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1、 Brief Introduction of Wireless Charging Technology and the Think of Regulatory Regime about it Chuanliang Wang, Dayong XieOffice of the Tianjin Radio Management Council, OTJRMC, Tianjin, China Abstract: The paper mainly introduces three main wireless charging technologies and their development stat
2、us nowadays，and then analyses the challenge to spectrum supervision and devices Certification brought by these technologies. Lastly it gives several feasible suggestions on how to solve above problems.Keywords: Wireless Charging; coupling；exposure；standard；Regulatory Regime无线充电技术简介及其监管机制思考 王传亮，解大勇天津
3、市无线电管理委员会办公室，天津，中国，300074【摘要】本文主要介绍了几种主流无线充电技术的工作原理及发展现状等，接着分析了该项技术给频谱管理和设备认证带来的挑战性问题，最后给出了解决该类设备监管难题的一些可行性建议。【关键词】无线充电；耦合；辐射；标准；监管机制1 引言无线充电（Wireless Charging or Wireless Powering）是一种通过非接触手段对设备进行充电的技术，主要利用了电磁耦合、电磁辐射等原理，并不是一项全新的发明。在2008年8月的Intel技术峰会上，英特尔实验室里的研究人员利用电磁谐振原理在会场上演示了这种无线供电技术1。他们使用下图1中那个较大
4、的线圈成功的向旁边1米左右远的那个60W电灯泡供电，效率高达 75%。该演示试验引起了与会人员极大兴趣，也使全世界对无线充电技术的迅速发展充满了热切期望。在此之后，利用不同工作原理的无线充电产品如雨后春笋般涌现，同时也给各国有关管理机构带来了一系列监管难题。本文就是在此背景下，从无线电充电技术的历史渊源、基本原理、发展现状等展开讨论，之后对该类产品的频谱规划、认证管理等方面进行了深入讨论，期望以此引起大家对该领域的重视。Figure 1. The Demonstration of Wireless Charging in Intel Summit 图1. Intel峰会上演示的无线点灯试验2
5、无线充电技术工作原理众所周知，十九世纪时法拉第发现了电磁感应现象，之后人类对电磁场、电磁波相关理论的研究和应用就再也没有停止过。发明家爱迪生和电磁学巨匠特斯拉曾经进行过无线输电技术的奠基性研究，但都没有进展到实用阶段。直到科学技术相当发达的今天，几乎每种电子设备充电时都仍摆脱不了冗长的“尾巴”，即型号各异的供电线缆或适配器等。这些有线供电方式在接口标准、电能转化效率和使用成本等方面参差不齐，给使用者造成了较大不便，同时也给社会造成了巨大资源浪费。而新型无线充电实用技术的出现，则为解决以上问题指明了发展方向。目前，已经实现了的无线充电技术大致分为三大技术体系，下面一一叙述。2.1 电磁感应工作方
6、式是目前最为成熟的一种无线充电技术，它利用初级和次级线圈之间的紧密耦合作用，即初级线圈的产生磁场变化时会使次级线圈上产生感应电流，从而将能量从传输端转移到接收端。国际无线充电联盟（Wireless Power Consortium）目前唯一确定的Qi标准就是基于该技术制定的2，目前已经得到众多厂家相应，也涌现出来了大量实用的产品.下面就是德州仪器（TI）公司推出相关芯片产品的技术实现方案2。Figure 2. Principle of Operation of Wireless Charging System of TI 图2 TI公司无线充电收发系统示意图可以看到，该无线充电系统由两大部分组
7、成，分别是发射器和接收器。发射器主要将交流市电转化为具备一定周期变化的脉冲信号，从而使初级线圈产生变化的磁场，由于耦合效应，次级线圈上会感应出变化的电流，再经过后面的整流和电压调整电路后，便会输出达到使用要求的电压给各种负载,这些负载可以是工作中的手机、也可以是电池，并且同时可以是多个负载。接收器上还存在一个通信控制单元，能够将负载的变化情况反馈给发射器，尤其是在没有任何负载的情况下，发射器不进行任何形式的能量转化工作，这样即节省了电能，也大大减少了对周围环境的电磁干扰。2.2 射频辐射工作方式是目前发展比较成熟的一种无线充电技术，与现有RFID系统中广泛使用的无源电子标签的供电原理类似，主要
8、工作机制是接收器通过高频天线、检波整流、倍压等电路处理方式，将接收到的电磁波辐射的能量转化为设备需要的稳定工作电压。目前在Powercast公司主页上能够看到不同功率、最远作用距离为10m的无线充电设备，它们就是采用该种工作方式的。另外Nokia公司还提出这么一个构想，即只利用特制的接收装置来收集散布于空间的电磁波（各种无线信号，无论宽带还是窄带），之后转化为能够储存在电池内的能量，由于该工作机制不涉及功率发射射频辐射装置，故不进行讨论。2.3 电磁谐振工作方式是利用电磁谐振原理，目前发射器和接收器一般由较大线圈绕制而成，当它们与工作在共同的谐振频率时，发射器上的能量会以最大效率传输到附近的接
9、收器上，此时接收器同时将接收到的交变电流进行整流、倍压、滤波等处理，就可以给相应的负载设备供电了；而当没有负载的时候，能量在电场和磁场之间转化没有损失，负载端的多余能量返还给发送端。由于该种技术在实现时设备体积较为庞大，所以目前还很难进行商品化，但是该技术在远距离输电的应用前景上很被看好。2.4 各种工作方式综合对比在分析各种无线充电技术的基础上，对它们的各自特点进行如下对比，见表1Table 1. Comparison of Different Wireless Charging Technologies 表1. 各种无线充电技术对比2 3项目电磁感应射频辐射电磁谐振输出功率最大几百千瓦几十
10、毫瓦到几瓦最大几千瓦覆盖频段110-205KHz250GHz左右，或VHF频段几MHz作用距离1cm10m10m安全级别由使用条件和具体技术方案决定便利程度一般高比较高成熟程度最成熟比较成熟差代表产品或相关试验品符合Qi标准的众多充电板及充电电池Powercast公司及Powerbeam公 司产品Intel公司演示的无线点灯实验等相关产品设计标准Qi标准暂无暂无产品成本低高中从以上各种参数的对比可以看到，三种无线充电方式各有优缺点，它们各自的发展前景除了受技术、成本、市场等因素决定外，政府的频率规划政策和设备参数限值规定也是其中一个重要的影响因素，这都导致了无线充电技术发展的不确定性。2.5
11、无线充电产品市场发展现状即便存在上述发展中可能遇到的风险，由于新兴无线充电设备相对于现有供电方式具备以下优势：节省电量损耗、节省制造充电器的成本、使用方便等4，这点在能源紧缺的今天尤为重要，因此该领域仍被众多厂家看好5。2008年12月17日,拥有几十家世界主流电子设备生产商的无线充电联盟（Wireless Power Consortium ）正式成立，并很快提出了与所有可再充电电子设备兼容的国际无线充电标准Qi。中国作为世界上最大的移动通讯市场，更是对无线充电技术提供了更为广阔的市场发展空间。2010年9月1日，无线充电联盟在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国6。截至去年，深圳桑菲、
12、海尔、湖北松懿力腾和ConvenientPower等中国企业已经各自展示了集成Qi标准的电子产品。无线充电技术应用的领域现在已经拓展到大部分的消费电子产品，如手机、便携式音视频播放器、数码相机、笔记本等。实际上，在国外购物网站上早就可以买到与iphone 系列手机相配套的无线充电垫及配套电池等产品了。3 频谱规划和认证难题从前面的论述可以看出，各种无线充电技术的工作原理、应用场景、适用频段等存在较大差异，都处于蓬勃发展的时期。如何在积极引导该领域的顺利发展的同时又不会给现有的电磁环境造成污染，成为摆在各国无线电管理和设备认证工作人员前面的严峻课题。首当其冲的是频谱规划问题。根据现有的国际和国内
13、无线电规划表7，目前还没有专门划分给无线充电设备的频段。目前遵循的暂定原则是不影响现有无线电业务，不对现有设备造成电磁干扰。这样也可能有现实的因素，因为现今各种无线供电技术都在迅速发展中，暂时不指定特定频段有利于各种技术的潜力挖掘。通过市场竞争和淘汰过程选择出最佳方案后，可以再对其工作频段作出正式划分或定义。其次是设备EMC认证问题。针对此问题，美国FCC去年就已经进行了重点关注。美国FCC有关文件已经作出明确要求，凡是工作在9KHz以上的无线电池充电器和无线充电垫，属于故意发射设备，要同时或单独受到FCC PART 15和PART 18相关条款的约束。具体适用的条款要根据设备工作方式而定，下
14、图3是FCC 对无线充电设备进行认证的流程示意图89。 Figure 3. Certification Process of Wireless Charging Devices Suggested by FCC图3. FCC建议的无线充电设备认证流程但是目前FCC有关机构在建议以上流程时，也提出以下亟需解决的若干问题：无线充电设备涉及的频率范围太分散，实际测试时要分有无负载情况、单个或多个负载情况进行；另外对用于移动场景的设备，还要进行SAR等限值测试。但是目前的SAR测试标准只是针对100MHz以上频段进行的，如果测试的设备的辐射频率低于100MHz，必须研发对应的SAR测试标准及相应环境。
15、4 解决对策针对以上难题，在不断汲取其他国家的先进管理经验的过程中，我国在引导、规范无线充电设备的问题上应按照积极创新、科学谨慎的原则进行。首先是积极参加无线充电联盟的相关工作。全程参与无线充电各项基本标准的制定过程，并争取在其中发挥重要引导作用。其次是完善现有EMC标准定义。在充分了解现有各种无线充电技术特点的基础上，将该类设备划分到适当的产品类型中，比如划分到工、科、医设备10或信息技术设备11，甚至还可考虑单独设立类别等。另外，针对无线充电技术的特殊性，联合多个部门及厂商研发出有针对性的辐射限值、测试方法和测试环境等。最后，根据最新技术水平、现有政策落实情况和市场发展成熟程度等，再结合无线充电设备特点，适时进行该类设备的专用频段划分工作。作为前车之鉴，我国的移动通信干扰器产品因为前期缺乏有效的监管机制，造成市场泛滥，给空中电波秩序造成较大危害，之后虽经各地相关部门屡次治理，但直到目前还难以根治。为避免出现该情况，我国的无线电监管部门必须提前介入对无线充电设备的引导和监管，只有这样，我们才能取得事半功倍的效果。致谢References (参考文献)1 Intel Demonstrates its Wireless Charging System，http:/news.xin
