无线电能传输技术的分类
无线电能传输技术按传输机理的不同，可分为电磁感应式、电磁谐振式、电磁辐射式、激光方式、电场耦合式及超声波方式等；按电磁场距离场源的远近，可分为近场耦合式和远场辐射式。其中，电磁感应式、电磁谐振式和电场耦合式为近场耦合式无线电能传输，电磁辐射式和激光方式则为远场辐射式无线电能传输。
电磁感应式和电磁谐振式无线电能传输技术利用发射线圈产生的交变磁场将电能耦合到接收线圈，从而实现对负载的无线电能传输。其中，电磁感应耦式技术发展较为成熟，传输功率较大，在较短的传输距离内传输效率较高，随着传输距离的增大，传输效率迅速变小；电磁谐振式是磁感应耦合式的一种特例，通过发射接收线圈的磁耦合谐振实现高效非辐射能量传输，传输距离比磁感应式要大，属于中等距离无线电能传输技术。电磁辐射式和激光式无线电能传输技术利用电磁场远场辐射效应在自由空间进行电能传输，电磁辐射式无线电能传输技术传输距离较远，传输过程中的大气损耗较小，但微波发散角大，功率密度低；而激光式无线电能传输技术具有定向性好、能量密度高等特点，但定向精度要求高，目前技术仍不够成熟。
目前国内外研究机构研究较多的无线电能传输技术根据基本结构和工作原理分为两大类共四种方式，即分为辐射式和非辐射式，其中辐射式无线电能传输技术分为激光式无线电能传输技术、电磁辐射式无线
电能传输技术；非辐射式无线电能传输技术分为电磁谐振式无线传输技术和电磁感应式无线电能传输技术。激光式无线电能传输技术和电磁辐射式无线电能传输技术可用于远距离电能传输；电磁谐振式无线电能传输技术适于中等距离电能传输；电磁感应式无线电能传输技术可用于近距离电能传输。
表1-2是以上四种无线电能传输技术和传统供电技术特点的比较。
表1-2 无线电能传输技术和传统供电技术的比较
1.3.1 激光式无线电能传输
激光式无线电能传输的基本结构原理如图1-4所示。激光方式无线电能传输系统的组成部分主要包括激光发射部分、激光传输部分和激光–电能转换部分。其中，激光发射部分由激光驱动器和激光器组成，激光传输部分由光学发射天线、光学接收天线和传输控制模块组成，激光–电能转换部分由光电转换器和整流稳压器组成。激光方式无线电能传输的工作原理是，激光发射模块发出特定波长的激光，激光束通过光学发射天线进行集中、准直整形处理后发射，并通过自由空间到达接收端，且经过光学接收天线接收聚焦到光电转换模块上完成激光–电能的转换。传输控制模块控制激光光束发射方向，使光束与光伏电池板正入射，实现最高的光电转换效率。
图 1-4  激光式无线电能传输的基本结构原理图
图1-4所示激光式无线电能传输系统的总传输效率为：
（1-1）
式中：ηe -o ——激光器的电–光转换效率；
ηt ——光学发射的透射效率；    ηr ——接收天线的透射效率；  ηo -e ——光电转换器的光–电转换效率。
因此，为提高系统的总体传输效率，需选用高效可靠的器件，并对各个环节进行优化，从而实现系统的最大传输效率。
激光式无线电能传输技术有待研究的关键问题主要包括激光器的温度控制、激光光束准直技术、激光–电能转换效率的提高，以及光学接收天线的设计等。通过相关的应用试验可以看出，该技术在空间无线能量传输和高空飞行器或无 人飞机领域有广泛的应用前景。
1.3.2电磁辐射式无线电能传输
对无线电能传输技术来说，能量传递的效率是最重要的。因此，方向性强、能量集中的激光与具有类似性质的微波束是实验优先选择的途径。但激光光束在空间传输易受到空气和尘埃的散射，非线性效应明显，且输出功率小，因此，微波传输能量成为首选。
微波是指那些频率在300~3000 MHz 之间的电磁波，它的波长在1 m~1 mm 之间。电磁波俗称无线电波，它是人们非常熟悉的一个概念。正是由于它的发现，才奠定了广播、电视和现代通信技术的基础。
电磁波不仅能传输信号，它也能传输电能。美国一家Power Cast 开发了这项技术，可为各种电子产品充电或供电，包括耗电量相对较低的电子产品，诸如手机、MP3随身听、温度传感器、助听器，甚至汽车零部件和医疗仪器。整个系统基本上包含了两个部件，称为Power Caster 的发射器模块和称为Powerharvester 的接收器模块，前者可插入在插座上，后者则嵌入在电子产品上。发送器发射安全的低频电磁波，
接收器接收发
e-o t r o-e
ηηηηη=
射频率的电磁波，据称约有70%的电磁信号能量转换为直流电能。该项技术之所以会得到多家厂商的青睐，原因在于它独特的电磁波接收装置，能够根据不同的负载、电场强度来作调整，以维持稳定的直流电压。
电磁波无线能量传输技术直接利用了电磁波能量可以通过天线发送和接收的原理，例如微波无线能量传输技术，就是利用微波转换装置把直流电转变为微波，然后由天线发射出去；大功率的电磁射束通过自由空间后被接收天线收集，经过微波整流器后重新转变为直流电。它的实质就是用微波束来代替
输电导线，通过自由空间把电能从一处输送到另一处。该技术可以实现极高功率的无线传输，但是在能量传输过程中，发射器必须对准接收器，能量传输受方向限制，并且不能绕过或穿过障碍物，微波在空气中的损耗也大，效率低，对人体和其他生物都有严重伤害，所以该技术一般应用于特殊场合，如低轨道军用卫星、天基定向能武器、微波飞机、卫星太阳能电站等许多新的、意义重大的科技领域，具有美好的发展前景。
因为电磁波的频率越高，能量就越集中，方向性也越强。微波传输能量就是将微波聚焦后定向发射出去，在接收端通过整流天线(rectenna)把接收到的微波能量转化为直流电能。
作为一种点对点的能量传输方式，微波能量传输具有以下特点：
(1) 以光速传输能量；
(2) 能量传输方向可迅速变换；
(3) 在真空中传递能量无损耗；
(4) 波长较长时在大气中能量传递损耗很小；
(5) 能量传输不受地球引力差的影响；
(6) 工作在微波波段，换能器可以很轻便。
20世纪60年代，William C向世人展示了电磁波传输电能示意图，如图1-5所示，该电磁波传输系统包括微波源、发射天线、接收天线和整流器等几部分，其中最关键的是把微波或激光束的能量转变为直流电的整流器。微波源是可供无线输电技术选用的电磁波发生器，电磁波源内有磁控管，在2.45 GHz频段输出5~200 W的功率，在厘米波段，理想磁控管和放大管的效率分别为90 %和80 %，而理论上效率最高的磁旋束管放大器可达到100 %，放大系数无限大；在毫米波段，回旋管的实际效率已达到40 %；在光波波段，阳光直射时激光器的效率约20 %。微波源输出的能量通过同轴电缆连接到适配器上，亚铁酸盐的循环器连接在波导管上，使波导管和发射天线相匹配。发射天线包含8个部分，每个部分上都有8个缝隙。这64个缝隙均匀的向外发射电磁波。这种开孔的波导天线很适合用于无线电能传输，因为它有高达95 %的孔径效率和很高的能量捕捉能力。硅控整流二极管天线用来收集
微波并把它转换成直流电，在展示的电磁波输能系统中该接收天线拥有25 %的收集和转换效率，这种天线在2. 45 GHz 测试时曾经达到甚至超过90 %的效率。传输距离比较远之后，增强天线的方向性和效率会十分困难。
图1-5 电磁辐射式无线供电模型
对电磁辐射式无线电能传输技术进行定量分析时，效率是一个至关重要的因素。图1-5 所示电磁辐射式无线电能传输系统的总传输效率为：
（1-2）
式中：ηg ——微波功率源的转换效率；
ηt ——微波发射天线的透射效率；
ηs ——微波在自由空间中从发射端到接收端的传输效率；  ηr ——微波接收天线的接收效率；      ηd ——为整流电路的整流转换效率。
式(1-2)中，微波发射/接收天线的效率ηt 、ηr 取决于天线的优化设计，即发射/接收天线的口径场分布设计；而微波在自由空间中的传输效率可达100%。
用D 代表微波在自由空间传输的距离，A t 、A r 分别代表发射天线和接收天线的面积，λ表示工作波长，则微波在自由空间的传输效率η是参数τ的函数，τ
的函数表达式为：
1D τλ⎫
=
-⎪⎭
。图1-6所示为它们之间的关系图，假设发射天线的口径场分布为高
斯型。
决定。故距离D 增大的效应可由A t 、A r 的增加或λ
的减小来补偿。微波传输能量的总效率
g t s r d
ηηηηηη=
汽车辐射