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电磁波无线充电技术
【摘 要】 随着智能手机、可穿戴设备、便携设备以及物联网的迅猛发展,无线充电技术日益受到重视.本文阐述了无线充电技术的发展现状及应用,对无线充电技术的不同原理及特点进行了分析,并着重对电磁波无线充电的关键技术进行了研究.
【关键词】 无线充电 阵列天线 波束成型
一、无线充电技术发展现状及应用
近年来,随着智能手机、可穿戴设备、便携设备以及物联网的迅猛发展,无线充电技术也日益受到重视.无线充电通过无线能量传输的方式为设备充电,在提高设备美观性、实用性的同时,还可以提高设备的安全性.至今,无线充电技术已经得到了广泛应用.
二、无线充电技术分类及特点
从原理上,目前无线充电技术主要分为三类：电磁感应充电、磁场共振充电和无线电波充电[2].电磁感应充电技术基于电磁感应原理,初级线圈通过一定频率的交流电并产生交互磁场,通过电磁感应在次级线圈中产生电流,从而将能量从供电端转移到受电端.磁场共振充电利用一个物体产生一定频率的振动时,会向外传递振动波,另一个物体接收到这个振动波时,也产生相同频率的振动,即共振现象.磁场共振无线充电采用电感线圈来传输、接收能量,当发射端的磁场振荡频率与接收线圈的固有频率相同时,二者便会形成一个共振系统,能量在这个相对封闭的系统内传输,对系统之外的物体不会产生干扰,也不会产生电磁辐射.电磁波无线充电技术利用高频电磁波进行无线能量传输,系统由射频发射装置和接收装置组成,射频发射装置可以产生高频电磁波,接收装置接收到电磁波后转化为电能.
三、电磁波无线充电关键技术分析
电磁波作为一种远场无线充电技术,为了提升充电效率,及控制电磁辐射,需要使用波束成形、无线定位、天线阵列等技术.
3.1 波束成形技术
波束成形是天线技术与数字信号处理技术的结合,用于定向信号传输或接收.发射端使用多根天线,自动调节各个天线发射信号的相位,使其在接收点形成电磁波的叠加,从而提高接收信号强度.通过波束成形技术,发射能量可以汇集到接收端所在位置,而不向其他方向扩散.单天线的电磁波发射像灯泡,照亮整个空间,而波束成形像手电筒,光亮可以智能地汇集到目标位置.
电磁波的辐射方向由天线特性决定,天线的方向特性可以由辐射方向图描述.普通天线的辐射方向图方向性很弱,波束成形需要使用天线阵列,如下图1 所示.
天线阵列基本原理是波的干涉,在波束成形中,通过仔细控制多个波源（天线阵列）发射波之间的相对延时和幅度可以做到电磁波辐射的能量都集中在一个方向上,此外天线辐射的方向可以通过改变波源之间的相对延时和幅度来实现,以跟踪接收端位置的改变.
3.2 无线定位技术
无线定位技术用于跟踪接收端位置的变化,为波束成形提供依据,同时可通过对接收端距离的感知,调节发射功率大小.在实现方案上,接收端发送导频信号,发射端对该信号进行检测,利用天线阵列通过对信号到达方向（DOA,Direction Of Arrival）和到达角度（AOA,Angle Of Arrival）的测量,计算接收端的相对位置,进而完成波束成形和功率大小的调节.
3.3 大规模天线阵列技术
天线阵列是由许多相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统,如前所述,天线阵列是实现波束成形和无线定位的基础.量变引起质变,大规模天线阵列并不只是简单地扩增天线数量.依据大数定理和中心极限定理,样本数趋向于无穷,均值趋向于期望值,而独立随机变量的均值分布趋向于正态分布.当天线数量增多时,由于多信道之间的独立性,即使在复杂环境下,也能保持无线充电的稳定性.
天线尺寸由电磁波信号的波长决定,目前常用的无线通信频段如WiFi、手机等电磁长可达十几厘米,对于一些小型电子产品,该尺寸难以集成.对于该问题,可以采用毫米波技术,实现毫米波频段的波束成形.
四、结束语
本文着重分析了电磁波无线充电技术原理和关键技术,随着技术的发展,无线电充电应用场景广阔,值得广大科研工作者深入研究.
参 考 文 献
[1] 周娅娜. 一种用于手机的无线充电系统设计. 重庆.2014:2-4
[2] 王国辉. 无线充电技术及其特殊应用场景. 电子产品世界.2014(7):21-24
无线充电论文范文结:
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