手机移动充电 图片来源：同济大学
日前，同济大学电子与信息工程学院刘庆文教授团队研发的红外隔空充电技术，将智能手机和AR眼镜的移动传能距离拓展到2米。该技术不仅可以在室内为智能手机、智能眼镜等移动终端远程供电，还可以在室外为摄像头、无人机等物联网设备移动供电，实现类似Wi-Fi的无线传能。
在研究中，研究人员提出共振波束理论，构建表征共振波束传输效率的数学模型，并基于该理论和模型研发了红外隔空充电系统，实现了距离2米和视场角6°范围内任意移动条件下5瓦光能和500毫瓦电能的传输功能。相关成果发表在IEEE Internet of Things Journal。
近年来，移动电子设备的大量涌现促进了无线传能技术的快速发展，避免了电线、电池等供电方式带来的不便，并催生出更多创新性应用。非辐射无线传能（即电磁感应充电）适用于高效率能量传输，但面临的挑战是有效传输距离被限制在收发器尺寸的几倍之内，即使在谐振状态下也是如此。辐射无线传能（例如无线电、激光等）虽然适用于远距离能量传输，但困难在于高效传输需要复杂的控制机制来跟踪移动的能量接收器。
不过，如果利用物体之间的共振辐射场，即共振波束，就可以实现远距离和高效率的能量传递。刘庆文团队通过理论和实验证明了共振波束传能（RBC）的传输距离可以达到收发器尺寸的数百倍以上。研究人员利用回复反射器元件，解决了现有辐射无线传能技术的移动性难题，实现了距离2米和6°范围内任意移动下5瓦光能和500毫瓦电能的隔空传输。此外，理论和实验验证了系统的自适应安全性。当异物靠近传能链路时，能量传输会自适应中断使得传能即刻停止，而无需安全检测设备。
此外，该系统基于双回复反射器组成的空间分离谐振腔，利用腔内共振波束作为传递能量的载体，在移动情况下可以实现对接收端的自动跟踪，无需控制逻辑和设备。它还首次采用聚焦远心猫眼作为回复反射器，大大提高了移动谐振腔的稳定性。其显著优势在于自对准的隔空充电，可在移动操作中高效且自动地将能量传输到紧凑型电子设备，无需任何定位或跟踪控制。
相关论文信息：http://doi: 10.1109/JIOT.2022.3142031
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