无线充电 开启通信“无尾时代”

邹巍

“多少人嘲讽我是个空想家，他们都是头脑最愚笨，目光最短浅的蠢才，还是让时间来说话吧。”早在1891年，鬼才发明家、交流电之父特斯拉就成功点亮了一盏没有连接电线的灯泡，从而证明了无线的电力传输并非空想。在达尔文的进化论中，从统计学和生物学的角度为世人揭示了人类为什么没有尾巴，这场演变被定义为高等智慧的开端，其准确性虽无定论，但在科技领域，电信的“无尾时代”正在悄无声息蜕变中，其技术从构想走到了真实世界。

不少人或许会问，无线充电真的可行吗？事实上，2013年年初，在美国拉斯维加斯举办的第46届国际消费电子展（CES）上，使用平板电脑为手机进行无线充电已成为展会的一大亮点，格外引人关注。在智能手机耗电多、电池续航能力差、充电频繁的应用背景下，“无线充电技术使人们无需借助电线和插座就可以为手机等电子产品充电，这将带给人们更多的方便并大幅提高工作效率。”更有业界人士豪情万丈地预测，到2017年，全世界无线充电市场的规模将达到数百亿美元，有望成为信息产业发展的又一块“大蛋糕”。

可行性研究的智能化突破

其实，无线充电技术就是利用了我们中学物理课上学过的电生磁、磁生电的基本原理。以手机为例，充电板中的电路将电能转换为电磁场，电磁场在空间传播，并在手机中相应的接收线圈中产生感应电流，经过专用的电路进行整流、稳压后就可以直接充进手机电池中。

早在1890年，现代交流电系统的奠基者尼古拉·特斯拉就曾提出无线供电的设想。二十世纪二十年代中期，日本人H.Yagi论述了不利用导线去点亮电灯的输电方案。二十世纪六七十年代，美国雷神公司（Raytheon，美国大型国防合约商）将这一理念变成现实，将频率为2.45GHz的微波能量转换为直流电，并通过不断改进，使得转换效率提高到50%以上。2000年以后，国际上逐渐掀起了对无线能量传输技术的研究高潮。在2009年、2010年的CES上，至少有三家厂商对外展示了无线充电底座，例如Plam Pre公司的无线充电器、Fulton公司的iPhone充电器以及PowerMat公司的首发充电模块。而在2013年的CES上，Fulton公司再次演示了使用平板电脑背部为手机充电的新一代产品。据目前所知，无线供电（充电）技术主要有三种实现形式：

形式一，近场耦合式。这一形式通过近场电磁感应实现电能传输，是当前工程领域中最为可行的电能传输方式，其通过将交变电流在原线圈产生的电磁场耦合到副线圈上，实现无线供电。这种形式的传输距离非常近（一般小于5mm），主要应用于便携式消费电子产品、医疗非接触式产品、无线充电等。

形式二，磁场共振式。这一形式通过非辐射磁场内两线圈的共振效应，实现中距离的无线供电（供电距离一般不超过1m）。2007年美国麻省理工大学研究小组应用广为人知的电磁场近场理论，实现了几倍于振荡器尺寸的传输距离的、较高效益的电能传播，并将其命名为“Witricity”技术。试验中，该小组使用直径60cm的铜线圈，通过调整发射频率使其在10MHz左右发生共振，从而点亮了2米外的一盏60W的灯泡。

形式三，微波辐射式。这一方式通过电波的形式在远场范围内采用定向天线或高质量的平行激光束实现远距离供电（一般认为最远可实现36000km），在发射端将电能转化为射频功率并以可控、低损的方式，将其以微波形式辐射出去，在接收端则利用整流天线等装置将微波能量转换为直流或交流电能。这一形式主要用于卫星、太阳能发电的传输系统等。例如2003年欧盟在非洲的留尼旺岛建造了一座10kw的实验型微波输电站。

无线充电技术是完全不借助电线，使电能通过无线方式传输，从而为设备充电的一种技术。它已经显示出巨大优势，无线充电技术一旦普及，将使电子产品摆脱插座和线缆的束缚，有助于解决电气接口不同或充电器不兼容的问题，从而增强便携性、美观性以及使用的安全性。2012年9月，诺基亚发布的Lumia920手机就首次引入了内置无线充电功能。如果这一功能能够得以大规模商业化运行，将有可能实现能源的绿色化、低碳化，解决地球资源日益枯竭等问题。

群雄角逐的技术标准比拼

目前，人们普遍看好无线充电市场的未来。众多知名的电子生产商已经开始进军无线充电市场，并谋求制定相关标准。据无线充电联盟主席曼诺·特里夫斯称，目前主要有Qi、A4WP和PMA三大标准，由此形成了三大阵营。此外，苹果公司等还单独设立了标准。

Qi标准是无线充电联盟2010年推出的5瓦以下小功率无线充电标准。Qi是汉字“气”的汉语拼音，在东方哲学中代表无形的能量，被用来借指功率发射器和功率接收器之间的兼容性。目前，Qi标准在业内的影响力最大，诺基亚、宏达、LG、谷歌Nexus4都采用这一规格。巧合的是，无线充电联盟的成员企业有138家，当下采用Qi标准的产品也刚好是138种，其中包括30多款手机。

2013年3月14日，韩国三星公司研发的安卓（Android）手机GalaxyS4于美国纽约亮相，与以往只支持FDD-LTE（欧洲主导的3G技术）制式不同，此次三星明确宣布将推出由中国移动、大唐电信、华为、中兴等中国企业主导的TD-LTE制式的产品。这一新款手机将采用Qi无线充电标准，把4G技术与Qi无线充电融为一体。特里夫斯说，Qi也是唯一一个向所有厂商都开放的标准，“任何人都可从我们的网站免费下载，无需支付任何专利费”。无线充电联盟还计划推出中功率、高功率无线充电标准。

不过与此同时，Qi标准也正面临众多公司的挑战。苹果公司称年内将推出具备无线充电功能的智能手机，并为新款iPhone手机量身定制一套无线充电标准。早在2012年3月，美国宝洁公司与美国金霸王电池旗下的Powermat公司发起了电力联盟并推出PMA标准。同年5月，美国高通、韩国三星和Powermat公司创建了无线电源联盟，并于10月推出A4WP标准。

目前尚未形成无线充电统一标准，某些关键问题尚未解决，因此市场上才出现了其他标准。例如Qi标准采用感应电磁勘探法，发射线圈与接收线圈必须对齐才能开始充电，能量传输率只有70%多一点。一旦两个线圈出现偏离，传输率会迅速下降。此外，这种充电方式引起的辐射也值得高度关注。现有的这些标准都会释放电磁辐射，也都存在能量传输率过低的问题。

那么，统一标准是否会促进无线充电行业发展呢？许多业内专家给出了肯定答复，用户希望不同品牌的充电器和手机之间存在兼容性，而这最终将靠市场来完成。市场会自动地整合出一种全球通行的无线充电解决方案，如果采用Qi标准的手机越来越多，消费者自然就会购买Qi规格的充电器。但从严格意义上来说，无线充电联盟推出的标准并非真正的标准，而只是无线充电的Qi规格，属于一种“自发的行业规格”。真正的标准是指对产品特征的强制性规定，比如安全标准、电磁干扰条例等行业标准应当由政府来制定和推行，而不是由这么多的非政府性质的行业联盟越俎代庖。

相关专家称，无线充电技术目前只能支持5瓦以下的小功率充电，只适用于智能手机、数码相机、游戏机等电子产品。随着今后为平板电脑、笔记本电脑充电的中功率无线充电器走向市场，以及大功率无线充电技术日趋成熟，无线充电标准的市场竞争将逐渐凸显，群雄角逐的市场必然倒逼业界不得不出台统一标准，从而进一步规范无线充电行业的健康发展。

信息蛋糕的中国市场份额

客观地说，我国对感应式电能传输的研究起步较晚。有研究称，此前西安石油学院李宏教授发表的一篇关于感应电能传输的综述性文章，可以说是拉开了国内无线电能传输研究的序幕。此后，国内各大电子电力研究机构的研究工作深入开展、进展较快。例如：中科院电工所的严陆光院士的课题组进行了深入的理论研究，重庆大学2007年研制了可实现0.6kw～1.6kw的电能输出的感应电能传输装置等等。另有众多研究提出将感应能量传输技术应用于同步电机、生物医学、矿井安全等方面，使无线充电这门新兴技术向更广的产业延伸，从而更具可喜的发展未来。

这里不得不提的是，诺基亚、LG电子等公司采用Qi标准。作为全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟推出的“无线充电”标准，Qi具备便捷性和通用性两大特征。首先，不同品牌的产品，只要有一个Qi的标识，都可以用Qi无线充电器充电。其次，它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈，在不久的将来，手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电，为无线充电的大规模应用提供可能。2010年9月，无线充电联盟在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国。原信息产业部通信电磁兼容质量监督检验中心也加入该组织。同时，ITU-R WP1A工作组已经确立了第ITU-R 210-2/1号课题——《无线功率传输》，中国将积极参与这项课题的研究，并将在2013年6月召开的相关会议上开展频谱工程方面的专题讨论。

2013年5月，深圳桑菲通信推出飞利浦无线充电手机，这也是全球首批Qi标准无线充电手机，其价格不超过3000元，包括无线充电的设备。海尔、湖北松懿力腾和ConvenientPower等中国企业也各自展示了集成Qi标准的电子产品。将手机放在一个电磁炉大小的无线充电站上，无需电线相连，就能实现充电功能。Qi标准自去年8月开始在中国推广，目前联盟成员数量已增加到74家。飞利浦、HTC、诺基亚、三星、索尼爱立信、百思买等知名企业纷纷加入。现在Qi在中国的应用产品主要是手机，今后将向更多数码电子产品延伸。呈现出后来居上的发展态势，如果把握精准，有望抢占市场先机。

“中国企业已抢先开发其中的商机，有望领跑无线充电市场，率先实现Qi的大规模商用。”无线充电联盟主席MennoTreffers表示。据市场研究公司iSuppli预测，2013年全球无线充电市场空间将达180亿美元，届时除手机外，相机、电脑等产品都可以用Qi充电器进行充电。

工业和信息化部电信研究院泰尔实验室主任何桂立指出，2013年移动终端将进一步快速发展，外延内涵不断扩展、LTE终端、云计算应用、无线充电、手机安全将无可争议成为市场热点。目前，我国仅移动手机使用量就已超过10亿台，更新换代的速度非常快，无线充电的市场潜力巨大。随着3G技术走向普及，由中国主导的4G技术标准成为未来智能手机的方向，技术和产业迈向成熟，国际通信巨头积极支持，推动4G标准国际化速度，同时，国家4G牌照发放指日可待，我国在无线充电技术上应该有所作为，这么大的市场蛋糕不该拱手让人，至少先占据本国市场，再向全球“攻城掠地”。在这种情况下，起步阶段与国际通信巨头和产业联盟合作，不失为加快产业发展的一个良策，也可为未来的无线充电市场及其附属产业和产品集聚正能量。

告别不胜其烦的充电线

如今，继手机通用充电器标准化《移动通信终端电源适配器及充电、数据接口技术要求和测试方法》和应用取得重要成功之后，通过无线方式完成充电（供电）的应用呼声愈发高昂。现有资料显示，手机无线充电应用是在2008年开始的，代表性事件是无线供电联盟（Wireless Power Consortium，WPC）的成立，其使命是以制定无线供电性能的业界标准为目标。WPC目前主要致力于“紧耦合”方案的无线充电技术和标准。2012年5月8日，另一无线充电联盟（Alliance for Wireless Power，A4WP）宣告成立，其准备推行的技术和标准的主要特征为“松耦合”方式。该方式通过电磁共振技术实现充电，充电板和手机的距离比“紧耦合”方式要大，可以设计成一个充电板为多个手机同时充电，应用场景更加灵活，进一步促进无线供电技术的发展。由于无导线连接，在一些特殊环境和情况下实现供电有其独到的优点，在一些日常生活中，该技术已经广泛在电动牙刷、电动剃须刀等小型家电产品充电中得到应用。

现实生活中，随着智能技术的日趋普及，智能设备越来越强大的功能与蓄电池技术发展的迟滞，形成了鲜明对照。人们几乎每天都要与各种充电器、充电线和电源连接线打交道，每个人都有多个充电器、连接线，不仅不胜其烦，而且造成严重的资源浪费。现在，无线充电技术的发展，可以让人们在不远的将来，彻底告别各种烦人的充电线了。

目前，无线充电技术尚存若干技术难题。例如提高充电效率、降低成本、增加有效充电距离等。无线充电的电磁波传输过程中损耗较大（电磁辐射与距离的4次方成反比地衰减），这就限定了各种标准的有效充电距离。因此，在提高能效转换上，这一技术有相当大的提升和改进空间。除了技术问题，眼下最棘手的是不同生产商的标准不一致，这就必须统一规范标准。否则，各厂商的设备无法兼容，会造成无线充电设备新的严重浪费，这是必须要避免的，更需要深入研发，符合资源节约型社会的发展潮流。由于目前有多种标准在竞争，技术和其他因素导致各大移动设备厂商在整合无线充电技术上犹豫不决，一定程度上影响了普及无线充电技术的进程。

然而无论如何，无线充电技术将最终走向普及并众望所归地进入普通家庭，将给人们的日常生活带来诸多便利。作为智能终端行业的热点话题，无线充电潜在消费需求量巨大，据美国市场研究机构近期发布的报告显示，全球无线充电市场未来5年内将呈现井喷式增长，年复合增长率预计为57.6%。2011年，无线充电市场的产值仅为4.57亿美元，至2020年，市场规模有望达到千亿美元。

在2013国际消费电子展上，Fulton Lnnovation公司展示了可在手提包中进行无线充电的原型产品，用户只需将手机放入这种具有无线充电功能的手提包中，就能实现对手机的无线充电。与此相类似，无线充电器也可整合到汽车、桌子、椅子甚至橱柜当中，甚至将来此项技术可以外延到其他电子产品，推而广之的前景非常乐观。

相信在不久的将来，随着技术的进步，无线充电技术必将大大普及，带来更快捷方便的全新体验。人们所使用的许多电子产品，包括手机、相机和平板电脑等，都有望彻底告别充电线。对于已经厌倦每天用连接线给大量电子产品充电的数10亿消费者而言，无线充电技术无疑非常值得期待。