实验名称：磁电/压电器件与系统研究实验

　　研究方向：超低频/甚低频机械天线

　　测试设备：ATA-3082D功率放大器，任意波形发生器，信号发生器，NI采集卡，螺线管等。

　　实验过程：

　　在发射段，使用信号发生器或者NI采集卡产生激励波形，然后利用线性功率放大器(ATA-3082D,Aigtek,China)对驱动信号进行电压或者电流的放大，最后馈入超低频和甚低频机械天线。在接收端，采用普通螺线管进行磁场探测，并利用前置电压放大器进行弱信号滤波放大，最后采用NI采集卡实现模数转换，并在上位机进行解调。

　　试验1：驱动信号通过任意波形发生器提供，并由线性功率放大器（ATA-3082D，Aigtek，中国）放大。自制线圈用于接收磁场，并根据以下方程计算辐射磁场。

式中：V_coil表示接收器电压的幅度，f是信号频率，N和S是我们使用的线圈接收器的匝数和横截面积，N为53，线圈的半径为17mm。

　　由于天线的电流存在高频谐波，计算功耗时采用谐波信号的功率计算方法，如下式：

　　式中：，为电压、电流的有效值，为电压与电流的各个阶次谐波的相位差。

　　试验2：在发射端，信号发生器产生频率在样品谐振频率处的单频正弦波信号，经功率放大器放大至40Vpp的电压值，最后馈送入样品中。在接收端，考虑到远距离情况下磁场将会衰减到fT量级，因此我们采用中国科学院电子所生产的高性能磁场传感器CAS-30作为接收器，CAS-30探测到的信号经由线缆连接到采集卡上，采集卡将采集到的模拟电信号转换为数字信号送至电脑上，经由电脑进行数据处理得到结果。

　　实验结果：实验一：对于我们优化的一维阵列，在65Hz驱动频率下，自由空间中2米距离处测得的磁通密度达到137nT峰峰值（100米处为1100fT峰峰值）。该阵列具有19×6×2.2cm³的紧凑尺寸，品质因数（FOM_1）计算值为5560A²m/W。最后，通过优化后的磁偶极子天线（MPA）成功传输了二进制幅移键控（BASK）和二进制相移键控（BPSK）信号。实验证明其可在22米距离实现4比特/秒的可靠通信，用于评估通信性能的FOM_2指标高达169.2b/s/(m²·Hz)，达到其他磁偶极子天线性能指标的近八倍。

图：实验结果

　　实验二：改进型二进制幅移键控（BASK）方案在通信效率仅降低20%的情况下，实现了5倍带宽提升。实验数据显示，基于所提出波形设计的可靠通信速率在15米距离下可达1000比特/秒，而传统BASK方法在10米距离下仅能实现500比特/秒。这种预失真波形与建立的调制方法突破了甚低频（VLF）机械天线信息带宽与物理带宽相互制约的局限，有望推动磁电（ME）天线在VLF波段的通信应用进程。

　　图：实验结果

　　功率放大器推荐：ATA-3082D功率放大器

图：ATA-3082D功率放大器指标参数

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