無線充電，也稱為無線電力傳輸，是一種使電源能夠跨越氣隙將電磁能量傳輸到電氣負載的技術，而無需互連電線。 這項技術因其便利性和更好的用戶體驗而吸引了廣泛的應用，從小功率牙刷到大功率電動汽車。 如今，無線充電正迅速從理論向商業產品的標準功能發展，尤其是手機和便攜式智能設備。 2014年，三星、蘋果、華為等眾多領先智能手機廠商開始發布內置無線充電功能的新一代設備。 IMS Research預計，到 2016 年，無線充電市場將達到 45 億。Pike Research估計，到 2020 年，無線充電產品將增加兩倍，達到 150 億市場。
電磁學的研究起源于 1819 年，當時 H. C. Oersted 發現電流會在其周圍產生磁場。 然后，導出安培定律、比奧-薩伐特定律和法拉第定律來模擬磁場的一些基本性質。 緊隨其后的是 1864 年引入的麥克斯韋方程，用于描述電場和磁場如何相互產生和改變。 后來，在 1873 年，J. C. Maxwell 的著作《電與磁論》的出版統一了電學和磁學的研究。 從那時起，眾所周知，電和磁是由相同的力調節的。 這些歷史性的進步奠定了現代電磁學的理論基礎。
伴隨著電場和磁場兩大研究路線，歷史見證了一系列重要的技術突破。 1888 年，H. R. Herts 使用與感應線圈相連的振蕩器通過一個微小的間隙傳輸電力。這首先通過實驗證實了電磁輻射的存在。交流電的創始人尼古拉·特斯拉是第一個進行基于微波技術的無線電力傳輸實驗的人。他專注于長距離無線電力傳輸，并于 1896 年實現了微波信號在 48 公里左右的距離傳輸。1899 年實現了另一重大突破，將 108 伏的高頻電力傳輸到 25 公里的距離。英里來點亮 200 個燈泡并運行電動機。但是，特斯拉應用的技術必須被擱置，因為在電弧中發射如此高的電壓會對附近的人類和電氣設備造成災難性影響。
大約在同一時期，特斯拉還通過引入著名的“特斯拉線圈”，為推動磁場進步做出了巨大貢獻，如圖1所示。
圖1 特斯拉線圈
1901 年，Tesla 建造了 Wardenclyffe 塔，如圖2所示，通過電離層在沒有電線的情況下傳輸電能。 然而，由于技術限制（例如，由于大規模電場導致系統效率低），該想法尚未得到廣泛的進一步開發和商業化。 后來，在 1920 年代和 1930 年代，人們發明了磁控管，將電能轉換為微波，從而實現長距離無線電力傳輸。 然而，沒有辦法將微波轉換回電能。 因此，放棄了無線充電的發展。
圖2 沃登克里夫塔
直到 1964 年，被視為實用無線充電首席工程師的 WC Brown 通過整流天線實現了微波到電能的轉換。Brown 通過為模型直升機供電演示了微波功率傳輸的實用性，如圖3，它啟發了日本和加拿大在 1980 年代和 1990 年代期間對微波動力飛機的以下研究。
圖3 微波動力飛機
1975 年，Brown 在 1 英里的距離內以 84% 的功率發射 30kW，與 JPL 戈德斯通設施的金星站點 ，如圖 4所示。太陽能衛星（SPS）于 1968 年推出，是長距離微波功率傳輸的另一個驅動力 。這個概念是在地球靜止軌道上放置一個大型 SPS 以收集太陽光能量，并通過電磁束將能量傳輸回地球。NASA 的 SPS 參考系統項目在 1970 年代和 1980 年代推動了大規模微波傳輸的大量技術發展。同一時期，基于耦合的技術發展緩慢。盡管用于低功率醫療應用的電感耦合在 1960 年代取得了成功并得到了廣泛應用，但并沒有太多的技術進步。
圖4 JPLs Goldstone設施
最近對無線充電研究的興趣高漲主要是由于便攜式電子設備市場的需要。 1990年代，由于便攜式電子設備的爆炸式廣泛普及，商業化的無線充電產品開始出現。 基于遠場和近場的無線充電方法都在取得進展。2007 年，Kurs 等人提出了 Witricity 技術，如圖 5 所示，通過實驗證明中程無輻射無線充電不僅實用，而且 也有效率。 此外，輻射無線充電系統如 Cota 系統、PRIMOVE 和 Powercast 無線可充電傳感器系統 （如圖 6所示）已經商業化。
圖5 Witricity系統
圖6 Powercaster 發射器和接收機
最近，已經建立了許多不同的聯盟，例如無線充電聯盟 (WPC)、電力事務聯盟 (PMA) 和無線充電聯盟 (A4WP)，以制定無線充電的國際標準 . 如今，這些標準已在市場上的許多電子產品中采用，例如圖7所示的智能手機和無線充電器。
圖7 Qi 充電板
2014 年底，一項名為磁性 MIMO (MagMIMO) 的突破性技術如圖8所示， 已被設計用于執行基于磁波的多天線波束成形。 該技術為磁場波束形成研究開辟了一個領域。 無線充電的歷史將繼續！
圖8 磁MIMO系統