1.   引言

甚低频(Very Low Frequency, VLF)等低频段电磁波波长达到数十千米的量级，具有空间衰减小，传播距离远等特点，且对传播介质损耗不明显，因此在远距离通信、地下通信和对潜通信等领域具有重大意义^[1]。传统天线基于电磁波谐振，在低频段为了保证高效率工作，通常需要庞大的天线配套设施，因此严重限制了通信系统整体的体积^[2]。另外，随着便携式电子设备、无线传感器网络的发展，天线小型化的需求更加强烈^[3]。

基于电荷加速运动产生电磁辐射原理，美国国防高级研究计划局(DARPA)于2017年提出了“机械天线”项目^[4]。旨在通过永磁体或驻极体的机械运动产生信号，实现低频电磁波的发射。

目前对于永磁式机械天线的研究，美国佛罗里达州大学的 Hunter团队^[5]将永磁体旋转到所需的频率，产生时变磁场实现低频通信，西安电子科技大学的 Gong 等人^[6]对旋转磁铁基机械天线基于安培电流模型推导了近场电磁场表达式并制作了原理样机。作为机械天线的一种，由压电和压磁材料复合而成，以声波介导的磁电天线(Magneto-Electric antenna, ME天线)可有效减小甚低频天线的体积^[7]。ME天线基于声波谐振原理和磁致伸缩效应来辐射和接收电磁波，利用压磁、压电的材料耦合特性，实现机械波和电磁波之间的相互转换^[8,9]。2021年，美国SLAC实验室^[10]设计了压电晶体式天线，辐射效率比之前的技术水平高出300倍以上。2019年，美国伊利诺伊大学^[11]设计了压电圆盘发射天线，实现了60 bit/s的传输速率。2021年，北京邮电大学Xu等人^[12]从材料角度研究了压电超材料天线的频率响应。2017年，美国东北大学Nan等人^[3]分别在纳米板谐振器 (NPR)和薄膜体声波谐振器(FBAR) 两种不同结构中实现了ME天线的发射。2020年，Dong等人^[13]分析了M/P/M 3层结构复合天线高耦合效应以及辐射方向性。2020年，电子科技大学彭春瑞^[14]等人对磁电天线层数结构的归一化结果得出3层最优化结构。2021年，电子科技大学Xu等人^[15]通过有限元仿真模型分析了M/P/M复合结构的天线辐射问题。2023年，上海交通大学Xiao等人^[16]以双磁场驱动ME天线，获得了更高的传输效率和带宽。

上述研究对新型天线辐射特性做了深入研究，而应用于电磁感应时的结构端差异、物理特性研究较少。ME天线的工作原理核心是压电与压磁元件的强耦合作用，是对外部磁场的极化响应，或对外部电场的磁化响应，称为正磁电(DME)效应或逆磁电(CME)效应^[17]。磁电效应的强弱与其材料特性和结构形式有很大关系，且作为接收端和发射端的性能差异也有待研究。基于上述分析，为提升甚低频天线通信距离以及辐射效率，提出压电/压磁组成3层结构的ME天线，研究天线结构对发射和接收电磁波的影响。建立ME天线发射/接收端的理论模型；搭建甚低频通信实验系统；对天线发射/接收电磁波能力进行实验分析。

2.   甚低频ME天线耦合模型

VLF频段电磁波波长为10～100 km，对其近场范围内的耦合模型求解十分重要。基于甚低频段天线小型化的应用，提出发/收集成式天线对。分别建立ME天线磁-机-电耦合模型以及辐射模型。

2.1   发射端机磁模型

ME天线作为发射端，通过复合材料之间的逆磁电效应辐射电磁波。对压电层施加交流激励电压，使内部产生应力场，产生应变传递到压磁层，引起压磁层产生压磁效应，从而产生磁化。以3层压电/压磁压电结构为模型，建立如图1所示3维模型，图中M(Magnetostriction)代表压磁层，P(Piezoelectric)代表压电层。压磁层沿长度方向磁化，压电片沿厚度方向极化，使其工作在L-T(Length-Thickness)模式下^[18]。

图 1  L-T模式复合材料示意图

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当压力作用在复合结构表面时，其内部声波传导过程中会产生应力场，使其产生形变。对于压电层来说，在纵向耦合条件下，得到了x方向应变${S}_{1}^{{\mathrm{P}}}$和介电位移D₃的压电本构方程为

相对地，沿x方向的应变${S}_{3}^{{\mathrm{m}}}$和磁感应强度B₃的压磁本构方程为

式中，E₃和H₃分别为压电层电场强度和压磁层磁场强度；${T}_{1}^{{\mathrm{P}}}$和${T}_{3}^{{\mathrm{m}}}$分别为沿x方向对压电层和压磁层的应力；${s}_{11}^{{\mathrm{E}}}$, ${d}_{31}^{{\mathrm{P}}}$, ${\varepsilon }_{33}^{{\mathrm{T}}}$分别是压电层弹性柔顺系数、压电常数和恒定应力下的介电常数，${s}_{33}^{{\mathrm{H}}}$, ${d}_{33}^{{\mathrm{m}}}$, ${\mu }_{33}$分别为压磁层在恒定磁通密度下的柔顺系数、纵向压磁系数和磁导率。

由于施加的电压信号为正弦信号，所以压电层的振动也是正弦运动；假设压电层与压磁层粘合在一起，不计机械、电、磁、热等损耗；根据牛顿第二定律得到复合结构的机械振动方程为^[19]

式中，$\mu$为材料沿$x$方向上的位移；$\rho ={(\rho }_{{\mathrm{m}}}{A}_{1}+ 2{\rho }_{{\mathrm{p}}}{A}_{2})/A$为复合结构的平均密度；${\rho }_{{\mathrm{m}}}$和${\rho }_{{\mathrm{p}}}$分别为压磁层和压电层的密度；A, A₁, A₂分别为复合结构、压磁层和压电层的横截面积。

在交流电压的激励下，假设材料两端表面处不受外力的影响。联合式(1)–式(5)可以得到磁-机-电耦合方程：

由安培定律可得状态方程：

式中，F₁, F₂和${\mu }_{1}$, ${\mu }_{2}$分别为复合结构两端的面力和面位移速度；V_p, V_m和I_m分别为为压电层表面电压和压磁材料表面电压、电流；${\varphi }_{{\mathrm{p}}}={w}{d}_{31}^{{\mathrm{P}}}/{s}_{11}^{{\mathrm{E}}}$是机电耦合系数；${\varphi }_{{\mathrm{m}}}=\dfrac{{d}_{33}^{{\mathrm{m}}}}{\mathrm{i}\omega N{\mu }_{33}^{{\mathrm{T}}}{s}_{33}^{{\mathrm{H}}}}$是机磁耦合系数；${L}_{0}={\bar{\mu }}_{33}^{{\mathrm{T}}}{N}^{2}\dfrac{{A}_{1}}{l}$是压磁层的静电感，其中${\bar{\mu }}_{33}^{\mathrm{{T}}}= \dfrac{{\left({d}_{33}^{{\mathrm{m}}}\right)}^{2}}{{\left({u}_{33}^{{\mathrm{T}}}\right)}^{2}{s}_{33}^{{\mathrm{H}}}}+ \dfrac{1}{{\mu }_{33}^{{\mathrm{T}}}}$；${Z}_{1}=\dfrac{{\rho }vA}{\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}kl}$和${Z}_{2}=\mathrm{i}\mathrm{\rho }vA\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\dfrac{kl}{2}$是等效机械阻抗；$k=\dfrac{\omega }{v}$是振动波数，$\omega$是角频率；$v=\sqrt{\left(\dfrac{1-n}{{s}_{33}^{{\mathrm{H}}}}+\dfrac{n}{{s}_{11}^{{\mathrm{E}}}}\right)/\rho }$是磁电复合材料的波速。

综上得到了ME天线的等效电压和等效电流。根据式(6)–式(8)得到磁电天线的磁-机-电等效电路图，如图2所示。在电路中，F₁, F₂为机械驱动电压，${\mu }_{1}$, ${\mu }_{2}$为机械驱动电流。

图 2  逆磁电效应等效电路示意图

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当激励电压的频率接近于天线谐振频率时，必须考虑各种损耗带来的影响。因此，谐振状态下的机械阻抗可以看作机械电感、电容和电阻的串联，可表示为：${{C}}_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{h}}=\dfrac{8}{{\pi }{\omega }_{r}{Z}_{0}},\;{{L}}_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{h}}=\dfrac{{\pi }{Z}_{0}}{8{\omega }_{r}}, {{R}}_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{h}}=\dfrac{{\pi }{Z}_{0}}{8{{Q}}_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{h}}}$，其中，${Z}_{0}=\rho vwt$，${\omega }_{r}=\dfrac{\pi v}{l}$为复合材料的平均谐振频率，Q_mech为机械损耗因数，且机械损耗$\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}{\delta }_{{\mathrm{m}}}=\dfrac{1}{{{Q}}_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{h}}}$, $\dfrac{1}{{{Q}}_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{c}\mathrm{h}}}=\dfrac{1-{n}}{{{Q}}_{\mathrm{m}}}+\dfrac{{n}}{{{Q}}_{\mathrm{e}}}$。

因此，在共振频率下，在考虑其损耗的情况下，可得出

其中，${V_m} = - {\mathrm{i}}\omega w{t_m}N{B_3}$。则ME天线的逆磁电系数可表示为

2.2   接收端电磁模型

ME天线作为接收端时通过材料之间的磁电效应来感应电磁波，将磁性分量转换成电信号。ME天线磁电效应的分析和逆磁电效应相似，同样将截面的力等效为电压，将截面位移等效为电流，会得到磁电效应下的等效电路。在正弦的激励下，假设材料两端表面处不受外力的影响，可以得到磁电耦合方程

式中，I_p为压电层表面电流，${C}_{0}=\dfrac{{\varepsilon }_{33}{w}{l}}{{t}_{{\mathrm{p}}}}$是压电层的静态电容；这样就得到ME天线在共振模式下的磁电效应等效电压与电流。根据式(11)–式(13)得到ME天线的磁-机-电等效电路图，如图3所示。在电路中，F₁, F₂作为机械驱动电压，${\mu }_{1}$, ${\mu }_{2}$作为机械驱动电流。

图 3  磁电效应等效电路示意图

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在自由边界下，两端短路，根据欧姆定律，可以得到

由此，可得到ME天线磁电系数为

由式(10)、式(15)建立的ME天线动力学模型可以分析磁致伸缩/压电复合结构中磁电效应以及逆磁电效应。其中，${\alpha _{\mathrm{E}}}$和${\alpha _{\mathrm{B}}}$与材料的体积分数以及材料参数有关，与总厚度无关。因此，公式适用于任何层状对称结构设计。天线具体设计参数如表1所示，对式(10)和式(15)拟合可得到耦合曲线如图4所示。

表 1  ME天线材料参数

	Volume (mm3)	${s}_{33}^{{\mathrm{H}}},\;{s}_{11}^{{\mathrm{E}}}$(m2/N)	${d}_{33}^{{\mathrm{m}}}$ (m/A) ${d}_{31}^{{\mathrm{P}}}$ (C/N)	${\rho }_{{\mathrm{m}}},\;{\rho }_{{\mathrm{P}}}$ (g/cm3)	${Q}_{{\mathrm{m}}}、{Q}_{{\mathrm{P}}}$	$\mu _{33}^{\mathrm{T}}$, ${\varepsilon _{33}}$
Terfenol-D	35×10×1	1.638×10-11	14.86×10–9	9250	10	62.8×10–7
PZT-5	38×10×1	4.7×10-11	1.53×10–8	7800	65	38×10–8

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图 4  压电体积分数与磁电耦合响应曲线图

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从图中可以看出，${\alpha _{\mathrm{E}}}$和${\alpha _{\mathrm{B}}}$与压电体积分数呈非线性关系，分别在比例系数n=0.34和n=0.66处取得最大值。这是由于压电层体积分数越高，在外加电场作用下产生的形变越大；磁致伸缩层体积分数越高，在外加磁场作用下的形变越大。因此，ME天线作为发射端工作时以压电材料占主要作用，作为接收端工作时以压磁材料占主要作用。

2.3   ME天线辐射场模型

由麦克斯韦方程可知，磁场和电场之间的相互耦合的作用能够独立存在于真空中，并不依赖外界物质作为媒介。因此，在某种材料中，分别表征其磁化和极化参量的自旋序和电极化序不仅同时存在，而且这两种有序参量之间还存在一定的耦合关系^[12]。材料在电场E的作用下会诱导磁化强度M改变，即

ME天线的辐射电磁波原理是以应变为介质，诱导磁致伸缩相磁致振动和压电相极化翻转，从而进行电磁辐射。因此，压电层的电偶极矩翻转和磁致伸缩层的磁偶极矩振荡都对电磁辐射有贡献。在近场范围内，对于压电层，可以假设由点电荷极化转换产生的磁场等效为电偶级子天线

其中，P₀为总电偶极矩，即压电材料的体积和饱和极化强度的乘积，k为自由空间的波数。

对于压磁层，由磁化振荡产生的磁场可以假设等效为磁偶极子天线

其中，${m}_{0}={V}_{\text{m}}\cdot \Delta M={V}_{\text{m}}\cdot {\alpha }_{{\mathrm{CME}}}\cdot \Delta E$为总磁偶极矩，即磁致伸缩材料的体积和磁化强度的乘积。

综上所述：ME天线所产生的辐射磁场强度大小与压电体积分数、激励电压、偏置磁场有关。在近场范围内，辐射强度以近乎传播距离的3次方衰减，可通过增大体积以及提高材料的饱和极化强度、饱和磁化强度产生更大的磁感应强度来提高通信距离。

3.   ME天线实验性能研究

ME天线性能受多方面因素影响，由上述解析模型分析，影响天线性能的主要因素有天线谐振频率、偏置磁场、激励电压、压电材料体积分数。基于耦合模型，搭建甚低频ME天线实验样机，对天线特性展开研究，并进行甚低频信号调制实验，完成ME天线低频通信。

3.1   天线系统结构及机械共振频率研究

基于上述耦合模型，给出图5所示天线系统的原理样机。该系统主要包括信号发生器、功率放大器、发射天线、接收天线、示波器、前置放大器、上位机。其中发射天线采用PZT/Terfenol-D/PZT(P/T/P)三层复合材料，通过环氧胶粘接而成；信号发生器产生周期激励电信号，轴向方向施加偏置磁场，完成甚低频电磁波的发射；接收天线采用T/P/T三层复合结构，接收信号经前置放大器放大，示波器记录处理反馈到计算机，完成信号接收。

图 5  低频通信系统结构示意图

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ME天线的工作模态受其结构限制。本文设计ME天线为三层对称结构，结构对称性抑制了载体弯曲变形，只保留长度方向变形。纵向谐振与弯曲谐振是两个相对的过程，复合材料变形过程中会产生相互抑制现象^[20]。因此，只有纵向谐振的对称结构模型能够使其长度方向变形最大化。

ME天线内部以声波介导，应变为介质在谐振频率下工作会获得高耦合特性。本文所设计的ME天线基于层状对称结构，工作时主要沿纵向产生振动。纵向谐振频率表达式为

式中，i为谐振阶数(i=1)，${v_{\text{a}}}$为P/T/P复合材料的平均声速。当n=0.66时由公式计算得到f_L=26.557 kHz。信号发生器设置在甚低频段3～30 kHz进行扫频，接收端收到的扫频信号以及导纳如图6所示。检测到发射信号在26.8 kHz附近处由明显峰值，最大阻抗$Z=1/\left|S\right|=4\;082\;{\Omega }$，由于复合结构的粘接方式及材料损耗的影响会有频散现象的发生，扫频频率略高于式(23)的计算值。

图 6  天线导纳和扫频示意图

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3.2   实验测量系统

基于上述ME天线原理样机和理论模型，建立如图7所示实验系统，设置发射信号频率为26.8 kHz，对ME天线特性展开实验研究。

图 7  ME VLF通信实验测量系统图

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3.2.1   ME天线辐射方向性

为了达到最佳通信效果，需保证天线的辐射角度上最优化；而方向图是最清晰、直接的方式表达天线辐射的方向性。假设ME天线的长度方向为z轴，宽度沿x轴，厚度沿y轴，如图8(a)所示。测量天线在x-y平面、x-z平面、y-z平面上磁场强度。改变θ、φ和r的角度，得到ME天线在各平面上的辐射强度。

图 8  ME天线近场辐射方向示意图

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如图8(b)和(c)所示，在x-z平面θ=0°方向存在最大磁感应强度，θ=90°方向达到最小值。在y-z平面处θ=0°方向存在最大磁感应强度，θ=90°方向达到最小值。如图8(d)所示，在x-y平面处，各方向磁场强度大小基本保持一致，在此平面处的磁感应强度均来自压电材料。结果与理论保持一致。

3.2.2   偏置磁场强度影响实验

激励ME天线载体中压磁材料产生磁致伸缩效应，使压磁材料内部磁畴沿偏置磁场方向进行偏转，从而获得最大变形以及抑制倍频现象发生。ME天线耦合特性与偏置磁场间存在非线性关系^[17]。实验测得，压磁系数${d}_{33}^{{\mathrm{m}}}$在偏置磁场强度为16.925 kA/m达到最大为14.857$\times$10^–9 m²/N，弹性柔顺系数${s}_{33}^{{\mathrm{B}}}$在偏置磁场强度14.478 kA/m时达到最大为5.94$\times$10^–8。

图9中，截距不为0是由于磁致伸缩材料被磁化后存在剩磁，导致压磁系数${d}_{33}^{{\mathrm{m}}}$和弹性柔顺系数${s}_{33}^{{\mathrm{B}}}$初始不为0。ME天线辐射强度随偏置磁场增强出现先增大后减小的趋势，在偏置磁场为16.925 kA/m处达到最大磁感应强度，且实验强度数值与理论值的最大相对误差为24.7%。误差源于通电导线以及周围磁场对其产生干扰。实验与理论变化趋势大致相同，施加偏置磁场可提高 ME天线辐射强度。

图 9  DC偏置磁场与磁感应强度关系图

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3.2.3   激励电压影响实验

ME天线通过载体材料间CME效应将电信号输出成磁信号，激励电压的输入能增大ME天线载体的变形量，通过调节信号输入的正弦电压振幅，对接收到的时变电信号进行分析，得到如图10所示的磁场信号。

图 10  激励电压与磁感应强度实验图

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如图10(a)所示，磁场在近场范围内呈3次方衰减，在10 V和200 V电压下分别在5 m和11 m处测得磁场强度4.11 pT和4.557 pT，同在1 m距离时，随着输入电压升高，磁感应强度以比例关系增强。由于压电材料存在电压击穿极限，高电压激励下天线增益有所下降。如图10(b)所示，在1m处磁感应强度与电压的平均增长比例系数分别为1, 1.36, 4.65, 3.96, 3.4，天线在电压100 V时增幅达到最大，且实验强度与式(19)理论结果拟合误差为19.45%。在天线材料适用的范围内，选择较为合适电压可提高磁电天线的磁感应强度以及减小误差，与理论趋势大致相同。

图10(c)为接收天线在不同输入电压下实验测得磁感应强度为1 pT时的通信距离以及根据式(19)推导的电压与通信距离理论曲线。在10 V和100 V下的通信距离增长120%，理论误差分别为8.75%和11.86%。随着电压增高，其误差逐渐变大。可通过提高接收机的灵敏度以及提高磁电天线的加工工艺以降低误差，提高通信距离。

3.2.4   ME天线结构优化通信实验

ME天线在辐射和接收电磁波时，天线载体结构差异影响通信效果。由耦合模型分析可知，ME天线作为发射端时，在压电体积分数n=0.66时获得逆磁电系数最大值；作为接收端时，压电体积分数n=0.34时获得磁电系数最大值。由于天线结构的长度会直接影响其谐振频率，因此，要确保谐振频率不变只能控制天线整体的厚度来改变压电材料占比。因此，本文设计3种不同压电体积分数的ME天线，进行发射/接收实验。其中，驱动电压为100 V；谐振频率为26.8 kHz偏置磁场强度为16.925 kA/m；天线参数如表2所示。将数据进行拟合得到图11所示曲线。

表 2  ME天线类型参数表

类型	Volume of T	Volume of P	压电体积分数
T1	35×15×1	38×15×2	0.66
T2	35×15×1.5	38×15×1.5	0.5
T3	35×15×2	38×15×1	0.34

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图 11  发/收天线输出电压与距离关系曲线图

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如图11展示了天线复合结构比例发生变化时，输出电压随距离的变化情况。其中，在0.6 m距离处T₃/T₁天线对输出电压最低为12.7 μV，T₁/T₃天线对中输出电压为73 μV，输出电压提升82.6%，相同结构天线在做发射和接收天线时性能差异较大。由图10(a)可得到在100V输入电压下T₁/T₃天线对工作距离在9 m处为1.03 μV，而T₃/T₁天线对在5.2 m处电压为1.27 μV，工作距离提升42.2%。因此，ME天线作为发射/接收端工作时，选择合适比例结构会有效提升天线辐射强度。

3.2.5   天线辐射效率计算

ME天线电磁辐射的实质是天线复合材料载体通过CME效应而产生的动态磁化振荡。为了评估ME天线的辐射性能，需要计算其辐射效率以及辐射品质因子与相同尺寸的圆环天线进行比较。小圆环天线在近场的磁感应强度可推倒为^[21]

其中，${\mu _0}$为自由空间磁导率($4\pi \times {10}^{-7}$ H/m)，$\eta$为自由空间辐射阻抗(377 $\Omega$)，k为波长$\lambda$的传播常数(5.6×10^–4)，${Z_0}$为传输线的阻抗(50 $\Omega$)。s为圆环天线的面积，与ME天线面积相同(380 mm²)，${R_{\text{r}}}$为天线的辐射电阻(${R}_{r}={\left(NS\right)}^{2}\dfrac{{Z}_{0}{k}^{4}}{6\pi }\approx 31\;171\dfrac{{S}^{2}}{{\lambda }^{4}}$)，P_in为提供给ME的输入功率(P_in=2.2 W)。r为接收端与发射端的距离。

效率计算通常与传输功率挂钩，由于ME天线频率低，波长大，直接测量其功率较难。由于已知圆环天线的磁感应强度，根据辐射效率与磁感应强度的平方成正比，因此，ME天线和圆环天线的效率比为

结果可知， ME天线相较于电小天线是工作在机械共振频率下，使其辐射效率提升了3个数量级，可有效解决传统天线体积大、辐射效率低的问题。

3.2.6   ME天线二进制数字信号调制

衡量ME天线耦合强度的一项重要指标是天线传输数据速率。直接调制方式作为一种特殊的调制技术可消除带宽与${Q_{{\mathrm{ME}}}}$之间的限制，通过非线性时变分量控制激励信号的变化，进而调控电磁波的机械共振，从而控制信号的数据速率。

因此，实验采用2FSK (2 Frequency Shift Keying)调制，图12给出了通信速率10Hz下的通信链路。如图12(a)所示，在2FSK调制下，输出电压在ME天线同一频率下大小应保持一致。图中两调制频率区分较为明显，在共振频率下时输出电压较高。图12(b)展示了2FSK速率为10 Hz下的调制时域图，在共振频率26.8 kHz下的磁信号强度为55 dB。调制频率26.557～26.8 kHz下工作周期分别为38 μs和37 μs，频率周期数与信号切换时间有关，且调制频率下幅值较为稳定。由于信号切换与驱动频率无法同步，导致一个或多个周期数目的减少。实验结果与预期趋势相同，验证了磁电天线完成通信的可行性。

图 12  2FSK调制信号产生示意图

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4.   结论

本文针对ME天线发/收端结构的差异性，提出一套发/收天线的耦合模型以及纵向谐振式ME甚低频通信样机。计算了其近场辐射强度以及辐射效率，通过理论与实验相结合，证明了该模型的准确性。最后通过2FSK调制验证天线模型在甚低频通信上的可行性。根据实验结果，得到以下几点结论：

(1)ME天线辐射性能与载体结构有很大关系。作为发射端时，压电体积分数n=0.66时逆磁电效应最大；作为接收端时，压电体积分数n=0.34时磁电效应最大。实验证实该耦合模型的可行性，可应用于其他层状磁电天线的结构设计。

(2)ME天线产生磁感应强度与激励电压呈线性关系；在偏置磁场影响下呈非线性增长；其辐射效率相较于电小天线提高3个数量级。

(3)通过2FSK调制实验，控制发射信号的实时频率，在10 Hz调制速率下磁信号强度55 dB，信号切换清晰，调制频率下的幅值稳定，可实现传输速率为5 bps的调制通信。