實驗名稱：磁電/壓電器件與系統(tǒng)研究實驗

　　研究方向：超低頻/甚低頻機械天線

　　測試設備：ATA-3082D功率放大器，任意波形發(fā)生器，信號發(fā)生器，NI采集卡，螺線管等。

　　實驗過程：

　　在發(fā)射段，使用信號發(fā)生器或者NI采集卡產(chǎn)生激勵波形，然后利用線性功率放大器(ATA-3082D,Aigtek,China)對驅(qū)動信號進行電壓或者電流的放大，最后饋入超低頻和甚低頻機械天線。在接收端，采用普通螺線管進行磁場探測，并利用前置電壓放大器進行弱信號濾波放大，最后采用NI采集卡實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并在上位機進行解調(diào)。

　　

　　試驗1：驅(qū)動信號通過任意波形發(fā)生器提供，并由線性功率放大器（ATA-3082D，Aigtek，中國）放大。自制線圈用于接收磁場，并根據(jù)以下方程計算輻射磁場。

式中：V_coil表示接收器電壓的幅度，f是信號頻率，N和S是我們使用的線圈接收器的匝數(shù)和橫截面積，N為53，線圈的半徑為17mm。

　　由于天線的電流存在高頻諧波，計算功耗時采用諧波信號的功率計算方法，如下式：

　　式中：，為電壓、電流的有效值，為電壓與電流的各個階次諧波的相位差。

　　試驗2：在發(fā)射端，信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率在樣品諧振頻率處的單頻正弦波信號，經(jīng)功率放大器放大至40Vpp的電壓值，最后饋送入樣品中。在接收端，考慮到遠距離情況下磁場將會衰減到fT量級，因此我們采用中國科學院電子所生產(chǎn)的高性能磁場傳感器CAS-30作為接收器，CAS-30探測到的信號經(jīng)由線纜連接到采集卡上，采集卡將采集到的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至電腦上，經(jīng)由電腦進行數(shù)據(jù)處理得到結(jié)果。

　　實驗結(jié)果：實驗一：對于我們優(yōu)化的一維陣列，在65Hz驅(qū)動頻率下，自由空間中2米距離處測得的磁通密度達到137nT峰峰值（100米處為1100fT峰峰值）。該陣列具有19×6×2.2cm3的緊湊尺寸，品質(zhì)因數(shù)（FOM_1）計算值為5560A2m/W。最后，通過優(yōu)化后的磁偶極子天線（MPA）成功傳輸了二進制幅移鍵控（BASK）和二進制相移鍵控（BPSK）信號。實驗證明其可在22米距離實現(xiàn)4比特/秒的可靠通信，用于評估通信性能的FOM_2指標高達169.2b/s/(m2·Hz)，達到其他磁偶極子天線性能指標的近八倍。

圖：實驗結(jié)果

　　實驗二：改進型二進制幅移鍵控（BASK）方案在通信效率僅降低20%的情況下，實現(xiàn)了5倍帶寬提升。實驗數(shù)據(jù)顯示，基于所提出波形設計的可靠通信速率在15米距離下可達1000比特/秒，而傳統(tǒng)BASK方法在10米距離下僅能實現(xiàn)500比特/秒。這種預失真波形與建立的調(diào)制方法突破了甚低頻（VLF）機械天線信息帶寬與物理帶寬相互制約的局限，有望推動磁電（ME）天線在VLF波段的通信應用進程。

　　圖：實驗結(jié)果

　　功率放大器推薦：ATA-3082D功率放大器

　　

圖：ATA-3082D功率放大器指標參數(shù)

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