作者john0312 (Chen John L)
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標題Re: [情報] 這才叫無線充電？ 新 iPhone 充電距離達
時間Fri Feb 26 01:02:53 2016
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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1F：推 oskarsson : 充電系 嗨 02/26 01:06
2F：推 tom282f3 : 推了 專業的 02/26 01:07
3F：推 kci9kimo : 專業 02/26 01:09
4F：推 qqppzzmm : 重新定義 02/26 01:12
5F：推 edwar : 先有能充電動牙刷和刮鬍刀的便宜產品再來想手機 02/26 01:12
6F：推 JuiFu617 : 說不定蘋果有黑科技可以克服這些問題 02/26 01:12
7F：→ DiChik : 超強，神打臉 ((咦 02/26 01:12
8F：→ JuiFu617 : oppo的15分鐘充滿電實用多了 02/26 01:13
9F：推 op840906 : 專業推 02/26 01:14
10F：推 gohome0083 : super vooc不知道什麼時候才會真的使用在產品上 02/26 01:14
11F：推 j6might : 推專業 02/26 01:16
12F：推 i9602283 : 專業推 02/26 01:28
13F：推 ghost610 : 解說詳細 02/26 01:32
14F：推 yihanderman : 你瓦力系？ 02/26 01:33
15F：推 appleabc : 看不懂 盲目推 02/26 01:34
16F：推 DarenR : 噱頭 02/26 01:38
17F：推 poi96300 : 充電系4ni 02/26 01:41
18F：推 exserta1994 : 你皮卡丘? 02/26 01:43
19F：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 02/26 01:44
20F：→ ctotw : 還有電磁干擾的問題... 02/26 01:45
21F：推 LHeart4ever : >"othersHTC92: 等蘋果出了你們就不要用啊" 02/26 01:47
22F：推 kimmj : 專業推 02/26 01:49
23F：推 supermars : 大推"鍵盤電力電子工程師"的專業! 但...電磁"波" 02/26 01:52
24F：→ supermars : 不是蘇東坡的坡~嘻嘻! 02/26 01:52
我承認我中文不好... 囧rz
25F：推 hyghmax1202 : 有時候真的覺得 放這種消息的人 真的很不尊重專業… 02/26 01:57
26F：推 ctotw : 不放出消息他們怎麼吸收資金？ 02/26 01:58
27F：→ ctotw : 他們就是「刻意」的炒炒股票啊！ 02/26 01:58
28F：推 GianniC : 其實這個問題很容易理解 反平方場衰退很可怕 02/26 01:59
29F：→ GianniC : 明明電塔距離夠高夠遠衰退其實就沒啥問題 02/26 02:00
30F：→ GianniC : 這個遠距離充電能夠實現功率要多大?? 02/26 02:00
31F：推 doom3 : 買手機送電磁砲!! 買了! 這才是黑科技 02/26 02:01
32F：推 m81216 : 看不懂只好推惹 02/26 02:01
33F：推 GianniC : 如果你不小心走到手機與充電器之間 收到多少能量 02/26 02:03
34F：→ GianniC : 萬一是小朋友跟寵物 耐受量可能更低 02/26 02:04
35F：→ GianniC : 是不是要圍封鎖線防止誤入 02/26 02:04
36F：推 weboau : 02/26 02:14
37F：→ AIRWAY1021 : 專業推，看來無限充電要考古特斯拉才有可能了 02/26 02:14
38F：噓 mike0608 : 一堆人在那邊反基地台 然後說這個好棒棒 02/26 02:23
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.
40F：推 mike0608 : 補推 02/26 02:28
41F：推 bennybny : 蘋果就是潮阿！ 02/26 02:44
42F：推 ntustjc : 電磁砲偶喜翻 ^ω^ 02/26 02:55
43F：推 xelnaga : 上面惡意網址 一直跳app store 02/26 03:19
44F：推 selfhu : 樓上，爽爽讀耶，沒你說的情形 02/26 03:52
45F：推 zxnstu : 推專業 02/26 05:23
46F：推 molsmopuim : 專業推，所以就是垃圾科技罷了? 02/26 06:11
47F：推 lababear : 原來是電磁砲 我還以為是無線充電 02/26 06:24
48F：推 SYUAN0301 : 推 美琴我der 02/26 07:27
49F：推 user1120 : 推 02/26 07:31
50F：推 a5613452002 : 專業 長見識 02/26 07:32
51F：推 iorittn : 推 02/26 07:44
52F：推 donkilling : 輕鬆弄懂推 02/26 07:57
53F：推 jayppt : 我只看到家中能常備一個傲嬌電磁炮 可惡想買 02/26 07:59
54F：推 SEEDA : 原來是雷射砲啊 我還以為是充電器呢 還不買一個 02/26 08:18
55F：→ SEEDA : *電磁砲 02/26 08:18
56F：推 bullfrogseed: 推專業 02/26 08:20
57F：推 aq981334 : 沒看到Qi1.2都出來了嗎，而且是磁共振技術，也可以 02/26 08:28
58F：→ aq981334 : 達到遠距離充電 02/26 08:28
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.
59F：推 spfy : 買手機送超電磁炮? 完全沒問題 什麼時候上市 02/26 08:35
60F：推 alvistan : 這個專業%%% 02/26 09:05
61F：推 fiiox3 : 拿來當武器,往別人家打0.0 02/26 09:06
62F：推 shaoweichen : 趕快推，不然以為我看不懂 02/26 09:08
63F：推 giveUstars : 拿去掃別人家窗子說不定幹爆一堆電器 xd 02/26 09:11
64F：推 BIGETC : apple重新定義軍火業 02/26 09:18
65F：推 tony40290 : 專業推! 02/26 09:35
66F：→ shelizi : apple出的就是潮 果迷哪管那麼多 02/26 09:37
67F：推 onezillion : 5GHz的 EMP cannon, 超潮der 02/26 09:43
68F：推 fggdog : 人手一台電磁砲好潮喔喔喔 02/26 09:47
69F：推 s7875760078 : 充電系肯定是你了 02/26 09:53
70F：推 yeardoss : igun 殺人於無形 快給我來100支 02/26 09:53
71F：推 yllorb : 結果出了一個4.4公尺的無線充電板，結案 02/26 09:57
72F：推 baker31 : 推 02/26 09:58
73F：推 terrylove12 : via20的連結基本上還是屬於近場充電吧 02/26 10:17
74F：推 eric830204 : 推個 02/26 10:20
75F：推 DORAQMON : 你有蘋果工程師厲害嗎 02/26 10:23
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.
76F：推 kemco : 打太大力了，果彌頭都掉了 02/26 10:47
77F：推 sho1850t : 果迷褲子都脫了 你現在跟他們說這個? 02/26 11:29
78F：推 james732 : 推說明 02/26 12:10
79F：推 oncelove : 記者譚偉晟 02/26 12:36
80F：推 action526 : 專業給推 02/26 13:02
81F：推 jack990568 : 電磁砲XDDDD 02/26 13:16
82F：推 feverpt : 就決定是你了!皮卡丘! 02/26 13:24
83F：推 DRPL : 解說的真詳細，充電系的。 長知識 02/26 13:39
84F：推 eric525498 : 推專業 02/26 14:00
85F：→ frank111 : 改成多點發射，攤提成一百個發射器分散四周 02/26 14:44
86F：→ frank111 : 每個點各自追蹤手機發射訊號，手機端就能集中能量 02/26 14:45
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,
87F：噓 nba00077 : 嘴 02/26 15:43
88F：推 Aka17142 : 好專業 02/26 15:43
89F：推 ferrinatice : 之前看他們的專利就快笑死。他們的顧問還是當年moto 02/26 16:27
90F：→ ferrinatice : rola發明手機的大老Orz 02/26 16:27
91F：推 erician : 你的公式套錯了，當然結論也是錯的 02/26 17:16
那請指教正確的公式以及計算過程.
92F：→ erician : EIRP的單位是dBW,你用19880W的值來說他超標百倍? 02/26 17:23
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.
93F：→ erician : 他就只是一般Wifi使用的功率而已，想太多 02/26 17:25
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.
94F：→ erician : 他們的無線充電裝置早就通過FCC認證好嗎 02/26 17:31
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?
95F：推 acsre : 好文 推 02/26 19:55
96F：→ alastorlion : 電波女4ni 02/26 20:08
97F：推 jackboy772 : 專業推 02/26 20:35
※ 編輯: john0312 (218.161.1.24), 02/26/2016 21:46:01
98F：推 doranako : iphone重新定法規，順便把其他設備打爆 02/26 21:29
99F：推 b23053812 : 專業推 02/26 23:07
100F：推 frozenmoon : 推 02/26 23:50
101F：推 pareto : 好神ㄚ!!! 02/27 00:27
102F：→ MXZR : 已存檔，Apple推出產品時這篇剛好拿來當簽名檔 02/27 00:52
103F：推 gagagu : 推 02/27 01:51
104F：推 morgan860320: 好文推 不過果粉會崩潰 02/27 11:25
105F：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 02/27 17:01
106F：→ royalflare : 解的話 02/27 17:01
107F：推 royalflare : 是一個點天線對外產生輻射(全方位) 所以才會到近兩 02/27 17:04
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?
108F：→ royalflare : 萬瓦 但前面有提到利用天線陣列來提升方向性 那實 02/27 17:04
109F：→ royalflare : 際上會有那麼大的功率嗎？ 或是這其實跟EIRP的定義 02/27 17:04
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.
110F：→ royalflare : 有關？ 謝謝 02/27 17:04
111F：推 cat031147 : 裹粉都心都碎光了 別這樣 02/27 21:07
※ 編輯: john0312 (218.161.1.24), 02/27/2016 23:28:05
112F：推 pirrysal : 好文推！ 03/03 04:14
113F：推 sam23697 : 專業 03/13 15:56
114F：推 xgrass : 可以請教您的公式來源嗎 除以接收面積看不懂 03/19 14:43
115F：推 capitalofz : 沒錯 就是電磁炮 03/22 05:09