課本上，我們都知道電力是由線圈旋轉切割磁場產生的。當兩個設備中分別使用了一個具備振蕩電路特性的線圈組成一對收發天線，讓其中一個天線發送能量，另一個天線則接收能量。當向其中的發送線圈加載數兆赫茲的交流電場之后，其天線周圍產生磁場，通過相同頻率共振向處于一定距離之外的另一根天線傳輸電力，從而實現了無線電力傳輸。Intel西雅圖實驗室就試制出了這樣的磁場耦合共振電力收發器，可以在兩米距離內無線給60W燈泡提供電力。Intel首席技術官Justin Rattner表示，未來可以將無線充電裝置安裝在辦公桌內部，只要將筆記本、手機等放在桌上就能夠立即供電。

磁場耦合共振電力收發器點亮燈泡

在未來，我們可以將無線充電裝置放在辦公室、旅館和機場的頂部，只要身處發射共振有效工作距離之內，就能立即為筆記本、手機無線充電，就像現在已經十分普及的WiFi無線上網一樣簡單。我們不再需要隨身攜帶充電器，不再為各種不匹配的接口而發愁，也不必為延長待機時間而使用笨重的電池了。或者我們可以在自家的墻上安裝一個電力發射器，這樣所有的家用電器也可以實現無線充電。

微軟設計出無線供電桌面，只需將筆記本、手機等隨意放置在桌面上便會自動地開始供電

3.線圈決定效率

Intel等眾多研發團隊正在考慮如何將無線充電系統嵌入小型設備中，這需要克服諸多難題，如接收裝置的大小、傳輸距離的局限、傳輸過程中能量的損耗等。無論是電磁感應，還是電磁共振技術，效率都和產生磁場的線圈大小有關。如果要將它內置到充電裝置和筆記本、手機等便攜設備中，就必須精簡線圈尺寸，由此發送和接收效率自然也會隨之下降，由此需要更先進的控制芯片以及收發電路設計使無線電能的傳輸效率提升到75%以上，從而讓無線供電的效率更高，充電時間更短。

同時，距離也是無線電力傳輸一大障礙，距離越遠損耗越大，接收端能感應到電能也就越少。然而在通常情況下，當接收端天線的固有頻率與發射端的磁場頻率一致時，就會產生共振，此時磁場耦合強度明顯增強，無線電力的傳輸效率大幅度提高。不過，這種電磁場的頻率可能對設備內部的其他部件造成干擾。

成品讓應用更為便捷

經過多年的討論和研究，關于無線充電技術并非空談，目前我們已經可以看到不少此類產品推出，一些公司也都擁有各自的技術專利。這些技術不盡相似，它都有一個專門的供電發送端，內部有許多線圈，通電后可產生磁場，而接收端內部也內置了一個接收線圈，放在供電發送端附近時就可以接收其內部磁場產生的電能，并將它傳輸給待充電設備內部的電池。

有許多廠家為Apple、摩托羅拉等手機提供了不少無線充電方案，WildCharge公司為其設計了一種接頭套件，接頭內部由電感線圈組成，將它與手機的充電接口連接。安裝好后，只要把手機放到充電板上就可以開始無線充電了，這個接頭和充電板總價約80美元。也就是說，即使現在的手機、MP3產品中沒有嵌入無線接收線圈也同樣可以實現無線充電，這無疑可以讓普通產品邁入無線充電的門檻降低。另外，WildCharger還推出了功率較大的產品，除了可以給多種手機和MP4充電，還可以為筆記本充電。

WildCharge通過特殊接口能給多種手機充電

SplashPower公司推出了形同鼠標墊的無線充電器Splash pads，只需要把要充電的設備放在上面就可以開始充電，可以同時對多個設備充電。在Splash Pads的塑膠薄膜里面裝有產生磁場的小線圈陣列，而內置磁性接收線圈的接收端可以貼在電子設備的電池上。

Splash pads能為多種設備充電

Splash pads的結構示意圖

在今年的CES上，Powercast公司展出了一種可以安裝在墻上電源插頭的發送器，以及可以安裝在任何低電壓產品中的微型接收器，可在半徑約1米范圍內為不同產品的電池充電。整個系統并不復雜，而且造價低廉，只需5美元。Powercast聲稱已與生產手機、汽車配件及助聽器等的公司簽署合作協議，尤其是植入人體的儀器，往往需要動手術才可以換電池，假如使用無線充電系統，病人就不會有再次開刀的痛苦了。

想要普及無線充電技術，需要形成一個國際通行的標準，收發設備之間需要具備廣泛的兼容性，各家產品之間也要能互換。目前由包括飛利浦、奧林巴斯、三洋和德州儀器等八家大廠組成了無線充電技術協會，該協會已經為使用5W以下的低功耗電子設備制定了標準，這意味著無線充電技術的標準化正式走向實施階段。在不久的將來，新的標準能讓便攜式設備具備無線電力傳輸的功能，并讓這個充電過程更為方便，省去了插拔接頭的過程。

結語

無線充電技術的推行為我們帶來了更為方便的應用，真正實現“無線”的意義，當所有家用電器實現無線充電時，我們就可以對電線及插座說“再見”了。同時作為一種科學研究，無線電力傳輸可以帶動其他科技領域的發展，比如衛星、飛機、汽車之間的能量傳輸都可以使用無線方式。任何技術都是雙刃劍，在將其應用到實踐中，尤其是應用到與人類的日常生活息息相關的家電產品中時，難免會讓人對其產生質疑。因為電磁波在空間傳輸的定向性差，使本來不多的能量衰竭得更快，無線傳輸功率低，整體效率差，而且會對空間造成很大的電磁污染，在未屏蔽的情況下會影響用戶健康，這些都是無線充電技術一直沒有得到很好應用的原因。

無線充電技術可能還有很長一段路要走，即使在實現了無線充電后，如何進行頻率管理也是一個問題。同時需要我們對目前的手機或者設備進行一定程度上的改造，使得其擁有一個能夠接受電磁波的裝置，這可能也需要一段時間。因此廠家在技術的研究中需要仔細權衡其中的利弊得失，讓科技最大程度地惠及人類。