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無線充電技術簡介及其監管機制思考 王傳亮，解大勇天津

3、市無線電管理委員會辦公室，天津，中國，300074【摘要】本文主要介紹了幾種主流無線充電技術的工作原理及發展現狀等，接著分析了該項技術給頻譜管理和設備認證帶來的挑戰性問題，最后給出了解決該類設備監管難題的一些可行性建議。【關鍵詞】無線充電；耦合；輻射；標準；監管機制1 引言無線充電（Wireless Charging or Wireless Powering）是一種通過非接觸手段對設備進行充電的技術，主要利用了電磁耦合、電磁輻射等原理，并不是一項全新的發明。在2008年8月的Intel技術峰會上，英特爾實驗室里的研究人員利用電磁諧振原理在會場上演示了這種無線供電技術1。他們使用下圖1中那個較大

4、的線圈成功的向旁邊1米左右遠的那個60W電燈泡供電，效率高達 75%。該演示試驗引起了與會人員極大興趣，也使全世界對無線充電技術的迅速發展充滿了熱切期望。在此之后，利用不同工作原理的無線充電產品如雨后春筍般涌現，同時也給各國有關管理機構帶來了一系列監管難題。本文就是在此背景下，從無線電充電技術的歷史淵源、基本原理、發展現狀等展開討論，之后對該類產品的頻譜規劃、認證管理等方面進行了深入討論，期望以此引起大家對該領域的重視。Figure 1. The Demonstration of Wireless Charging in Intel Summit 圖1. Intel峰會上演示的無線點燈試驗2

5、無線充電技術工作原理眾所周知，十九世紀時法拉第發現了電磁感應現象，之后人類對電磁場、電磁波相關理論的研究和應用就再也沒有停止過。發明家愛迪生和電磁學巨匠特斯拉曾經進行過無線輸電技術的奠基性研究，但都沒有進展到實用階段。直到科學技術相當發達的今天，幾乎每種電子設備充電時都仍擺脫不了冗長的“尾巴”，即型號各異的供電線纜或適配器等。這些有線供電方式在接口標準、電能轉化效率和使用成本等方面參差不齊，給使用者造成了較大不便，同時也給社會造成了巨大資源浪費。而新型無線充電實用技術的出現，則為解決以上問題指明了發展方向。目前，已經實現了的無線充電技術大致分為三大技術體系，下面一一敘述。2.1 電磁感應工作方

6、式是目前最為成熟的一種無線充電技術，它利用初級和次級線圈之間的緊密耦合作用，即初級線圈的產生磁場變化時會使次級線圈上產生感應電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。國際無線充電聯盟（Wireless Power Consortium）目前唯一確定的Qi標準就是基于該技術制定的2，目前已經得到眾多廠家相應，也涌現出來了大量實用的產品.下面就是德州儀器（TI）公司推出相關芯片產品的技術實現方案2。Figure 2. Principle of Operation of Wireless Charging System of TI 圖2 TI公司無線充電收發系統示意圖可以看到，該無線充電系統由兩大部分組

7、成，分別是發射器和接收器。發射器主要將交流市電轉化為具備一定周期變化的脈沖信號，從而使初級線圈產生變化的磁場，由于耦合效應，次級線圈上會感應出變化的電流，再經過后面的整流和電壓調整電路后，便會輸出達到使用要求的電壓給各種負載,這些負載可以是工作中的手機、也可以是電池，并且同時可以是多個負載。接收器上還存在一個通信控制單元，能夠將負載的變化情況反饋給發射器，尤其是在沒有任何負載的情況下，發射器不進行任何形式的能量轉化工作，這樣即節省了電能，也大大減少了對周圍環境的電磁干擾。2.2 射頻輻射工作方式是目前發展比較成熟的一種無線充電技術，與現有RFID系統中廣泛使用的無源電子標簽的供電原理類似，主要

8、工作機制是接收器通過高頻天線、檢波整流、倍壓等電路處理方式，將接收到的電磁波輻射的能量轉化為設備需要的穩定工作電壓。目前在Powercast公司主頁上能夠看到不同功率、最遠作用距離為10m的無線充電設備，它們就是采用該種工作方式的。另外Nokia公司還提出這么一個構想，即只利用特制的接收裝置來收集散布于空間的電磁波（各種無線信號，無論寬帶還是窄帶），之后轉化為能夠儲存在電池內的能量，由于該工作機制不涉及功率發射射頻輻射裝置，故不進行討論。2.3 電磁諧振工作方式是利用電磁諧振原理，目前發射器和接收器一般由較大線圈繞制而成，當它們與工作在共同的諧振頻率時，發射器上的能量會以最大效率傳輸到附近的接

9、收器上，此時接收器同時將接收到的交變電流進行整流、倍壓、濾波等處理，就可以給相應的負載設備供電了；而當沒有負載的時候，能量在電場和磁場之間轉化沒有損失，負載端的多余能量返還給發送端。由于該種技術在實現時設備體積較為龐大，所以目前還很難進行商品化，但是該技術在遠距離輸電的應用前景上很被看好。2.4 各種工作方式綜合對比在分析各種無線充電技術的基礎上，對它們的各自特點進行如下對比，見表1Table 1. Comparison of Different Wireless Charging Technologies 表1. 各種無線充電技術對比2 3項目電磁感應射頻輻射電磁諧振輸出功率最大幾百千瓦幾十

10、毫瓦到幾瓦最大幾千瓦覆蓋頻段110-205KHz250GHz左右，或VHF頻段幾MHz作用距離<1cm<10m<10m安全級別由使用條件和具體技術方案決定便利程度一般高比較高成熟程度最成熟比較成熟差代表產品或相關試驗品符合Qi標準的眾多充電板及充電電池Powercast公司及Powerbeam公 司產品Intel公司演示的無線點燈實驗等相關產品設計標準Qi標準暫無暫無產品成本低高中從以上各種參數的對比可以看到，三種無線充電方式各有優缺點，它們各自的發展前景除了受技術、成本、市場等因素決定外，政府的頻率規劃政策和設備參數限值規定也是其中一個重要的影響因素，這都導致了無線充電技術

11、發展的不確定性。2.5 無線充電產品市場發展現狀即便存在上述發展中可能遇到的風險，由于新興無線充電設備相對于現有供電方式具備以下優勢：節省電量損耗、節省制造充電器的成本、使用方便等4，這點在能源緊缺的今天尤為重要，因此該領域仍被眾多廠家看好5。2008年12月17日,擁有幾十家世界主流電子設備生產商的無線充電聯盟（Wireless Power Consortium ）正式成立，并很快提出了與所有可再充電電子設備兼容的國際無線充電標準Qi。中國作為世界上最大的移動通訊市場，更是對無線充電技術提供了更為廣闊的市場發展空間。2010年9月1日，無線充電聯盟在北京宣布將Qi無線充電國際標準率先引入中國

12、6。截至去年，深圳桑菲、海爾、湖北松懿力騰和ConvenientPower等中國企業已經各自展示了集成Qi標準的電子產品。無線充電技術應用的領域現在已經拓展到大部分的消費電子產品，如手機、便攜式音視頻播放器、數碼相機、筆記本等。實際上，在國外購物網站上早就可以買到與iphone 系列手機相配套的無線充電墊及配套電池等產品了。3 頻譜規劃和認證難題從前面的論述可以看出，各種無線充電技術的工作原理、應用場景、適用頻段等存在較大差異，都處于蓬勃發展的時期。如何在積極引導該領域的順利發展的同時又不會給現有的電磁環境造成污染，成為擺在各國無線電管理和設備認證工作人員前面的嚴峻課題。首當其沖的是頻譜規劃問

13、題。根據現有的國際和國內無線電規劃表7，目前還沒有專門劃分給無線充電設備的頻段。目前遵循的暫定原則是不影響現有無線電業務，不對現有設備造成電磁干擾。這樣也可能有現實的因素，因為現今各種無線供電技術都在迅速發展中，暫時不指定特定頻段有利于各種技術的潛力挖掘。通過市場競爭和淘汰過程選擇出最佳方案后，可以再對其工作頻段作出正式劃分或定義。其次是設備EMC認證問題。針對此問題，美國FCC去年就已經進行了重點關注。美國FCC有關文件已經作出明確要求，凡是工作在9KHz以上的無線電池充電器和無線充電墊，屬于故意發射設備，要同時或單獨受到FCC PART 15和PART 18相關條款的約束。具體適用的條款要

14、根據設備工作方式而定，下圖3是FCC 對無線充電設備進行認證的流程示意圖89。 Figure 3. Certification Process of Wireless Charging Devices Suggested by FCC圖3. FCC建議的無線充電設備認證流程但是目前FCC有關機構在建議以上流程時，也提出以下亟需解決的若干問題：無線充電設備涉及的頻率范圍太分散，實際測試時要分有無負載情況、單個或多個負載情況進行；另外對用于移動場景的設備，還要進行SAR等限值測試。但是目前的SAR測試標準只是針對100MHz以上頻段進行的，如果測試的設備的輻射頻率低于100MHz，必須研發對應的S

15、AR測試標準及相應環境。4 解決對策針對以上難題，在不斷汲取其他國家的先進管理經驗的過程中，我國在引導、規范無線充電設備的問題上應按照積極創新、科學謹慎的原則進行。首先是積極參加無線充電聯盟的相關工作。全程參與無線充電各項基本標準的制定過程，并爭取在其中發揮重要引導作用。其次是完善現有EMC標準定義。在充分了解現有各種無線充電技術特點的基礎上，將該類設備劃分到適當的產品類型中，比如劃分到工、科、醫設備10或信息技術設備11，甚至還可考慮單獨設立類別等。另外，針對無線充電技術的特殊性，聯合多個部門及廠商研發出有針對性的輻射限值、測試方法和測試環境等。最后，根據最新技術水平、現有政策落實情況和市場

16、發展成熟程度等，再結合無線充電設備特點，適時進行該類設備的專用頻段劃分工作。作為前車之鑒，我國的移動通信干擾器產品因為前期缺乏有效的監管機制，造成市場泛濫，給空中電波秩序造成較大危害，之后雖經各地相關部門屢次治理，但直到目前還難以根治。為避免出現該情況，我國的無線電監管部門必須提前介入對無線充電設備的引導和監管，只有這樣，我們才能取得事半功倍的效果。致謝References (參考文獻)1 Intel Demonstrates its Wireless Charging System，,22 Aug.2008英特爾展示無線充電系統, , 2008年8月22日 2 Bill Johns，An i

17、ntroduction to the Wireless Power Consortium standard and TIs compliant solutions，Analog Applications Journal，, 14 Mar 201134 Ron Hui，IEEE Fellow，Comparison of Power Savings based on the Use of Wireless Charging Systems&Conventional Wired Power Adapters， 21 Aug 20095 David W Baarman , Director o

18、f Advanced Technologies， Making Wireless Truly Wireless：the Need for a Universal Wireless Power Solution ,Fulton Innovation，Sept 2009 6 Wireless Power International Standard is Introduced to China ，Beijing Business Today，8 Sept.2010無線充電國際標準登陸中國,北京商報 ,2010年9月8日 7 Peoples Republic of China Regulations on the Radio Frequency Allocation (Version 2010), Post&Telecom Press,2010中華人民共和國無線電頻率劃分規定（2010版）,人民郵電出版社，2010 8 FCC/OET Laboratory Division，RF Exposure Procedures Review， ，Apr 2010 9 FCC/OET Laboratory Divi