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這些天，人人可能被某國(guó)產(chǎn)旗艦手機(jī)品牌公布的“隔空充電”手藝刷屏了。在廣告宣傳片中，只要你拿著手機(jī)進(jìn)入自家客廳，手機(jī)就和一臺(tái)炫酷的隔空充電樁感應(yīng)，自動(dòng)最先充電。有的科幻粉絲還翻出了劉慈欣的《三體》中的相關(guān)情節(jié)，驚呼2021年第一個(gè)月還沒(méi)過(guò)完，科幻已經(jīng)在釀成可以使用的科技了。
隔空充電，這個(gè)手藝看起來(lái)異?？犰?，實(shí)際上若是拆解一下，它不外是由幾個(gè)已有的手藝——無(wú)線充電、波束成型和UWB定位組合起來(lái)的效果。
首先來(lái)看無(wú)線充電。它的原理，是制造一個(gè)小小的電磁場(chǎng)，通過(guò)電磁感應(yīng)來(lái)傳輸能量，我們一樣平常使用的電磁爐就是這個(gè)原理。
無(wú)線充電原理示意圖 | 作者供圖
那么隔空充電呢，由于距離遠(yuǎn)了，就不能制造一個(gè)磁場(chǎng)把充電裝備和手機(jī)同時(shí)“圈”進(jìn)去，只能改用電磁波來(lái)傳輸能量。說(shuō)白了就是通過(guò)天線將電磁波發(fā)送給手機(jī)，相當(dāng)于我們一樣平常使用的WiFi和移動(dòng)通訊的“能量加強(qiáng)版”。
使用電磁波發(fā)射能量，發(fā)射源和吸收方距離可以遠(yuǎn)一點(diǎn)，不外強(qiáng)度也會(huì)隨著流傳距離和局限的增添快速衰減，但這一款隔空充電器的應(yīng)用場(chǎng)景僅僅是室內(nèi)，距離頂多幾米之內(nèi)，能量的衰減并不嚴(yán)重。
雖然單純的能量運(yùn)送沒(méi)有什么難度，然則電磁波散發(fā)出來(lái)之后，可不會(huì)在空氣中規(guī)行矩步朝著手機(jī)的偏向前進(jìn)，而是會(huì)像遠(yuǎn)足時(shí)先生沒(méi)有看好的幼兒園小朋友，四處亂跑，放飛自我。那怎么辦呢？這就需要一位嚴(yán)肅的“先生”，管住這幫熊孩子，讓他們乖乖地根據(jù)既定游覽門(mén)路走，最終抵達(dá)終點(diǎn)——我們的手機(jī)。這位先生呢，就是大規(guī)模陣列天線，用來(lái)牽制熊孩子電磁波的手段，叫波束成形。
波束成形手藝，之前主要被用于通訊：通過(guò)多個(gè)天線發(fā)出信號(hào)，就可以行使它們波陣面的差異做到改變波束的偏向。這個(gè)聽(tīng)起來(lái)有些難明，以是這里放張圖輔助人人明白。
波束成形手藝示意圖 | Smita Banerjee
上面的黃線就是波陣面，就是時(shí)時(shí)刻刻，把電磁波信號(hào)在空氣中到達(dá)的各點(diǎn)位置集合起來(lái)，所組成的平面或曲面。通過(guò)讓多個(gè)天線同時(shí)發(fā)出信號(hào)，讓波陣面相互影響，就可以讓它們乖乖地朝著一個(gè)相對(duì)正確的偏向前進(jìn)。以是，這款隔空充電樁廣告中聲稱自己內(nèi)置了144個(gè)天線，這并不是為了炫技，而是通過(guò)足夠多的天線，對(duì)電磁信號(hào)舉行正確指導(dǎo)，力爭(zhēng)做到在室內(nèi)環(huán)境中，沒(méi)有電磁波夠不到的死角。
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接下來(lái)，就是整個(gè)“隔空充電”中最要害的一步了，讓攜帶電能的電磁波找到“終點(diǎn)”，也就是要充電的手機(jī)。在通訊領(lǐng)域，找到用戶終端的方式，就是用電磁波把所有偏向掃描一遍，在某個(gè)偏向收到終端應(yīng)答，就算找到了終端位置。
然則，給電子裝備充電卻不能這么做，究竟電磁波的能量比較高，不能在隨便亂掃描中虛耗，以是必須先用UWB手藝找到手機(jī)的位置，再用波束成型手藝發(fā)射能量電磁波。
UWB定位手藝：通過(guò)多個(gè)信號(hào)發(fā)射源，定位終端位置 |
Abdulrahman Alarifi
什么是UWB定位手藝呢？在通訊定位領(lǐng)域，就是通過(guò)盤(pán)算信號(hào)從發(fā)射到吸收的時(shí)間，得出終端和信號(hào)發(fā)射源的直線距離，再通過(guò)獲取多個(gè)發(fā)射源和終端之間的直線距離，來(lái)盤(pán)算終端的具體位置。
搭載了UWB定位芯片的自動(dòng)清潔機(jī)器人 | Brain Corp
UWB雖然定位局限較小，然則由于使用了高頻脈沖信號(hào)，以是精度很高，可以正確到厘米級(jí)。這個(gè)特點(diǎn)，讓UWB手藝在物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)線、車(chē)載雷達(dá)、化工廠危險(xiǎn)源檢測(cè)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)跟蹤等領(lǐng)域大顯身手，近年來(lái)也被集成到智能手機(jī)中。隔空充電樁，就是行使內(nèi)置的幾個(gè)UWB信號(hào)天線，發(fā)射脈沖信號(hào)，“呼叫”手機(jī)中的UWB芯片——“聽(tīng)到了請(qǐng)回覆”！在獲得手機(jī)的回應(yīng)后，充電樁就指揮信號(hào)發(fā)射電線，向手機(jī)所在位置“麋集發(fā)射”高能量電磁信號(hào)，從而最先充電。
作者：逆銘
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