實(shí)驗(yàn)名稱：高壓放大器在聲波諧振電小天線收發(fā)測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

研究方向：信號傳輸

測試目的：

聲波諧振電小天線顛覆了傳統(tǒng)電小天線以電磁波諧振作為理論基礎(chǔ)的天線發(fā)射和接收模式，它借助聲波諧振實(shí)現(xiàn)電磁信號的輻射或接收。因?yàn)橥l的聲波波長遠(yuǎn)小于電磁波波長，聲波諧振電小天線的理論尺寸是電磁波諧振電小天線的百萬分之一，這對于天線小型化具有重大意義。聲波諧振電小天線主要利用工作在聲波諧振頻點(diǎn)的磁電耦合材料的電-聲（諧振）-磁的耦合特性。多相磁電復(fù)合材料在聲波諧振頻點(diǎn)具有高磁電耦合系數(shù)，是理想的應(yīng)用材料。

為了深入理解聲波諧振電小天線基本原理并驗(yàn)證其可行性，本課題從磁電復(fù)合材料的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等角度出發(fā)，開展了kHz、MHz和GHz下工作的聲波諧振電小天線理論模型研究，并實(shí)驗(yàn)制備了電小天線樣品，通過性能測試，證實(shí)了方案的可行性。

測試設(shè)備：ATA-2031高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器、高斯計(jì)、計(jì)算機(jī)。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖：正磁電耦合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

信號發(fā)生器產(chǎn)生交流信號施加在調(diào)制線圈上得到一個(gè)交變的磁場，將此交變磁場信號作為樣品輸入信號。在磁電復(fù)合材料獲得這個(gè)交變磁場的同時(shí)，外加一個(gè)直流的掃描磁場，而這個(gè)掃描磁場大小由直流電源控制，由高斯計(jì)測量反饋，能較精確的控制掃描磁場的大小和變化。最后將調(diào)制線圈中的交變磁場信號，掃描磁場信號和磁電復(fù)合材料得到交變電壓信號通過示波器計(jì)算機(jī)等部件，得出磁電復(fù)合材料的性能參數(shù)。由于在高頻下調(diào)制線圈感抗較大，通常會在信號發(fā)生器與調(diào)制線圈之間加一個(gè)功率放大器。該系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊，即：交流磁場施加模塊、直流磁場施加和檢測模塊和交流信號檢測模塊。

圖：線圈內(nèi)部對應(yīng)平面的磁場分布情況

為了給樣品施加一定區(qū)域的均勻磁場，同時(shí)磁場強(qiáng)度不小于1Oe（設(shè)計(jì)磁場頻率范圍為dc-100kHz），選用的交流磁場產(chǎn)生線圈為特殊設(shè)計(jì)的小亥姆霍茲線圈，結(jié)構(gòu)如上圖所示。簡要介紹如下：為了在線圈中部有φ20mm*50mm的均勻圓柱磁場區(qū)域來為樣品提供交流磁場。選擇了最大輸出電壓300Vp-p（±150Vp），最大輸出120mAp的高壓放大器，計(jì)算了線圈的不同匝數(shù)和尺寸亥姆霍茲線圈的阻抗值。通過調(diào)整匝數(shù)和尺寸的變化，使總阻抗基本保持不變，但在該電壓放大器的激勵下能獲得的一定強(qiáng)度的均勻磁場區(qū)域越大越好。

聲波諧振電小天線的發(fā)射性能測試模型圖和實(shí)物圖如下圖所示。首先利用直流偏置線圈對天線樣品施加偏置磁場，然后對被測天線樣品（發(fā)射天線）施加交變電壓激勵，最后在一定距離內(nèi)使用示波器拾取接收線圈（接收天線）產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。特別的，當(dāng)將天線樣品置于接收線圈中間的時(shí)候，等價(jià)于檢測極近距離天線樣品發(fā)射性能。

圖：天線發(fā)射性能測試：（a）測試方案，（b）實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：近場方向圖的測試：（a）方向極化模型圖，（b）方向極化模型圖，（c）實(shí)物圖

設(shè)計(jì)和搭建了聲波諧振電小天線近場方向圖測試系統(tǒng)，聲波諧振電小天線發(fā)射近場方向圖的測試模型圖和實(shí)物圖如上圖所示。選用的設(shè)備與天線接收性能測試系統(tǒng)一致。首先利用直流偏置線圈對天線樣品施加偏置磁場，然后將小亥姆霍茲線圈作為發(fā)射線圈，不同朝向的線圈（始終指向樣品稱為方向（a），始終垂直樣品稱為方向（b））在固定距離為500mm處繞著天線樣品旋轉(zhuǎn)，再對天線樣品施加交變磁場激勵，最后使用示波拾取不同角度旋轉(zhuǎn)（0-360°）時(shí)被測天線樣品（接收天線）的感應(yīng)電壓，即可得到天線樣品接收天線的近場方向圖。

安泰ATA-2031高壓放大器：

圖：ATA-2031高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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