无线电能传输技术历史发展

无线输电技术一直是人们关注的课题，早在10年，物理学家兼电气工程师Nicola Tesla就做了无线电能传输的实验（如图1-1所示），他是最早进行远距离无线输电实验的人，因而有人称之为无线电能传输之父。Nicola Tesla构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，建立在地面上的特斯拉电塔可以接收和发射能量（如图1-2所示），利用环绕地球的表面电磁波来传输能量（如图1-3所示）。后人虽然从理论上完全证实了这种方案的可行性，但世界还没有实现大同，想要在世界范围内进行能量广播和免费获取也是不可能的。因此，一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。

  图 1-1 Nicola Tesla进行无线电力传输实验

图 1-2 特斯拉电塔               图 1-3 环绕地球的表面电磁波传输能量

其后，Goubau、Sohweing等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20年代中期，日本的H.Yagi和S.Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线，又称为八木—宇田天线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的W.C.Brown做了大量的无线电能传输研究工作，从而奠定了无线电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实。雷声公司在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线，将频率2. 45GHz的微波能量转换为了直流电，1977年雷声公司又在实验中使用GaAs-Pt肖特基势垒二极管，用铝条构造半波电偶极子和传输线，输入微波的功率为8W，获得了90.6%的微波——直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2.45GHz时效率达到了85%。自从Brown实验获得成功以后，人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975年，在美国宇航局的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5A计划，喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30kW的微波无线输送1.6 km，其微波——直流的转换效率达83%。1991年，华盛顿ARCO电力技术公司使用频率35GHz的毫米波，整流天线的转换效率为72%，到了1998年，5.8GHz印刷电偶极子整流天线阵转换效率为82%。

21世纪初，特别是近年来，便携式电子产品大量涌现，以及传感器无线网络技术与MEMS器件的发展，推动了无线电能传输与无线网络技术的研发，并在理论研究和实用化技术方面取得了初步的成果。

前苏联在无线电能传输方面也进行了大量的研究。莫斯科大学与微波公司合作，研制出了一系列无线电能传输器件，其中包括无线电能传输的关键器件——快回旋电子束波微波整流器。近几年，无线电能传输发展更是迅速。Wildcharge、SplashPower、东京大学相继开发出非接触式充电器。