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高壓放大器在聲波諧振電小天線收發(fā)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用

測(cè)試技術(shù)分享 ? 來源:測(cè)試技術(shù)分享 ? 作者:測(cè)試技術(shù)分享 ? 2023-02-27 10:04 ? 次閱讀
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實(shí)驗(yàn)名稱:高壓放大器在聲波諧振電小天線收發(fā)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用

研究方向:信號(hào)傳輸

測(cè)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(hào)的輻射或接收。因?yàn)橥l的聲波波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng),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(wàn)分之一,這對(duì)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(cè)試,證實(shí)了方案的可行性。

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

實(shí)驗(yàn)過程:

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圖:正磁電耦合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生交流信號(hào)施加在調(diào)制線圈上得到一個(gè)交變的磁場(chǎng),將此交變磁場(chǎng)信號(hào)作為樣品輸入信號(hào)。在磁電復(fù)合材料獲得這個(gè)交變磁場(chǎng)的同時(shí),外加一個(gè)直流的掃描磁場(chǎng),而這個(gè)掃描磁場(chǎng)大小由直流電源控制,由高斯計(jì)測(cè)量反饋,能較精確的控制掃描磁場(chǎng)的大小和變化。最后將調(diào)制線圈中的交變磁場(chǎng)信號(hào),掃描磁場(chǎng)信號(hào)和磁電復(fù)合材料得到交變電壓信號(hào)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(huì)在信號(hào)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(chǎng)施加模塊、直流磁場(chǎng)施加和檢測(cè)模塊和交流信號(hào)檢測(cè)模塊。

pYYBAGP8EW-AetqhAAC1gXfZGpI045.jpg

圖:線圈內(nèi)部對(duì)應(yīng)平面的磁場(chǎng)分布情況

為了給樣品施加一定區(qū)域的均勻磁場(chǎng),同時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度不小于1Oe(設(shè)計(jì)磁場(chǎng)頻率范圍為dc-100kHz),選用的交流磁場(chǎng)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(jiǎn)要介紹如下:為了在線圈中部有φ20mm*50mm的均勻圓柱磁場(chǎng)區(qū)域來為樣品提供交流磁場(chǎng)。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(lì)下能獲得的一定強(qiáng)度的均勻磁場(chǎng)區(qū)域越大越好。

聲波諧振電小天線的發(fā)射性能測(cè)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(duì)天線樣品施加偏置磁場(chǎng),然后對(duì)被測(cè)天線樣品(發(fā)射天線)施加交變電壓激勵(lì),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(cè)極近距離天線樣品發(fā)射性能。

poYBAGP8EYCAfAfIAACnTO7FZH0251.jpg

圖:天線發(fā)射性能測(cè)試:(a)測(cè)試方案,(b)實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

pYYBAGP8EauABRJNAACQOfzz7OI645.jpg

圖:近場(chǎng)方向圖的測(cè)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(chǎng)方向圖測(cè)試系統(tǒng),聲波諧振電小天線發(fā)射近場(chǎng)方向圖的測(cè)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(cè)試系統(tǒng)一致。首先利用直流偏置線圈對(duì)天線樣品施加偏置磁場(chǎng),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(duì)天線樣品施加交變磁場(chǎng)激勵(lì),最后使用示波拾取不同角度旋轉(zhuǎn)(0-360°)時(shí)被測(cè)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(chǎng)方向圖。

安泰ATA-2031高壓放大器:

poYBAGP8D5GAcyFPAADEewJDTBk078.png

圖:ATA-2031高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線,且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商,樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。

審核編輯黃宇

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