近日，小米發(fā)布了其隔空無(wú)線充電技術(shù)，讓無(wú)線充電又一次登上了熱榜。

根據(jù)官方介紹，隔空充電技術(shù)通過(guò)小米自研隔空充電樁實(shí)現(xiàn)，其中內(nèi)置5個(gè)相位干涉天線，用于對(duì)手機(jī)進(jìn)行空間定位；另有144個(gè)天線構(gòu)成相位控制陣列，通過(guò)波束成形將毫米波定向發(fā)射給手機(jī)，手機(jī)通過(guò)天線接收，能實(shí)現(xiàn)數(shù)米內(nèi)5瓦遠(yuǎn)距離充電。

無(wú)線充電技術(shù)大家并不陌生，各種無(wú)接觸式無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)在各大智能設(shè)備中相當(dāng)普及；而這次小米隔空充電技術(shù)吸引眾人注意力的原因在于它實(shí)現(xiàn)了數(shù)米距離內(nèi)的無(wú)線充電，而傳統(tǒng)無(wú)接觸式無(wú)線充電雖然也無(wú)需線纜，但是充電距離通常在毫米到厘米數(shù)量級(jí)。事實(shí)上，小米此次發(fā)布的隔空無(wú)線充電技術(shù)與傳統(tǒng)的無(wú)線充電技術(shù)是不同的技術(shù)路徑，因此能實(shí)現(xiàn)數(shù)米的充電距離。而除此之外，本文還將分析介紹其他有潛力的無(wú)線充電技術(shù)路徑。

智能設(shè)備無(wú)線充電的幾大技術(shù)路徑

目前，智能設(shè)備無(wú)線充電最普及的技術(shù)就是使用電感耦合實(shí)現(xiàn)的充電。目前絕大多數(shù)智能設(shè)備的無(wú)接觸式充電都是使用該技術(shù)。

電感耦合式無(wú)線充電的技術(shù)原理是在無(wú)線充電器端和智能設(shè)備端分別安裝電感（通常是由線圈實(shí)現(xiàn)），之后在充電器端使用振蕩器產(chǎn)生這些電感線圈諧振頻率的振蕩，而能量則通過(guò)電磁波的形式由充電器端耦合到智能設(shè)備端，智能設(shè)備端再通過(guò)整流器把電磁波中的能量轉(zhuǎn)化為直流電并給電池充電。

整體而言，電感耦合無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)非常成熟。目前最主流的電感耦合無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi于2010年提出第一版，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了包括智能手機(jī)在內(nèi)的各大智能設(shè)備，在芯片方面，包括TI、NXP等在內(nèi)的大多數(shù)傳統(tǒng)模擬芯片廠商都能提供多款支持電感耦合無(wú)線充電的芯片產(chǎn)品。通過(guò)電感耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電的主要優(yōu)點(diǎn)在于使用近場(chǎng)耦合因此效率高，但是近場(chǎng)耦合同時(shí)也將該技術(shù)的充電距離限制在了厘米數(shù)量級(jí)。

小米剛剛公布的隔空充電技術(shù)則是較為成熟的電感耦合無(wú)線充電之外的另一種技術(shù)路徑，即使用遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。顧名思義，遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合可以實(shí)現(xiàn)的充電距離較遠(yuǎn)。具體來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合技術(shù)在充電器端產(chǎn)生一個(gè)頻率較高的電磁波，并使用天線將能量以電磁波的形式發(fā)射到空間中。而在智能設(shè)備端，則同樣使用天線來(lái)接收充電器端產(chǎn)生電磁波以接受能量，并且在之后使用整流器來(lái)將電磁波能量轉(zhuǎn)化為直流電為電池充電。由于使用天線發(fā)射和接收電磁波，因此遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合的充電技術(shù)受到距離的限制較小。

然而，遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合也有幾個(gè)重要的技術(shù)難點(diǎn)尚待突破。首先就是電磁波對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，使用常規(guī)天線時(shí)充電器發(fā)射的電磁波能量將會(huì)向空間各個(gè)方向傳播，因此在智能設(shè)備端接收到的能量只是充電器發(fā)射出能量的很小一部分（例如1%），這樣就會(huì)大大降低充電效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常需要使用天線陣列做波束成形，將電磁波能量對(duì)準(zhǔn)智能設(shè)備所在的方位做點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸（而不是讓電磁波向空間各個(gè)方向自由發(fā)射）。這也是為什么小米的隔空充電技術(shù)中，充電器使用了144個(gè)天線組成天線陣列做波束成形的原因。另一方面就是需要找到智能設(shè)備相對(duì)充電器的相對(duì)方位來(lái)確定電磁波能量的發(fā)射方向，這也是在小米公布的技術(shù)中充電器中還包含了另一組天線陣列配合算法來(lái)定位智能設(shè)備的位置。

而遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合充電的第二個(gè)難點(diǎn)在于電磁波能量產(chǎn)生和接收的效率。與工作在100KHz-10MHz的近場(chǎng)電感耦合不同，遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合中的電磁波通常工作在100MHz-1GHz以上，而此次小米公布的隔空充電更是工作在更高頻的毫米波頻段（>30GHz）。在這些較高頻段產(chǎn)生電磁波的振蕩器往往效率較低，即充電器本身消耗的功率遠(yuǎn)大于充電器發(fā)射出去的電磁波功率。小米公布的技術(shù)中心，充電器能產(chǎn)生5W的功率，我們預(yù)計(jì)在毫米波頻段充電器的整體效率在1-10%左右，即充電器本身的耗電很可能在100W以上。而另一方面，在智能設(shè)備端，高頻電磁波的整流電路效率通常也會(huì)低一些，因此傳遞給智能設(shè)備的5W功率經(jīng)過(guò)整流之后可能只有一小部分用于充電。

最后，政府規(guī)定的最大頻譜發(fā)射功率也限制了能傳遞的無(wú)線功率。本次小米使用5W作為演示的充電功率很可能就是因?yàn)樵诤撩撞l段的最大發(fā)射無(wú)線功率是受到政府相關(guān)規(guī)范管控的，即使不考慮充電器耗電問(wèn)題想要發(fā)射更大無(wú)線功率也難以滿足相關(guān)規(guī)范。

在遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)電磁耦合之外，另一種無(wú)線充電的技術(shù)路徑是使用紅外光來(lái)傳遞能量。與遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合類似，紅外光無(wú)線充電也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離充電。除此之外，紅外光在傳輸過(guò)程中不像無(wú)線電波頻段的電磁波一樣需要使用波束成形技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳播，而是天生就是沿直線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳播，因此充電器端就無(wú)須使用天線陣列，使得設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，效率也較高。此外，在相關(guān)規(guī)范中，紅外光的最大傳輸能量比起無(wú)線電波頻段的電磁波要高，因此可實(shí)現(xiàn)的最大充電功率也較大一些。目前，初創(chuàng)公司W(wǎng)iCharge已經(jīng)提出了一套較為完整的紅外光充電解決方案，其未來(lái)值得我們拭目以待。

未來(lái)市場(chǎng)格局預(yù)期

如前所述，基于近場(chǎng)耦合的無(wú)線充電技術(shù)在技術(shù)上已經(jīng)進(jìn)入了成熟期，未來(lái)幾年預(yù)計(jì)相關(guān)技術(shù)會(huì)穩(wěn)步提升，成為越來(lái)越多智能設(shè)備的首選充電方式。

相對(duì)于近場(chǎng)耦合無(wú)線充電，遠(yuǎn)場(chǎng)耦合和紅外光無(wú)線充電技術(shù)則能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離充電，有望給智能設(shè)備帶來(lái)全新的用戶體驗(yàn)，例如在房間內(nèi)安裝無(wú)線充電器之后就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需用戶干預(yù)的自動(dòng)充電等。相對(duì)于紅外光充電，遠(yuǎn)場(chǎng)耦合的無(wú)線充電技術(shù)與傳統(tǒng)手機(jī)中使用的射頻技術(shù)較為接近，對(duì)于智能設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)也較為熟悉，因此如果能找到合適的應(yīng)用場(chǎng)景的話有機(jī)會(huì)能盡快商用推廣?；谖覀冎胺治龅倪h(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合的幾個(gè)限制，我們認(rèn)為在未來(lái)幾年內(nèi)仍然很難找到一條為手機(jī)實(shí)現(xiàn)以合理速度充電的路徑。

但是，遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合更有機(jī)會(huì)應(yīng)用在對(duì)于充電功率需求較小的智能設(shè)備，包括智能門(mén)鎖，室內(nèi)溫度傳感器等等，從而在智能家庭和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮作用。從芯片角度，使用遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合的技術(shù)門(mén)檻不低，需要在電源管理、波束成形、設(shè)備定位等領(lǐng)域都有一定技術(shù)積累，而且由于歸根到底遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合的目的是在智能設(shè)備的產(chǎn)品定義中提供一個(gè)差異化功能項(xiàng)，因此很適合擁有芯片設(shè)計(jì)能力的手機(jī)和智能設(shè)備廠商使用產(chǎn)品結(jié)合芯片協(xié)同的方法來(lái)完成設(shè)計(jì)，這方面我們對(duì)于華為、小米等有相關(guān)背景的公司都很看好。

另一方面，如果要為智能手機(jī)提供較大功率的無(wú)線充電，在未來(lái)幾年內(nèi)紅外光的可行度較高一些。這個(gè)領(lǐng)域由于離智能設(shè)備廠商熟悉的傳統(tǒng)射頻設(shè)計(jì)較遠(yuǎn)，因此更有可能是由一個(gè)領(lǐng)先的系統(tǒng)方案廠商（例如蘋(píng)果）提出方案后與傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司合作完成設(shè)計(jì)。在這個(gè)領(lǐng)域我們可以關(guān)注WiCharge等相關(guān)初創(chuàng)公司的情況。
責(zé)任編輯:tzh