應用案例

【概述】

哈爾濱工業大學研究團隊使用ATA-4052C高壓功率放大器，搭建極低頻機械天線實驗系統。

實驗名稱：極低頻機械天線在跨介質通信中的應用

研究方向：極低頻通信

實驗內容：該極低頻機械天線的核心工作機制基于壓電效應。當外部電信號激勵壓電陶瓷層時，通過逆壓電效應產生應變，進而形成強大的彎曲力矩。該力矩作用于復合梁，激發其產生低頻彎曲振動。在該時變磁場的傳播路徑上，布置由漆包線繞制的接收線圈，通過電磁感應原理，即可有效捕獲天線所輻射的ELF磁信號，實現信號的跨介質傳輸與探測。

測試設備：信號發生器，ATA-4052C高壓功率放大器，接收線圈，示波器等。

實驗過程：

圖1：實驗系統圖

機械天線工作于極低頻（ELF）頻段。當輸入與工作頻率相對應的激勵信號時，天線在電-機轉換機制驅動下產生同頻機械振動，進而輻射出同頻率的電磁波信號。由于信號發生器所產生的原始激勵信號強度較低，需先經由高電壓功率放大器進行放大，以提供足夠的驅動能力。

接收端采用多匝銅線圈作為信號探測裝置，將其安置于充注海水的水槽內。天線所輻射的電磁波信號首先在空氣中傳播，繼而穿透空氣-海水界面，進入導電介質中，最終被水下接收線圈捕獲。

為評估天線在跨介質場景下的傳輸性能，通過系統調節發射端與接收端之間的距離，在遠場條件下測量不同位置處的輻射磁場強度?；谒杉臄祿?，進一步通過磁偶極子輻射模型進行擬合，以準確預測遠場區域的磁場衰減特性。

實驗結果：

圖2：水下與空氣中功率-磁場曲線

圖3：單EMA/雙EMA在海水中磁通密度(B)隨傳輸距離(d)變化實測值與預測值

在天線諧振頻率9.7Hz激勵下，其輻射磁場在空氣和海水中的曲線高度吻合。印證了極低頻信號在導電介質中傳播損耗極低的特性。高達當輸入功率達到54.9mW時，單EMA在海水環境中1米處產生了644.5nT的磁通量密度。同時，輻射強度隨著輸入功率增加出現飽和趨勢，表明僅靠驅動功率提升性能存在局限。擬合結果表明，在20米的傳輸距離上，單EMA可以產生60.9pT的磁場，而并聯系統則可以將磁場強度提升至114pT。數字調制實驗結果顯示，發射端施加的ASK調制信號能夠在接收端產生清晰可辨的信號，盡管由于海水存在衰減與波動現象，但仍能還原原始的數字序列波形。表明該天線系統不僅在物理層面上證實了其高效的極低頻磁場輻射能力，更在系統層面展示了可行的遠程數字通信潛力。

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

一、高電壓與大功率輸出能力——驅動機械天線產生強低頻彎曲振動

二、寬頻帶與平坦響應——精準匹配工作頻率，保障空氣/海水中輻射磁場曲線高度吻合

?三、低失真與高輸出穩定性——保障多距離、多功率水平實驗的激勵一致性

【推薦產品】：ATA-4052C高壓功率放大器

圖：ATA-4052C高壓功率放大器指標參數

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