測(cè)試設(shè)備：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、壓電陶瓷、電流探頭、功率放大器、示波器、接收天線、頻譜儀等；

實(shí)驗(yàn)過程：信號(hào)發(fā)射機(jī)中，發(fā)射機(jī)與天線之間需要進(jìn)行連接，此連接處即為天線饋電在整個(gè)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中是至關(guān)重要的一部分。在機(jī)械天線發(fā)射系統(tǒng)中亦是如此，和電天線不同，壓電機(jī)械天線作為一種壓電陶瓷，天線饋電對(duì)壓電機(jī)械天線自身的諧振特性不影響，即壓電機(jī)械天線的固有諧振特性只和天線本身的材料、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)有關(guān)，天線饋電只會(huì)影響壓電機(jī)械天線的輸入功率和輻射效率。

為了優(yōu)化機(jī)械天線饋電系統(tǒng)，提高壓電機(jī)械天線的輸入功率和輻射效率。選擇環(huán)形天線作為接收天線，天線工作頻段為20Hz-1MHz，直徑50cm。為了更直觀顯示接收信號(hào)幅度，使用頻譜儀作為接收機(jī)，接收頻段9kHz-3GHz，最大分析帶寬1MHz。

根據(jù)圖3-13所示的壓電機(jī)械天線測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試和優(yōu)化天線饋電對(duì)機(jī)械天線射性能的影響。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置為系統(tǒng)發(fā)射和接收端的距離是1米，信號(hào)發(fā)生器輸出30kHz-1MHz的連續(xù)正弦信號(hào)信號(hào)峰峰值5Vp-p，放大器放大倍數(shù)為9倍，即輸入電壓為45Vp-p。半導(dǎo)體饋電探針常用于測(cè)量較弱的電流和電壓信號(hào)，具有高靈敏度、低噪聲、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，可直接將饋電探針末端放置在壓電機(jī)械天線表面，探針另一端接放大器輸出端。機(jī)械天線底面放置銅板，使機(jī)械天線底面電極接地。因?yàn)閴弘娞沾稍诠ぷ鬟^程中，發(fā)生微小的位置偏移就會(huì)對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致壓電機(jī)械天線的性能變差，因此，設(shè)計(jì)了饋電臺(tái)。其中塑料夾具和彈簧對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行固定，饋電臺(tái)的金屬片中間夾陶瓷片，使用電導(dǎo)率高的銅或者銀來充當(dāng)饋電金屬，下表面用來接地，饋電臺(tái)上表面用高溫導(dǎo)線連接到饋電臺(tái)背板，方便連接功放輸出端。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：基于壓電機(jī)械天線測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試不同材料和不同尺寸的壓電機(jī)械天線電磁輻射性能，驗(yàn)證壓電機(jī)械天線材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。

測(cè)試直徑a-15mm，厚度b=2mm的P5-H和鐵電陶瓷在30kHz-1MHz時(shí)的接收功率曲線。圖3-18是環(huán)形天線SAS-565L在頻率30kHz-1MHz之間接收到的電磁波信號(hào)功率。顯然，環(huán)形天線接收到鐵電陶瓷的發(fā)射功率好于P5-H，因此，鐵電陶瓷有更好的電磁輻射性能。當(dāng)壓電機(jī)械天線的直徑a為7.5mm時(shí)，由圖3-18(b)可知，隨著機(jī)械天線厚度b的增大，壓電機(jī)械天線測(cè)試系統(tǒng)接收端接收功率逐漸減小，說明壓電機(jī)械天線的厚度越薄，天線的輻射效率越高。同理，保持機(jī)械天線的厚度b=2mm，當(dāng)機(jī)械天線的直徑a分別為7.5mm、15mm、30mm時(shí)，機(jī)械天線通信系統(tǒng)的接收端接收功率隨著a的增大逐漸變強(qiáng)。作為對(duì)比，將鐵電陶瓷尺寸為a=15mm，b=2mm時(shí)接收端的接收功率曲線也放在圖3-18(c)。由圖3-18(c)可知，當(dāng)壓電機(jī)械天線的輻射頻率超過761kHz時(shí)，尺寸為a=15mm，b=2mm的鐵電陶瓷有最強(qiáng)的電磁輻射。由圖3-10(b)中的阻抗圖可知，當(dāng)頻率較大時(shí)，尺寸為a=15mm，b=2mm的鐵電陶瓷的阻抗更接近50Ω，因此，當(dāng)頻率超過721kHz時(shí)輻射更強(qiáng)。綜上可知，當(dāng)鐵電陶瓷的尺寸為a=30mm，b=1mm時(shí)，壓電機(jī)械天線在30kHz-721kHz的頻帶內(nèi)輻射效率越高，通信性能越強(qiáng);當(dāng)鐵電陶瓷的尺寸為a=15mm，b=2mm時(shí)，壓電機(jī)械天線在30kHz-761kHz的頻帶內(nèi)輻射效率越高，通信性能越強(qiáng)。

功率放大器推薦：ATA-4014C

圖：ATA-4014C高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇