因應裝置數量高速成長的物聯網市場，電力供給方案也需要同步演進。RF無線充電能夠以低功率滿足小型裝置的功耗需求，將改變過往物聯網裝置的充電方式。
物聯網應用成長速度驚人，隨著各場域智慧化轉型，對於可蒐集環境資料、進行狀態追蹤的感測器裝置需求量大增。MarketsandMarkets報告預測，物聯網感測器市場將從2024年的160億美元，以34.4%的年複合成長率(CAGR)，於2029年達701億美元。
此類物聯網裝置通常耗電不高，同時所需數量十分可觀。對於電力需求小、數量龐大的物聯網裝置來說，無線充電是節省時間和成本的極佳解方。
非接觸式無線充電技術好處多
提到無線充電，已經在消費性市場打出一片天下的Qi可能是多數人會直覺聯想到的充電標準，然而，要求充電器及接收裝置線圈貼合的方案並不適用於四散各處的物聯網裝置，Qi標準一對一的充電特性也明顯無法滿足大量物聯網裝置的充電需求。
採用無線電(RF)進行充電的技術因此獲得業界關注，根據採用頻段與具體標準而具有不同的充電距離和功率表現。RF無線充電擺脫磁感應的對準要求，提高充電彈性及便利性，並且享有無線充電減少線材、降低電池汰換次數等優勢。
發射器扮要角 AirFuel推出RF充電標準
AirFuel聯盟於2023年1月宣布推出的RF遠距離充電標準AirFuel RF，即為適用於大量、低功耗裝置的充電方案。AirFuel聯盟主席Sanjay Gupta(圖1)表示，該聯盟的RF充電標準採用925MHz非授權頻段，以發射器(Transmitter)向空間範圍內的多個裝置進行供電，接收端裝置則以能量採集(Energy Harvesting)概念捕捉能量。
圖1 AirFuel聯盟主席Sanjay Gupta表示，AirFuel RF充電標準採用925MHz非授權頻段，以發射器向範圍內的多個裝置進行供電。
上述RF充電過程中，發射器的角色至關重要。對於物聯網裝置來說，無論是MPU運算單元或是藍牙等通訊單元皆須耗電，如果沒有發射器作為電力提供者，單單採集裝置周邊的Wi-Fi或行動訊號難以滿足所需電量。
發射器和接收端裝置之間的距離取決於裝置需要的電量，根據平方反比定律，發射器的無線電波將隨著距離增加而擴散、減弱。Gupta表示，若將發射器裝設於正中央，支援三公尺內的物聯網裝置，便代表能夠在6×6×3的空間範圍內進行充電。AirFuel聯盟也持續研究將波束成形(Beamforming)技術應用於RF充電的可能性，透過追蹤目標充電裝置精準供電，以提供更高的傳輸功率。
除了技術上的改進，各國法規也將影響無線電充電功率。Gupta說明，由於RF無線充電是相對較新的技術，基於安全考量，現階段充電功率仍受到各國法規限制。觀察市售產品，目前發射器基本上可以無限制送出1W的電力；未來，藉由遵循特定吸收率(SAR)等安全規範，可期待RF無線充電在確保人體安全的前提下，進一步提高傳輸功率。
標準認證促RF充電蓬勃發展
Gupta表示，現階段RF標準的充電功率仍主要適用於所需功率極低的物聯網裝置，例如所需功率低於mW等級、無需電池，像紙片一樣輕薄的感測器。超低功耗無線晶片供應商Atmosic便採用AirFuel RF充電技術，為零售業者打造無需電池的電子貨架標籤(ESL)解決方案。
針對裝有電池的物聯網裝置，AirFuel RF標準也能協助解決各式應用難題。例如，Energous與運動表現分析公司Catapult合作，藉由RF技術向埋在橄欖球中的感測器進行充電，解決橄欖球需要防水防塵無法採有線充電，而既有磁感應充電方式無法觸及球體深處感測器的困境。
標準化是驅動業者採用的重要推力，在RF標準發布後，AirFuel聯盟更於2024年1月推出認證流程，標準、技術、認證三者兼具，接下來可望在市場上看到更多RF充電應用。
NFC充電方案漸起飛
AirFuel聯盟的RF標準實現遠距離、一對多充電，為物聯網帶來充電新選擇。不過，既有的RF通訊標準也能透過新增無線充電的方式，成為小型裝置的充電互補方案，例如近場通訊(NFC)無線充電技術。
NFC論壇執行總監Mike McCamon(圖2)表示，NFC晶片市場預計將於2028年達到約178億美元。可觀的市場規模反映了NFC技術遍布各種裝置的趨勢，以普遍存在於電子產品中的NFC晶片實現無線充電功能，能夠加快產品開發速度。
圖2 NFC論壇執行總監Mike McCamon表示，NFC無線充電能夠實現裝置之間能量共享，依照目前規範最高充電功率可達1W，並計畫下一步將提高至3W。
McCamon指出，NFC無線充電能夠實現裝置之間能量共享，依照目前規範最高充電功率可達1W，並計畫下一步將提高至3W。若充電瓦數順利提升，將可為更小型的裝置帶來無線充電功能，改變業界產品設計並定義新的應用市場。
在NFC論壇2023年的技術路徑圖中，NFC無線充電被列為接下來2~5年商機可期的關鍵產品，目前已有多家晶片業者推出相關方案，例如羅姆(ROHM)、意法半導體(ST)和恩智浦(NXP)，未來幾年可望看到更多NFC充電產品進入市場。
RF充電為物聯網再添一把火
物聯網裝置增加帶來充電需求，而RF無線充電的技術發展也將反過來實現更多應用可能，擴展物聯網應用市場。
RF充電技術已發展多年，過去由於缺乏統一標準而難以推行。2023年由AirFuel聯盟推出的RF標準有機會帶動市場成長，已經廣受市場歡迎的NFC持續耕耘無線充電技術，也將為RF充電技術普及推一把力。