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无电池手机诞生,帮你告别“充电焦虑”
日期: 2017/07/10 10:50 阅读: 260
来源:搜狐科技

现在,电池正成为电子产品发展的阻碍之一。虽然一些无电池传感器可以在无外部能源的情况下传输少量的数据,但大多数电子产品仍需要笨重的电池来供能。为了解决这个问题,科学家们设计了一款不需要电池的手机,而通过接收附近基站的射频电波来给自身供能。

华盛顿大学团队打造的这款无电池手机,不仅能够从射频波(频率范围从300KHz~300GHz之间)中得到能量,而且可以通过背散射技术修正、反射相同的射频波实现给基站回拨语音电话的功能。该团队认为,这一设计可能会对日后的手机行业产生深远影响。

基于现有的组件,他们的手机装置可以利用从射频获得的能量拨打电话给9.4米处的定制基站。同时,团队还打造了配有光电二极管的装置,利用光电效应转化环境光给手机供能,将有效工作距离提高到了 15.2 米。

这个手机呼出或者接收一个电话只消耗 2 到 3 毫瓦功率。目前手机的设计只支持语音通话, 还未支持数据传输。对此,手机装置的发明者们认为,在一些特定情况下,这个装置是非常有用的。

Vamsi Talla在华盛顿大学做电子工程博士后的时候发明了这款手机装置,正如他所说:“你可以想象这样的场景,当你的手机电池没电的时候,你至少还有足够功率拨打911紧急电话。这个装置将会是你的救。”

由于功率的限制,目前许多无源传感器传输信息具有间歇性的特点,比如每隔一分钟左右才传输一次信息。又或者,在RFID(无线射频识别)标签的下,一些无源传感器必须非常接近读取器,以便有足够的功率传输消息。

在本月早些时候发表的一篇会议论文中,现任Jeeva Wireless的首席技术官Talla同他的同事认为,他们的这项设计是朝实现无电池手机道路上的一个大跨步。他们希望最终能打造出可以远距离持续发送或接收数据、语音的无电池设备。正如Talla说的,我们向世界展示的无电池设备不应该只是个传感器,它可以是一整个实时性系统,你可以用它切实的做一些有用的事情。

卡内基梅隆大学电气工程系教授Raj Rajkumar认为,这项研究在是无线电传输研究过程中具有新意的一步。同时他也指出,下一步的研究或许需要评估用射频这一方式向移动设备传输功率的安全性。

现在,该设备只支持用户在定制基站的近距离内使用。Talla补充道,对于那些需要拨打紧急电话的用户,基站不可能总是在他们的附近,不过随着5G网络的推出,预计供应商将大幅的增加基站密度,最起码在城市范围内这一情况将有所改观。同时,由于在最初的测试中,基站向设备发射的是只是915兆赫单一频段的电波,Talla期待可以在其他频段上实现更远的接收距离。

无电池手机通过驻极体话筒的模拟信号来实现拨打电话的功能。话筒内包含一个静电震动膜片,膜片与金属板构成一个电容器,当说话的时候,声音引起的振动膜片震动膜片发生形变,与金属板构成的电容器将产生一个小电压。麦克风通过射频开关连接到天线,电压从麦克风传到天线直接改变射频波中嵌入单频波的振幅,改变的信号利用背散射技术反射回基站。与传统无线电相比,这些方法使手机的功耗降低了三到四个数量级。

这部手机的一部分设计灵感来源于俄罗斯政府在1940年代后期送给美国驻莫斯科大使馆的美国大纹章雕像,里面安装有一个用无线电波运行无源监视的装置。

另外,这款手机是半双工的(half-duplex:数据可以在一个信号载体的两个方向上传输,但是不能同时双向传输),这也意味着用户可以听或说话,但不能同时实现。其中还设置有一个微控制器控制着射频开关,当用户按下开关说话的时候,射频开关就将话筒连到天线上;当要听的时候,射频开关就与耳机相连。

为了将能耗降到最小,团队需要更多地去优化处理设备与基站传输间的传输过程。现在的智能手机包含有传输前将模拟声音信号转换到数字信号的组件,以及接收时将来自基站的数字信号转换为模拟声音信号的组件。而在本次的新系统中,基站将负责这些转换并连接全国范围的蜂窝网络,将它接收到的电话和信息转发给用户。

http://www.chubun.com/modules/article/view.article.php/c108/171390
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