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Applicazione dell'amplificatore di potenza ad alta tensione nel test delle prestazioni delle antenne meccaniche di comunicazione a bassa frequenza

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Nome sperimentale: Test delle prestazioni di antenne meccaniche per comunicazioni a bassa frequenzaRicerca Di

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nome sperimentale: Test delle prestazioni di antenne meccaniche per comunicazioni a bassa frequenza

Direzione della ricerca: Le antenne tradizionali a onde lunghe generano radiazioni elettromagnetiche attraverso la risonanza elettrica in strutture metalliche, che in genere richiedono dimensioni di centinaia o migliaia di metri per soddisfare i requisiti di frequenza operativa, il che è sfavorevole per l'installazione e la manutenzione. Le antenne meccaniche utilizzano le vibrazioni meccaniche per pilotare il ribaltamento dei dipoli elettrici o magnetici all'interno dei materiali per ottenere la radiazione elettromagnetica, consentendo la progettazione miniaturizzata di antenne a onde lunghe superando i limiti delle dimensioni strutturali e dell'efficienza di radiazione. La ricerca attuale sulle antenne meccaniche si concentra principalmente sull'ottimizzazione delle prestazioni elettromagnetiche delle singole antenne, come l'efficienza di radiazione e la distanza di trasmissione, mentre non sono ancora stati condotti studi approfonditi sui sistemi di trasmissione del segnale delle antenne meccaniche. Questo esperimento costruisce un sistema di comunicazione ad antenna meccanica basato su materiali ceramici ferroelettrici rilassanti, studiando le prestazioni delle antenne meccaniche sviluppate all'interno di un sistema di comunicazione reale per una profonda ottimizzazione.

Obiettivi sperimentali: Effettuare test sulle prestazioni delle unità di trasmissione e ricezione del sistema di antenne meccaniche; effettuare un'analisi teorica della polarità della radiazione elettromagnetica delle antenne meccaniche piezoelettriche; successivamente progettare e ottimizzare l'unità di trasmissione del sistema di antenne meccaniche. Testare le curve di impedenza e capacità di antenne meccaniche piezoelettriche con diversi materiali e dimensioni per selezionare il materiale e le dimensioni strutturali ottimali per la progettazione dell'antenna meccanica. Costruire un sistema di trasmissione di antenne meccaniche piezoelettriche, progettare e ottimizzare i metodi di amplificazione e di alimentazione del sistema di antenne meccaniche e proporre una soluzione di comunicazione ottimale per le antenne meccaniche.

Apparecchiature di prova: Generatore di segnali funzionali, ceramica piezoelettrica, sonda di corrente, amplificatore di potenza, oscilloscopio, antenna ricevente, analizzatore di spettro, ecc.

Processo sperimentale: Nel trasmettitore di segnali, è necessario un collegamento tra il trasmettitore e l'antenna e questo punto di collegamento, noto come alimentazione dell'antenna, è una parte cruciale dell'intero sistema del trasmettitore. Questo vale anche per i sistemi di trasmissione meccanici ad antenna. A differenza delle antenne elettriche, l'antenna meccanica piezoelettrica, in quanto tipo di ceramica piezoelettrica, non è influenzata nelle sue caratteristiche di risonanza dall'alimentazione dell'antenna. In altre parole, le caratteristiche di risonanza intrinseche dell'antenna meccanica piezoelettrica dipendono solo dal materiale, dalla struttura e da altre proprietà dell'antenna stessa, mentre l'alimentazione dell'antenna influisce solo sulla potenza di ingresso e sull'efficienza di radiazione dell'antenna meccanica piezoelettrica.

Per ottimizzare il sistema di alimentazione dell'antenna meccanica e migliorare la potenza di ingresso e l'efficienza di radiazione dell'antenna meccanica piezoelettrica, è stata scelta come antenna ricevente un'antenna a loop, operante nella banda di frequenza di 20 Hz - 1 MHz con un diametro di 50 cm. Per visualizzare in modo più intuitivo l'ampiezza del segnale ricevuto, come ricevitore è stato utilizzato un analizzatore di spettro, con una banda di frequenza di ricezione di 9 kHz - 3 GHz e una larghezza di banda massima di analisi di 1 MHz.

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Seguendo il sistema di prova dell'antenna meccanica piezoelettrica mostrato nella Figura 3-13, è stato testato e ottimizzato l'impatto dell'alimentazione dell'antenna sulle prestazioni di radiazione dell'antenna meccanica. Le condizioni sperimentali sono state impostate come segue: la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore del sistema era di 1 metro; il generatore di segnale emetteva un segnale sinusoidale continuo da 30 kHz a 1 MHz con una tensione picco-picco di 5 Vp-p; il guadagno dell'amplificatore era di 9 volte, con una tensione d'ingresso di 45 Vp-p. Le sonde di alimentazione a semiconduttore, comunemente utilizzate per misurare segnali deboli di corrente e tensione grazie alla loro elevata sensibilità, al basso rumore e alla facilità di funzionamento, sono state posizionate direttamente con le punte sulla superficie dell'antenna meccanica piezoelettrica, con l'altra estremità collegata all'uscita dell'amplificatore. Una piastra di rame è stata posta sotto l'antenna meccanica per mettere a terra l'elettrodo inferiore. Poiché lievi spostamenti di posizione durante il funzionamento della ceramica piezoelettrica possono influenzare le vibrazioni e degradare le prestazioni dell'antenna meccanica piezoelettrica, è stata progettata una piattaforma di alimentazione. Questa piattaforma utilizza morsetti e molle in plastica per fissare la ceramica piezoelettrica. La lastra metallica della piattaforma di alimentazione racchiude al centro un pezzo di ceramica e come metallo di alimentazione si utilizza rame o argento altamente conduttivo. La superficie inferiore è utilizzata per la messa a terra, mentre la superficie superiore della piattaforma di alimentazione è collegata al pannello posteriore della piattaforma di alimentazione con un filo ad alta temperatura per facilitare il collegamento all'uscita dell'amplificatore di potenza.

Risultati sperimentali: Sulla base del sistema di prova dell'antenna meccanica piezoelettrica, sono state testate le prestazioni di radiazione elettromagnetica di antenne meccaniche piezoelettriche con diversi materiali e dimensioni per verificare la fattibilità del materiale e della progettazione strutturale dell'antenna meccanica piezoelettrica.

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Sono state analizzate le curve di potenza ricevuta per il P5-H e la ceramica ferroelettrica con diametro a=15 mm e spessore b=2 mm nell'intervallo di frequenza 30 kHz - 1 MHz. La Figura 3-18 mostra la potenza dei segnali di onde elettromagnetiche ricevuti dall'antenna a loop SAS-565L nell'intervallo di frequenza 30 kHz - 1 MHz. È evidente che l'antenna a loop ha ricevuto una potenza di trasmissione più elevata dalla ceramica ferroelettrica rispetto al P5-H, indicando che la ceramica ferroelettrica ha migliori prestazioni di radiazione elettromagnetica. Quando il diametro a dell'antenna meccanica piezoelettrica è di 7,5 mm, come mostrato nella Figura 3-18(b), la potenza ricevuta all'estremità del ricevitore del sistema di test dell'antenna meccanica piezoelettrica diminuisce gradualmente all'aumentare dello spessore b dell'antenna meccanica, suggerendo che le antenne meccaniche piezoelettriche più sottili hanno una maggiore efficienza di radiazione. Analogamente, mantenendo lo spessore dell'antenna meccanica costante a b=2 mm, quando i diametri a dell'antenna meccanica sono rispettivamente 7,5 mm, 15 mm e 30 mm, la potenza ricevuta all'estremità del ricevitore del sistema di comunicazione ad antenna meccanica si rafforza gradualmente all'aumentare di a. A titolo di confronto, nella Figura 3-18(c) è riportata anche la curva della potenza ricevuta per la ceramica ferroelettrica con dimensioni a=15 mm, b=2 mm. Dalla Figura 3-18(c), si può notare che quando la frequenza di radiazione dell'antenna meccanica piezoelettrica supera i 761 kHz, la ceramica ferroelettrica con dimensioni a=15 mm, b=2 mm presenta la radiazione elettromagnetica più forte. Dal grafico dell'impedenza nella Figura 3-10(b), è noto che a frequenze più elevate, l'impedenza della ceramica ferroelettrica con dimensioni a=15 mm, b=2 mm è più vicina a 50 Ω, da cui deriva la radiazione più forte quando la frequenza supera i 721 kHz. In sintesi, quando le dimensioni della ceramica ferroelettrica sono a=30 mm, b=1 mm, l'antenna meccanica piezoelettrica presenta una maggiore efficienza di radiazione e prestazioni di comunicazione più elevate nella banda di frequenza di 30 kHz - 721 kHz; quando le dimensioni della ceramica ferroelettrica sono a=15 mm, b=2 mm, l'antenna meccanica piezoelettrica presenta una maggiore efficienza di radiazione e prestazioni di comunicazione più elevate nella banda di frequenza di 30 kHz - 761 kHz.

Amplificatore di potenza consigliato: ATA-4014C

Specifiche e parametri dell'amplificatore di potenza ad alta tensione ATA-4014C

Figura: Specifiche e parametri dell'amplificatore di potenza ad alta tensione ATA-4014C

Il caso di cui sopra è stato compilato da Aigtek Xi'an. Xi'an Aigtek Electronics è un'impresa high-tech specializzata nella ricerca, nello sviluppo, nella produzione e nella vendita di strumenti di misura elettronici, tra cui amplificatori di potenza, amplificatori ad alta tensione, sorgenti di segnale di potenza, preamplificatori per piccoli segnali, sorgenti di tensione ad alta precisione e sorgenti di corrente ad alta precisione, che forniscono agli utenti soluzioni di prova competitive. Aigtek è diventato un fornitore di strumenti su larga scala con un'ampia gamma di linee di prodotti nel settore e sono disponibili unità demo per la prova gratuita.

Seguendo il sistema di test dell'antenna meccanica piezoelettrica mostrato nella Figura 3-13, è stato testato e ottimizzato l'impatto dell'alimentazione dell'antenna sulle prestazioni di radiazione dell'antenna meccanica. Le condizioni sperimentali sono state impostate come segue: la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore del sistema era di 1 metro; il generatore di segnale emetteva un segnale sinusoidale continuo da 30 kHz a 1 MHz con una tensione picco-picco di 5 Vp-p; il guadagno dell'amplificatore era di 9 volte, con una tensione d'ingresso di 45 Vp-p. Le sonde di alimentazione a semiconduttore, comunemente utilizzate per misurare segnali deboli di corrente e tensione grazie alla loro elevata sensibilità, al basso rumore e alla facilità di funzionamento, sono state posizionate direttamente con le punte sulla superficie dell'antenna meccanica piezoelettrica, con l'altra estremità collegata all'uscita dell'amplificatore. Una piastra di rame è stata posta sotto l'antenna meccanica per mettere a terra l'elettrodo inferiore. Poiché lievi spostamenti di posizione durante il funzionamento della ceramica piezoelettrica possono influenzare le vibrazioni e degradare le prestazioni dell'antenna meccanica piezoelettrica, è stata progettata una piattaforma di alimentazione. Questa piattaforma utilizza morsetti e molle in plastica per fissare la ceramica piezoelettrica. La lastra metallica della piattaforma di alimentazione racchiude al centro un pezzo di ceramica e come metallo di alimentazione si utilizza rame o argento altamente conduttivo. La superficie inferiore è utilizzata per la messa a terra, mentre la superficie superiore della piattaforma di alimentazione è collegata al pannello posteriore della piattaforma di alimentazione con un filo ad alta temperatura per facilitare il collegamento all'uscita dell'amplificatore di potenza.

Risultati sperimentali: Sulla base del sistema di prova dell'antenna meccanica piezoelettrica, sono state testate le prestazioni di radiazione elettromagnetica di antenne meccaniche piezoelettriche con diversi materiali e dimensioni per verificare la fattibilità del materiale e della progettazione strutturale dell'antenna meccanica piezoelettrica.

Sono state analizzate le curve di potenza ricevuta per il P5-H e la ceramica ferroelettrica con diametro a=15 mm e spessore b=2 mm nell'intervallo di frequenza 30 kHz - 1 MHz. La Figura 3-18 mostra la potenza dei segnali di onde elettromagnetiche ricevuti dall'antenna a loop SAS-565L nell'intervallo di frequenza 30 kHz - 1 MHz. È evidente che l'antenna a loop ha ricevuto una potenza di trasmissione più elevata dalla ceramica ferroelettrica rispetto al P5-H, indicando che la ceramica ferroelettrica ha migliori prestazioni di radiazione elettromagnetica. Quando il diametro a dell'antenna meccanica piezoelettrica è di 7,5 mm, come mostrato nella Figura 3-18(b), la potenza ricevuta all'estremità del ricevitore del sistema di test dell'antenna meccanica piezoelettrica diminuisce gradualmente all'aumentare dello spessore b dell'antenna meccanica, suggerendo che le antenne meccaniche piezoelettriche più sottili hanno una maggiore efficienza di radiazione. Analogamente, mantenendo lo spessore dell'antenna meccanica costante a b=2 mm, quando i diametri a dell'antenna meccanica sono rispettivamente 7,5 mm, 15 mm e 30 mm, la potenza ricevuta all'estremità del ricevitore del sistema di comunicazione ad antenna meccanica si rafforza gradualmente all'aumentare di a. A titolo di confronto, nella Figura 3-18(c) è riportata anche la curva della potenza ricevuta per la ceramica ferroelettrica con dimensioni a=15 mm, b=2 mm. Dalla Figura 3-18(c), si può notare che quando la frequenza di radiazione dell'antenna meccanica piezoelettrica supera i 761 kHz, la ceramica ferroelettrica con dimensioni a=15 mm, b=2 mm presenta la radiazione elettromagnetica più forte. Dal grafico dell'impedenza nella Figura 3-10(b), è noto che a frequenze più elevate, l'impedenza della ceramica ferroelettrica con dimensioni a=15 mm, b=2 mm è più vicina a 50 Ω, da cui deriva la radiazione più forte quando la frequenza supera i 721 kHz. In sintesi, quando le dimensioni della ceramica ferroelettrica sono a=30 mm, b=1 mm, l'antenna meccanica piezoelettrica presenta una maggiore efficienza di radiazione e prestazioni di comunicazione più elevate nella banda di frequenza di 30 kHz - 721 kHz; quando le dimensioni della ceramica ferroelettrica sono a=15 mm, b=2 mm, l'antenna meccanica piezoelettrica presenta una maggiore efficienza di radiazione e prestazioni di comunicazione più elevate nella banda di frequenza di 30 kHz - 761 kHz.

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