无线供电技术的发展和应用前景
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一
另 外 ，植 入 式 医 疗 电 子 设 备 的 使 用 寿 命 和 储 存 寿 命 不 再 受 电 池 的限 制 。
３３ 无 线 传 感 器 网 络 的 无 线 充 电 ． 新 兴 的 无 线 传 感 器 网 络广 泛 应 用 于 多 种 领 域 ， 如 医 疗 监 视 、感 知 、 诊 断 、医 疗 保 健 和 生 物 医 学 等 。 它 由 部 署 在 监 测 区 域 内大 量 的微 型 传 感 器 节
３ 年 代美 国的学者开始研 究不利用导线去 点亮 ０
电灯 的 输 电方 案 。 随 着 大 功 率 、高 效 率 真 空 电 子 管 微 波 源 的 研 制 成 功 ，２ 世 纪 ６ － ０ 代 ， ０ ０ ７年
目 历 史 、发展 与现 状
实 际 上 无 线 供 电 的 设 想 早 在 一 百 多 年 前 就 已 经 出 现 。在 １ ９ 年 ，尼 古拉 ・ 斯 拉 ，这 位 ８０ 特 现 代 交 流 电 系 统 的 奠 基 者 就 开 始 构 想 无 线 供 电
式 （ 用 Leabharlann Baidu 耦 合 共 振 效 应 近 程 无 线 供 电 ）、 电 利 波辐 射 式 （ 力转 换 成 电波 以 辐 射传 输供 电 ） 电 ３ 种 方 式 ，是 一 种 安 全 方 便 的新 技 术 ，无 需 任 何
物 理 上 的 连 接 ，可 以 将 电 能近 距 离 无 接 触 地 传 输 给 负载 。
方 法 ，最 后 提 出 了 一 个 非 常 宏 大 的 方 案 — — 把
地 球 作 为 内 导 体 、距 离 地 面 约 ６ ｍ的 电 离 层 ０ｋ
Ｒａｔｅ ｎ 司的Ｗｉ ａ Ｃ． ｒｗｎ 了大量的无 ｙｈｏ 公 ｌ ｍ Ｂ ｏ ￣ ｌ ｉ
线 供 电方 面 的 研 究 工 作 ，使 得 这 一 概 念 变 成 实
塔 ，铁 塔 顶 部 有 一 个 直 径 为 ６ 英 尺 的半 球 型 圆 ８ 顶 。 铁 塔 尚未 完 工 ，特 斯 拉 就 迫 不 及 待 地 开 始 了 他 的 实 验 。 １ ０ 年 ，特 斯 拉 停 止 了无 线 电 能 ９８ 传 输 实 验 。 后 来 因 为 摩 根 的 撤 资 ，特 斯 拉 陷 入
作 为 外 导 体 ，在 地 球 与 电 离层 之 间 建 立 起 大 约
８ 的低 频 共 振 ，再 利 用环 绕 地球 的表 面 电磁 波 Ｈｚ
来 远 距 离 传 输 电 力 。他 想 像 电 能 能 像 广 播 一 样 传 遍 全 球 。 １０年 ，特斯 拉 得 到 了 １万美 元 的 研 ９０ ５ 究 经 费 （ １ 来 自于 Ｔ ． 根 ），并 开 始 计 划 建 ５％ ．摩 Ｐ 造 华 登 克 里 夫 塔 。 特 斯 拉 希 望 用 这 个 塔 进 行 跨 大 西 洋 的无 线 电 广播 和无 线 电能传 输 实验 。 特 斯 拉 最 终 建 成 了 一 座 高 １ ７ 尺 的 铁 英 ８
工 业和信 息化部 电信研 究院 北 京 １０ １ １ ０ ９
口 前 言
“ 线 充 电 ” ，顾 名 思义 就 是 利 用 一 种 特 无 殊 设 备 在 不 依 赖 电线 的情 况 下 直 接 对 电 子 设 备
充 电 ，一 般 可 分 为 电磁 感 应 式 （ 用 电 流 通 过 利 线 圈 产 生 磁 场 实 现 近 程 无 线 供 电 ）、磁 场 共 振
了经济 困难 ，华登克里夫 塔也被拆除抵 债。尽 管特斯拉 的研 究最终没有 结果 ，但是他 当初的
无 线 供 电构 想 绝 对是 足 够 大 胆 。 到 了２ 世 纪２ 年 代 中期 ， 日本 的 Ｈ． ｇ和 Ｏ ０ Ｙａ ｉ
ｓＵｄ 论 述 了无 线 供 电 概 念 的 可 行 性 ；２ 世 纪 ． ａ Ｏ
・ ９
电佑搜 求
繁地 在各 大通信 技术 展 、电源新 技术 展 上 露 面 ，各 大 公 司 也 纷 纷 推 出 自 己 的研 究 成 果 。 ２ ０ 年 ６ ，麻 省 理 工 大 ０７ 月 学 的Ｍ ａｎｓ ｈａｉ 他 的 研 究 团队 公 开 ｉ ｔ ｏｊ ｃ ｃ和 做 了一 个 演 示 ，他 们给 一 个直 径 ６ Ｉ ０ ＣＩ Ｔ 手 机 从 业 者 一 再 宣 称 自 家 的 智 能 手 机 既 智 能 又 省 电 ，然 而 就 实 际 应 用 状 况 来 看 ， 几 乎 没 有 一 部 智 能 手 机 的 电 池 在 满 电状 态 下 可 以 真 正 使 用 超 过 一 天 。无 线 充 电技 术 受 到 智 能 手 机 从 业 者重视 的 另一原 因是在 开 发更大 容量 充 电 电 池 方 面 遭 遇 了瓶 颈 。 如 今 的 新
验 结 果 ，奠 定 了 现 代 无 线供 电 的 实 验 基 础 。 他
所演示的直流一 直流转换效率在５％ ￣ 。 ４ ２右
２世 纪９ 年 代 ， 由于 无 线通 信频 率 的扩 展 ， ｏ ０ 为避 免对 ２ ５ＧＨｚ 段通 信 的潜 在干 扰 ，美 国 宇 ． ４ 频 航 局 倾 向于 把 ５ ． ＧＨｚ ８ 的频 率 用 于 无 线供 电 。这 两 个 频 点 的大 气 穿透 ｆ 生很好 ，相 应元 器 件 的转 换 效 率 很 高 。１９ 年 ，５８ＧＨｚＮ Ｉ ９８ ． Ｅ ￣ 电偶 极 子 整 流 ］
天线阵转换效率达到 了８％。莫斯科大学的研 究 ２ 组也在无线供电与卫星太 Ｆｆ 电站方面进行了大 Ｈ￣ ｌ
量 理 论 与 实 验 研 究 ，研 制 出 无 线 供 电的 关 键 器
件 —— 快 回旋 电子束 波 微 波整 流器 。
２ ０ 年 以后 ，无 线充供 电新技术越来越频 ００
点 组 成 ， 通 过 无 线 通 信 方 式 形 成 ～ 个 多 跳 的 、 自组 织 的 网 络 系 统 ， 其 目 的
另 外 ，植 入 式 医 疗 电 子 设 备 的 使 用 寿 命 和 储 存 寿 命 不 再 受 电 池 的限 制 。
３３ 无 线 传 感 器 网 络 的 无 线 充 电 ． 新 兴 的 无 线 传 感 器 网 络广 泛 应 用 于 多 种 领 域 ， 如 医 疗 监 视 、感 知 、 诊 断 、医 疗 保 健 和 生 物 医 学 等 。 它 由 部 署 在 监 测 区 域 内大 量 的微 型 传 感 器 节
３ 年 代美 国的学者开始研 究不利用导线去 点亮 ０
电灯 的 输 电方 案 。 随 着 大 功 率 、高 效 率 真 空 电 子 管 微 波 源 的 研 制 成 功 ，２ 世 纪 ６ － ０ 代 ， ０ ０ ７年
目 历 史 、发展 与现 状
实 际 上 无 线 供 电 的 设 想 早 在 一 百 多 年 前 就 已 经 出 现 。在 １ ９ 年 ，尼 古拉 ・ 斯 拉 ，这 位 ８０ 特 现 代 交 流 电 系 统 的 奠 基 者 就 开 始 构 想 无 线 供 电
式 （ 用 Leabharlann Baidu 耦 合 共 振 效 应 近 程 无 线 供 电 ）、 电 利 波辐 射 式 （ 力转 换 成 电波 以 辐 射传 输供 电 ） 电 ３ 种 方 式 ，是 一 种 安 全 方 便 的新 技 术 ，无 需 任 何
物 理 上 的 连 接 ，可 以 将 电 能近 距 离 无 接 触 地 传 输 给 负载 。
方 法 ，最 后 提 出 了 一 个 非 常 宏 大 的 方 案 — — 把
地 球 作 为 内 导 体 、距 离 地 面 约 ６ ｍ的 电 离 层 ０ｋ
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作 为 外 导 体 ，在 地 球 与 电 离层 之 间 建 立 起 大 约
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来 远 距 离 传 输 电 力 。他 想 像 电 能 能 像 广 播 一 样 传 遍 全 球 。 １０年 ，特斯 拉 得 到 了 １万美 元 的 研 ９０ ５ 究 经 费 （ １ 来 自于 Ｔ ． 根 ），并 开 始 计 划 建 ５％ ．摩 Ｐ 造 华 登 克 里 夫 塔 。 特 斯 拉 希 望 用 这 个 塔 进 行 跨 大 西 洋 的无 线 电 广播 和无 线 电能传 输 实验 。 特 斯 拉 最 终 建 成 了 一 座 高 １ ７ 尺 的 铁 英 ８
工 业和信 息化部 电信研 究院 北 京 １０ １ １ ０ ９
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“ 线 充 电 ” ，顾 名 思义 就 是 利 用 一 种 特 无 殊 设 备 在 不 依 赖 电线 的情 况 下 直 接 对 电 子 设 备
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了经济 困难 ，华登克里夫 塔也被拆除抵 债。尽 管特斯拉 的研 究最终没有 结果 ，但是他 当初的
无 线 供 电构 想 绝 对是 足 够 大 胆 。 到 了２ 世 纪２ 年 代 中期 ， 日本 的 Ｈ． ｇ和 Ｏ ０ Ｙａ ｉ
ｓＵｄ 论 述 了无 线 供 电 概 念 的 可 行 性 ；２ 世 纪 ． ａ Ｏ
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繁地 在各 大通信 技术 展 、电源新 技术 展 上 露 面 ，各 大 公 司 也 纷 纷 推 出 自 己 的研 究 成 果 。 ２ ０ 年 ６ ，麻 省 理 工 大 ０７ 月 学 的Ｍ ａｎｓ ｈａｉ 他 的 研 究 团队 公 开 ｉ ｔ ｏｊ ｃ ｃ和 做 了一 个 演 示 ，他 们给 一 个直 径 ６ Ｉ ０ ＣＩ Ｔ 手 机 从 业 者 一 再 宣 称 自 家 的 智 能 手 机 既 智 能 又 省 电 ，然 而 就 实 际 应 用 状 况 来 看 ， 几 乎 没 有 一 部 智 能 手 机 的 电 池 在 满 电状 态 下 可 以 真 正 使 用 超 过 一 天 。无 线 充 电技 术 受 到 智 能 手 机 从 业 者重视 的 另一原 因是在 开 发更大 容量 充 电 电 池 方 面 遭 遇 了瓶 颈 。 如 今 的 新
验 结 果 ，奠 定 了 现 代 无 线供 电 的 实 验 基 础 。 他
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２世 纪９ 年 代 ， 由于 无 线通 信频 率 的扩 展 ， ｏ ０ 为避 免对 ２ ５ＧＨｚ 段通 信 的潜 在干 扰 ，美 国 宇 ． ４ 频 航 局 倾 向于 把 ５ ． ＧＨｚ ８ 的频 率 用 于 无 线供 电 。这 两 个 频 点 的大 气 穿透 ｆ 生很好 ，相 应元 器 件 的转 换 效 率 很 高 。１９ 年 ，５８ＧＨｚＮ Ｉ ９８ ． Ｅ ￣ 电偶 极 子 整 流 ］
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量 理 论 与 实 验 研 究 ，研 制 出 无 线 供 电的 关 键 器
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２ ０ 年 以后 ，无 线充供 电新技术越来越频 ００
点 组 成 ， 通 过 无 线 通 信 方 式 形 成 ～ 个 多 跳 的 、 自组 织 的 网 络 系 统 ， 其 目 的