實驗名稱：磁電/壓電器件與系統研究實驗

　　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(yi)波形發生器(qi)，信號發生器，NI采集卡，螺線管等。

　　實驗過程：

　　在發射段，使用信(xin)號(hao)發生器(qi)或(huo)者(zhe)NI采(cai)集卡產生激(ji)勵波(bo)形(xing)，然后(hou)(hou)利用線(xian)性功率放大(da)器(qi)(ATA-3082D,Aigtek,China)對驅(qu)動信(xin)號(hao)進行(xing)(xing)電(dian)壓或(huo)者(zhe)電(dian)流的放大(da)，最后(hou)(hou)饋入超(chao)低頻(pin)和甚低頻(pin)機(ji)械天線(xian)。在接收端，采(cai)用普通螺線(xian)管進行(xing)(xing)磁場(chang)探測，并利用前(qian)置電(dian)壓放大(da)器(qi)進行(xing)(xing)弱信(xin)號(hao)濾(lv)波(bo)放大(da)，最后(hou)(hou)采(cai)用NI采(cai)集卡實現模數轉換，并在上位機(ji)進行(xing)(xing)解調。

　　試驗1：驅(qu)動(dong)信號通過任(ren)意波形發生器提供，并由線性(xing)功(gong)率放(fang)(fang)大(da)器（ATA-3082D，Aigtek，中(zhong)國）放(fang)(fang)大(da)。自制線圈用于接收(shou)磁(ci)場(chang)，并根據(ju)以下(xia)方程計算輻射磁(ci)場(chang)。

式中：V_coil表(biao)示接收(shou)(shou)器電(dian)壓的幅度，f是(shi)(shi)信號頻率(lv)，N和(he)S是(shi)(shi)我(wo)們(men)使用(yong)的線圈(quan)接收(shou)(shou)器的匝數和(he)橫截面積，N為53，線圈(quan)的半(ban)徑為17mm。

　　由于天線的電流存在(zai)高頻諧波(bo)，計(ji)算(suan)功(gong)耗時采用(yong)諧波(bo)信(xin)號的功(gong)率計(ji)算(suan)方法，如(ru)下式：

　　式中：，為電壓、電流的有效值，為電壓(ya)與電流的各(ge)個階次諧(xie)波的相位差。

　　試驗2：在(zai)發射端，信(xin)號(hao)(hao)(hao)發生(sheng)器(qi)產生(sheng)頻率在(zai)樣(yang)品諧(xie)振頻率處(chu)的(de)單頻正(zheng)弦波信(xin)號(hao)(hao)(hao)，經功(gong)率放大(da)器(qi)放大(da)至(zhi)40Vpp的(de)電(dian)壓值(zhi)，最后饋送入(ru)樣(yang)品中。在(zai)接(jie)(jie)收端，考(kao)慮到遠距離情況(kuang)下磁(ci)(ci)場將會(hui)衰減到fT量級，因此我們(men)采(cai)用中國(guo)科(ke)學院(yuan)電(dian)子所生(sheng)產的(de)高性能磁(ci)(ci)場傳(chuan)感器(qi)CAS-30作為(wei)接(jie)(jie)收器(qi)，CAS-30探測到的(de)信(xin)號(hao)(hao)(hao)經由(you)(you)線纜連接(jie)(jie)到采(cai)集卡上，采(cai)集卡將采(cai)集到的(de)模擬電(dian)信(xin)號(hao)(hao)(hao)轉換為(wei)數字(zi)信(xin)號(hao)(hao)(hao)送至(zhi)電(dian)腦上，經由(you)(you)電(dian)腦進(jin)行數據處(chu)理(li)得到結果(guo)。

　　實驗結果：實驗一：對于我們優化的一維陣列，在65Hz驅動頻率下，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，品質因數（FOM_1）計算值為5560A2m/W。最后，通過優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：實驗結果(guo)

　　實(shi)驗二：改進型二進制(zhi)幅(fu)移鍵控（BASK）方案在(zai)通(tong)(tong)信(xin)效率僅降低20%的(de)(de)情(qing)況下，實(shi)現了(le)5倍(bei)帶(dai)(dai)寬(kuan)提升。實(shi)驗數據顯(xian)示，基于所提出波(bo)形設計的(de)(de)可靠通(tong)(tong)信(xin)速率在(zai)15米(mi)距(ju)離(li)下可達(da)1000比(bi)特(te)/秒(miao)(miao)，而傳統(tong)BASK方法(fa)在(zai)10米(mi)距(ju)離(li)下僅能實(shi)現500比(bi)特(te)/秒(miao)(miao)。這種預失真(zhen)波(bo)形與建立的(de)(de)調制(zhi)方法(fa)突(tu)破了(le)甚低頻（VLF）機械天線(xian)信(xin)息帶(dai)(dai)寬(kuan)與物理帶(dai)(dai)寬(kuan)相互制(zhi)約的(de)(de)局限，有(you)望推動(dong)磁(ci)電（ME）天線(xian)在(zai)VLF波(bo)段的(de)(de)通(tong)(tong)信(xin)應(ying)用(yong)進程。

　　圖：實驗(yan)結果

　　功率放大器推薦：ATA-3082D功率放大器

圖(tu)：ATA-3082D功率(lv)放(fang)大器指標參數

　　本(ben)文(wen)實驗素材由西(xi)安安泰電(dian)(dian)子(zi)(zi)整理發布。Aigtek已(yi)經(jing)成為在(zai)業(ye)界(jie)擁有廣泛產(chan)品(pin)線，且(qie)具有相(xiang)當規模的(de)(de)儀器(qi)(qi)(qi)設備供應(ying)商(shang)，樣機(ji)都支持免費試(shi)用(yong)。西(xi)安安泰電(dian)(dian)子(zi)(zi)是專業(ye)從事功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)、高壓(ya)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)、功率(lv)信號源(yuan)(yuan)、前置微小信號放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)、高精度(du)電(dian)(dian)壓(ya)源(yuan)(yuan)、高精度(du)電(dian)(dian)流源(yuan)(yuan)等(deng)(deng)電(dian)(dian)子(zi)(zi)測(ce)量儀器(qi)(qi)(qi)研發、生產(chan)和銷(xiao)售的(de)(de)高科技企業(ye)。公司致力(li)于功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)、功率(lv)信號源(yuan)(yuan)、計量校準源(yuan)(yuan)等(deng)(deng)產(chan)品(pin)為核心的(de)(de)相(xiang)關行業(ye)測(ce)試(shi)解(jie)決方案(an)的(de)(de)研究(jiu)，為用(yong)戶提供具有競爭力(li)的(de)(de)測(ce)試(shi)方案(an)，Aigtek已(yi)經(jing)成為在(zai)業(ye)界(jie)擁有廣泛產(chan)品(pin)線，且(qie)具有相(xiang)當規模的(de)(de)儀器(qi)(qi)(qi)設備供應(ying)商(shang)，樣機(ji)都支持免費試(shi)用(yong)。如想了解(jie)更多(duo)功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)等(deng)(deng)產(chan)品(pin)，請(qing)持續關注安泰電(dian)(dian)子(zi)(zi)官網hkdyw.cn或撥打029-88865020。