不用电线！
隔空输电！
20米！
千瓦级功率！
最近有一群人干了件大事。
中国电科院牵头承担的
“十米级微波无线电能传输技术研究”
项目通过验收，
首次实现电能无线传输20米。
可能有朋友说，
这个创意不新鲜了啊！
无线输电技术又不是才有的，
我的手机就可以无线充电！
1890年，天才发明家
尼古拉·特斯拉提出无线输电构想。
100多年过去了，
没有出现突破性、规模化的成果。
直到2007年，
麻省理工学院研究团队才成功
为一个两米外的60瓦灯泡供电。
如今，无线充电技术
已应用在一些电器上……
“十米级微波无线电能传输技术”
可比手机无线充电厉害多了！
毕竟，一个，那么远↓
一个，这么近↓
一个功率达到千瓦级，
一个功率只有十几瓦。
再说，它们的原理大不同。
手机无线充电，
利用的是我们中学物理学过的
“电磁感应”原理。
这种方式只适合近距离充电，
还得特定“姿势”对准。
这些限制条件也就决定了
要解锁电网的无线输电，
还得找点新法子。
有主意了
原理
想要实现无线输电，首先要解决的是距离问题并兼顾提高输电功率和减少损耗。
在常见无线输电技术中，微波输电距离在理论上是最远的：只要在菲涅尔区范围内（下图椭圆形区域内）就可以。
“十米级微波无线电能传输技术”利用的就是微波传输原理。电能被转成微波能，经发射天线发射、整流天线收集整流后供给负载。
微波无线电能传输系统示意图。
微波无线输电难点在于传输距离、功率、效率等指标间的相互制约。这也是项目团队主要攻克的技术难关。
确定样机的传输距离是10米级后，项目团队要选择最适合样机的无线输电频段。
在国际通信联盟规定的可自由开发的12个频段中，考虑到微波源小型化以及大气衰减，项目团队最终确定了实验频段。
在这个频段里，按照一定的发射功率要求，能避免干扰其他频段，同时该频段对微波源的体积要求不是很高，微波传输效率也在开放频段中最高。
实验成功
2019年1月，中国电科院与国内4家科研院校和企业单位组成技术团队，在千瓦级微波源小型化（发射层面）、低衍射高聚焦天线设计方法（传输层面）、分区阵列的整流网络设计方法（接收层面）等方面开展技术攻关。
✄技术攻关：攻克小型化大功率微波源研制、无衍射聚焦天线设计、高效率微波整流设计、大功率微波功率合成技术以及系统整体优化等难关。
项目开发样机的阵列天线。
✄研制成果：十米级微波无线电能传输样机研制成功，其发射功率大、传输距离远、单管微波整流效率高。
✄试验内容：在国内首次开展了基于第三代半导体（氮化镓二极管）整流天线的千瓦级微波无线电能传输试验。
传输功率千瓦级，
传输效率25.5%，
传输距离20米。
这一技术，
在传输距离、功率、效率上
达到世界先进水平。
问 隔空发射后的电能干啥？
这次试验的传输功率达到了千瓦级。如果传输功率是1千瓦，那意味着隔空传输后还剩255瓦，能点亮近90个3瓦的节能灯泡，或者带动两台常见的电冰箱……
问 25.5%、20米是啥水平？
一句话：在“性价比”上，没技术赶得上它。
综合考虑并平衡优化传输距离、功率、效率等指标，该实验前进了一大步。
因为如果只追求远，那可能只能得到不实惠的“远”，传输机的重量、体积以及传输效率都堪忧。
所以，国外报道的类似的无线输电技术，可能输电距离更远点，但传输效率要么避而不谈，要么只有百分之几。
问 还能更远点吗？
理论上可以。只要目标传输距离在菲涅尔区范围内，均可以实现无衍射传输。
根据菲涅尔区半径计算公式，如果选择更大的发射阵列孔径，采用更短的波长，即可以实现更远的无衍射传输。技术应用的难点主要在于工程实现，如如何实现收发阵列小型化、高频器件选择以及系统综合优化等。
头条君翻译一下：理论上，想多远都可以，只要调整其他参数；实践上，因为材料、技术限制，实现太远距离无线输电有难度。
这次试验成果为后续持续提升微波无线输电的传输距离、传输效率和电磁环境安全特性，实现百米级乃至公里级无线输电技术在电力系统中的示范应用奠定基础。
未来，可以更远、更高效、更安全！
这么厉害！
岂不是无人机巡线时可以无限续航？
因台风暴雨洪水停电时，
能先隔空给重要客户“续电”啦？
甚至，路上看不到电线啦？
完全不用电线，
短期内还不太可能，
毕竟提高微波传输效率是人类难题。
不过，作为传统有线输电网络
的辅助和补充，
微波长距离无线电能传输技术
可在一些特殊场景下发挥作用。
危险的深山峡谷，
可能真不用爬天梯去送电了↓
海岛告别电力“孤岛”，
也不必靠海底电缆啦↓
无人机巡视不必再返航充电了，
效率杠杠的↓
高空作业平台、机器人
也不必频繁启停↓
暴雨台风天里，
不用再冒雨涉水艰难送电了↓
毕竟，
隔空输电，
把一切都安排得妥妥的。
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