作者：Maurizio Di Paolo Emilio

無線功率傳輸一直是行業內的熱門話題。一家來自加州理工學院的初創公司已經實現了一種無線電力傳輸系統，該系統使用射頻（RF）波，特別是毫米波（mmWave），也用于5G技術的頻率，在空中傳輸電能。GuRu Wireless，Inc.的聯合創始人兼首席執行官Florian Bohn向我們介紹了他的無線技術如何在幾米范圍內為幾乎任何設備充電。該技術得益于功率傳輸的小型化和效率方面的深入發展。

“為什么是毫米波頻率？使用毫米波可以使我們有效地將功率從A點通過空中傳遞到B點。最終，您無法超越物理定律，并且功率傳輸受到衍射的限制，” Bohn說。

他補充說：“衍射是限制顯微鏡的同一過程，暗示電磁波是光的一種形式。當您嘗試以24 GHz的頻率從A點向B點發送功率時，波長為1.25厘米。這意味著您可以選擇約1.25厘米的小區域，并能夠高效地將所需的電力發送到那里。另一方面，波長為2.4 GHz（例如用于Wi-Fi）時，波長要大十倍，使用該波長將限制覆蓋范圍以及可達到的范圍和效率。”

尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）技術
無線發送電力的想法并不新鮮：自從首次提出該想法的尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）時代起，多年來就針對不同的應用出現了許多技術。Bohn指出，使GuRu設計更高效的原因在于其mmWave技術允許以受控和安全的方式發送功率。

物聯網設備的興起對從業人員提出了持續的挑戰，尤其是在設計領域，因為設備需要電源。除了電動汽車和移動電子設備領域，無線電源傳輸是物聯網領域中討論最多的主題之一。盡管無線設計方法是眾所周知的，但用于空中無線功率傳輸的發射機的設計，它們的放置，效率的最大化和系統驗證代表著新的和復雜的挑戰，這些挑戰需要特定的技能并需要使用先進的工具，例如數值模擬。

設計能夠在米的距離上可靠運行的無線電力傳輸系統需要專門知識，例如準確預測線圈天線以及電路的電磁和熱性能，以及設計用于驅動和控制所有操作的邏輯控制電路整個系統。

GuRu無線電源
GuRu的可擴展無線電源模塊包括發送和接收天線，并由一系列集成的毫米波芯片供電。可分塊的模塊和芯片可實現可定制的，具有成本效益的和小型化的解決方案。

“一種類型的應用是工業/汽車，我們可以在其中安裝用于氣候控制，座椅，安全帶檢測的傳感器，以及其他一些需要在不使用麻煩電線的情況下為它們供電的傳感器。通過我們的技術，您不僅可以為這些設備供電，還可以集成一些功能，這樣您就可以感知傳感器的位置或門是否打開或關閉。” Bohn說。

圖1：傳統的2.4 GHz模塊（來源：GuRu）。

24 GHz的頻段非常干凈；最大的優勢之一是可以創建緊密的點對點連接。該頻段的發射也不會干擾Wi-Fi和藍牙。博恩說：“因此，電磁能量非常有限。”

GuRu的技術涉及控制光束的方向和數量，以優化效率。Smart RF Lensing甚至可以將多束能量發送到很小的接收器，這使得發送設備可以縮小以適合桌子或墻壁。它還使GuRu的系統能夠為手機甚至更小的IoT和智能家居設備充電。

諸如此類的無線電源技術對于傳感器網絡非常實用，無需電池或支持為所有放置電池更換問題的設備充電。安裝在天花板上的一個原型可以向超過10英尺遠的設備供電，而另一個原型可以為會議桌燈附近的多部電話充電。此外，我們可以讓一個機器人在一個房間到另一個房間漫游，以感知無線設備的電源需求并在沒有物理接觸的情況下為它們充電。博恩說，諸如智能家居和整個工業物聯網部門之類的一些部門將從無線無線供電和充電中受益匪淺。他補充說：“如果您有很多傳感器，則不希望它們一個接一個地連接或更換電池，因此無線充電可以幫助您，并提供很高的投資回報率。”

Bohn告訴我們，GuRu的一個發電機組可以在2-3小時內將iPhone 11的13Wh電池充滿電。發電機單元的尺寸根據使用情況而變化。

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