无线电力传输技术

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1、无线电力传输技术无线电力传输技术人类追逐自由的本能，在现实面前屡屡受挫。自从广泛使用电能以来，许多人都为了那些电器拖着的 长长电线而绞尽脑汁，但无线供电却一直只能作为一个在前方远远招手的梦想。现在，我们也许看到了一 线曙光。在2021年8月的英特尔开发者论坛(IDF , Intel Developer Forum )上，西雅图实验室的约书亚史密斯(Joshua R. Smith )领导的研究小组向公众展示了一项新技术一一基于磁耦合共振原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率到达了75%。大刘在三体

2、II黑暗森林?中描绘了一个两百年后的世界。因为人们掌握了可控核聚变技术，可以提供极 大丰富的能源，无线供电的损失在可接受范围之内，所以大局部电器都可以采用无线方式来供电，从电热 杯一直到个人飞行器都是如此。电像空气一样无处不在，人类再也不用受电线的拖累了。正如书中所提到的那样，无线供电技术现在也已经出现了。实际上，近距离的无线供电技术早在一百多年 前就已经出现，而我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看 到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，插头也将会变成一个历史名词。好兆头英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开

3、发的。2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林索尔贾希克(Marin Soljacic )和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径 60厘米的线圈通电，6英尺(约1.9米)之外连接在另一个线圈上的 60瓦灯泡被 点亮了。这种马林称之为 WiTricity 技术的原理是 磁耦合共振，而他本人也因为这一创造获得了麦克阿瑟 基金会2021年的天才奖。新技术所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，不由让人们对室内距离的无线供电重新燃 起了希望。而它的关键在于 共振。科学家们早就发现，共振是一种非常高效的传输能量方式。我们都听过诸如共振引起的铁桥坍塌、雪崩或 者高音歌唱家震碎玻璃

4、杯的故事。无论这些故事可信度如何，但它们的根本原理是正确的：两个振动频率 相同的物体之间可以高效传输能量，而对不同振动频率的物体几乎没有影响。在马林的这种新技术中，将 发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同 时，接收端就产生共振，从而实现了能量的传输。根据共振的特性，能量传输都是在这样一个共振系统内 部进行，对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。这就像是几个厚度不同的玻璃杯不会因为同一频 率的声音而同时炸碎一样。最妙的就是这一点了。 当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波， 而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来和接收端联络，激

5、发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量。在这项技术中，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担忧这种技术会对自己的身体和其他设备产生不良影响。在2007年马林演示他的成果的时候，这项技术能够到达40%左右的效率。这在某些场合是可以接受的，但是人们还想更进一步。刚刚我们提到的英特尔公司研究员们已经把传输效率提升到了75% ,而马林小组最近声称，他们做到了 90% o这意味着，一年之间提高到原来的两倍以上！虽然成效惊人，但改良空间也依然很大。下一步，有望在提高传输效率的同时缩小发射端和接收端的体积， 最终实现用电设备内置接收端的目标。想象一下，这会对生活带来什么样的影响？我们可以完

6、全从需要的角度出发来摆放家用电器，不用再考虑 附近是否有插座；我们在装修房间的时候不用再考虑如何布设电线，笔记本电脑和 这样的小件电子设 备永远显示电池充满，清扫机器人在房间里跑来跑去，不用过一会就去找地方充电这一天也许很快就会来到。市场上已经有了一些采用这种技术的原型产品，广泛使用也只是时间问题罢了。第二基地尼古拉 特斯拉(Nikola Tesla )的梦想一一使用电磁波来远距离供电 一一也许很快就会变成现实。早在1890年，这位现代交流电系统的奠基者就开始设想无线供电方法，最后提出了一个非常宏大的方案一一把地球作为内导体、距离地面约 60千米的电离层作为外导体，在地球与电离层之间建立起大约

7、8Hz的低频共振，再利用环绕地球的外表电磁波来远距离传输电力。他想像播送一样，将电能传遍全球。为此，在J. P.摩根的资助下，他在纽约长岛建立了 57米高的瓦登克里夫塔(Wardenclyffe Tower )来实现这一设想，但最终 被迫放弃。虽然我们现在可以从理论上证明特斯拉的方案确实可行，但是出于世界上各个国家的区隔，这 种天下大同在短时间内恐怕不会成为现实。不过另一种远程无线供电方案可能会更容易实现一点。加拿大科学家正方案制造一架无人飞机，飞行高度33千米，可以在空中连续飞行几个月。这可能是世界上第一架可以真正投入使用的远程供电飞机，本身不携带燃料，而是从地面的微波站中获取能量。微波是指

8、那些频率在300MHz到300KMHZ之间的电磁波，它的波长在 1米到1毫米之间。因为电磁波的频 率越高，能量就越集中，方向性也越强，所以人们认为，使用微波来无线传递能量可能是最好的选择。更 何况，微波可以通过硅整流二极管天线转换成电能，转化效率可以高达95%以上一一这样高的转化率已经可以让人满意了。在这架无人机起飞之后，地面的高功率发射机通过天线将发射机所产生的微波能量会聚成能量集中的窄波 束，然后将其射向高空飞行的微波飞机。微波飞机通过微波接收天线接收能量，转换成直流电，再由直流 电动机带动飞机的螺旋桨旋转。因为无需携带燃料和发动机，这种飞机的有效载荷将会大大提升。其实早在1968年，美国

9、航天工程师彼得 格拉泽(Peter Glaser)就已经更进一步，提出了空间太阳能发电 (SSP , Space Solar Power)的概念。他设想在大气层外通过卫星收集太阳能发电，然后通过微波将能量无 线传输回地面，并且重新转化成电能供人使用。这一设想，不是在仅数十千米的距离上用微波传递能量， 而是要把能量在三万多千米之外，从太空精确地射向地面接收站。想象一个地球同步卫星。它停留在赤道上空36, 000千米的高度，太阳能电池阵列始终对太阳定向，微波发射天线那么瞄准地面的接收天线。这儿，不存在在地面接收太阳能所必然面临的照射时间、气候、重力等问题，每年有277天可以全天接受日照，而被地球遮

10、挡时，最长停电时间也不过75分钟。它每年有99%以上的时间把源源不断的太阳光能转化为电能，效率将比地面上同样规模的太阳能电站高出十倍左右。19771980年，美国宇航局和能源部共同出资，对空间太阳能发电的问题进行了概念研究，得出结论：这 种方式不存在不可克服的技术困难。但是后来这个方案一度被锁进保险柜，原因在于耗资惊人。目前把物 品送上太空还是很花钱的，要在太空中组装一颗收集太阳能来发电的卫星，本钱令人难以接受。不过，随着地球上不可再生资源的逐渐消耗，这个方案又被摆上了桌面。现在有几个能源消耗大国和能源 匮乏的国家正在论证这种方案的可行性，并且开始了小规模实验，来验证在大气内进行微波能量传递以

11、及从太空向地面发射微波束的实际效果，而目前比拟乐观的估计是，20212021年太阳能发电卫星就可以进入实用阶段了。亲爱的，你需要电？感谢迈克尔 法拉第(Michael Faraday )，这个英国人在1831年发现的电磁感应，带着我们进入了电气时代。 到了今天，谁不需要电？法拉第的发现，也促进了近距离无线供电技术的开展。最早的工业化近距离无线供电技术早在1885年就已经被实际应用了：随便拆开一个家用变压器，我们就会看到变压器里会有两组导线缠在一个铁芯框架上， 但它们彼此并没有直接相连。不仅如此。公共交通卡、一些学校的饭卡，还有二代身份证，这些也都需要电。在这些卡证中都有一块小 小芯片，里面最少

12、存储着一个唯一的编号。这一小块芯片就像是我们的一条内存或者一块硬盘，没有电的 时候，它和一粒沙子没什么区别。即使储存了很多信息，也没有方法传递出来。这种卡证的供电原理与变压器的原理类似。读卡机周围会形成一个快速变化的磁场，芯片进入这个磁场时,周围的线圈内就会产生感应电压，激活芯片，并且把自己的编号通过线圈发射出去被读卡机接收。读卡机 会根据编号的不同而做出不同的反响，例如告诉你现在饭卡账户里还剩多少钱。通过电磁感应来进行无线供电是非常成熟的技术，但会受到很多限制。最主要的问题是，低频磁场会随着 距离的增加而快速衰减。如果要增加供电距离，只能加大磁场的强度。然而，磁场强度太大一方面会增加 电能的

13、消耗，另一方面可能会导致附近使用磁信号来记录信息的设备失效。我们都不想自己的硬盘里面的 数据被强磁场一笔勾销吧。所以这种方式往往会应用在一些防水要求比拟高的小家电上，例如某些电动牙刷和电动刮胡刀等。人们也 在尝试用电磁感应为 这样的小型设备充电。从2005年开始，市场上就已经有了一些无线充电器，但使用起来并不能算是很方便，充其量也只是减少了我们把 插上变压器的麻烦而已。有了室内距离的无线 供电设备，谁还需要这种东西呢？这是多么美好的一天我们经常会使用和风筝相关的比喻。风筝飞得再高，也总会有一根线握在手里。断线的风筝也许会一时飞 得更高，但最后一定会坠落地面。也许以后会改用遥控航模的比喻吧一一没

14、有线，却依然尽在掌握。当可以在远距离、中等距离和近距离都广泛实现无线供电的时候，人类目前最常用的能量将会变得像空气 一样随处可得。无需再抱怨没有适宜的充电器，不用再为电子设备准备厚重的电池以尽量延长它们的待机时间。我们可以把手持设备做得更小更薄，甚至可以容易地植入体内。在那时候，生活又是何等一幅模样？没有人知道。当终于可以解开电线的束缚时，我们会飞得更高，走得更远，远到超出想象。正如每天呼吸空气而不自觉一样，我们终会把无处不在的无线电力当作一件自然而然的事情，却忘了仅仅 在200年前，祖辈们还仅仅把电当成一种用来博人一笑的小小魔术。也许有一天，我们会对我们的下一代谈起我们年轻的时候。讲述中极尽

15、描述从线缆束缚的无奈走到无线的 自由这一过程。会回味那些有电线的日子，不可防止地谈及那些因电线接头松动让所有工作成果化为一缕青烟的小插曲。会思念电池的质感，会思念在抽屉里缠成一团的充电器的沉稳踏实。也许还会一遍遍提起法拉第、麦克斯韦，以及特斯拉这些名字。我们会像小时候的老师那样，循循善诱地提问：那么，电是从哪里来的呢？ 也许，坐在对面的小孩，会像三体II黑暗森林?中那个两百年后的漂亮女护士一样，不以为然地说： 电？到处都有电啊。为了这样轻率的答案而微笑吧，欣慰的是，他们，终于拥有了一个比我们更加宽广更加自如的世界。无线电力传输技术：创造未来空间神话自17世纪人类发现如何发电后就用金属电线来四处

16、传输电力，一直到今天供电网、高压线已遍布全球的角角落落。生活中，大人们总少不了教导孩童 不要碰电源插口和裸露的电线，想来那些高压电线更是给不少人留下过恐惧感的记忆。而如今，无论是在工作还是生活中，越来越多的电器给我们带来极大的便捷，不知不觉中各种理不 清的电源线、数据线带来的困扰也与日俱增 一一这样下去难道人间要 作茧自缚？不过，这些年的科技开展说明,在无线数据传输技术日益普及之时，科学家对无线电力传输(Wireless Power Transmission, WPT)的研究也有了很大突破一一从某种意义上来讲，无线电力传输也不是梦想一一在未来的生活中摆脱那些纷乱的电源线也已成为 可能。最近有报

17、道称，2021年8月的英特尔信息技术峰会(IDF : Intel Developer Forum)上演示了无线供电方式点亮一枚60W电灯泡(图1)。该研究是由英特尔西雅图实验室 Joshua R.Smith 等基于美国麻省理工学院(MIT :Massachusetts Institute of Technology)马林凉尔贾希克(Marin Soljacic)的研究理论进行的，可以在1m 距离内隔空给60W灯泡提供电力，效率高达 75%。在2006年末有报道称MIT在无线电力传输技术上获得突破：物理学助教授马林凉尔贾希克为首的研究团队试制出的无线供电装置(图2),可以点亮相隔7英尺(约2.1

18、m)远的60W电灯泡，能量效率可到达 40%有关内容刊登 在2007年6月7日的 Science在线版 ScienceExpress 上。这个 隔空点灯泡实验引起了欧美及全球各大媒 体的极大关注并进行了 Goodbye Wires 之类的广泛报道。在2001年5月，国际无线电力传输技术会议在印度洋上的法属留尼汪岛(Reunion Island, France) 召开期间，法国国家科学研究中心的皮格努莱特 (G. Pignolet)，利用微波无线传输电能点亮 40m外一个200W的灯泡。其后，据 研究者有关文章介绍 2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置(注：有些国内报道误作 10万k

19、W),已开始 以2.45GHz频率向接近1km的格朗巴桑村(Grand-Bassin)进行点对点无线供电。无线电力传输这种特殊的供电方式，是人类的梦想之一。世界上第一台交流电发电机的创造者尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)在19世纪末就进行过无线电力传输的实验，但最终未能成功。一百年后的今天，随着无源式RFID电子标签和各种非接触式无线充电(用于电动牙刷、剃须刀等低功率家电)技术的实用化，以及无线网络技术的大开展，无线电力传输已经引起人们的极大兴趣。本世纪以来，能点亮灯泡的无线供电技术，毫无疑问也点亮和刷 新了人们对充线未来生活的无限憧憬。对于在空间实现无线电力传输 /供电的形式，总起来

20、看大致有三类：第一类是通过电磁感应 磁耦合进行短程传输;第二类是将电能以电磁波射频或非辐射性谐振磁耦合等形式中程传输；第三类是将电能以微波或激光形式远程传输一一发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用。下面将举例简要介绍这些方面研究开发情况或相关信息，供读者参考。短程无线供电技术现在已经广泛应用的变压器是基于电磁感应原理来工作的：由一个磁芯和二个线圈初级线圈、次级线圈组成；当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。现在已经商品化的非接触式充电系统，其电能发射端的线圈连接电源与接收端的线圈

21、在电子产品中，处于两个别离的装置中，电能通过感应线圈传送，这类似一个线圈间耦合不紧密的变压器。最早使用变压器原理进行无线供电的产品是一些电动牙刷、电胡刀和无绳 等，下面介绍一些相关产品及其构造或原理。无接点充电插座因电动牙刷难免经常接触到水，采用无接点充电方式，可使得充电接触点不暴露在外，增强了产品的防水性，利于整体水洗、清洁方便。在充电插座和牙刷中各有一个线圈，当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用，利用电磁 感应的原理来传送电力，感应电压整流后就可对牙刷内部的充电电池充电。苹果公司、摩托罗拉公司、LG以及Panasonic联手NTT DoCoMo 都在开发各自的无线充电器。而对用于 的无接点充

22、电器而言，只要在充电座和 中安装发射和接收电能的线圈，便可实现无接点充电一一这不仅将摆脱线缆的束缚而且还将消除接口差异的限制，因此无线充电器设计更加人性化并且减少资源浪费。免电池无线鼠标鼠标的工作需要电力支持，有线鼠标通过与电脑的连接线来获得电力，而无线鼠标一般采用电池供电。电脑鼠标从易招致污垢的机械鼠标到无线光电鼠标，使用的舒适度已有很大提高。而老牌鼠标厂家双飞燕公司从 2004年开始推出的 免电池无线鼠标需要在专门配备的鼠标垫上操作这里的鼠标和配垫都有奥秘一一两者内部都安装了电磁感应线圈，鼠标垫通过连接电脑的USB接口即可获得电能，并由其感应线圈向鼠标内的感应线圈输送电能，可以给鼠标进行无

23、线供电并进行信号感应，这里也涉及到了人们常讲的RFID无线射频识别技术。通用型无线供电垫2003年英国剑桥 SplashPower公司创造了无线充电wireless recharging system 技术，也是根据电磁感应进行电力传输的，电能接收器SplashModule 厚缺乏1mm可配置于充电终端 、笔记本电脑，电能发送器那么配置成充电器,2005年初这种商业化的无线充电器SplashPads 厚约6mm、大小如鼠标垫上市，只要便携终端安装有电能接收器即可放到上面充电。类似的产品还有美国 WildCharge公司开发的无线充电系统，充电板的外观像一个鼠标垫，能够放置在桌椅等任何平坦外表，

24、可提供高达90W的功率，足以同时为多数笔记本电脑以及各种小型设备充电。香港城市大学的许树源教授也曾成功研制出一种充线电池充电平台，可将数个电子产品放在一个充电平台上充电，充电时间与传统充电器无异。2007年微软亚洲研究院披露新成果设计和实现了一种通用型充线供电桌面Universal WirelessPower Surface ,如果随意将笔记本、 等移动设备放置在桌面上，即可自动开始充电或供电。多功能家用电器无线供电膜片2006年日本东京大学产学研国际中心的樱井贵康教授主持开发出一种家用电器无线供电方式，用一片图书大小的柔软塑料膜片就可对家电进行无线供电一一该特制塑料膜上面印刷有半导体感应线圈

25、，厚度约 1mm、面积约20cm2、重约50g，可以贴在桌子、地板、墙壁上，可为圣诞树上的LED、装饰灯、鱼缸水中的灯泡或小型电机供电。使用前家用电器需要装上可接收电能的感应线圈，然后放到相应位置即可得到无线供电。据报道这种薄膜电源由四层塑料薄膜组成，从下到上依次是电导可控的有机晶体管，感测兼容电子设备接近的铜线圈、接通或断开电源的MEMS开关、传送电能的铜线圈。当电器进入薄膜2.5cm范围内，最靠近的 MEMS开关接通电源，电感线圈就利用电磁感应向设备供电。试验验证，扣除发热损耗的情况下能量转换率可达62.3%,可转送30W电力如果加大膜片尺寸可达 100W。据称该无线供电膜片将自行判断电器

26、所在位置，在居室空间的 较大范围内可随意放置。在无电源线的吸尘器、笔记本电脑以及家用机器人等的应用方面有广阔前景。植入式医学器件的充电技术目前，心脏调节器、心脏除颤器等单植入式医疗装置市场已达数十亿美元，这些植入装置需要电池供电，当电池将耗尽时，如果能通过无线供电方式充电那么将防止动手术等大麻烦。日本东北大学小柳光教授，在2007年SSDM国际会议上，发表过使用电磁感应型无线供电技术成果，他主持试制出可从外部向植入眼球的人工视网膜用LSILarge-Scale Integration大规模集成电路进行无线供电的系统。另外，据2007年7月多家媒体报道，英国南安普敦大学的研究者成功地研发出一款能

27、将振动转化为电能的迷你发电机，可望将来能凭借心脏病人的心跳为自己的心脏起搏器供电一一防止更换电池时动手术。据说这项技术也可能应用于 、MP3等移动装置一一仅靠人类的心跳就能无线充电。中程无线供电技术我们了解频率介于75kHz和约10GHz之间的电磁波俗称 充线电波，可以用来传送播送和电视节目、进行通信和 ，但是对其传输电能的本领比拟陌生。通常电磁波在自由空间传输能量的过程中会向四面八方散发、不易集中、定向性差，因而供电效率是个问题；另外，还有对空间造成电磁y亏染的担忧。有人认为电磁波可以无线传输较长的距离，但输送能量有限，存在传输功率比拟低甚至只有几微瓦到几毫瓦 的问题。Powercast公司

28、的相关研究是利用电磁波损失小的天线技术，借助二极管、非接触 IC卡和无线电子标签等，实现效率较高的无线电 力传输。Jennifer Chu在?科技评论?中提到， MIT的索尔贾希克曾考虑使用电磁波，但难以防止有大局部能量在传输过 程中损耗，而激光等传输方法也存在难题，最终提出了电磁共振耦合概念，与电磁感应方法相比，虽然采用的磁场弱，但可以实现更长距离的传输；与电磁波传播方式相比，电磁共振方式的能量流失少。Powercast 无线充电器2007年3月Business 2.0 等媒体报道，美国宾夕法尼亚州的Powercast公司开发无线充电技术，可为各种耗电量相对较低的电子产品充电或供电，诸如 、

29、MP3、随身听、温度传感器、助听器、汽车零部件，甚至体内植入式医疗装置等。Powercaster公司表示开发工作早在 2003年就开始了，该技术已获得FCC的批准，其中整个系统主要包含两个模块：一个模块是 Power Caster 发射器，可插在电源插座上；一个模块是 Powerharvester 接收器硬币大小, 可嵌入电子产品里。发送器这边利用平安的超高频915MHz频段把能量发送出去，而接收器在距离发送器将近一米范围内都可以接收到发射的电磁波而实现充电一一据称约有70%的电磁信号能量转换为直流电能。方案到2021年年底将交Powercast已经开始商业化运作，与荷兰菲利浦公司等百家以上的

30、公司签订了合作协议, 付数百万个无线充电器。基于此，飞利浦公司还曾准备推出具有无线充电功能的无线键盘和鼠标。报道称该项技术之所以会得到多家厂商的青睐，原因在于它独特的电磁波接收装置，能够根据不同的负载、电场强度来做调整,同时还能维持稳定的直流电压。MIT隔空无线点灯实验在文章开始提到的 MIT的索尔贾希克研究团队认为，他们发现的是一种全新的无线供电技术一一非辐射电磁能谐振隧道效应，称作 Witricity 无线供电技术。采用不发出电磁波的天线 (Wireless Non-radiative Power Transfer)实现非幅射共振能量传输。MIT的研究者用两个直径 60cm的特殊铜线圈做实

31、验，作为送电方的一个线圈接在电源上，作为受电方的另一个线圈置于2m外并连接一个灯泡。当送电方的接通电源后，两个线圈都以10兆赫兹的频率振动，从而产生强大的电磁场，通过电振电能被传递了，隔空供电使灯泡发光。在电源与灯泡中间放置木料、金属或其他电器等，灯泡仍会发亮。研究人员表示，没有发现这一系统会影响人体健康，现在的电磁辐射水 平大概和核磁共振仪类似，应该是在平安范围之内。该无线供电技术也称为共振感应耦合技术，关键在于利用了非辐射性磁耦合一一两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，采用单层线圈，两端各放置一个平板电容器，共同组成谐振回路，减少能量浪费。基于普通电磁感应耦合的非接触电力传输， 那么

32、是利用数百圈紧密缠绕的线圈， 但只能在数毫米的范围才得到 60 %以上的传输效 率。而该系统只是缠绕了 5圈粗铜线作为天线的线圈，在进行 2m传输时效率约为40%，距离为1m时效率竟高达 约90 %。可见这种融合了电磁共振的无线供电技术别具一格。关于这项技术离实用化还有多少距离的问题，该研究团队成认技术还需改良才能走进家庭。一方面是输电效率必须提高一倍才有望取代化学电池； 再是铜线圈需要最小化才可实用 一一目前铜线圈直径为0.6m ,要给整个房间的 电器无线充电，预计直径需达 2.1m ;此外，电磁能发射器工作的有效距离最远仅为2.74m ,要想提高这一有效距离，电脑等设备还必须同样配置一个带

33、有铜丝线圈的接收器。目前该团队正设法改良，希望电器离电源的有效供电距离能到达4m5m,铜线圈可缩小到安装在笔记本电脑里的程度，输电效率也要大幅提高。如果这样， 、 笔记本电脑就可以在配置有发射器的屋子里自动充电，甚至无需电池或无需通过相连电源就可以直接使用远程无线供电技术从科学技术与实际应用相结合的角度来讲，无线供电和有线供电将会各有千秋。如果作为地面长距离输电或者所有家用电器的长期供电，无线供电可能未必实用。除铺设输电线路困难的地区之外，但有一个特殊科技领域的发展非常倚重无线电力传输技术，那就是太空领域了，比方人造卫星、航天器之间的能量传输等，而首当其冲的是 未来太空太阳能发电站隔空给地球无

34、线供电的研究摆在人们面前。在太空的太阳光线没有地球大气层的影响，辐射能量十分稳定，是取之不尽的洁净能源。如果在静止轨道上建设太阳能电站，一年有 99%的时间是白天，其利用效率比在地面上要高出6倍15倍。随着全球环境污染和能源短缺问题日趋紧张，向太空要能源的需求愈发迫切。美国五角大楼国家平安太空办公室(NSSO)在2007年10月的报告中那么明确指出，要立即着手向上钻取能源的工作，建议美国政府在未来10年投入100亿美元建造一颗能将10GW太阳能传回地球的试验卫星。太空太阳能电站是利用卫星技术，在太空把太阳能转化成电能，然后以微波和激光等方式传回地球供人类使用的系统。该系统主要由两大局部组成：太

35、空局部一一太阳能发电卫星一一由火箭将太阳能发电卫星发射到空间轨道上形成，在太空将太阳能转化成电能；地面局部一一接收电站一一接收太空发电卫星通过微波或激光等方式传输到地面的电能。在外太空进行试验发电的国家有美、日、法、德、俄等。来自美国国防部的一份报告称，建立空间太阳能电站的设想无论在技术方面还是在经济方面都是可行的。太阳光是永恒不变的，太阳所释放的能量相当于当前全球所消耗能量的10万亿倍，美国国家航天学会副主席马克曜普金斯(Mark Hopkins)说：我们只需要开发其中一少局部，就足以应付我们当前和未来许多年的能源需求。根据美国科学家预测，到 2025年，美国有可能在太空建造 100座太阳能

36、电站，将会满足美国全国30%的电力。而日本从20世纪80年代也已展开太空太阳能相关研究，目标是在2030年前向太空发射一颗对地静止卫星，这颗卫星将为地球上50万户家庭提供10亿W电能。目前，日本宇宙航空研究开发机构的研究人员将微波和激光看作是 传输太阳能的可能选择。对于两种无线传输的情况以下进行简单介绍。关于微波传输电能微波是波长介于无线电波和红外线辐射之间的电磁波，目前已广泛应用于微波炉、气象雷达、导航和移动通信。微波送电是全世界的研究热点，据报道1967年美国空军同雷神公司合作进行了世界上首次电力微波传输试验，成功地通过微波向模拟直升机提供电力。1994年，科学家利用微波将 5kW的电力送

37、达42m远也取得成功。前面提到的法国皮格努莱特利用微波进行的无线输电试验一一是把一部发电机发出的电能，先通过磁控管转变为微波，再由发射器将微波束送出，40m外的接收器接收后，由变流机将微波转换为电流，然后将一个200W的灯泡点亮。在留尼汪岛上的格朗巴桑村位于千米深的峡谷底，过去居民利用安装在房顶上的太阳能电池，但因日照时间短等原因电力不够用 一一2003年无线供电技术使其成为世界上第一个利用微波技术供电的乡村一一至于该技术的实用化商业推广不知何时实现一一尚未见到最新的进展报道。目前微波频率采用的 2.45GHz是分配给工业、科学和医疗使用的频率，不会对通讯造成影响，所到之处的能量密度也不会对生

38、物造成伤害。家用微波炉的普及，说明了微波技术实用化的成熟。研究者已确认类似家用微波炉的工作频率2.45GHz的磁控管用于能量的微波传输，可轻易穿过大气层，由地面接收设备由盘式天线、低压电流二极管和电子束盘旋加速器共同组成获取能量后转成高压直流电源。关于激光传输电能激光方向性强、能量集中，利用激光可以携带大量的能量，可以用较小的发射功率实现较远距离的输电。有关研究选择激光的优势在于，所需的传输和接收设备是微波所需的1/10，不存在干扰通信卫星的风险 一一使用微波却存在这种问题。缺乏点之一是障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换，使用激光不能像微波那样可以闯过云层，射束能量可能会在中途丧失约一半

39、。结语从上世纪末开始， 电子信息技术的开展突飞猛进，当前还呈现出移动和无线通信网络日益融合的趋势，凭借新一代无线网络技术人们可以随时、随地联网，可以用 Bluetooth技术等进行无线传输数据。而无线供电技术，将使得 、笔记本电脑等移动产品隔空充电的实用化指日可待不难猜测这该省去多少麻烦这将是生活空间无线技术的又一轮革命。为了摆脱地球环境和能源危机，建立太空太阳能发电站作为获取新能源的途径，无线电力传输技术将发挥非常关键的作用。我国在未来太空的开发和利用上绝对是不甘心落后的一一神七多人航天和 太空漫步试验的成功，预示着我国已具备建设太空太阳能电站所需空间工业开展的根底和潜力。随着太空科技领域的开展必将进一步促进无线电力传输技术的迅速开展，人类利用太空太阳能的日子将不遥远。无线电力传输技术最终将创造出天地间 电力传情的神话。