Re: [情報] 這才叫無線充電？ 新 iPhone 充電距離達

[john0312 (Chen John L)]

本人鍵盤電力電子工程師, 來分享一些個人的看法.
文長, 底下有結論, 可以END.

仔細看看Engerous公司所提出的無線充電方案, 確實十分具有革命性
跟顛覆性, 然而, 問題依然很多.


// ======================== 無線充電種類介紹 ========================

首先, 無線充電可以分成兩種:
- 近場無線充電 (Near-field):
  就是近距離的那種. 這類技術其實就只是把一個變壓器分成兩半,
  一半放在充電器, 另一半放在手機, 最終等效成一個汽隙(Airgap)
  很大的變壓器. 也就是透過磁路(Magnetic Circuit)來連結兩邊.
  能量的傳遞原則上是不發射電磁波的.
- 遠場無線充電 (Far-field):
  這類型就是利用電磁波來傳遞能量. 電磁波會實際被發射出去,
  接收端再來接收這電磁波. 也就是, 理論上來說, 這種技術的
  接收端能夠從Wi-Fi訊號中擷取能量.

目前所有現行的無線充電技術都是近場的方式, 然而這次Engerous
公司所提出來的技術, 也就是謠傳蘋果要採用的技術, 卻是遠場的
技術.

// ================== Engerous的無線充電技術說明 ====================

如果要比較簡單的了解遠場無線充電的技術, 那我們可以用光來比喻.
遠場無線充電的充電器, 就好像一顆燈泡, 而手機就好像有一個
太陽能板一般. 燈泡發光照亮太陽能板, 太陽能板發電給手機充電.

問題是, 只有照到太陽能板的光是有效的, 其他都浪費掉, 所以說,
充電端必須要能夠做到像鐳射光一樣, 太陽能板到哪裡, 就把光集中
到哪裡.

今天Engerous做到的就是這個, 他們使用了一陣列(翻譯: 很多很多的)
的天線, 讓他的電磁波發射可以只往某一個方向發射. 還可以讓他發射
的方向跟著物體一起移動. 當然, 這種技術一直都存在, 只是沒有人把
他拿來做無線充電而已.

因此Engerous的技術基本上就是運用5GHz的ISM頻段(跟WiFi, 802.11n/ac
所使用的5GHz頻段一樣), 利用天線陣列發射集中跟高度方向性的
電磁波, 跟隨著追蹤著手機的方向, 來讓手機接收充電.

順便提一下Engerous官方所提出的充電數據:
0-5 ft (0-1.5m) 4W (等效於5V0.8A)
5-10 ft (1.5-3m) 2W (等效於5V0.4A)
10-15 ft (3-4.5m) 1W (等效於5V0.2A)

// =================== 為什麼這東西問題很大 =======================

首先, 把電磁坡集中起來最大的問題就是, 被集中的區塊電磁坡很強,
就好像同樣都是50W, 一個50W的LED燈沒什麼, 但是一個50W的雷射是
可以輕鬆的切開木板的.

所以, 要能夠在4.5公尺外蒐集到1W, 那個電磁坡強度會是非常強的.
這個強度是強到各國政府都不會允許的強. 各國在規範電磁波強度時,
用了一個叫做EIRP的數據, 這個數據就是抓電磁波最強的方向的電磁波
強度.

例如美國FCC在特殊點對點的狀況下, 允許5.8GHz ISM Band最高53 dBm
(約200W). 然而如果我們計算[email protected]公尺這種狀況下的最低EIRP, 是
1W*4*pi*(4.5m)^2/(16cm*8cm)=19,880W (你沒看錯, 約兩萬瓦)
( 1W: 接收功率, 4*pi*(4.5m)^2: 4.5公尺半徑的球形面積,
  16cm*8cm: 手機接收面積 )
這已經超標了一百倍. 很明顯的, 別說健康什麼的, 法規這種最低限度
都無法通過. 這技術的可行性如何自然不用說.

順帶一題, 一般WiFi發射功率大約20~30dBm, 也就是一瓦以內, 所以
這東西大概比WiFi強了兩萬倍左右.

也許你會問, 如果法規放寬了呢? 法規之所以存在都是有原因的, 會
限制發射功率不只是健康的問題, 還有電磁干擾的問題. 我們一般的
電器, 上市前都需要自我檢測電磁相容, 確保不會被其他設備干擾.
問題是20kW(兩萬瓦)/73dBm這種發射功率, 根本跟電磁砲一樣, 一個
不小心可能就會把其他設備給打暴, 如果電磁波發射途徑中剛好有
5GHz的設備, 這種功率很有可能輕鬆的打暴該設備的RF Frontend.

再來, 這種指向性的天線陣列造價不斐, 還需要搭配大量的Power
Amplifier, 所以, 恐怕要量夠大, 才不會造成充電器比手機貴的景象.

充電速度就不說了, 4.5公尺外充電功率只有1W. iPhone 6 Plus從0%
充到滿(11.1Wh), 最少要11.1個小時(11.1Wh/1W=11.1h), 這還是假設
手機內部能量轉換效率100%的狀況下.


// ======================== 總結 ============================

1. 電磁波最少超標100倍. 比WiFi還強約上萬倍.
2. 就算法規放寬, 這東西根本電磁砲, 很容易就造成電磁干擾.
3. 成本高, 充電器價格加一個0還不夠.
4. 充電慢. 十小時.

綜合以上, 我認為, 這無線充電最多在實驗室玩玩, 或是拿來炒炒
股票, 目前還沒啥實用價值.

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推 oskarsson   : 充電系 嗨
推 tom282f3    : 推了 專業的
推 kci9kimo    : 專業
推 qqppzzmm    : 重新定義
推 edwar       : 先有能充電動牙刷和刮鬍刀的便宜產品再來想手機
推 JuiFu617    : 說不定蘋果有黑科技可以克服這些問題
→ DiChik      : 超強，神打臉  ((咦
→ JuiFu617    : oppo的15分鐘充滿電實用多了
推 op840906    : 專業推
推 gohome0083  : super vooc不知道什麼時候才會真的使用在產品上
推 j6might     : 推專業
推 i9602283    : 專業推
推 ghost610    : 解說詳細
推 yihanderman : 你瓦力系？
推 appleabc    : 看不懂 盲目推
推 DarenR      : 噱頭
推 poi96300    : 充電系4ni
推 exserta1994 : 你皮卡丘?
推 LHeart4ever : 推專業的 坐等某人出來嗆有本事蘋果出了以後不要用
→ ctotw       : 還有電磁干擾的問題...
推 LHeart4ever : >"othersHTC92: 等蘋果出了你們就不要用啊"
推 kimmj       : 專業推
推 supermars   : 大推"鍵盤電力電子工程師"的專業! 但...電磁"波"
→ supermars   : 不是蘇東坡的坡~嘻嘻!
我承認我中文不好... 囧rz
推 hyghmax1202 : 有時候真的覺得 放這種消息的人 真的很不尊重專業…
推 ctotw       : 不放出消息他們怎麼吸收資金？
→ ctotw       : 他們就是「刻意」的炒炒股票啊！
推 GianniC     : 其實這個問題很容易理解  反平方場衰退很可怕
→ GianniC     : 明明電塔距離夠高夠遠衰退其實就沒啥問題
→ GianniC     : 這個遠距離充電能夠實現功率要多大??
推 doom3       : 買手機送電磁砲!! 買了! 這才是黑科技
推 m81216      : 看不懂只好推惹
推 GianniC     : 如果你不小心走到手機與充電器之間  收到多少能量
→ GianniC     : 萬一是小朋友跟寵物  耐受量可能更低
→ GianniC     : 是不是要圍封鎖線防止誤入
推 weboau      :
→ AIRWAY1021  : 專業推，看來無限充電要考古特斯拉才有可能了
噓 mike0608    : 一堆人在那邊反基地台 然後說這個好棒棒
推 via20       : 沒那麼嚴重 http://goo.gl/Bf6dQk
這文章中的這項技術算是延伸近場技術的範圍,
他依然是透過Magnetic Circuit來傳遞能量,
所以相較比較沒有電磁波的問題, 因為理論上來說他不
需要發射電磁波.
推 mike0608    : 補推
推 bennybny    : 蘋果就是潮阿！
推 ntustjc     : 電磁砲偶喜翻 ^ω^
推 xelnaga     : 上面惡意網址 一直跳app store
推 selfhu      : 樓上，爽爽讀耶，沒你說的情形
推 zxnstu      : 推專業
推 molsmopuim  : 專業推，所以就是垃圾科技罷了?
推 lababear    : 原來是電磁砲 我還以為是無線充電
推 SYUAN0301   : 推                         美琴我der
推 user1120    : 推
推 a5613452002 : 專業 長見識
推 iorittn     : 推
推 donkilling  : 輕鬆弄懂推
推 jayppt      : 我只看到家中能常備一個傲嬌電磁炮 可惡想買
推 SEEDA       : 原來是雷射砲啊  我還以為是充電器呢 還不買一個
→ SEEDA       : *電磁砲
推 bullfrogseed: 推專業
推 aq981334    : 沒看到Qi1.2都出來了嗎，而且是磁共振技術，也可以
→ aq981334    : 達到遠距離充電
Qi1.2算是加強現有的近場技術, 他透過更佳的控制方式
來相容更大範圍的變壓器參數. (Z-height增加會造成
變壓器的等效基質感降低).
達到更長的充電距離.

推 spfy        : 買手機送超電磁炮? 完全沒問題 什麼時候上市
推 alvistan    : 這個專業%%%
推 fiiox3      : 拿來當武器,往別人家打0.0
推 shaoweichen : 趕快推，不然以為我看不懂
推 giveUstars  : 拿去掃別人家窗子說不定幹爆一堆電器 xd
推 BIGETC      : apple重新定義軍火業
推 tony40290   : 專業推!
→ shelizi     : apple出的就是潮 果迷哪管那麼多
推 onezillion  : 5GHz的 EMP cannon, 超潮der
推 fggdog      : 人手一台電磁砲好潮喔喔喔
推 s7875760078 : 充電系肯定是你了
推 yeardoss    : igun 殺人於無形 快給我來100支
推 yllorb      : 結果出了一個4.4公尺的無線充電板，結案
推 baker31     : 推
推 terrylove12 : via20的連結基本上還是屬於近場充電吧
推 eric830204  : 推個
推 DORAQMON    : 你有蘋果工程師厲害嗎
蘋果至今不曾承認或否認他跟Energous的關係, 有在說
下一代的iPhone會帶有多麼顛覆性的無線充電的只有媒體在
炒而已.

推 kemco       : 打太大力了，果彌頭都掉了
推 sho1850t    : 果迷褲子都脫了 你現在跟他們說這個?
推 james732    : 推說明
推 oncelove    : 記者譚偉晟
推 action526   : 專業給推
推 jack990568  : 電磁砲XDDDD
推 feverpt     : 就決定是你了!皮卡丘!
推 DRPL        : 解說的真詳細，充電系的。  長知識
推 eric525498  : 推專業
→ frank111    : 改成多點發射，攤提成一百個發射器分散四周
→ frank111    : 每個點各自追蹤手機發射訊號，手機端就能集中能量
有可能是一個解決方案. 只是在房間中佈置一百個獨立的天線陣列... bj4.
另外53dBm的規定是兩端都要固定的點對點狀況, 如果手機要能移動,
有可能會被FCC認定該用36dBm的規定. 這種狀況下,

噓 nba00077    : 嘴
推 Aka17142    : 好專業
推 ferrinatice : 之前看他們的專利就快笑死。他們的顧問還是當年moto
→ ferrinatice : rola發明手機的大老Orz
推 erician     : 你的公式套錯了，當然結論也是錯的
那請指教正確的公式以及計算過程.
→ erician     : EIRP的單位是dBW,你用19880W的值來說他超標百倍?
EIRP可以用dBW, dBm或W來表示都可以, 他們之間也可以互相轉換.
如果你要用dBW, 那他需要的發射功率兩萬瓦, 可以表示成43 dBW.
5.8GHz ISM Band的固定點對點EIRP限制是53dBm=23dBw, 因此差了
20dB. 20dB就是100倍.
→ erician     : 他就只是一般Wifi使用的功率而已，想太多
802.11n/ac的頻段, 能合法餵給天線的功率是1W.
他近距離能傳輸4W, 那餵給天線的肯定超過4W.
功率方面是超過WiFi的, 再況且功率透過超高指向性天線集中之後,
EIRP就能超標那麼多倍.
因此他跟WiFi比起來, 無論是功率(超過幾倍), 還是電磁波強度(EIRP,
超過上百倍), 都有不少差異.
→ erician     : 他們的無線充電裝置早就通過FCC認證好嗎
接收端還是發射端? 如果是發射端, 能否提供FCC Identifier以正
版友們的視聽?
推 acsre       : 好文 推
→ alastorlion : 電波女4ni
推 jackboy772  : 專業推
※ 編輯: john0312 (218.161.1.24), 02/26/2016 21:46:01
推 doranako    : iphone重新定法規，順便把其他設備打爆
推 b23053812   : 專業推
推 frozenmoon  : 推
推 pareto      : 好神ㄚ!!!
→ MXZR        : 已存檔，Apple推出產品時這篇剛好拿來當簽名檔
推 gagagu      : 推
推 morgan860320: 好文推 不過果粉會崩潰
推 royalflare  : 我對代公式的那一段不太清楚 我用您的計算公式來理
→ royalflare  : 解的話
推 royalflare  : 是一個點天線對外產生輻射(全方位) 所以才會到近兩
EIRP的概念就是, 我們在電磁波最強的方向放一個偵測器,
然後再把原本的發射天線換成一個理想的Isotropic天線
(就是你說的全方位對外產生輻射的點天線), 需要多少能量
灌給這個天線才能讓偵測器偵測到同樣的電磁坡強度?

→ royalflare  : 萬瓦 但前面有提到利用天線陣列來提升方向性 那實
→ royalflare  : 際上會有那麼大的功率嗎？ 或是這其實跟EIRP的定義
實際上, 他不需要灌那麼多功率進去. 問題是一個裝置會不
會被干擾跟往他那方向送的電磁波有關, 其他方向有沒有送
電磁波無關. 因此我們才用一個等效餵給Isotropic天線的
功率來表示EIRP, 也就是發往一個方向的電磁波強度. 因為
那才是決定一個裝置會不會被干擾的指標.
→ royalflare  : 有關？ 謝謝
推 cat031147   : 裹粉都心都碎光了 別這樣
※ 編輯: john0312 (218.161.1.24), 02/27/2016 23:28:05
推 pirrysal    : 好文推！
推 sam23697    : 專業
推 xgrass      : 可以請教您的公式來源嗎 除以接收面積看不懂
推 capitalofz  : 沒錯 就是電磁炮