測試設(shè)備：函數(shù)信號發(fā)生器、壓電陶瓷、電流探頭、功率放大器、示波器、接收天線、頻譜儀等；

實驗過程：信號發(fā)射機中，發(fā)射機與天線之間需要進行連接，此連接處即為天線饋電在整個發(fā)射機系統(tǒng)中是至關(guān)重要的一部分。在機械天線發(fā)射系統(tǒng)中亦是如此，和電天線不同，壓電機械天線作為一種壓電陶瓷，天線饋電對壓電機械天線自身的諧振特性不影響，即壓電機械天線的固有諧振特性只和天線本身的材料、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)有關(guān)，天線饋電只會影響壓電機械天線的輸入功率和輻射效率。

為了優(yōu)化機械天線饋電系統(tǒng)，提高壓電機械天線的輸入功率和輻射效率。選擇環(huán)形天線作為接收天線，天線工作頻段為20Hz-1MHz，直徑50cm。為了更直觀顯示接收信號幅度，使用頻譜儀作為接收機，接收頻段9kHz-3GHz，最大分析帶寬1MHz。

根據(jù)圖3-13所示的壓電機械天線測試系統(tǒng)，測試和優(yōu)化天線饋電對機械天線射性能的影響。實驗條件設(shè)置為系統(tǒng)發(fā)射和接收端的距離是1米，信號發(fā)生器輸出30kHz-1MHz的連續(xù)正弦信號信號峰峰值5Vp-p，放大器放大倍數(shù)為9倍，即輸入電壓為45Vp-p。半導(dǎo)體饋電探針常用于測量較弱的電流和電壓信號，具有高靈敏度、低噪聲、易于操作等優(yōu)點，可直接將饋電探針末端放置在壓電機械天線表面，探針另一端接放大器輸出端。機械天線底面放置銅板，使機械天線底面電極接地。因為壓電陶瓷在工作過程中，發(fā)生微小的位置偏移就會對振動產(chǎn)生影響，導(dǎo)致壓電機械天線的性能變差，因此，設(shè)計了饋電臺。其中塑料夾具和彈簧對壓電陶瓷進行固定，饋電臺的金屬片中間夾陶瓷片，使用電導(dǎo)率高的銅或者銀來充當饋電金屬，下表面用來接地，饋電臺上表面用高溫導(dǎo)線連接到饋電臺背板，方便連接功放輸出端。

實驗結(jié)果：基于壓電機械天線測試系統(tǒng)，測試不同材料和不同尺寸的壓電機械天線電磁輻射性能，驗證壓電機械天線材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性。

測試直徑a-15mm，厚度b=2mm的P5-H和鐵電陶瓷在30kHz-1MHz時的接收功率曲線。圖3-18是環(huán)形天線SAS-565L在頻率30kHz-1MHz之間接收到的電磁波信號功率。顯然，環(huán)形天線接收到鐵電陶瓷的發(fā)射功率好于P5-H，因此，鐵電陶瓷有更好的電磁輻射性能。當壓電機械天線的直徑a為7.5mm時，由圖3-18(b)可知，隨著機械天線厚度b的增大，壓電機械天線測試系統(tǒng)接收端接收功率逐漸減小，說明壓電機械天線的厚度越薄，天線的輻射效率越高。同理，保持機械天線的厚度b=2mm，當機械天線的直徑a分別為7.5mm、15mm、30mm時，機械天線通信系統(tǒng)的接收端接收功率隨著a的增大逐漸變強。作為對比，將鐵電陶瓷尺寸為a=15mm，b=2mm時接收端的接收功率曲線也放在圖3-18(c)。由圖3-18(c)可知，當壓電機械天線的輻射頻率超過761kHz時，尺寸為a=15mm，b=2mm的鐵電陶瓷有最強的電磁輻射。由圖3-10(b)中的阻抗圖可知，當頻率較大時，尺寸為a=15mm，b=2mm的鐵電陶瓷的阻抗更接近50Ω，因此，當頻率超過721kHz時輻射更強。綜上可知，當鐵電陶瓷的尺寸為a=30mm，b=1mm時，壓電機械天線在30kHz-721kHz的頻帶內(nèi)輻射效率越高，通信性能越強;當鐵電陶瓷的尺寸為a=15mm，b=2mm時，壓電機械天線在30kHz-761kHz的頻帶內(nèi)輻射效率越高，通信性能越強。

功率放大器推薦：ATA-4014C

圖：ATA-4014C高壓功率放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇