未來最重要的電磁輻射排放源：無線充電技術的發展歷史

實際上無線供電的設想早在一百多年前*已經出現。早在1890年，尼古拉?特斯拉（Nikola Tesla），這位現代交流電系統的奠基者*開始構想無線供電方法[8]，*后提出了一個非常宏大的方案——把地球作為內導體、距離地面約60千米的電離層作為外導體，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再利用環繞地球的表面電磁波來遠距離傳輸電力。他想像電能能像廣播一樣傳遍全球。1900年，特斯拉得到了150,000美金的研究經費（51%來自于J.P.摩根），并開始計劃建造華登克里夫塔（Wardenclyffe Tower，見圖1.1），這個塔一度被當時的報紙稱為“特斯拉的百萬大建筑”，特斯拉希望用這個塔進行跨大西洋的無線電廣播和無線電能傳輸實驗。特斯拉*終建成了一座高187英尺的鐵塔，鐵塔頂部有一個直徑為68英尺的半球型圓頂。鐵塔尚未完工，特斯拉*迫不及待地開始了他的實驗。而1908年通古斯大爆炸之后，特斯拉停止了無線電能傳輸實驗。

甚至有人懷疑，1908年的通古斯大爆炸也與特斯拉的華登克里夫塔有關，由于紐約市民關于華登克里夫塔實驗現象的描述和通古斯事件目擊者觀察到的征狀相符，同時在通古斯大爆炸前后，特斯拉曾多次到圖書館查閱中西伯利亞地區的地圖。后來因為摩根的撤資，特斯拉陷入了經濟困難，華登克里夫塔也被拆除抵債。盡管特斯拉的研究*終沒有結果，但是他當初的無線輸電構想*是足夠大膽。

到了20世紀20年代中期，日本的H.Yagi和S.Uda論述了無線輸電概念的可行性；30年代美國的學者也開始研究不利用導線去點亮電燈的輸電方案。隨著大功率、高效率真空電子管微波源的研制成功，20世紀60至70年代之間Raytheon公司的William C. Brown做了大量的無線供電方面的研究工作[6][7]，使得這一概念變成試驗結果，奠定了現代無線供電的實驗基礎，他設計了結構簡單、高效率的半波電偶極子半導體二極管整流天線，把它放在用來反射電磁波的導電平板之上，純電阻作為負載，用低噪聲、高效率的放大管和磁控管作為微波源，將頻率為2.45GHz的微波能量轉換為直流電。此后Brown又對實驗方法不斷改進，如從喇叭天線、反射面天線到相控陣天線、從一般二極管到勢壘二極管，用鋁條構造半波電偶極子和傳輸線等，射頻能量轉換為直流電的效率也不斷提高，他所演示的直流-直流轉換效率達到54%左右。

從90年代起，由于無線通信頻率的擴展，為避免對2.45GHz頻段通信潛在的干擾，美國宇航局傾向把5.8GHz的頻率用于無線供電，這兩個頻率點的大氣穿透性都很好，相應元器件的轉換效率都很高。1998年5.8GHz印刷電偶極子整流天線陣轉換效率達到了82%[9][10]。莫斯科大學以B.Л.Caввин、B.A.Baнкe為首的研究組也在無線供電與衛星太陽能電站方面進行了大量理論與實驗研究，研制出了無線供電的關鍵器件—快回旋電子束波微波整流器，從1996年開始已將有關回旋波整流器的技術提供給日本京都大學的Mat-sumoto、Shinohara等人，計劃在“自由號”國際空間站的日本模塊上進行試驗2000年以后，國際上已經掀起了對無線電能傳輸技術研究與應用的熱潮，無線供電技術也越來越頻繁的在各大通信技術展、電源新技術展上露面，各大公司也紛紛推出自己的研究成果。2007年6月，麻省理工大學的物理學助理教授Marin Solijacic和他的研究團隊公開做了一個演示(見圖1.2)，他們給一個直徑60厘米的線圈通電，點亮了大約2m之外連接在另一個線圈上的60瓦燈泡。演示裝置包括直徑為3英尺的匹配銅線圈，以及與電源相連的工作頻率在MHz范圍的傳輸線圈，接受線圈在非輻射性磁場內部發生諧振，并以相同的頻率振蕩，然后有效地利用磁感應來點亮燈泡[3][4]。此外他們還發現，即使兩個諧振線圈之間存在障礙物時，也能讓燈泡繼續發光。這項被命名為“WiTricity”的技術*是運用了共振的原理，通過一個磁共振系統進行電能傳輸。據Marin小組稱，至2008年他們已經將傳輸效率提高到了90%。這意味著，該技術已經具備了實用化的條件，他本人也因為這一發明獲得了麥克阿瑟基金會2008年的天才獎。不過，該技術仍舊面臨著一些問題，使用的銅線圈非常笨重，足有0.6米高，如果要想實現整座房間內的電器都能自動充電，銅絲線圈的直徑預計將達2.1米。