01無線充電技術(shù)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

現(xiàn)在，電子設(shè)備如手機、傳感器和機器人等已深入工業(yè)和個人生活的各個角落。隨著5G時代的加速到來，未來將有更多電子設(shè)備投身于生產(chǎn)、消費、服務(wù)等廣闊領(lǐng)域。然而，目前多數(shù)電子設(shè)備仍首選有線充電或一次性電池，這些方式不僅繁瑣，還可能對環(huán)境造成不利影響。幸運的是，無線充電技術(shù)的崛起已為充電帶來了革命性的變革。無線充電技術(shù)能輕松向大型三維空間內(nèi)眾多分散的電子設(shè)備傳輸電力，既便捷又安全。

◆ 現(xiàn)狀及解決之道

早期的無線充電技術(shù)主要依賴電磁輻射，盡管現(xiàn)在的波束成型技術(shù)能在一定程度上實現(xiàn)遠距離電力傳輸，但需要龐大的天線陣列和復(fù)雜追蹤機制，且微波對生物組織的影響尚不明確，存在潛在安全風(fēng)險。為了更高效、安全地傳輸電力，科研人員探索出多種新技術(shù)。

◆ 技術(shù)面臨挑戰(zhàn)

早期無線充電技術(shù)面臨功率與距離平衡問題，現(xiàn)有方法如磁共振耦合受限于傳輸范圍和效率。磁共振耦合利用磁場在諧振線圈間傳輸電力，但磁場強度隨距離迅速衰減，限制了傳輸范圍。此外，非對稱系統(tǒng)因耦合不足而效率低下，而多重線圈技術(shù)僅能將傳輸范圍擴展至2D表面。

02新技術(shù)的發(fā)展與突破

◆ 準(zhǔn)靜態(tài)空腔共振技術(shù)

準(zhǔn)靜態(tài)空腔共振（QSCR）技術(shù)則創(chuàng)新地利用室內(nèi)空腔和集中電容，通過框架內(nèi)廣泛分布的電流產(chǎn)生3D磁場分布。這種技術(shù)有望解決上述問題，為電子設(shè)備帶來更安全、便捷的無線充電體驗。相比傳統(tǒng)的腔基諧振器，新技術(shù)在限制磁場范圍方面顯示出優(yōu)勢。然而，準(zhǔn)靜態(tài)空腔共振（QSCR）技術(shù)的電場分布并不均勻，導(dǎo)致空間容量中大部分的電力傳輸都是無效的。

◆ 多模態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)腔基諧振技術(shù)

為了在大場域中實現(xiàn)有效的電力傳輸，科學(xué)家們探索將準(zhǔn)靜態(tài)空腔共振技術(shù)延伸至多模態(tài)結(jié)構(gòu)。最近，日本東京大學(xué)與美國密歇根大學(xué)的科學(xué)家們通過實驗證實，利用室內(nèi)多模態(tài)諧振器可以產(chǎn)生兩個獨特且廣泛分布的磁場模式。當(dāng)這兩個磁場同時開啟時，它們能夠覆蓋整個空間容量并實現(xiàn)有效的電力傳輸。實驗在一個規(guī)模為3米乘以3米乘以2米的室內(nèi)環(huán)境中進行，科學(xué)家們成功地利用磁場模式完成了電力傳輸。

03技術(shù)應(yīng)用與未來展望

◆ 應(yīng)用前景

這一技術(shù)被稱為多模態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)腔基諧振（M-QSCR），它由導(dǎo)電表面和集中電容組成諧振結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)多種諧振模式與雙向單一模式的震動表面電流。實驗顯示，該技術(shù)可用于為落地?zé)?、電扇、手機等電子設(shè)備在配有家具的房間內(nèi)進行無線充電。此外，計算機模擬表明，該室內(nèi)諧振器能夠在傳輸范圍1/5000的空間內(nèi)對電子設(shè)備進行超過50瓦功率的安全充電。研究人員表示：“我們的多模態(tài)方法能夠根據(jù)外部驅(qū)動線圈的特征產(chǎn)生多種磁場模式，這是因為驅(qū)動線圈能夠與室內(nèi)傳輸諧振器發(fā)生電磁感應(yīng)耦合。”技術(shù)產(chǎn)生的充電功率約為100瓦，遠低于人體安全閾值，并符合聯(lián)邦通信委員會和電氣與電子工程師學(xué)會的相關(guān)準(zhǔn)則。

◆ 未來發(fā)展方向

隨著5G時代的來臨，電子設(shè)備將在生產(chǎn)、消費、服務(wù)等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，這些設(shè)備的充電和續(xù)航問題可能成為制約其效率的關(guān)鍵因素。研究團隊指出，室內(nèi)磁力準(zhǔn)靜態(tài)無線充電系統(tǒng)有望在未來輕松應(yīng)用于廠房、倉庫、無線供電室等大型建筑。盡管該技術(shù)目前尚需數(shù)年時間才能進入住宅環(huán)境，但其安全性和便捷性已逐漸受到關(guān)注。研究人員充滿信心地表示：“隨著特定應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，將有更多先進技術(shù)涌現(xiàn)并相互促進。新應(yīng)用的需求將進一步推動相關(guān)基礎(chǔ)研究的進展。”

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