发出信号|神似魔术的隔空充电，是怎样做到的？_电磁场|技术|能量|发射|天线

原创逆铭果壳
【发出信号|神似魔术的隔空充电，是怎样做到的？】这些天，大家可能被某国产旗舰手机品牌发布的“隔空充电”技术刷屏了。在广告宣传片中，只要你拿着手机进入自家客厅，手机就和一台炫酷的隔空充电桩感应，自动开始充电。有的科幻粉丝还翻出了刘慈欣的《三体》中的相关情节，惊呼2021年第一个月还没过完，科幻已经在变成可以使用的科技了。

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隔空充电，这个技术看起来非常酷炫，实际上如果拆解一下，它不过是由几个已有的技术——无线充电、波束成型和UWB定位组合起来的效果。
首先来看无线充电。它的原理，是制造一个小小的电磁场，通过电磁感应来传输能量，我们日常使用的电磁炉就是这个原理。

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无线充电原理示意图 | 作者供图
那么隔空充电呢，因为距离远了，就不能制造一个磁场把充电设备和手机同时“圈”进去，只能改用电磁波来传输能量。说白了就是通过天线将电磁波发送给手机，相当于我们日常使用的WiFi和移动通信的“能量加强版” 。
使用电磁波发射能量，发射源和接收方距离可以远一点，不过强度也会随着传播距离和范围的增加快速衰减，但这一款隔空充电器的应用场景仅仅是室内，距离顶多几米之内，能量的衰减并不严重。
虽然单纯的能量输送没有什么难度，但是电磁波散发出来之后，可不会在空气中规规矩矩朝着手机的方向前进，而是会像郊游时老师没有看好的幼儿园小朋友，到处乱跑，放飞自我。那怎么办呢？这就需要一位严厉的“老师” ，管住这帮熊孩子，让他们乖乖地按照既定游览路线走，最终抵达终点——我们的手机。这位老师呢，就是大规模阵列天线，用来管束熊孩子电磁波的手段，叫波束成形。
波束成形技术，之前主要被用于通信：通过多个天线发出信号，就可以利用它们波阵面的差异做到改变波束的方向。这个听起来有些难懂，所以这里放张图帮助大家理解。

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波束成形技术示意图 | Smita Banerjee
上面的黄线就是波阵面，就是每时每刻，把电磁波信号在空气中达到的各点位置集合起来，所组成的平面或曲面。通过让多个天线同时发出信号，让波阵面互相影响，就可以让它们乖乖地朝着一个相对精确的方向前进。所以，这款隔空充电桩广告中声称自己内置了144个天线，这并不是为了炫技，而是通过足够多的天线，对电磁信号进行精确引导，力争做到在室内环境中，没有电磁波够不到的死角。
接下来，就是整个“隔空充电”中最关键的一步了，让携带电能的电磁波找到“终点” ，也就是要充电的手机。在通信领域，找到用户终端的方法，就是用电磁波把所有方向扫描一遍，在某个方向收到终端应答，就算找到了终端位置。
但是，给电子设备充电却不能这么做，毕竟电磁波的能量比较高，不能在随便乱扫描中浪费，所以必须先用UWB技术找到手机的位置，再用波束成型技术发射能量电磁波。

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UWB定位技术：通过多个信号发射源，定位终端位置 |
Abdulrahman Alarifi
什么是UWB定位技术呢？在通讯定位领域，就是通过计算信号从发射到接收的时间，得出终端和信号发射源的直线距离，再通过获取多个发射源和终端之间的直线距离，来计算终端的具体位置。

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搭载了UWB定位芯片的自动清洁机器人 | Brain Corp
UWB虽然定位范围较小，但是由于使用了高频脉冲信号，所以精度很高，可以精确到厘米级。这个特点，让UWB技术在物联网自动化生产线、车载雷达、化工厂危险源检测、机器人运动跟踪等领域大显身手，近年来也被集成到智能手机中。隔空充电桩，就是利用内置的几个UWB信号天线，发射脉冲信号， “呼唤”手机中的UWB芯片——“听到了请回答”！在得到手机的回应后，充电桩就指挥信号发射电线，向手机所在位置“密集发射”高能量电磁信号，从而开始充电。
作者：逆铭
_原题《神似魔术的隔空充电，是怎样做到的？》
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发出信号|神似魔术的隔空充电，是怎样做到的？

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