无线充电，也称为无线电力传输，是一种使电源能够跨越气隙将电磁能量传输到电气负载的技术，而无需互连电线。 这项技术因其便利性和更好的用户体验而吸引了广泛的应用，从小功率牙刷到大功率电动汽车。 如今，无线充电正迅速从理论向商业产品的标准功能发展，尤其是手机和便携式智能设备。 2014年，三星、苹果、华为等众多领先智能手机厂商开始发布内置无线充电功能的新一代设备。 IMS Research预计，到 2016 年，无线充电市场将达到 45 亿。Pike Research估计，到 2020 年，无线充电产品将增加两倍，达到 150 亿市场。
电磁学的研究起源于 1819 年，当时 H. C. Oersted 发现电流会在其周围产生磁场。 然后，导出安培定律、比奥-萨伐特定律和法拉第定律来模拟磁场的一些基本性质。 紧随其后的是 1864 年引入的麦克斯韦方程，用于描述电场和磁场如何相互产生和改变。 后来，在 1873 年，J. C. Maxwell 的著作《电与磁论》的出版统一了电学和磁学的研究。 从那时起，众所周知，电和磁是由相同的力调节的。 这些历史性的进步奠定了现代电磁学的理论基础。
伴随着电场和磁场两大研究路线，历史见证了一系列重要的技术突破。 1888 年，H. R. Herts 使用与感应线圈相连的振荡器通过一个微小的间隙传输电力。这首先通过实验证实了电磁辐射的存在。交流电的创始人尼古拉·特斯拉是第一个进行基于微波技术的无线电力传输实验的人。他专注于长距离无线电力传输，并于 1896 年实现了微波信号在 48 公里左右的距离传输。1899 年实现了另一重大突破，将 108 伏的高频电力传输到 25 公里的距离。英里来点亮 200 个灯泡并运行电动机。但是，特斯拉应用的技术必须被搁置，因为在电弧中发射如此高的电压会对附近的人类和电气设备造成灾难性影响。
大约在同一时期，特斯拉还通过引入著名的“特斯拉线圈”，为推动磁场进步做出了巨大贡献，如图1所示。
图1 特斯拉线圈
1901 年，Tesla 建造了 Wardenclyffe 塔，如图2所示，通过电离层在没有电线的情况下传输电能。 然而，由于技术限制（例如，由于大规模电场导致系统效率低），该想法尚未得到广泛的进一步开发和商业化。 后来，在 1920 年代和 1930 年代，人们发明了磁控管，将电能转换为微波，从而实现长距离无线电力传输。 然而，没有办法将微波转换回电能。 因此，放弃了无线充电的发展。
图2 沃登克里夫塔
直到 1964 年，被视为实用无线充电首席工程师的 WC Brown 通过整流天线实现了微波到电能的转换。Brown 通过为模型直升机供电演示了微波功率传输的实用性，如图3，它启发了日本和加拿大在 1980 年代和 1990 年代期间对微波动力飞机的以下研究。
图3 微波动力飞机
1975 年，Brown 在 1 英里的距离内以 84% 的功率发射 30kW，与 JPL 戈德斯通设施的金星站点 ，如图 4所示。太阳能卫星（SPS）于 1968 年推出，是长距离微波功率传输的另一个驱动力 。这个概念是在地球静止轨道上放置一个大型 SPS 以收集太阳光能量，并通过电磁束将能量传输回地球。NASA 的 SPS 参考系统项目在 1970 年代和 1980 年代推动了大规模微波传输的大量技术发展。同一时期，基于耦合的技术发展缓慢。尽管用于低功率医疗应用的电感耦合在 1960 年代取得了成功并得到了广泛应用，但并没有太多的技术进步。
图4 JPLs Goldstone设施
最近对无线充电研究的兴趣高涨主要是由于便携式电子设备市场的需要。 1990年代，由于便携式电子设备的爆炸式广泛普及，商业化的无线充电产品开始出现。 基于远场和近场的无线充电方法都在取得进展。2007 年，Kurs 等人提出了 Witricity 技术，如图 5 所示，通过实验证明中程无辐射无线充电不仅实用，而且 也有效率。 此外，辐射无线充电系统如 Cota 系统、PRIMOVE 和 Powercast 无线可充电传感器系统 （如图 6所示）已经商业化。
图5 Witricity系统
图6 Powercaster 发射器和接收机
最近，已经建立了许多不同的联盟，例如无线充电联盟 (WPC)、电力事务联盟 (PMA) 和无线充电联盟 (A4WP)，以制定无线充电的国际标准 . 如今，这些标准已在市场上的许多电子产品中采用，例如图7所示的智能手机和无线充电器。
图7 Qi 充电板
2014 年底，一项名为磁性 MIMO (MagMIMO) 的突破性技术如图8所示， 已被设计用于执行基于磁波的多天线波束成形。 该技术为磁场波束形成研究开辟了一个领域。 无线充电的历史将继续！
图8 磁MIMO系统