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《三体》还没来得及拍成电影,小米已把科幻变成现实

2021-02-04
作者:韦肖葳
来源:电子技术应用
关键词: 小米 隔空充电

刘慈欣在长篇科幻小说《三体II:黑暗森林》中有这样一段场景描述:

主人公罗辑在医院里把玩一个看似很普通的玻璃加热杯,由于找不到充电口,他奇怪地问护士杯子该如何充电。得到的回答却令他震惊—— “电?到处都有电啊。电永远用不完,电怎么会用完呢。”


众所周知,《三体》的影视化不断遭遇难产。前一阵游族网络创始人的去世再一次带起这个话题。不过,1月29日最令人振奋的消息莫过于,《三体》还没来得及赶上影视化这班车,其中的科幻世界却已被小米变成现实了。


雷军来了,他带着可以被视为过去十年手机行业最大的一个飞跃性技术赶来了!


 图源:雷军 Twitter


01.  小米:跟我一起两步走,隔空充电握在手


想要实现隔空充电,仅需两个步骤:

第一步:先来一台米家隔空充电桩


图源:小米


第二步:

屏幕前的你——自由活动

房间里的隔空充电系统——忙忙碌碌


忙碌过程如下:


隔空充电桩(发送设备)内置的5个相位干涉天线首先会对手机进行毫秒级的空间定位,精确探测到手机位置,然后再利用144个天线构成的相位控制阵列,通过波束成形将毫米波定向发射给手机。


手机端(接收设备)则配备了微型天线阵列,包括“信标天线”和“接收天线”。由于天线阵列可以通过观察来自智能手机的归位信标的干涉模式来确定手机的位置,因此信标天线可以帮助隔空充电桩定位到手机;接收天线阵列由14个天线组成,这些天线可以通过其整流电路把收到的毫米波信号转化成电能,从而实现5W的隔空充电功能。


具有功率因数校正的MOSFET整流器电路 | EETOP


这样一看,开头《三体》中的世界是不是离我们不远了?



02. 米家隔空充电技术亮点


作为一项具有重要意义的技术,小米自研的隔空充电技术主要有如下两个技术亮点:

 

A. 波束赋形


波束赋形(Beamforming)又叫波束成型,空域滤波,是一种使用传感器阵列定向发送和接收信号的信号处理技术。由于波束赋形技术会使信号从广播天线聚焦到特定接收设备,因此信号不会在所有方向上扩展,与没有波束赋形技术的情况相比,它可以实现更快,更可靠的连接。


波束赋形 | SME News


运用在隔空充电上,当手机在一定角度移动时,发射端的波束可以实时指向手机,进而进行供能。但是由于小米透露的信息有限,我们还无从知晓系统的定位精度,波束指向误差以及发射端的发射功率是否具有功率自适应性等细节。


B. 毫米波


微波可以通过自由空间进行传播,目前多用于通信领域内。当微波应用在无线充电场景时,可以被转化为电能实现充电。毫米波的应用则有助于在有限的面积下进行更大的能量传输。


无线通信时微波和毫米波频段 | ResearchGate


03. 答疑解惑时间到


新技术一发布,大量疑问倾泻而出:


Q1: 隔空充电是不是无线充电?

A1: 无线充电虽然舍弃了充电线,但是必须需要一个无线充电板才可以充电。而“隔空充电”不受限于使用条件,只要在房间里面装置好充电的设备,我们进入这个设备可覆盖的区域后手机就会自动开始充电。


Q2: 米家隔空充电能支持快速充电吗?

A2: 到目前为止还不支持更快速的充电。小米此次新推出的隔空充电技术功率值为5W,但如今市面上的有线充电器功率都可以达到几十瓦(甚至120W的超快闪充),相比之下,隔空充电的速度就比较慢了。


问题延展

5W的功率虽然对手机而言不足为提,但是像智能猫眼,随身音箱,手环等物品的充电功率都在5W左右,因此隔空充电技术对Iot行业来说是一个巨大的发展。


Q3: 电磁辐射会不会损害健康?

A3: 有部分行内人士认为对健康影响很小。


小米的隔空充电是基于发射非电离辐射(电磁辐射)的毫米宽波,由于波长很长,它们没有足够的能量直接损坏细胞。


科普

科普:所谓有害的辐射指的是电离辐射,就是医院X光,CT,核磁,放疗等。由于X射线,γ射线几乎能电离任何分子或原子,因此会导致人体细胞发生不可逆性的损害。


波形示意图 | Gadgets To Use


但是,也有专业人士以常规的无线路由器的辐射和小米的隔空充电做了一个计算,计算结果得出小米充电对手机所在位置附近的人体辐射可能是常规WiFi路由器的6250倍。


具体计算方法如下

常规的无线路由器功率以10W为例,由于无线路由器是向各个方向同时发射,在两米的半径里,其辐射面积大约是4*3.14*200*200平方厘米。


假设手机面积是40平方厘米,小米的5W功率全部定向落在这个40平方厘米的面上。常规路由器与小米隔空充电发射端相比,身体承受的功率密度之比大约是10/5 * 40平方厘米/(4*3.14*200*200)平方厘米=0.00016。换算过来看,小米充电对手机所在位置附近的人体的辐射可能是常规WiFi路由器的6250倍。


注:Wifi波长约为7-12cm


对此计算也有专家表示表示质疑,认为这些非电离的波是可以通过人体,并且对人体没有什么有害影响的。而且用作无线充电的毫米波也没有那么高的功率,所以大家对此不用太过担忧。

 

因此,到底辐射程度如何其实还需等待官方给出更加科学的检测报告。


Q4: 真的不怕异物遮挡降低充电效率吗?

A4: 有网友认为,异物遮挡势必造成信号衰弱,不太可能不影响充电效率。


Q5: 小米的这套系统转换效率能有多少?

A5: 网友表示,小米的这套系统效率应该比较低。此系统的效率主要包括三部分:发射端直流转换为毫米波的效率,传输效率以及接收端毫米波转化为直流的效率。发射端效率目前做的比较好的可以达到40%左右。其次,由于使用了毫米波,传输效率会稍高些,但是由于接收天线数量较少,传输效率仍不可观。最后,接收端效率主要取决于整流电路的整流效率,较好情况下可达60%。因此总效率可能会不到10%。


04. 小米好牛啊!但是隔空充电是首发吗?


其实,隔空充电设备早在2017年就已经出现了。


A.Motherbox


DC漫画中提供能量和穿越时空的能源盒子Mother Box | WordPress

 

等一下,图放错了!其实是这个 ??


Motherbox | The Verge


早在2017年,一家位于纽约的新创小公司 Yank Technologies 就在 Indiegogo 上推出了一款多面球状无线充电器——Motherbox。它的名字当然就是来源于漫威漫画中的神奇盒子 “Mother Box”。其最大的亮点就是与手机之间不需要物理连接,实现了真正意义上的无线充电。


B. Wi-Charge


之后,一家以色列公司Wi-Charge又推出了使用聚焦红外光束进行隔空充电的解决方案。


Wi-Charge 隔空充电解决方案 | everything RF


可惜的是,这些隔空充电技术还都只是解决方案,并没有实现落地。


05. 追根溯源


隔空充电可以说算是真正意义上的无线充电。无线充电技术其实已经存在了100多年,不过直到近些年才逐步成为为智能手机等电子设备供电时的主流实用工具。感兴趣的读者可以点击下面的视频了解更多。


How Wireless Charging Works | YouTube


综上,不可否认隔空充电目前还是一项理想化的技术,离落地还有很长一段距离,但其未来的应用场景却十分光明。当下的解决方案只是起步,当科幻小说都已展露出可以成为现实的头角,未来可期,科幻可及的时代一定会到来。

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