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手机的无线电历史
无线充电在手机领域的历史最早可以追溯到2009年。这一年上市的Palm Pre采用3.1英寸触控“大屏幕”，配备侧滑全键盘，是Web OS系统的旗舰之作。Palm Pre可以通过一个名为“TouchStone”（点金石）的配件，实现无线充电功能（图1）。由于当年技术还不成熟，Palm Pre必须放在固定位置，确保背壳上的线圈100%对准点金石才能充电。
Qi兼容标准正式出炉
2012年，无线充电联盟（WPC）制定了统一的“Qi”无线充电标准（图2），它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈，凡是通过Qi标准认证的产品（手机和无线充电底座），它们之间可以做到相互兼容（但充电功率可能会降到5W～7.5W），而且对线圈摆放位置不再那么严苛，大体对准即可充电。
还是在这一年，诺基亚先后发布了2款支持Qi标准的手机Lumia 920和Lumia 810，让更多科技控们享受到了可以摆脱线缆束缚的无线充电魅力（图3）。可惜，诺基亚此时已经日薄西山，因此无线充电功能并没有被更广泛的消费者所认知。
无线充电的普及之光
时间一晃到了2017年，随着iPhone 8系列将无线充电功能纳入标配，这种炫酷的技术才真正步入爆发阶段，并被更多的高端Android手机列装，相关的无线充电外设品牌也如同雨后春笋一般不断涌现（图4）。
小提示
三星从2015年发布的GalaxyS6开始就全面引入了无线充电功能（Ga l a x y S5其实也支持，但需要搭配特制的后盖）。只是三星的影响力不如苹果，所以业内普遍还是习惯将iPhone 8视为无线充电技术推广的最大功臣。
虽然三星和苹果是最早引入无线充电功能的智能手机品牌代表，但它们在充电功率的设计上还是太过保守，哪怕是最新上市的iPhone 12和Galaxy 21也僅支持15W无线快充（见表）。反观国产手机品牌，虽然支持无线充电功能的起步时间较晚，但在充电功率方面却是一路高歌猛进。以小米为例，从MIX 2S的7.5W到2020年10月发布的80W无线闪充技术，无线充电的效率已经媲美有线闪充（图5）。
爆发的无线充电功率
从底层的技术原理来看，无线充电技术可以分为三大方案——电磁感应式无线充电、电磁谐振式无线充电和射频（RF）式无线充电。从第一款支持无线充电的Palm Pre手机，再到最新上市的骁龙888旗舰，它们采用的都是基于电磁感应式的无线充电技术。
电磁感应技术原理
我们先来复习一下初中功课。电生磁、磁生电，变化的磁场会产生电场，这就是电磁感应式无线充电背后的技术原理。
市面上所有支持无线充电的手机，都会在手机后盖内和无线充电底座内，分别嵌入接收端和发射端专用的线圈（还包括转换和识别、电源管理等芯片），当电能输入到发射端线圈时就会产生一个周期性变化的磁场，接收端的线圈感应到磁场变化就会产生电流，从而实现充电（图6）。
该方案的优势是技术成熟成本低，转换效率相对较高。但它的缺点也很明显，那就是充电距离极短，需手机和充电座对准接触才能保证最佳充电效果（图7）。
为了实现差异化竞争，各大手机厂商都在想办法提升电磁感应式无线充电技术的功率。大体思路就是想办法降低电池和各个零部件的内阻（降低发热）以及优化线圈设计（输出/接收更高功率）。
以OPPO在2020年4月发布的40W AirVOOC技术为例，它基于串联双电芯架构设计，无线充电时只需充电底座一接收线圈1次降压，较之传统单电芯无线充电方案的2次降压转换效率更高，发热量更小（图8）。同时，OPPO还采用了阻抗更低的接收线圈和自研的高压隔离型电荷泵，让电能可以直接充入电池，实现真正的无线直充。
到了2020年7月发布的65WAirVOOC技术时，它延续了隔离型电荷泵技术和双电芯架构，并改用双无线充电引擎，即无线充电底座端双线圈发射一手机端双线圈接收（图9），从而实现了65W的更大充电功率。
小米在2020年10月还公布了80W无线闪充技术，它采用双线圈的充电底座以及特别定制的更高效无线充电架构和芯片。包括复合式线圈系统、MTW多极耳快充电池、双6C串联电芯，配合多级递变电流调控以及MiFC快充等众多加速技术，4000mAh电池8分钟即可充50%，19分钟就能充至100%（图10）。
需要注意的是，小米最新发售的小米11 Pro和小米11 Ultra手机采用了单电芯方案，在搭配80W无线充电底座时只能实现67W快充，这还是建立在定制行业首个30V无线充电芯片、行业首个30V电压输入的6：2电荷泵以及全新硅氧负极电池和MTW多级耳电芯的基础上（图11）。但即便如此，它们也已经打破了华为Mate 40 Pro系列、荣耀V40、小米11这几款单电芯手机50W的无线充电纪录了。
总之，无线充电提升功率的思路可以参考有线充电（详见本刊2020年第16期《突破百瓦梦想浅析智能手机的新一代闪充技术》这篇文章），无非就是将充电头换成无线充电底座内的线圈，一个不成变两个，并用风扇解决发热问题，同时引入多极耳和6C电芯，以及包括电荷泵在内的各种可降低内阻的零部件或技术。
来自阳空充电的秘密
除了提升无线充电的功率，手机厂商们还在想办法提升无线充电的距离，从而实现更具科幻效果的“隔空充电”能力。此时，就轮到电磁谐振式和射频式无线充电技术登场了。
电磁谐振式无线充电
该方案由能量发送装置和能量接收装置组成，当发射端和接收端达到相同的频率时就能产生磁场共振从而实现能量交换。我们可以将其视为电磁感应式的“升级版”，理论上只需在次级线圈（手机内）增加一个电容构成谐振回路就能与充电底座上固定频率的交流电形成共振，从而获得有效充电距离更远，并且能够实现一对多的无线充电体验（图12）。
OPPO在2021年2月的MWC21上海中展示OPPO X 2021卷轴屏概念机的隔空充电功能，就是基于磁场共振式无线充电的原理。该方案支持的最远充电距离为15cm，从现场的展示来看，即使手机与合有磁共振模块桌面相隔10cm以上，而且手机呈60度倾斜也能保持同频，无损耗实现最高7.5W的充电功率（图13），真正摆脱了充电线、无线充电底座的束缚，体验边充边用的自由畅快。
需要注意的是，电磁谐振式方案的无线充电效率相对较低，转换率只有70%左右，基本和“快充”无缘了。此外，磁场共振需要强磁场作为基础，想要进一步增加无线充电的有效距离（如超过1米）存在很大的健康隐患，所以在可预见的未来，10cm～20cm就是该技术的距离上限了，最常见的使用场景就是隔着桌面，同时为手机、无线耳机等多部设备“隔桌充电”（图14）。
现在市面上就已经可以买到采用电磁谐振式方案的无线充电底座了，只是充电距离多在5cm以内且充电功率不高，兼容现有的Qi无线充电标准
射频式无线充电
如果你想体验更远距离的无约束充电体验，那就需要射频式无线充电技术帮忙了。该方案以空间电场作为能量传输媒介，从而实现电能的更远距离无线传递。2021年1月摩托罗拉和小米发布的隔空充电技术，就都是基于这一方案打造出来的，只是两个厂家选择的射频源不同，摩托罗拉选用的是激光，小米则是毫米波。
其中，小米的隔空充电系统（可以理解为充电桩）内置5个相位干涉天线，可对手机进行毫秒级空间定位，精准探测手机位置（图15）。144个天线构成的相位控制阵列，则通过波束成形将毫米波定向发射给手机，手机通过微型信标天线接收，再通过整流电路转化为电能，即可实现数米范围内5W功率充电。 用户只要拿着手机进入充电桩的覆盖范围（如客厅），就能自动实现隔空充电，边玩边充，有异物遮挡也不影响，哪怕是多设备也可同时进行5W功率的充电（图16）。用雷军的话说，未来客厅，包括音箱、台灯等小型智能家居产品，都可以实现无线供电设计，摆脱电线束缚，真正实现客厅无线化。
摩托罗拉的隔空充电技术虽然原理和小米的相似，但由于激光能量过高，所以在自由度上就存在限制了。以官方演示的视频为例，将2部手机分别放在充电发射器正前方0.8米和1米位置后都能进入充电状态。但是，当用手（人体）遮住充电发射器时两台手机会停止充电，但其他异物则不会影响充电（图17）。
没办法，毫米波由于频率低、波长长，所以它的绕射性和安全性优于激光，在房间内可以绕过绝大多数小规模障碍物。激光的高能量在长时间照射在人体表面可能会产生灼伤，所以摩托罗拉的隔空充电系统需要在检测到人体遮挡时提供必要的安全保护。
目前，OPPO、摩托罗拉和小米的隔空充电技术都还没有正式的商业化量产，都需要在确保安全性和转换效率的前提下进一步降低成本。但是从应用前景来看，小米主打的“毫米波+波束成形”隔空充电技术无疑更符合我们的预期，毕竟现在很多人家中存在包括智能手表、智能电子秤、智能音箱等无数内置电池的IoT设备，如果今后此类产品只要放进客厅充电桩的覆盖范围就能随时补电，想想就很美妙。
无线充电的新标准来了
2021年2月19日，中国工业和信息化部发布了《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定（征求意见稿）》，规定自2022年1月1日起，所有生产、进口在国内销售、使用的移动和便携式无线充电设备（不仅限于手机）额定传输功率要求不超过50W，并对工作主频、电磁辐射等方面也进行了更严格的限制（图18）。
如果這个规定被最终执行，无疑会打断手机厂商之间的“军备竞赛”，超过50W且至今还未商业化的无线充电技术将永远停留在概念阶段。但是，有了国家标准之后，可以让手机厂商之间不再以无线充电的功率高低作为宣传噱头，而是潜下心将研发精力投入到提升安全稳定、发热噪音更小的技术上来，对整个无线充电行业的商业量产化将起到更积极的促进作用。