測試設(shè)備：高壓放大器(Aigtek的ATA-2022H)、磁致伸縮材料、壓電材料PZT-5、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、磁環(huán)接收天線、上位機(jī)、發(fā)射天線。

實驗過程：搭建了包含30mm×10mm×3mm非對稱雙層磁電復(fù)合發(fā)射天線、正方形磁環(huán)接收天線及函數(shù)信號發(fā)生器、高壓放大器等設(shè)備的實驗平臺，先探究了輸入頻率、輻射方向性、激勵電壓、通信距離對輻射強(qiáng)度的影響規(guī)律，確定了天線諧振頻率、最佳工作參數(shù)及磁感應(yīng)強(qiáng)度隨距離的衰減特性，隨后利用一階與二階彎曲諧振頻率通過2FSK直接調(diào)制實現(xiàn)了10米范圍內(nèi)100Hz調(diào)制速率、100Baud碼速率的甚低頻通信，最后與同尺寸銅環(huán)天線對比，證實該磁機(jī)電天線輻射效率高出3個數(shù)量級、帶寬效率提高33倍，凸顯了其小型化、高效率的優(yōu)勢。

圖1：系統(tǒng)控制框圖

圖2：實驗平臺

實驗結(jié)果：

1、確定了天線一階彎曲諧振頻率7388Hz、二階彎曲諧振頻率12410Hz，與理論值相對誤差均小于0.5%，彎曲諧振模態(tài)展現(xiàn)低頻率、高效率優(yōu)勢。

2、天線輻射方向性符合理想磁偶極子特性，yoz平面0°與180°方向輻射強(qiáng)度最大，近場和遠(yuǎn)場可分別用磁偶極子輻射場的三階和一階近似描述。

3、激勵電壓低于60V時，磁感應(yīng)強(qiáng)度與電壓呈線性關(guān)系，超過60V后因壓電材料飽和，磁感應(yīng)強(qiáng)度不再增強(qiáng)，實驗值與理論模型近似一致。

4、磁感應(yīng)強(qiáng)度隨通信距離按三次方衰減，最遠(yuǎn)可在10m處檢測到0.302pT的磁感應(yīng)強(qiáng)度，經(jīng)帶通濾波后能有效提取有效信號。

5、基于一階與二階彎曲諧振頻率實現(xiàn)2FSK直接調(diào)制，達(dá)到100Hz調(diào)制速率和100Baud碼速率，時頻域波形與控制信號變化趨勢一致。

6、與同尺寸銅環(huán)電小天線相比，磁機(jī)電天線輻射效率高出3個數(shù)量級，帶寬效率較同輻射品質(zhì)因子的銅環(huán)天線提高33倍。

圖3：磁機(jī)電天線調(diào)制通信圖

產(chǎn)品推薦：ATA-2022B

圖：ATA-2022B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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