從iPhone5暢想無線充電

前不久，蘋果公司提交了一份專利申請書，名為“區域性電腦運算環境的無線電力運用”。據說通過這項技術，能讓蘋果的iPhone、iPad和iPod等設備放在電腦旁邊就能充電。而且，據傳說即將發布的iPhone 5將率先使用這項技術。電流可以無線傳輸?可能很多朋友看到這條消息的時候都覺得不可思議，但其實這項技術并不是最新的高科技。早在百年之前，尼古拉·特斯拉就已經初步實現了這種技術，只是到目前為止，這項技術都還未有實質性的進步。那么蘋果的無線充電專利到底會是什么樣子的呢?還是讓我們通過尼古拉·特斯拉的發明來猜想—下吧!

一切從特斯拉線圈開始說起

100多年前，交流電的發明者尼古拉·特拉斯從閃電中獲得了靈感，設計了大名鼎鼎的“特斯拉線圈”。這是一種分布參數高頻共振變壓器，可以輕松獲得上百萬伏的高頻電壓。游戲《紅色警戒2》里面的電磁塔(特斯拉塔)就是根據特斯拉線圈設計的，而這也是實現無線充電最重要的裝置。

后來，尼古拉，特斯拉又在此基礎上做了改進，發明了“放大發射機”。至此，將電力無線傳輸這一可能正式地被提了出來。他認為：在地球上游離的電離子均可以被收集起來為人所用。而地球可以作為內導體、地球的電離層能夠作為外導體，通過放大發射機特有的徑向電磁波振蕩模式，能在地球與地球電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再利用環繞地球表面的電磁波就能傳輸這些能量。

不過，想象總是美好的，而現實總會帶給你各種各樣意想不到的麻煩。由于實現該理論需要建造至少5個在當時看來幾乎是不可能完成的參天電塔——沃登克里佛廣播塔(WardenclyffeTower)。而又由于財力不足和社會阻力等各種原因(當時尼古拉，特斯拉曾許諾，若實驗成功，這些從地球上獲得的能量將免費供給所有人使用。顯然這也觸動了某些人的利益)，特斯拉的大膽構想并沒有得到實現，但后人卻從理論上完全證實了這種方案的可行性。

在尼古拉·特拉斯死后，他的相關研究資料被FBI列為機密文件。直至今日，科學界一直都試著還原尼古拉特斯拉當年的研究成果，不過均收效甚微。理想中的無線充電該是什么樣?

近代，人們一直試圖還原尼古拉·特拉斯當年的研究成果，希望能讓電力無線傳輸。不過真正能最終轉換為商品的，也就只有接觸式無線充電的牙刷和一些效率極低的“無線電池充電平臺”，它們都只能在極短距離內實現無線充電。

看了以上內容，可能有人會問了：既然人們能設計出個別無線充電設備，那為什么使用該類技術的無線充電器卻沒有普及呢?

其實簡單地說，目前阻礙無線充電技術普及的最大障礙就是“傳輸距離”。眾所周知，傳輸電力即便是通過金屬線路傳輸，距離遠了也會產生相當大的線路損耗，更別提通過空氣傳輸了

距離增大以后傳輸的能量會迅速減少。可以想象，在一些特殊領域如果不能突破距離限制，無線充電幾乎就是毫無意義。

對此，世界各地的科學家都在研究，到目前為止，也取得了一些相當不錯的成績。

比如美國麻省理工學院的研究人員采用兩個直徑為50cm的銅線圈，通過調整發射頻率使兩個線圈在10MHz產生共振，從而成功點亮了距離電力發射端2m以外的一盞60W燈泡，并得出了富有啟發性的兩個結論。

1 電力的損失是可以減少的。當接收設備的頻率與發射端的電場頻率一致時，就會產生共振，從而極大地提高電力的傳輸效率(當收發方相隔2m時，傳輸6@W功率的輻射損失僅為5W)。

2 電力的傳輸是安全的，它所形成的磁場強度僅相當于地球磁場的強度。人體作為非磁性物體，暴露在這種磁場環境中不會有任何風險。

就在美國麻省理工學院的研究工作取得實質性進展的輝煌時刻，同時有幾家公司都推出了適合中短距離使用的無線充電裝置。與前面提到的接觸式充電器不同，這些新設計的射頻充電器不需要充電墊子。電子設備擱置在距離發送器約1m范圍內的任何地方都可以充電。據說這種設備與被充電產品都同樣采用了共振感應技術，充電器能夠自動地通過超高頻電波尋找待充電的電器，動態調整發射功率。而這其中的Visteon公司在計劃為摩托羅拉手機和蘋果的產品生產無線充電器。

無線充電和無線信號傳輸

國際上采用的射頻頻率分布于低頻(125KHz)、高頻(13.54MHz)、超高頻(850MHz～910MHz)和微波(2.45GHz)4個波段。大家熟悉的Wi-Fi信號是使用頻率為2.4GHz的微波，而美國麻省理工學院在進行無線電力傳輸實驗時采用的頻率為4～10MHz。據說，Visteon公司曾嘗試過使用上述各種波段的射頻電波進行電力傳輸，但只有當頻率為900MHz左右時接收到的能量最強。

射頻電能傳輸與老式的礦石收音機的收音過程相似。礦石收音機自身沒有直流電源，它利用天線接收來自電臺的載波，經過檢波后在聽筒中產生音頻電流。Visteon公司聲稱，這個無線充電系統絕不比一部收音機復雜，而且造價低廉，基本接收裝置成本只需5美元。