1.2　无线电能传输技术的历史发展

无线电能传输技术一直是人们关注的课题，早在1890年，物理学家兼电气工程师Nicola Tesla就做了无线电能传输的实验，Nicola Tesla在纽约长岛建造了无线电能发射塔（沃登克里弗塔），如图1-1所示，设想利用地球本身和大气电离层为导体来实现大功率长距离的无线电能传输，该塔矗立在纽约长岛的特斯拉无线电力传输实验室内，塔高57m，球形塔顶直径为21m。Nicola Tesla想用它来实现全球无线电力传输，可惜由于资金缺乏，这个塔最终并未建成。Nicola Tesla是最早进行远距离无线输电实验的人，因而有人称之为无线电能传输之父。Nicola Tesla构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，建立在地面上的特斯拉电塔可以接收和发射能量（如图1-2所示），利用环绕地球的表面电磁波来传输能量（如图1-3所示）。后人虽然从理论上完全证实了这种方案的可行性，但世界还没有实现大同，想要在世界范围内进行能量广播和免费获取也是不可能的。因此，一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。

图1-1　Nicola Tesla进行无线电能传输实验

图1-2　特斯拉电塔

图1-3　环绕地球的表面电磁波传输能量

其后，Goubau、Sohweing等从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20年代中期，日本的H.Yagi和S.Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线，又称为八木-宇田天线。

20世纪60年代初期雷神公司（Raytheon）的W.C.Brown做了大量的无线电能传输研究工作，从而奠定了无线电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实。雷神公司在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线，将频率2.45GHz的微波能量转换为直流电，1977年雷神公司又在实验中使用GaAs-Pt肖特基势垒二极管，用铝条构造半波电偶极子和传输线，输入微波的功率为8W，获得了90.6%的微波-直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2.45GHz时效率达到了85%。自从Brown实验获得成功以后，人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975年，在美国宇航局的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5A计划，喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30kW的微波无线输送1.6km，其微波-直流的转换效率达83%。1991年，华盛顿ARCO电力技术公司使用频率35GHz的毫米波，整流天线的转换效率为72%，到了1998年，5.8GHz印刷电偶极子整流天线阵转换效率为82%。

1968年美国航空工程师Peter E. Glaser提出利用微波从太阳能卫星向地面传输电能的想法，即在地球同步轨道上建立空间太阳能发电站（SPS）。在随后的1977～1980年间，美国能源部和国家宇航局共同组织研究对SPS计划进行概念论证，肯定了其可行性。为应对能源危机，美国和日本等主要发达国家相继开展了空间太阳能电站的研究，极大地促进了无线电能传输技术的发展。

20世纪90年代，新西兰奥克兰大学John T. Boys 等对无线电能传输技术进行了深入研究，率先提出感应耦合电能传输（Inductive Coupled Power Transfer，ICPT）技术，经过多年的努力在理论和实践上取得了较多重大突破。

21世纪初，特别是近年来，便携式电子产品大量涌现，以及传感器无线网络技术与MEMS器件的发展，推动了无线供电与无线网络技术的研发，并在理论研究和实用化技术方面取得了初步的成果。2007年MIT的科学家Marin Soljacic等利用磁耦合谐振原理实现中距离的无线电能传输，在2m多的距离内将一个60W的灯泡点亮，传输效率达到40%左右。近几年来，世界各国研究人员对WPT 进行了深入研究，在理论和实践上都取得了很大进展。

俄罗斯在无线电能传输方面也进行了大量的研究。莫斯科大学与微波公司合作，研制出了一系列无线电能传输器件，其中包括无线电能传输的关键器件——快回旋电子束波微波整流器。近几年，无线电能传输发展更是迅速。Wildcharge、SplashPower、东京大学相继开发出非接触式充电器。