无线电能传输技术的分类无线电能传输技术按传输机理的不同，可分为电磁感应式、电磁谐振式、电磁辐射式、 激光方式、电场耦合式及超声波方式等；按电磁场距离场源的远近，可分为近场耦合式和远 场辐射式其中，电磁感应式、电磁谐振式和电场耦合式为近场耦合式无线电能传输，电磁 辐射式和激光方式则为远场辐射式无线电能传输电磁感应式和电磁谐振式无线电能传输技术利用发射线圈产生的交变磁场将电能耦合 到接收线圈，从而实现对负载的无线电能传输其中，电磁感应耦式技术发展较为成熟，传 输功率较大，在较短的传输距离内传输效率较高，随着传输距离的增大，传输效率迅速变小； 电磁谐振式是磁感应耦合式的一种特例，通过发射接收线圈的磁耦合谐振实现高效非辐射能 量传输，传输距离比磁感应式要大，属于中等距离无线电能传输技术电磁辐射式和激光式 无线电能传输技术利用电磁场远场辐射效应在自由空间进行电能传输，电磁辐射式无线电能 传输技术传输距离较远，传输过程中的大气损耗较小，但微波发散角大，功率密度低;而激 光式无线电能传输技术具有定向性好、能量密度高等特点，但定向精度要求高，目前技术仍 不够成熟目前国内外研究机构研究较多的无线电能传输技术根据基本结构和工作原理分为两大 类共四种方式，即分为辐射式和非辐射式，其中辐射式无线电能传输技术分为激光式无线电 能传输技术、电磁辐射式无线电能传输技术；非辐射式无线电能传输技术分为电磁谐振式无 线传输技术和电磁感应式无线电能传输技术。
激光式无线电能传输技术和电磁辐射式无线电 能传输技术可用于远距离电能传输；电磁谐振式无线电能传输技术适于中等距离电能传输； 电磁感应式无线电能传输技术可用于近距离电能传输表1-2是以上四种无线电能传输技术和传统供电技术特点的比较表1-2无线电能传输技术和传统供电技术的比较供电方式 传统供电 无线电能传输特点导线连接辐射式非辐射式激光式电磁辐射式电磁谐振式电磁感应式类型移动接触激光电磁波紧耦合松耦合紧耦合松耦合基本理论电路光的传导波的传导电场交流电路分布式的电场电力电子磁路交流电路分布式的磁场电力电子典型技术导线连接激光-电能转换天线波的引导装置电容 容性能量传输变压器 感性能量传输工作频率工频常用波长约为800 nm常采用S、C波段几 MHz~几十 MHz几十kHz~几百kHz工作原理导线导电采用激光进行无线能量传输将电能转换为微波，通过空间传播到接收端通过线圈之间的磁耦合谐振作用利用可分离变压器的感应耦合作用相对传输距离理论上无限长几十m~几 km几百m~几 km几 cm~^ m几 mm~^ m优点技术成熟，原理简单，传输距离 远发散角较小，定 向性好，能量集 中，会聚性好， 发射接收口径小，能量损耗低传输精度高，传输距离远，传输过程中大气损耗低效率高，中等传输距离，电磁辐射小，受谐振频率外的电磁干扰小原理简单，容易实现，传 输功率大，近距离传输效 率高，可达99%缺点传输损耗大，成本高，架设传输导线受地理环境影响较大在大气层内的 传输损耗相对较大，传输距离 相对要短，技术 不够成熟发射接收天线设计 要求高，能量定向 传输，传输效率不 高，能量利用效率 低，接收的功率信 号较小研究起步相对较晚，发 射接收天线要求谐振频 率相同，容易出现误差， 传输功率仍不高，效率 偏低漏磁损耗大，传输距离 短，传输效率随传输距离 的增大迅速减小，对原副 边铁心的形状和对齐方 式要求高，横向偏移容差小应用场合能架设导线的所有场合特殊军用设备，小型飞机，空间 电梯用于空间太阳能电站，高空飞行器，无人机供电，卫星供电电动汽车，消费电子，医疗电子设备交通运输，冶金矿山，水下作业，生物医学1.3.1激光式无线电能传输激光式无线电能传输的基本结构原理如图1-4所示。
激光方式无线电能传输系统的组成 部分主要包括激光发射部分、激光传输部分和激光-电能转换部分其中，激光发射部分由 激光驱动器和激光器组成，激光传输部分由光学发射天线、光学接收天线和传输控制模块组 成，激光-电能转换部分由光电转换器和整流稳压器组成激光方式无线电能传输的工作原 理是，激光发射模块发出特定波长的激光，激光束通过光学发射天线进行集中、准直整形处 理后发射，并通过自由空间到达接收端，且经过光学接收天线接收聚焦到光电转换模块上完 成激光-电能的转换传输控制模块控制激光光束发射方向，使光束与光伏电池板正入射， 实现最高的光电转换效率图1-4激光式无线电能传输的基本结构原理图图1-4所示激光式无线电能传输系统的总传输效率为:(1-1)叩=叩叩叩叩e-o t r o-e式中：妇——激光器的电-光转换效率;光学发射的透射效率;气—接收天线的透射效率;〃e光电转换器的光-电转换效率因此，为提高系统的总体传输效率，需选用高效可靠的器件，并对各个环节进行优化， 从而实现系统的最大传输效率激光式无线电能传输技术有待研究的关键问题主要包括激光器的温度控制、激光光束准 直技术、激光-电能转换效率的提高，以及光学接收天线的设计等。
通过相关的应用试验可 以看出，该技术在空间无线能量传输和高空飞行器或无 人飞机领域有广泛的应用前景1.3.2电磁辐射式无线电能传输对无线电能传输技术来说，能量传递的效率是最重要的因此，方向性强、能量集中的 激光与具有类似性质的微波束是实验优先选择的途径但激光光束在空间传输易受到空气和 尘埃的散射，非线性效应明显，且输出功率小，因此，微波传输能量成为首选微波是指那些频率在300~3000 MHz之间的电磁波，它的波长在1 m〜1 mm之间电磁 波俗称无线电波，它是人们非常熟悉的一个概念正是由于它的发现，才奠定了广播、电视 和现代通信技术的基础电磁波不仅能传输信号，它也能传输电能美国一家Power Cast 开发了这项技术，可为各种电子产品充电或供电，包括耗电量相对较低的电子产品，诸如手 机、MP3随身听、温度传感器、助听器，甚至汽车零部件和医疗仪器整个系统基本上包 含了两个部件，称为Power Caster的发射器模块和称为Powerharvester的接收器模块，前者 可插入在插座上，后者则嵌入在电子产品上发送器发射安全的低频电磁波，接收器接收发 射频率的电磁波，据称约有70%的电磁信号能量转换为直流电能。
该项技术之所以会得到 多家厂商的青睐，原因在于它独特的电磁波接收装置，能够根据不同的负载、电场强度来作 调整，以维持稳定的直流电压电磁波无线能量传输技术直接利用了电磁波能量可以通过天线发送和接收的原理，例如 微波无线能量传输技术，就是利用微波转换装置把直流电转变为微波，然后由天线发射出去； 大功率的电磁射束通过自由空间后被接收天线收集，经过微波整流器后重新转变为直流电 它的实质就是用微波束来代替输电导线，通过自由空间把电能从一处输送到另一处该技术 可以实现极高功率的无线传输，但是在能量传输过程中，发射器必须对准接收器，能量传输 受方向限制，并且不能绕过或穿过障碍物，微波在空气中的损耗也大，效率低，对人体和其 他生物都有严重伤害，所以该技术一般应用于特殊场合，如低轨道军用卫星、天基定向能武 器、微波飞机、卫星太阳能电站等许多新的、意义重大的科技领域，具有美好的发展前景因为电磁波的频率越高，能量就越集中，方向性也越强微波传输能量就是将微波聚焦 后定向发射出去，在接收端通过整流天线(rectenna)把接收到的微波能量转化为直流电能作为一种点对点的能量传输方式，微波能量传输具有以下特点：(1) 以光速传输能量；(2) 能量传输方向可迅速变换；(3) 在真空中传递能量无损耗；(4) 波长较长时在大气中能量传递损耗很小；(5) 能量传输不受地球引力差的影响；(6) 工作在微波波段，换能器可以很轻便。
20世纪60年代，William C向世人展示了电磁波传输电能示意图，如图1-5所示，该电 磁波传输系统包括微波源、发射天线、接收天线和整流器等几部分，其中最关键的是把微波 或激光束的能量转变为直流电的整流器微波源是可供无线输电技术选用的电磁波发生器， 电磁波源内有磁控管，在2.45 GHz频段输出5~200 W的功率，在厘米波段，理想磁控管和 放大管的效率分别为90 %和80 %，而理论上效率最高的磁旋束管放大器可达到100 %，放 大系数无限大；在毫米波段，回旋管的实际效率已达到40 %；在光波波段，阳光直射时激 光器的效率约20 %微波源输出的能量通过同轴电缆连接到适配器上，亚铁酸盐的循环器 连接在波导管上，使波导管和发射天线相匹配发射天线包含8个部分，每个部分上都有8 个缝隙这64个缝隙均匀的向外发射电磁波这种开孔的波导天线很适合用于无线电能传 输，因为它有高达95 %的孔径效率和很高的能量捕捉能力硅控整流二极管天线用来收集微波并把它转换成直流电，在展示的电磁波输能系统中该接收天线拥有25 %的收集和转换 效率，这种天线在2. 45 GHz测试时曾经达到甚至超过90 %的效率传输距离比较远之后， 增强天线的方向性和效率会十分困难。
图1-5电磁辐射式无线供电模型对电磁辐射式无线电能传输技术进行定量分析时，效率是一个至关重要的因素图1-5 所示电磁辐射式无线电能传输系统的总传输效率为：（1-2）式中：ng——微波功率源的转换效率；nt—微波发射天线的透射效率；ns——微波在自由空间中从发射端到接收端的传输效率；nr一微波接收天线的接收效率；nd——为整流电路的整流转换效率式（1-2）中，微波发射/接收天线的效率久、nr取决于天线的优化设计，即发射7接收天线 的口径场分布设计；而微波在自由空间中的传输效率可达100%用D代表微波在自由空间传输的距离，4、4分别代表发射天线和接收天线的面积" 表示工作波长，则微波在自由空间的传输效率n是参数T的函数，T的函数表达式为： ^= A-A-fD]-1图1-6所示为它们之间的关系图，假设发射天线的口径场分布为高y人2人2 k人/斯型从曲线可以得出这样个结论，传输效率和传输距离没有直接的联系，而是由% * 决定故距离D增大的效应可由At、Ar的增加或久的减小来补偿微波传输能量的总效率等于直流到微波、微波传输和接收整流三部分效率之积以4图1-6自由空间微波传输效率和T的关系表1-3给出了微波输能总效率的分布。
由表1-3可以看出，当前微波传输能量的效率还 不高，但是还是很有发展潜力的表1-3微波输能总效率和各部分的效率当前值/%改进值/%预期值/%微波发生器的效率76.78590发生器至接收天线口径之间的传输效率949495接收整流效率947590总效率396077早在1968年，美国航天工程师Peter Glaser就已经更进一步，提出了空间太阳能发电(SSP，Space Solar Power)的概念他设想在大气层外通过卫星收集太阳能发电，然后通过微 波将能量无线传输回地面，并且重新转化成电能供人使用这一设想，不是在仅数十千米的距离上用微波传递能量，而是要把能量在三万多千米之外，从太空精确地射向地面接收站加拿大科学家正计划制造一架无人飞机，飞行高度33 km，可以在空中连续飞行几个月这可能是世界上第一架可以真正。