揭秘小米隔空充電背后技術(shù)，輻射怕不怕？速度快不快？

1月30日，小米首發(fā)了移動(dòng)端的隔空充電技術(shù)，手機(jī)無(wú)需放在充電板上，拿著玩游戲、躺在床上刷網(wǎng)頁(yè)的時(shí)候都可以充電。

摩托羅拉也在今天一大早搶在小米前一個(gè)多小時(shí)展示了自家的隔空充電技術(shù)，其充電發(fā)射器更加小巧。

2017年iPhone X剛剛發(fā)布時(shí)，手機(jī)無(wú)線(xiàn)充電功率僅為7.5W，僅僅三年多過(guò)去，小米在去年10月將手機(jī)無(wú)線(xiàn)充電功率推升至80W。

目前華為、OPPO量產(chǎn)的無(wú)線(xiàn)充電功率在40W左右，小米為50W，在無(wú)線(xiàn)充電功率達(dá)到了有線(xiàn)充電水平之后，隔空充電這種“真無(wú)線(xiàn)”充電方式可能將成為了下一個(gè)技術(shù)突破口。

其實(shí)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)原理最早被證實(shí)可行是在2007年麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里，研究員利用銅制線(xiàn)圈作為電磁共振器，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)電力傳導(dǎo)。

但直到10年后，蘋(píng)果才將技術(shù)大規(guī)模商用，可見(jiàn)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用量產(chǎn)，其難度之大。而更進(jìn)一步的隔空充電，概念提出也有七到八年的時(shí)間。

為什么今天摩托羅拉、小米接連發(fā)布隔空充電技術(shù)，隔空充電技術(shù)應(yīng)用與手機(jī)的背后，究竟需要突破哪些技術(shù)難題，隔空充電領(lǐng)域有哪些行業(yè)“老炮”？隔空充電技術(shù)，又是否會(huì)成為無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)里程碑？

01.無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)是未來(lái)，“效率高、充的準(zhǔn)”是關(guān)鍵

其實(shí)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要分為三個(gè)大類(lèi)，電磁感應(yīng)技術(shù)、電磁共振技術(shù)和無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)。

現(xiàn)在我們最常見(jiàn)的，蘋(píng)果、三星、華米OV等廠(chǎng)商都在使用的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)就是電磁感應(yīng)技術(shù)，主要通過(guò)電磁線(xiàn)圈進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和傳遞。

比如各類(lèi)無(wú)線(xiàn)充電板、無(wú)線(xiàn)充電底座，使用的都是這種技術(shù)，而我們熟知的Qi標(biāo)準(zhǔn)就是建立在該技術(shù)之上。

當(dāng)然，電磁感應(yīng)技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)比較成熟了，它最大的特點(diǎn)之一就是充電效率高，轉(zhuǎn)換率通常在80%左右，而它的弊端也很明顯，就是手機(jī)必須要和充電板緊貼在一起，自由充電距離幾乎為零。

電磁共振技術(shù)在充電距離上比電磁感應(yīng)稍進(jìn)一步，可以允許10cm左右的無(wú)線(xiàn)充電，但是充電效率相對(duì)較低，轉(zhuǎn)換率在70%左右。

目前市面上有一些充電板，允許用戶(hù)固定在辦公桌的底部，手機(jī)放在桌面上就可以充電，其利用的就是電磁共振技術(shù)。

而如今我們看到小米發(fā)布的隔空充電技術(shù)，就是一種無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，這類(lèi)技術(shù)的原理就是把空間電場(chǎng)作為能量傳輸?shù)拿浇?，這樣一來(lái)在充電距離上能夠有顯著的突破，充電方式也可以變得更加靈活。

▲小米隔空充電方案

小米這套無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)由144根天線(xiàn)組成，可以將能量通過(guò)毫米波極窄波束的形式傳遞給手機(jī)，手機(jī)端通過(guò)微型信標(biāo)天線(xiàn)接收，可以在半徑數(shù)米的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)功率為5W的遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)充電。

摩托羅拉的隔空充電方案中，發(fā)射器的體積更加小巧，大約跟常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)充電底座大小相當(dāng)，并且可以同時(shí)給多部設(shè)備充電。不過(guò)，摩托羅拉并沒(méi)有公布其隔空充電方案的具體功率。

▲左：摩托羅拉隔空充電發(fā)射器，右：摩托羅拉隔空充電方案展示

電磁感應(yīng)和電磁共振兩種無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)其實(shí)并非“真正無(wú)線(xiàn)”，仍然需要設(shè)備與充電底座保持較近距離，而無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)無(wú)疑成為未來(lái)突破這一限制的主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑。

當(dāng)然，隔空充電的問(wèn)題也很明顯，就是充電效率比較低。在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)路線(xiàn)的選擇上，頗有些“魚(yú)和熊掌不可兼得”的意味。

但是，手機(jī)用電快，電池容量大，給手機(jī)充電，最關(guān)鍵的、對(duì)體驗(yàn)影響最大的因素，一定是充電速度，充電速度由功率決定，充電效率低，無(wú)疑成為了攔在隔空充電和手機(jī)之間最主要的障礙之一。

另外，給手機(jī)隔空充電的另一大挑戰(zhàn)，就是手機(jī)可能會(huì)處于不斷移動(dòng)的狀態(tài)，因此對(duì)于手機(jī)的準(zhǔn)確定位就變得十分關(guān)鍵。更準(zhǔn)確的定位，也可以對(duì)充電效率有明顯提升，避免能量浪費(fèi)。

在記者與小米快充團(tuán)隊(duì)工程師王彥騰的深入交流中，他認(rèn)同隔空充電發(fā)射端頻率、功率的相關(guān)技術(shù)，以及對(duì)被充設(shè)備精確定位的相關(guān)技術(shù)，是非常重要的兩點(diǎn)。

不過(guò)他特別說(shuō)道，這兩點(diǎn)固然重要，但是這其中有非常多的子項(xiàng)，每一項(xiàng)都在技術(shù)上充滿(mǎn)了挑戰(zhàn)。

02.毫米波也能玩充電，行業(yè)“大佬”仍然美日企居多

無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)作為無(wú)線(xiàn)充電的一種方式，還有一個(gè)比較明顯的優(yōu)勢(shì)，就是它所能夠利用的射頻類(lèi)型非常多樣，包括毫米波、厘米波、紅外線(xiàn)、藍(lán)牙甚至是WiFi都可以為其所用。

因此這也為行業(yè)中的企業(yè)選擇不同技術(shù)路線(xiàn)，差異化競(jìng)爭(zhēng)提供了便利。

在隔空充電領(lǐng)域，美國(guó)企業(yè)相對(duì)起步較早，如Ossia和Energous都有十年以上的發(fā)展歷史。

Ossia在公眾視野中出現(xiàn)頻率還比較高，他們于2008年成立于美國(guó)，早在2013年底就提出了無(wú)線(xiàn)充電的概念，在三年后他們第一次秀出了自己的隔空充電方案——無(wú)線(xiàn)充電基站Cota。

Cota呈一個(gè)桶狀，體積較大，據(jù)稱(chēng)可以在3米左右的范圍內(nèi)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行定向充電，并且Ossia還特意為這個(gè)充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種電池，可以進(jìn)行隔空充電，這對(duì)于居家生活中的各類(lèi)遙控器十分友好。

Cota利用的是厘米波技術(shù)，最初頻率大約為2.4GHz，與WiFi的頻率十分接近，因此手機(jī)并不需要增加多少硬件就可以實(shí)現(xiàn)Cota隔空充電。

這種厘米波隔空充電在充電時(shí)要先進(jìn)行一個(gè)類(lèi)似于“配對(duì)”的過(guò)程，與藍(lán)牙或WiFi配對(duì)相似，手機(jī)收到Cota發(fā)出的信號(hào)后，會(huì)向Cota進(jìn)行逆向發(fā)送，從而讓Cota確認(rèn)自己的位置，建立傳輸路徑，然后在進(jìn)行能量的傳輸。

不過(guò)這種Cota隔空充電的功率僅為1W左右，實(shí)際利用價(jià)值并不高，只是作為一個(gè)概念產(chǎn)品進(jìn)行展示。

值得一提的是，有外媒報(bào)道，Ossia曾經(jīng)與沃爾瑪合作進(jìn)行了一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，通過(guò)一個(gè)嵌在超市天花板上的Cota發(fā)射器，為大約1000個(gè)貨架上的電子標(biāo)簽進(jìn)行充電。

這樣的想法很有創(chuàng)意，從中我們也能看到當(dāng)時(shí)的技術(shù)僅對(duì)于這種電池容量低、耗電量低，充電需求不高的產(chǎn)品有一定使用價(jià)值。

提到無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，美國(guó)Energous是一家避不開(kāi)的巨頭，它成立于2010年，成立五年后，就在2015年展示了自己的Wattup無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，可以在大約4.6米的范圍內(nèi)給多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行隔空充電。

Wattup所使用的是WiFi頻段，發(fā)射設(shè)備的功率有一定優(yōu)勢(shì)，大約為10W左右。

值得一提的是，Energous在2017年和蘋(píng)果芯片供應(yīng)商Dialog達(dá)成合作關(guān)系，稱(chēng)將共同開(kāi)發(fā)超遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，并且在2019年，他們還與國(guó)內(nèi)手機(jī)廠(chǎng)商vivo達(dá)成了合作，將就無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)展開(kāi)合作。

如今兩年過(guò)去了，vivo也可能在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)領(lǐng)域憋了大招。

相較于兩家老牌企業(yè)，美國(guó)另一家成立于2017年的年輕創(chuàng)企GuRu則大膽使用了毫米波技術(shù)，在2020年，他們推出了一款隔空充電設(shè)備，外形酷似“臺(tái)燈”，將手機(jī)放在燈下，就可以進(jìn)行隔空充電。

據(jù)了解，GuRu利用了無(wú)線(xiàn)電頻率透鏡（Radio Frequency Lensing）技術(shù)，將無(wú)線(xiàn)電集中成一束，并通過(guò)空氣發(fā)送到安裝了接收單元的手機(jī)等設(shè)備中。

而無(wú)線(xiàn)電頻率透鏡技術(shù)，據(jù)稱(chēng)也是隔空充電領(lǐng)域核心的關(guān)鍵技術(shù)之一。

不過(guò)GuRu的無(wú)線(xiàn)充電臺(tái)燈無(wú)法在有遮擋的情況下為設(shè)備進(jìn)行充電。

相比于GuRu，今天小米展示的隔空充電方案則顯得更加成熟，不僅可以實(shí)現(xiàn)無(wú)遮擋充電，并且充電功率也提升至5W左右。

5W的功率放在現(xiàn)在的手機(jī)行業(yè)中可能有點(diǎn)“不夠看”，但不要忘了，之前美國(guó)這些先發(fā)企業(yè)所推出的解決方案，大多也僅有1W-2W左右的充電功率，其無(wú)法在消費(fèi)電子領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的主要原因之一，也是充電效率不具有可用性。

另外，僅僅在一年之前，蘋(píng)果iPhone標(biāo)配的充電插頭仍然是5V 1A，功率也為5W，可以說(shuō)，現(xiàn)在隔空充電的功率已經(jīng)做到了早期有線(xiàn)充電的水平。

03.大規(guī)模落地仍需解決成本問(wèn)題，消費(fèi)觀(guān)念、標(biāo)準(zhǔn)落地老大難

兩家手機(jī)廠(chǎng)商隔空充電技術(shù)今天的集中亮相，其實(shí)是經(jīng)過(guò)了行業(yè)十幾年的漫長(zhǎng)技術(shù)積累的。

不過(guò)我們可以看到，不論是展示的概念產(chǎn)品，還是To B端的小規(guī)模商用，隔空充電在消費(fèi)領(lǐng)域的大規(guī)模商用仍然存在許多挑戰(zhàn)。

從小米的演示視頻以及美國(guó)企業(yè)的案例中我們不難看出，“隔空充電樁”，也就是隔空充電的發(fā)射端設(shè)備目前體積還比較大，并且工藝比較復(fù)雜，使用的射頻材料也比較昂貴。

如何在兼顧發(fā)射功率、頻率的基礎(chǔ)上，將成本降到一個(gè)合理的范圍內(nèi)，降到一個(gè)消費(fèi)者可以接收的范圍內(nèi)，仍然是一大難題。

另外，隔空充電的目前演示方案的功率仍然需要進(jìn)一步提升，并且對(duì)于設(shè)備的尋找和定位還要更加精準(zhǔn)，因?yàn)閷?shí)際家庭居住環(huán)境是十分復(fù)雜的，會(huì)進(jìn)一步提升對(duì)定位精度的要求。

除了技術(shù)上的難題，其實(shí)在隔空充電早期發(fā)展的過(guò)程中，還有許多關(guān)于該技術(shù)的質(zhì)疑聲都部分集中在了是否會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。

早年間許多人甚至認(rèn)為手機(jī)信號(hào)、WiFi信號(hào)都會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生輻射而影響健康，但實(shí)際上這些無(wú)線(xiàn)電波對(duì)人身體是幾乎無(wú)害的。

比如毫米波就不同于α、γ和β射線(xiàn)，它不會(huì)對(duì)照射物體產(chǎn)生化學(xué)法應(yīng)，從而也不會(huì)使物體產(chǎn)生任何DNA變化。并且目前沒(méi)有任何一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，毫米波的輻射會(huì)給人體健康帶來(lái)負(fù)面影響。

▲非電離類(lèi)型的輻射和電離類(lèi)型的輻射

但即便如此，對(duì)于消費(fèi)市場(chǎng)的教育都需要時(shí)間，初期用戶(hù)對(duì)于這種充滿(mǎn)位置的技術(shù)抱有一定懷疑也是可以理解的。

另一方面，技術(shù)的落地離不開(kāi)行業(yè)規(guī)則的完善，各個(gè)國(guó)家也會(huì)針對(duì)本國(guó)情況制定相關(guān)法律法規(guī)。

以目前情況來(lái)看，即使在業(yè)內(nèi)可以稱(chēng)為元老級(jí)別的Ossia和Energous，都沒(méi)有在美國(guó)本土獲得FCC對(duì)其使用的所有頻段的技術(shù)認(rèn)證。

中國(guó)在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，要追趕的空間還比較大，在行業(yè)法律法規(guī)的制定上也有更多需要填補(bǔ)和完善的地方。

對(duì)于今天小米推出的隔空充電技術(shù)，記者也與充電頭網(wǎng)資深業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行了深入交流，他們普遍認(rèn)為，這次的技術(shù)亮相更偏向于概念性。

“隔空充電技術(shù)在智能手機(jī)領(lǐng)域的商用，仍然需要解決包括安全、法規(guī)、成本等一系列問(wèn)題，保守估計(jì)還需要幾年的時(shí)間”，一位業(yè)內(nèi)人士告訴記者。

04.結(jié)語(yǔ)：無(wú)線(xiàn)充電難分勝負(fù)，自研技術(shù)掰掰手腕

手機(jī)無(wú)線(xiàn)充電發(fā)展的前三年，完成了充電功率飛躍式的提升，從7.5W到80W，提升了十倍有余。而從2021年開(kāi)始，隨著小米隔空充電技術(shù)的發(fā)布，無(wú)線(xiàn)充電的方式又發(fā)生了顛覆性改變。

無(wú)線(xiàn)充電，似乎第一次可以擺脫線(xiàn)纜的束縛，做到“真無(wú)線(xiàn)”。當(dāng)然，隔空充電技術(shù)在充電功率、轉(zhuǎn)化率、成本、安全、法規(guī)等方面還有許多要完善的地方，距離真正商用落地，尚需時(shí)日。

不過(guò)可以看到，從屏幕到快充，從拍照到芯片，手機(jī)核心技術(shù)，正越來(lái)越多的從純供應(yīng)鏈技術(shù)，走向產(chǎn)業(yè)鏈的下游，更多終端廠(chǎng)商開(kāi)始都更加重視從源頭掌握核心技術(shù)，增加自己的自研比重。

毫無(wú)疑問(wèn)，2021年的智能手機(jī)大戰(zhàn)，在頭部效應(yīng)凸顯，品牌效應(yīng)增強(qiáng)的當(dāng)下，技術(shù)仍然是硬通貨。