揭秘小米與摩托羅拉的隔空充電技術(shù)，輻射問題將成隱憂？
1月29日上午，小米正式發(fā)布自研的隔空充電技術(shù)，接收端設(shè)備都不需要任何充電線、充電底座，即使距離發(fā)射端設(shè)備數(shù)米遠(yuǎn)，也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔空充電。與此同時(shí)，聯(lián)想旗下的摩托羅拉官方也發(fā)布了自己的隔空充電技術(shù)。那么小米與摩托羅拉的隔空充電技術(shù)到底有何奧秘呢？
小米隔空充電技術(shù)發(fā)布
據(jù)小米官方介紹，小米隔空充電技術(shù)核心在于空間定位和隔空能量傳輸。其自研的隔空充電樁（發(fā)射端）內(nèi)置5個(gè)相位干涉天線，可以對(duì)手機(jī)進(jìn)行毫秒級(jí)空間定位，精準(zhǔn)探測(cè)手機(jī)（接收端）位置。然后通過144個(gè)天線構(gòu)成的相位控制陣列，通過波束成形將毫米波定向發(fā)射給手機(jī)，以實(shí)現(xiàn)隔空充電。
在今天上午小米發(fā)布自研隔空充電技術(shù)的同時(shí)，摩托羅拉也通過視頻展示了自己的無線充電技術(shù)。
根據(jù)視頻顯示，兩臺(tái)Motorola edge手機(jī)分別放在距離發(fā)射端1米與80厘米遠(yuǎn)處，均可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)隔空充電。
據(jù)聯(lián)想中國區(qū)手機(jī)業(yè)務(wù)部總經(jīng)理陳勁表示，摩托羅拉的隔空充電距離，已經(jīng)可以做到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)前以Qi技術(shù)為主的接觸式充電，且實(shí)現(xiàn)了可以多臺(tái)手機(jī)同時(shí)充電，擁有更高自由度的同時(shí)，還兼具安全性能，是真正意義上的無線充電。
而且，從視頻來看，摩托羅拉的隔空充電技術(shù)的發(fā)射端的體積要比小米的小很多倍，非常的小巧便攜，易于部署。
不過，需要指出的是，在演示視頻中，摩托羅拉的隔空充電技術(shù)并不能穿透障礙物，用手擋住充電發(fā)射端之后，就停止了充電。相比之下，小米隔空充電技術(shù)則在遮擋的情況下也能夠正常工作。
當(dāng)然，這主要得益于小米的隔空充電技術(shù)的發(fā)射端不僅用上了144根天線陣列，還應(yīng)用了波束成形技術(shù)，即有針對(duì)性的向被充電設(shè)備所在位置進(jìn)行發(fā)射，提升了信號(hào)強(qiáng)度，使得信號(hào)的穿透性和傳輸距離都得到了提升。另外接收端也用上了14根天線，信號(hào)接收的靈敏度更高，因此即使有遮擋也能夠正常工作。
隔空充電如何實(shí)現(xiàn)？
眾所周知，目前市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的無線充電設(shè)備基本都是基于無線充電聯(lián)盟（WPC）推出的Qi標(biāo)準(zhǔn)的，該標(biāo)準(zhǔn)基于磁感應(yīng)技術(shù)。但是，該技術(shù)在進(jìn)行無線充電時(shí)，不僅要求接收端與發(fā)射端之間的間隔距離非常小，同時(shí)對(duì)于擺放的位置也有較高要求。比如蘋果新推出的Magsafe無線充電器，就是通過磁吸與iPhone 12的無線充電接收端進(jìn)行緊緊貼合并精準(zhǔn)對(duì)位，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的無線充電。
正是由于WPC主推的磁感應(yīng)的無線充電技術(shù)存在諸多掣肘，于是在空間上自由度更高、傳輸距離更遠(yuǎn)的無線充電技術(shù)開始出現(xiàn)，主要有磁共振式、無線電波式和光能量式等。
1、磁共振式
我們都知道，音叉具有“共振”這種有趣的物理性質(zhì)。每支音叉都有自己的發(fā)聲頻率，當(dāng)一支音叉振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，若附近有另一支發(fā)聲頻率相同的音叉，即使它沒有直接受到敲擊，也會(huì)跟著振動(dòng)。音叉的共振可以說達(dá)成了能量的傳遞。
同樣，磁共振無線充電就是利用了兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的諧振電路放在一起，其中一個(gè)開始因?yàn)橥姸袷帟r(shí)，另一個(gè)電路也會(huì)跟著振蕩起來，“自動(dòng)”產(chǎn)生電流，電能就這樣被隔空傳送了。這樣的現(xiàn)象稱為“磁共振”，用來進(jìn)行無線充電，可以在距離數(shù)米的位置，給多個(gè)設(shè)備隔空充電，并且對(duì)于設(shè)備的位置沒有什么要求。
早在四五年前，就已經(jīng)有很多的無線充電技術(shù)公司在研究基于磁共振原理的隔空充電技術(shù)。比如英特爾、WiTricity、uBeam、Bose 、華為、SprouTIng、寧波微鵝、上海楚山、紫霄科技、中惠創(chuàng)智、臺(tái)灣捷佳等都有在研發(fā)基于磁共振的無線充電技術(shù)。
一直以來，AirFuel無線充電聯(lián)盟（由PMA和A4WP兩大聯(lián)盟合并組成）在力推基于AirFuel標(biāo)準(zhǔn)的6.78MHz諧振磁場(chǎng)的磁共振無線充電技術(shù)，可覆蓋的功率范圍在0-60w左右。
資料顯示，在AirFuel 陣營中有高通、三星、戴爾、Energous、PowerSphyr、WiTricity、Gill Electronics、Chargifi 、RT Tech等公司。
而WPC很早也將磁共振技術(shù)列入了其標(biāo)準(zhǔn)。上海楚山電子科技正是專注于WPC框架下的kHz級(jí)諧振頻率的磁共振無線充電技術(shù)。
磁共振式無線充電技術(shù)來說，其優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率充電，并且轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到50%以上，但是難點(diǎn)在于要將兩個(gè)電路調(diào)整到一模一樣的頻率，并實(shí)現(xiàn)小型化和高效率化。磁共振無線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要掌握天線設(shè)計(jì)能力、超高頻率電源控制系統(tǒng)、諧振管理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)于技術(shù)要求較高。
另外，AirFuel諧振使用的6.78MHz頻段是ISM (工業(yè)-科學(xué)-醫(yī)療)頻率中最低的一個(gè)。因此，對(duì)于人體的健康沒有什么影響。
2、無線電波式
無線電波式充電技術(shù)主要是基于RF射頻原理，將電能通過頻率約2.4GHz/5.8GHz的無線電波的方式傳導(dǎo)，接收端則需要通過天線接收無線電波，并將其轉(zhuǎn)換為電力。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是成本低，且可給射頻覆蓋范圍內(nèi)的多個(gè)設(shè)備同時(shí)充電，但缺點(diǎn)是無線射頻傳輸若無方向性傳輸效率比較差，同時(shí)容易受到干擾，加上傳輸效率較低，所以只適合用于耗電量較低的設(shè)備，當(dāng)然也可以通過提高發(fā)射功率來提升傳輸效率，但是又會(huì)有輻射帶來的健康問題。
目前主要從事基于無線電波的無線充電技術(shù)的廠商主要有Energous、Ossia、Powercast、GuRu Wireless等。
以Energous為例，早在2015年的時(shí)候，其就推出了名為WattUp的無線充電技術(shù)，混合了調(diào)頻、藍(lán)牙和其他專利技術(shù)(2.4/5.8 GHz)，其發(fā)射器能夠通過低功耗藍(lán)牙和周邊兼容設(shè)備通訊和定位，一旦連接，發(fā)射器就可以發(fā)射頻率和 Wi-Fi 信號(hào)一致的集中射頻訊號(hào)，發(fā)射器借助把電流轉(zhuǎn)換成無線電波在空間中傳輸，接收器通過Wi-Fi和低功耗藍(lán)牙(Bluetooth LE)定位設(shè)備位置并與發(fā)送器連接，再將無線電波轉(zhuǎn)換成直流電能，隨時(shí)隨地為移動(dòng)裝置充電。WattUp充電技術(shù)可以同時(shí)為4.5米距離內(nèi)為四個(gè)待充設(shè)備提供2W功率的電力傳輸，而耗時(shí)僅為傳統(tǒng)接線充電的一半。
值得一提的是，在2019年2月，vivo就已經(jīng)與Energous就無線充電技術(shù)展開合作。該合作由Energous的WattUp無線充電提供技術(shù)支持，vivo手機(jī)將可以通過無線電射頻為電池充電。
另外，在CES2020上，美國GuRu Wireless公司展示了基于工作頻率更高的毫米波（mmWave）的三種不同的隔空充電解決方案的原型。
GuRu表示，其可以利用毫米波技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于幾英尺距離遠(yuǎn)的多個(gè)設(shè)備的充電（1英尺=30.48厘米），充電功率可以達(dá)到數(shù)瓦特，可與消費(fèi)者使用傳統(tǒng)充電器所使用的功率相比。
3、光能量方式
光能量方式主要是通過將光能量轉(zhuǎn)換為電能。所以光能量能夠覆蓋到的地方都可以利用來進(jìn)行充電，所以其可以支持較遠(yuǎn)距離的充電。但是光容易被遮擋，這也使得這項(xiàng)技術(shù)存在較大限制。
目前這塊的廠商主要有Laser Motive、Wi Charge等，還有一些研究機(jī)構(gòu)。
其中，Laser Motive產(chǎn)品的工作原理是使用Laser激光器通過空氣或光纖電纜，將集中光束發(fā)送到將光轉(zhuǎn)換成電的遠(yuǎn)程接收器，將雷射光轉(zhuǎn)換成電能，與太陽能的主要區(qū)別在于，Laser Motive是使用高強(qiáng)度Laser而雷射光能量比太陽強(qiáng)得多，它可以瞄準(zhǔn)任何地方，其最遠(yuǎn)可達(dá)10千米，目前主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的能量傳輸，如山上的通訊中繼塔、海水底下之傳感器、無人機(jī)用途、軍式地區(qū)或油田之電子裝備、火箭航天飛機(jī)之電力供給…等等特殊環(huán)境之狀況，以達(dá)到具備經(jīng)濟(jì)性、安全性的電力供給方式。
Wi Charge則是利用紅外線方式提供充電功能，其充電功率可達(dá)10W、有效距離為15英尺（約457.2厘米）。目前，Wi-Charge的發(fā)射器模塊尺寸約為17x17mm，未來將致力于將尺寸縮減至10x10mm以下，并將可充電距離延伸至約9米，使其能涵蓋一般室內(nèi)空間的所有范圍，以搶攻智能家居商機(jī)。
另外，不久前韓國世宗大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)也開發(fā)成功一種基于紅外線的遠(yuǎn)距離無線充電技術(shù)。據(jù)介紹，這種紅外無線充電技術(shù)使用半導(dǎo)體光放大器件產(chǎn)生的高功率紅外光線，來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線充電，其工作距離可達(dá)數(shù)米或者更遠(yuǎn)，能量在傳遞過程中幾乎沒有損失。而且可以選擇不同波段同時(shí)對(duì)多個(gè)電子設(shè)備進(jìn)行充電。并且紅外無線充電不產(chǎn)生電磁波，避免了電磁污染對(duì)人體的危害。據(jù)了解，目前韓國世宗大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)就該技術(shù)已經(jīng)完成了韓國和國際專利申請(qǐng)，正在注冊(cè)商業(yè)實(shí)體進(jìn)行商業(yè)化開發(fā)。
隱憂：輻射是否影響健康？
從前面的介紹，我們不難看出，基于光能量式的無線充電技術(shù)并不存在影響健康的問題，而磁共振式無線充電技術(shù)雖然存在輻射，但是由于主要工作在MH或KHz頻率，所以對(duì)人體健康基本沒有什么影響。
而小米和摩托羅拉的隔空充電技術(shù)應(yīng)該都是基于無線射頻的充電技術(shù)，而這項(xiàng)技術(shù)如果要想實(shí)現(xiàn)對(duì)較遠(yuǎn)距離的設(shè)備維持較高功率的充電效果，那么輻射自然是一個(gè)令消費(fèi)者擔(dān)憂的問題。
有業(yè)內(nèi)人士以常規(guī)的無線路由器的輻射和小米的隔空充電為例，給芯智訊做了一個(gè)估算：
常規(guī)的無線路由器功率一般大概都是9W～12W，發(fā)射功率在10mW以內(nèi)，由于無線路由器是向各個(gè)方向同時(shí)發(fā)射，在兩米的半徑里，其輻射面積大約是4*3.14*200*200平方厘米。
假設(shè)手機(jī)面積是40平方厘米，小米的5W功率全部定向落在這個(gè)40平方厘米的面上。
常規(guī)路由器與小米隔空充電發(fā)射端相比，身體承受的功率密度之比大約是0.01/5 * 40平方厘米/（4*3.14*200*200）平方厘米=0.00000016。
換算過來看，小米充電對(duì)手機(jī)所在位置附近的人體的輻射可能是常規(guī)WiFi路由器的6250000倍。
芯智訊
顯然，如果該估算數(shù)據(jù)沒有問題的話，那么小米的隔空充電技術(shù)可能存在輻射問題。
不過，值得一提的是，前面提到的同樣通過毫米波來實(shí)現(xiàn)隔空充電的GuRu，曾針對(duì)輻射問題質(zhì)疑表示，“這些波是非電離的，可以通過人體，沒有任何有害影響。而且用作無線充電的毫米波并沒有那么高的功率，所以對(duì)此并不用太過擔(dān)憂?！绷硗猓鞍踩椭悄堋毕到y(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的正確功率水平并進(jìn)行調(diào)整其使用功率。
而摩托羅拉的隔空充電技術(shù)并未給出具體的數(shù)據(jù)，因此具體輻射情況如何不得而知。
不過，據(jù)聯(lián)想中國區(qū)手機(jī)業(yè)務(wù)部總經(jīng)理陳勁介紹，摩托羅拉演示視頻中手擋住充電器會(huì)停止充電，是專門為用戶健康開發(fā)的安全設(shè)置。主要是在功率較大的充電器發(fā)射端集成了感應(yīng)裝置，檢測(cè)到人體遮擋時(shí)提供的安全保護(hù)，這是工程設(shè)計(jì)的人機(jī)保護(hù)常識(shí)。
顯然，從陳勁的話中我們能夠看出，摩托羅拉的隔空充電技術(shù)的發(fā)射端并不是不能夠?qū)崿F(xiàn)在遮擋情況下進(jìn)行隔空充電，而是因?yàn)榘l(fā)射端存在輻射問題，因此特別加入了傳感器，檢測(cè)到人體遮擋時(shí)停止工作。
陳勁同時(shí)還表示：“產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)情_放的，誰也不能在所有的領(lǐng)域所有的時(shí)間還贏得所有的同行。”顯然，陳勁的這番話似乎是在意指小米。
無線充電專利格局
芯智訊曾在此前的《全球無線充電專利格局：三星排名第一，蘋果第五，華為第十！》一文當(dāng)中，詳細(xì)的介紹了目前的全球無線充電專利格局。以下重新貼一下部分內(nèi)容（具體可以點(diǎn)上面鏈接查看）：
根據(jù)IPlytics統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，自2010年以來，全球范圍內(nèi)的手機(jī)無線充電專利申請(qǐng)數(shù)量持續(xù)快速增長(zhǎng)。特別是在2019年的手機(jī)無線充電專利申請(qǐng)量，相比2018年猛增了1569件，達(dá)到了5874件。
綜合已申請(qǐng)的手機(jī)無線充電專利族與專利所有人來看，自2010至2020年，三星以523項(xiàng)專利排名第一；高通則以484件專利排名第二；LG電子則以226件專利排名第三。排名第四和第五位的則分別是LG Innotek（209件）和蘋果（191件）。華為和中興分別以80件和53件排名第10位和第17位。
綜合來看，韓國和美國的公司在無線充電領(lǐng)域擁有著最多的專利，中國廠商只有華為和中興。雖然大多數(shù)的頭部的廠商都是手機(jī)制造商或芯片廠商，但在前二十大無線充電專利廠商當(dāng)中也出現(xiàn)了多家無線充電技術(shù)廠商（比如WiTricity、Powermat等）以及汽車制造商（比如現(xiàn)代汽車、起亞汽車、福特等）。
編輯：芯智訊-浪客劍
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