未来近场通信区域范围有望扩大到百米

近场通信的发展历史，最早可以追溯到1678年，荷兰物理学者克里斯蒂安·惠更斯（Huygens）提出的波动理论是其雏形。

100多年后，英国科学家托马斯·杨（Thomas Young）在1801年发现双缝衍射现象，也就是著名的杨氏双缝干涉；法国物理学家奥古斯丁·菲涅耳（Fresnel）在1815年提出的菲涅耳衍射（Fresnel diffraction）概念，区分了近场和远场的概念；德国物理学家约瑟夫·冯·夫琅和费（Joseph von Fraunhofer）于1821年发现衍射光栅（后人称之为夫琅禾费衍射）。

这些发现让近场通信技术的轮廓逐渐清晰，但直到1891年，才由英国物理学家瑞利（Lord Rayleigh）计算出近场和远场通信的边界。又过了近100年，1983年，RFID技术的发明人——查尔斯·沃尔顿(Charles Walton)获得基于RFID的NFC的首个专利。

在由智慧终端微电子协会（ITMA）主办的ITMA SUMMIT 2024峰会上，香港大学IEEE Fellow刘元玮教授发表了题为《从近场通信到近场感知》的重要演讲。刘元玮在球面波和感应近场区研究方面有着深厚造诣，他探讨了近场通信技术的发展现状及其向更广泛应用领域的拓展，并展望了近场感知技术在未来智能生活中的无限潜力。

香港大学IEEE Fellow刘元玮教授

近场通信与感应近场区的区别与应用

近场通信（NFC）和远场通信之间的区别在于，两者分别基于球面波（Evanescent wave）和平面波（plane wave）进行信息传输，近场区域包括反应近场（消逝波）、辐射近场（球面波）。近场通信通常适用于短距离内的设备间数据交换，而其有效范围取决于波长（频率）和天线孔径大小。

不同频率带（3.5 GHz, 28 GHz, 7.8 GHz, 15 GHz）对应的近场和远场范围各有不同，而在不同距离下近场通信的自由度（Degrees of Freedom）和性能也有所不同。对于常见的13.56 MHz频段，近场通信有效区域大约在几厘米之内。然而，随着频率的增加或天线尺寸的扩大，可以一定程度上扩展这一范围，但同时也带来了诸如设备体积增大和技术实现难度提升等问题。

刘元玮介绍了他在Radiating Field（辐射场）领域的研究成果，即通过创新方法将传统的近场区域显著扩大至可达百米之远。这种突破性的进展不仅解决了传统近场通信距离受限的问题，也为室内定位、车辆追踪、无人机路径规划以及虚拟现实/增强现实（VR/AR）等应用场景提供了全新的解决方案。

例如，在雄安新区的停车场项目中，利用近场通信技术克服了GPS在室内外定位不佳的问题；而在VR/AR体验中，通过提高定位精度减少用户因视觉不同步导致的眩晕感。

感应近场区的应用前景

刘元玮还分享了感应近场区在智能家电、食品安全检测及成像等多个领域的应用案例，例如跟踪和轨迹预测、NISE辅助波束跟踪、人类活动识别、位置信息辅助波束跟踪。他提到，智能冰箱可以通过内置传感器在不直接接触的情况下检测食品的新鲜度，如判断鸡蛋是否变质，这大大提升了用户体验和安全性。

此外，感应近场技术还可以应用于食品质量监控，确保消费者获得安全可靠的产品。在成像方面，该技术同样展现出了广阔的应用空间，可用于高精度物品检测和图像生成。 

最后，刘元玮强调了近场感知技术在未来智能生活中的重要性，包括但不限于信号优化、3D地图生成等领域。他鼓励业界同仁关注并探索这些新兴方向，共同推动技术进步。