實驗名稱：磁機電天線影響因素及通信實驗

實驗目的：基于前文建立的磁機電天線輻射機理與架構設計理論，驗證相關理論與設計的正確性、可行性及有效性，明確輸入頻率、輻射傳播方向性、激勵電壓、通信距離等關鍵因素對天線輻射性能的影響規律以確定最優工作參數，通過異階可控彎曲諧振頻率實現2FSK直接調制的甚低頻通信并測試調制速率、碼速率等核心指標，同時與同尺寸銅環電小天線進行對比，充分凸顯所研制磁機電天線在小型化前提下輻射效率與帶寬效率的顯著優勢。

測試設備：高壓放大器(Aigtek的ATA-2022H)、磁致伸縮材料、壓電材料PZT-5、函數信號發生器、示波器、磁環接收天線、上位機、發射天線。

實驗過程：搭建了包含30mm×10mm×3mm非對稱雙層磁電復合發射天線、正方形磁環接收天線及函數信號發生器、高壓放大器等設備的實驗平臺，先探究了輸入頻率、輻射方向性、激勵電壓、通信距離對輻射強度的影響規律，確定了天線諧振頻率、最佳工作參數及磁感應強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直接調制實現了10米范圍內100Hz調制速率、100Baud碼速率的甚低頻通信，最后與同尺寸銅環天線對比，證實該磁機電天線輻射效率高出3個數量級、帶寬效率提高33倍，凸顯了其小型化、高效率的優勢。

圖1：系統控制框圖

圖2：實驗平臺

實驗結果：

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%，彎曲諧振模態展現低頻率、高效率優勢。

2、天線輻射方向性符合理想磁偶極子特性，yoz平面0°與180°方向輻射強度最大，近場和遠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，磁感應強度與電壓呈線性關系，超過60V后因壓電材料飽和，磁感應強度不再增強，實驗值與理論模型近似一致。

4、磁感應強度隨通信距離按三次方衰減，最遠可在10m處檢測到0.302pT的磁感應強度，經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2FSK直接調制，達到100Hz調制速率和100Baud碼速率，時頻域波形與控制信號變化趨勢一致。

6、與同尺寸銅環電小天線相比，磁機電天線輻射效率高出3個數量級，帶寬效率較同輻射品質因子的銅環天線提高33倍。

圖3：磁機電天線調制通信圖

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圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數

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