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这些天，人人可能被某国产旗舰手机品牌公布的“隔空充电”手艺刷屏了。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，自动最先充电。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，科幻已经在酿成可以使用的科技了。
隔空充电，这个手艺看起来异常酷炫，实际上若是拆解一下，它不外是由几个已有的手艺——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，我们一样平常使用的电磁炉就是这个原理。
无线充电原理示意图 | 作者供图
那么隔空充电呢，由于距离远了，就不能制造一个磁场把充电装备和手机同时“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，相当于我们一样平常使用的WiFi和移动通讯的“能量加强版”。
使用电磁波发射能量，发射源和吸收方距离可以远一点，不外强度也会随着流传距离和局限的增添快速衰减，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。
虽然单纯的能量运送没有什么难度，然则电磁波散发出来之后，可不会在空气中规行矩步朝着手机的偏向前进，而是会像远足时先生没有看好的幼儿园小朋友，四处乱跑，放飞自我。那怎么办呢？这就需要一位严肃的“先生”，管住这帮熊孩子，让他们乖乖地根据既定游览门路走，最终抵达终点——我们的手机。这位先生呢，就是大规模阵列天线，用来牵制熊孩子电磁波的手段，叫波束成形。
波束成形手艺，之前主要被用于通讯：通过多个天线发出信号，就可以行使它们波阵面的差异做到改变波束的偏向。这个听起来有些难明，以是这里放张图辅助人人明白。
波束成形手艺示意图 | Smita Banerjee
上面的黄线就是波阵面，就是时时刻刻，把电磁波信号在空气中到达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，让波阵面相互影响，就可以让它们乖乖地朝着一个相对正确的偏向前进。以是，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，对电磁信号举行正确指导，力争做到在室内环境中，没有电磁波够不到的死角。
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接下来，就是整个“隔空充电”中最要害的一步了，让携带电能的电磁波找到“终点”，也就是要充电的手机。在通讯领域，找到用户终端的方式，就是用电磁波把所有偏向扫描一遍，在某个偏向收到终端应答，就算找到了终端位置。
然则，给电子装备充电却不能这么做，究竟电磁波的能量比较高，不能在随便乱扫描中虚耗，以是必须先用UWB手艺找到手机的位置，再用波束成型手艺发射能量电磁波。
UWB定位手艺：通过多个信号发射源，定位终端位置 |
Abdulrahman Alarifi
什么是UWB定位手艺呢？在通讯定位领域，就是通过盘算信号从发射到吸收的时间，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，来盘算终端的具体位置。
搭载了UWB定位芯片的自动清洁机器人 | Brain Corp
UWB虽然定位局限较小，然则由于使用了高频脉冲信号，以是精度很高，可以正确到厘米级。这个特点，让UWB手艺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，就是行使内置的几个UWB信号天线，发射脉冲信号，“呼叫”手机中的UWB芯片——“听到了请回覆”！在获得手机的回应后，充电桩就指挥信号发射电线，向手机所在位置“麋集发射”高能量电磁信号，从而最先充电。
作者：逆铭
编辑：朱步冲
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