專家文章:5G將圓無線供電夢?

2021年09月22日20:57

原標題:專家文章:5G將圓無線供電夢? 來源:參考消息網

參考消息網9月22日報導 英國“對話”網站發表題為《尼古拉·台斯拉:5G網絡可實現其一個世紀前破滅的無線供電夢》的文章,作者是英國考文垂大學研究院副院長埃萊娜·高拉。全文摘編如下:

在職業生涯的巔峰時期,電氣工程師先驅尼古拉·台斯拉沉迷於一種想法。他提出理論稱,電力可以在空氣中實現遠距離無線傳輸——可以通過一系列精心佈局的高塔,或是一組懸浮的氣球。

事情沒有如願發生,台斯拉發展全球無線供電的雄心一直沒有實現。但這一理論本身並未被推翻:只是需要使用大量電力,其中大部分都會被白白浪費。

如今,有一篇研究論文提出,5G網絡工程師可能在不經意間建立了台斯拉在20世紀之交未能構建的東西:可用於為汽車、住宅、辦公場所和工廠的小型設備充電或供電的“無線電網”。

5G技術依賴密集的基站網絡和高性能天線,因此,通過對同樣的基礎設施進行微調,就可能實現向小型設備供電。但這種傳輸仍將受限於台斯拉塔的主要缺點——高耗能。鑒於氣候危機迫在眉睫,這應該很難被接受。

數十年前,人們發現,密集的無線電波束可以實現較遠距離輸電,無需通過電線來攜帶電荷。這種技術如今被用於5G網絡領域,這是通過局域天線傳輸的無線電波為手機聯網的最新一代技術。

5G技術的目標是提供比4G網絡快1000倍速度,每平方公里最多能連接100萬用戶——讓那些在音樂節或體育賽事現場找信號的時刻成為過去。

為支援這些升級,5G技術使用了神奇的工程方法,這種方法包括三個部分:有更多基站的密集網絡、特殊的天線技術以及在傳統波段之外增加毫米波傳輸。

最後提到的毫米波以縮短傳播距離為代價提供更大帶寬。大多數無線路由器都在2GHz頻段運行。如果你的路由器選擇5GHz頻段,你就會發現在線觀影變得更加流暢——但必須靠近路由器才行。

如果進一步提高頻率(例如30GHz以上的毫米波),你會獲得更大帶寬,但需要更靠近基站才能接入網絡。這就是5G基站比4G基站更密集的原因。

前面提到的工程方法中,最後一點是大幅增加天線數量——在128至1024個天線之間,而4G的天線數量要少得多(某些情況下只有兩個)。多天線技術使基站能夠針對特定目標形成數以百計的鉛筆狀波束,為移動中的手機提供高效穩定的網絡連接。

這些恰恰也是創建無線電網所需要的。

這些實驗使用了新型天線來實現無線充電。在實驗室中,研究人員能在兩米多的較短距離內利用電波輸送5G電力,但他們預計,未來的設備將能在180米的距離內傳輸6微瓦(1微瓦等於1瓦的百萬分之一)。

一般物聯網設備需要消耗大約5微瓦,但僅限於深度睡眠模式。當然,隨著巧妙的算法和更高效的電子器件的研發,物聯網設備所需的電力會越來越少,但6微瓦仍是非常小的電量。

這意味著,至少在目前,5G無線供電不太可能在日常生活中為手機充電。但它可以為傳感器和報警器等物聯網設備充電或供電,這些設備未來將會更加普及。

例如,工廠可能會使用數百個物聯網傳感器來監測倉庫狀況、預測機器故障或追蹤生產線上的零部件動態。若能直接通過波束向這些物聯網設備輸送電力,將激勵人們尋找更高效的生產方法。

但在這之前,還有一些挑戰有待克服。為實現無線供電,5G基站將消耗大約31千瓦能量,相當於10個電水壺在不斷燒水。

儘管科學家已經廣泛駁斥了有關5G技術可能致癌的擔憂,但基站發射出如此多能量可能並不安全。粗略計算顯示,根據美國聯邦通信委員會製定的安全規定,用戶必須與基站保持16米以上的距離。

即便如此,這項技術仍處於起步階段。未來當然可能有方法——例如配備能發射更窄、更有針對性波束的新天線——來大幅降低基站需要和浪費的能量。

現在提出要構建的這個系統讓人聯想到羅爾德·達爾的《查理和巧克力工廠》,其中實現了用電波將糖果傳進電視——但必須用一塊巨大的巧克力才能在另一端產生一塊小得多的巧克力。

目前來說,5G無線供電只是一種設想,因為相對於向設備提供的電力而言,它消耗的電力實在太多。但是,如果工程師能找到更高效的方法通過電波在空氣中輸送電力,那台斯拉先生的無線供電夢或許能夠實現——在他的努力失敗100多年後。

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