近日，小米發(fā)布了其隔空無線充電技術(shù)，讓無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，通過波束成形將毫米波定向發(fā)射給手機(jī)，手機(jī)通過天線接收，能實(shí)現(xiàn)數(shù)米內(nèi)5瓦遠(yuǎn)距離充電。

無線充電技術(shù)大家并不陌生，各種無接觸式無線充電技術(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)的無線充電，而傳統(tǒng)無接觸式無線充電雖然也無需線纜，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)布的隔空無線充電技術(shù)與傳統(tǒng)的無線充電技術(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線充電技術(shù)路徑。

智能設(shè)備無線充電的幾大技術(shù)路徑

目前，智能設(shè)備無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)備的無接觸式充電都是使用該技術(shù)。

電感耦合式無線充電的技術(shù)原理是在無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，電感耦合無線充電技術(shù)已經(jīng)非常成熟。目前最主流的電感耦合無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi于2010年提出第一版，經(jīng)過十年的發(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線充電的芯片產(chǎn)品。通過電感耦合實(shí)現(xiàn)無線充電的主要優(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)。具體來說，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)問題。一般來說，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題想要發(fā)射更大無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，另一種無線充電的技術(shù)路徑是使用紅外光來傳遞能量。與遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合類似，紅外光無線充電也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離充電。除此之外，紅外光在傳輸過程中不像無線電波頻段的電磁波一樣需要使用波束成形技術(shù)來實(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，其未來值得我們拭目以待。

未來市場(chǎng)格局預(yù)期

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

相對(duì)于近場(chǎng)耦合無線充電，遠(yuǎn)場(chǎng)耦合和紅外光無線充電技術(shù)則能實(shí)現(xiàn)長距離充電，有望給智能設(shè)備帶來全新的用戶體驗(yàn)，例如在房間內(nèi)安裝無線充電器之后就可以實(shí)現(xiàn)無需用戶干預(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)備廠商來說也較為熟悉，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。基于我們之前分析的遠(yuǎn)場(chǎng)電磁耦合的幾個(gè)限制，我們認(rèn)為在未來幾年內(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)提供較大功率的無線充電，在未來幾年內(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。
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