隔空充电是怎么实现的呢?

咱们平时手机接受到的4G、5G信号,以及家里的WiFi信号,其实都是电磁波,而电磁波是带能量的,是需要用功率发射出去的,这才会有经常出现的不明真相的群众们剪电缆、拆基站“抗辐射”的新闻。

不过,用来通信的电磁波由于需要符合严格的国家标准,能量极其微弱,是不可能用来充电的。

而隔空充电的原理其实与无线通信类似,简单来说,隔空充电系统由一个无线发射装置和一个无线接收装置完成无线电力传输,发射装置发射电磁波信号后,接收装置可以捕捉到电磁波能量,通过检波、高频整流后得到稳定的电流,供负载使用。

但是,为了避免在使用隔空充电时电磁波的辐射能量太强损害身体,必然需要牺牲功率减少覆盖范围。

为了解决这个问题,小米在隔空充电中使用了目前5G基站最关键的一项技术:大规模天线阵列下的波束赋形。

在5G基站中由于使用了这项技术,可以使得天线发射的信号,不像以往那样没有方向性,而是可以像探照灯一样指哪儿打哪儿,直接找到手机的位置,把无线电信号精准的发射给它,这样就避免了无谓的能量损耗,提升功率,并使得给不同用户发送的无线电信号之间减少重叠,提升质量。

但是要实现波束赋形,基站的天线就不能使用单个天线,而要升级为天线阵列,即多个天线的组合,通过N个天线在发射信号时进行信号的幅度与相位调整,使得不同天线发射的信号组合起来时,在某些角度减弱,某些角度增强,进而形成有指向性的波束。

如果没有学过通信专业的同学可能想看懂上面这段话比较费劲,一句话总结:如果想要波束赋形,那么天线必须升级为天线组,天线组包含天线越多,发射的信号波束能量越集中、赋形效果越好。

目前运营商在现网主要采用64个独立收发天线的5G阵列天线,因此,咱们5G网络中部署的5G天线,拆开外面的壳子,都是这样婶儿的,左图是拆开后漏出的天线阵列(每个小方块就是一个独立天线单元),右面是盖上壳子之后天线的样子。

既然天线阵列这么好用,为什么不再往上加天线数量呢?一是成本问题,二是大小问题。单个天线单元的尺寸,是和天线要发送的无线电信号工作的频率相关的,频率越低,天线尺寸要设计的越大。

但是目前国内使用的5G频率都是2．6GHz、3．5GHz这种中频,频率太低了,如果要实现天线阵列,天线尺寸太大。就算是目前的5G天线,也有大几十公斤沉、一个大号行李箱这么大,如果再增加数量,那么天线重量、面积就太大了,运营商挂天线的杆子上无法承受这么重的重量,而且迎风面太大也很容易被吹掉造成事故。

而这次小米发布的隔空充电的充电器,从视频上看,虽然肯定比一般充电器大很多了,但也就一个空气净化器的尺寸和重量。

但是,小米称:这款隔空充电器可是集成了144个天线构成的相位控制阵列。比运营商的5G天线还多。

这是怎么做到的呢?

答案就是毫米波。毫米波指的是工作频率在30GHz以上频段的无线电波,对比目前运营商4、5G网络使用的1-3GHz频率,毫米波的频率在10倍以上。

因此,在这么高的频率上,天线尺寸可以大大缩减,这就是小米可以把144天线阵列塞在这么小尺寸的充电器内的奥秘。

既然毫米波这么好,为什么运营商不用?因为无线电频率越高、传播距离越近,因此在实现整个国家无线信号连续覆盖这样的场景下,毫米波没法用,覆盖范围太小,基站建设数量要数十倍于目前使用的频段。

而在家庭覆盖这样的小范围内,毫米波就可以发挥自己的实力了。

所以说,小米虽然推出了一款跨时代的充电设备,但其实包含的黑科技很多都是通信方面的,可以看出小米这么多年做手机在这方面的积累。

但是,关于这款隔空充电器还是要泼点冷水。

一是小米称其可实现多个设备同时采用5W的功率进行充电。而目前手机标配充电器,甭管有线、无线,都已经是55W、50W这个级别了。5W对于手机充电来说绝对是龟速,尤其在一边使用一边充电的情况下。

但不是说5W就用不了,毕竟iPhone11标配的充电器还是5W的呢。

不过,5W充电对于家里绝大多数小家电肯定是绰绰有余了。

另外,使用了本身辐射就比较强的毫米波、然后又要实现电磁波能量转化后足够充电的隔空充电,如何实现通过国家辐射标准,是一个很大问题,不过毕竟这还是一款实验性产品,目前没有商用,到时候看吧,肯定有法子。

最后,为什么小米要抢着把实验性的隔空充电技术这么着急推出来?当然不仅仅是给你手机用的,相信小米为了自己布局智慧家庭在下一盘很大的棋。