苹果的无线充电究竟有什么神奇的？
05-08
最近，苹果的WIFI充电已经申请了专利。看到这个消息，我的第一反应就是“三体中到处都是电的情景终于来临了”。那这个无比神奇的WIFI充电到底是什么东西?
iPhone无疑是这个星球上最好的智能手机之一，但是它的槽点也不少，比如屏占比太低、不支持双卡双待、充电速度太慢等等。尤其是最后一条对iPhone用户的影响最为致命，别家的Android手机电池容量动辄3、4000mAh，而且还能充电五分钟通话两小时，iPhone却只能与充电宝为伴、而且动不动就要充电一整晚。
对此苹果公司显然不是没有解决办法的，但是直接增加电池容量、或者使用快充芯片都不是苹果的解决方式。今天外媒曝光了苹果公司的一项新专利，对饱经吐槽得续航问题，下一代iPhone可能要用一个科幻又酷炫的方式来解决了！
这项专利被命名为“双频天线的无线充电和通信系统”，这项充电技术是用于WIFI路由器上的，通过这项技术可以将电力通过数据天线进行无线传输。也就是说当你的iPhone连着这个新路由器的WIFI的时候，你就在时时刻刻地为它充电了！
所以无线充电到底是什么原理?
从具体的技术原理及解决方案来说，目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。这几种技术分别适用于近程、中短程与远程电力传送。
1、电磁感应式充电
当前最成熟、最普遍的无线充电方式就是电磁感应式。其原理是，初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。事实上，电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感，中国本土的比亚迪公司，早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利，就使用了电磁感应技术。如图1所示。PWC联盟发起者Powermat公司用电磁感应式推出过一款WiCC充电卡，与SD卡差不多大，内部嵌有线圈和电极等组件，插入现有智能手机电池旁边即可使用。
2、磁场共振充电
由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，是目前正在研究的一种技术，其原理与声音的共振原理相同，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，可从一个向另一个供电，如图2。麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡，并将其取名为WiTricity。该实验中使用的线圈直径达到50cm，还无法实现商用化，如果要缩小线圈尺寸，接收功率自然也会下降。
3、无线电波式充电
这是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。
典型的例子是20世纪60年代布朗（William C. Brown）的微波输电系统，其示意图如图3。整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控管，能控制源在2. 45 GHz频段输出一定的功率;发射天线是64个缝隙的天线阵，接收天线拥有25%的收集和转换效率。日本龙谷大学的移动式无线充电系统，也是通过频率为2.45GHz 的微波送电，点亮了行驶中的模型警车的警灯。
4、电场耦合式充电
从纯技术的角度来看，Apple Watch采用的就是电场耦合技术进行无线充电。电场耦合：又称静电耦合或电容耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。耦合是指信号由第一级向第二级传递的过程，一般不加注明时往往是指交流耦合。电场耦合包括信号或能量在电路的不同结点之间通过电容进行的传递。在电场耦合的无线充电模式中，充电座和待充电电器不是通过高频磁场来进行磁场的感应，而是直接通过两者之间形成的电容中的高频电场，这种充电方式具有成本低，对准要求低的优点。
各种无线充电方式都有各自的特点，具体比较如表1所示。
表1 无线充电各种原理方案的比较
小结
今天，无线充电仍在不断发展中，而无线电力的便利性无疑是人们追求的关键所在。因此，科学家们正致力于努力寻找更新、更好、更小、更快且更具成本效益的无线电力解决方案。我们知道，一项技术的发展需要行业巨头来带动，如果新一代苹果手机真的使用了无线充电技术，我们有理由相信无线充电会得到进一步的普及。
iPhone无疑是这个星球上最好的智能手机之一，但是它的槽点也不少，比如屏占比太低、不支持双卡双待、充电速度太慢等等。尤其是最后一条对iPhone用户的影响最为致命，别家的Android手机电池容量动辄3、4000mAh，而且还能充电五分钟通话两小时，iPhone却只能与充电宝为伴、而且动不动就要充电一整晚。
对此苹果公司显然不是没有解决办法的，但是直接增加电池容量、或者使用快充芯片都不是苹果的解决方式。今天外媒曝光了苹果公司的一项新专利，对饱经吐槽得续航问题，下一代iPhone可能要用一个科幻又酷炫的方式来解决了！
那就是通过WIFI来无线充电！
这项专利被命名为“双频天线的无线充电和通信系统”，这项充电技术是用于WIFI路由器上的，通过这项技术可以将电力通过数据天线进行无线传输。也就是说当你的iPhone连着这个新路由器的WIFI的时候，你就在时时刻刻地为它充电了！
所以无线充电到底是什么原理?
从具体的技术原理及解决方案来说，目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。这几种技术分别适用于近程、中短程与远程电力传送。
1、电磁感应式充电
当前最成熟、最普遍的无线充电方式就是电磁感应式。其原理是，初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。事实上，电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感，中国本土的比亚迪公司，早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利，就使用了电磁感应技术。如图1所示。PWC联盟发起者Powermat公司用电磁感应式推出过一款WiCC充电卡，与SD卡差不多大，内部嵌有线圈和电极等组件，插入现有智能手机电池旁边即可使用。
图1 电磁感应式无线充电原理
2、磁场共振充电
由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，是目前正在研究的一种技术，其原理与声音的共振原理相同，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，可从一个向另一个供电，如图2。麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡，并将其取名为WiTricity。该实验中使用的线圈直径达到50cm，还无法实现商用化，如果要缩小线圈尺寸，接收功率自然也会下降。
图2 磁共振式无线充电示意图
3、无线电波式充电
这是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。
典型的例子是20世纪60年代布朗（William C. Brown）的微波输电系统，其示意图如图3。整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控管，能控制源在2. 45 GHz频段输出一定的功率;发射天线是64个缝隙的天线阵，接收天线拥有25%的收集和转换效率。日本龙谷大学的移动式无线充电系统，也是通过频率为2.45GHz 的微波送电，点亮了行驶中的模型警车的警灯。
图3 无线电波式电能传输
4、电场耦合式充电
从纯技术的角度来看，Apple Watch采用的就是电场耦合技术进行无线充电。电场耦合：又称静电耦合或电容耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。耦合是指信号由第一级向第二级传递的过程，一般不加注明时往往是指交流耦合。电场耦合包括信号或能量在电路的不同结点之间通过电容进行的传递。在电场耦合的无线充电模式中，充电座和待充电电器不是通过高频磁场来进行磁场的感应，而是直接通过两者之间形成的电容中的高频电场，这种充电方式具有成本低，对准要求低的优点。
各种无线充电方式都有各自的特点，具体比较如表1所示。
表1 无线充电各种原理方案的比较
小结
今天，无线充电仍在不断发展中，而无线电力的便利性无疑是人们追求的关键所在。因此，科学家们正致力于努力寻找更新、更好、更小、更快且更具成本效益的无线电力解决方案。我们知道，一项技术的发展需要行业巨头来带动，如果新一代苹果手机真的使用了无线充电技术，我们有理由相信无线充电会得到进一步的普及。
无线电这个转换效率存疑，能到10%就能商用了。
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