从iPhone5畅想无线充电

来源:用户上传      作者: 雨悦 李群 吴珏晨

　　前不久，苹果公司提交了一份专利申请书，名为“区域性电脑运算环境的无线电力运用”。据说通过这项技术，能让苹果的iPhone、iPad和iPod等设备放在电脑旁边就能充电。而且，据传说即将发布的iPhone 5将率先使用这项技术。电流可以无线传输?可能很多朋友看到这条消息的时候都觉得不可思议，但其实这项技术并不是最新的高科技。早在百年之前，尼古拉・特斯拉就已经初步实现了这种技术，只是到目前为止，这项技术都还未有实质性的进步。那么苹果的无线充电专利到底会是什么样子的呢?还是让我们通过尼古拉・特斯拉的发明来猜想―下吧!
　　
　　一切从特斯拉线圈开始说起
　　
　　100多年前，交流电的发明者尼古拉・特拉斯从闪电中获得了灵感，设计了大名鼎鼎的“特斯拉线圈”。这是一种分布参数高频共振变压器，可以轻松获得上百万伏的高频电压。游戏《红色警戒2》里面的电磁塔(特斯拉塔)就是根据特斯拉线圈设计的，而这也是实现无线充电最重要的装置。
　　后来，尼古拉，特斯拉又在此基础上做了改进，发明了“放大发射机”。至此，将电力无线传输这一可能正式地被提了出来。他认为：在地球上游离的电离子均可以被收集起来为人所用。而地球可以作为内导体、地球的电离层能够作为外导体，通过放大发射机特有的径向电磁波振荡模式，能在地球与地球电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球表面的电磁波就能传输这些能量。
　　不过，想象总是美好的，而现实总会带给你各种各样意想不到的麻烦。由于实现该理论需要建造至少5个在当时看来几乎是不可能完成的参天电塔――沃登克里佛广播塔(WardenclyffeTower)。而又由于财力不足和社会阻力等各种原因(当时尼古拉，特斯拉曾许诺，若实验成功，这些从地球上获得的能量将免费供给所有人使用。显然这也触动了某些人的利益)，特斯拉的大胆构想并没有得到实现，但后人却从理论上完全证实了这种方案的可行性。
　　在尼古拉・特拉斯死后，他的相关研究资料被FBI列为机密文件。直至今日，科学界一直都试着还原尼古拉特斯拉当年的研究成果，不过均收效甚微。理想中的无线充电该是什么样?
　　近代，人们一直试图还原尼古拉・特拉斯当年的研究成果，希望能让电力无线传输。不过真正能最终转换为商品的，也就只有接触式无线充电的牙刷和一些效率极低的“无线电池充电平台”，它们都只能在极短距离内实现无线充电。
　　看了以上内容，可能有人会问了：既然人们能设计出个别无线充电设备，那为什么使用该类技术的无线充电器却没有普及呢?
　　其实简单地说，目前阻碍无线充电技术普及的最大障碍就是“传输距离”。众所周知，传输电力即便是通过金属线路传输，距离远了也会产生相当大的线路损耗，更别提通过空气传输了
　　距离增大以后传输的能量会迅速减少。可以想象，在一些特殊领域如果不能突破距离限制，无线充电几乎就是毫无意义。
　　对此，世界各地的科学家都在研究，到目前为止，也取得了一些相当不错的成绩。
　　比如美国麻省理工学院的研究人员采用两个直径为50cm的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10MHz产生共振，从而成功点亮了距离电力发射端2m以外的一盏60W灯泡，并得出了富有启发性的两个结论。
　　
　　1　电力的损失是可以减少的。当接收设备的频率与发射端的电场频率一致时，就会产生共振，从而极大地提高电力的传输效率(当收发方相隔2m时，传输6@W功率的辐射损失仅为5W)。
　　
　　2　电力的传输是安全的，它所形成的磁场强度仅相当于地球磁场的强度。人体作为非磁性物体，暴露在这种磁场环境中不会有任何风险。
　　就在美国麻省理工学院的研究工作取得实质性进展的辉煌时刻，同时有几家公司都推出了适合中短距离使用的无线充电装置。与前面提到的接触式充电器不同，这些新设计的射频充电器不需要充电垫子。电子设备搁置在距离发送器约1m范围内的任何地方都可以充电。据说这种设备与被充电产品都同样采用了共振感应技术，充电器能够自动地通过超高频电波寻找待充电的电器，动态调整发射功率。而这其中的Visteon公司在计划为摩托罗拉手机和苹果的产品生产无线充电器。
　　
　　无线充电和无线信号传输
　　
　　国际上采用的射频频率分布于低频(125KHz)、高频(13.54MHz)、超高频(850MHz～910MHz)和微波(2.45GHz)4个波段。大家熟悉的Wi-Fi信号是使用频率为2.4GHz的微波，而美国麻省理工学院在进行无线电力传输实验时采用的频率为4～10MHz。据说，Visteon公司曾尝试过使用上述各种波段的射频电波进行电力传输，但只有当频率为900MHz左右时接收到的能量最强。
　　射频电能传输与老式的矿石收音机的收音过程相似。矿石收音机自身没有直流电源，它利用天线接收来自电台的载波，经过检波后在听筒中产生音频电流。Visteon公司声称，这个无线充电系统绝不比一部收音机复杂，而且造价低廉，基本接收装置成本只需5美元。

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