實(shí)驗(yàn)名稱：高壓功率放大器在聲波諧振電小天線測(cè)試中的應(yīng)用

　　研究方向：聲波諧振

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備：ATA-2031高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、阻抗分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

　　設(shè)計(jì)了三種不同類(lèi)型的聲波諧振電小天線，包括基于Fe-Si-B/PIMNT復(fù)合材料的聲波諧振電小天線，基于Fe-Ga/PIMNT復(fù)合材料的聲波諧振電小天線，以及基于Fe-Ga/AlN的薄膜聲波諧振電小天線。

　　研究不同類(lèi)型聲波諧振電小天線的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)和工作模式等進(jìn)行分析，確定影響聲波諧振電小天線性能的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

　　采用自己搭建的正磁電耦合系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試磁電復(fù)合材料的正磁電耦合系數(shù)。基本原理為：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)dH，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)H，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)dH，掃描磁場(chǎng)信號(hào)H和磁電復(fù)合材料得到交變電壓信號(hào)dE通過(guò)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。

　　交流磁場(chǎng)施加模塊用于對(duì)磁電耦合器件施加一個(gè)頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)的交流輸入磁場(chǎng)，選用信號(hào)發(fā)生器（任意波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器）。利用該信號(hào)發(fā)生器提供1μHz至25MHz的正弦波信號(hào)，采樣率為200MSa/s。為了在高頻下對(duì)調(diào)制線圈施加足夠的電壓/電流，以獲得一定強(qiáng)度的均勻磁場(chǎng)，將正磁電耦合測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器與電壓放大器連接。選擇西安安泰公司生產(chǎn)的ATA-2031高壓放大器，輸出電壓300Vp-p（±150Vp），輸出電流120mAp，輸出電壓增益0~50倍（0.1step）。

　　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。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(lái)為樣品提供交流磁場(chǎng)。選擇了大輸出電壓300Vp-p（±150Vp），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(guò)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。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　在Maxwell模擬中僅僅以電流激勵(lì)線圈，在靜磁場(chǎng)條件下計(jì)算磁場(chǎng)的均勻度。分析模擬結(jié)果，可以得到一個(gè)至少可以得到φ30mm*50mm的均勻磁場(chǎng)區(qū)域（磁場(chǎng)均勻度為+/-5%）。線圈內(nèi)部對(duì)應(yīng)平面的磁場(chǎng)分布情況直流磁場(chǎng)施加模塊主要用于給磁電復(fù)合材料施加一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度可控的直流偏置磁場(chǎng)。采用自制線圈或大亥姆霍茲線圈，利用直流源直接給線圈施加直流電壓（0-31V）。利用高斯計(jì)進(jìn)行磁場(chǎng)電流常數(shù)的標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果表明，選用大亥姆霍茲線圈可獲得0-145Gs直流磁場(chǎng)。

　　交流信號(hào)檢測(cè)模塊用于檢測(cè)樣品產(chǎn)生的電壓信號(hào)。利用波器讀出交變磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度可通過(guò)電壓放大器的輸出電流和標(biāo)定線圈的電流-磁場(chǎng)常數(shù)簡(jiǎn)單計(jì)算得到。

　　高壓放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能：將信號(hào)發(fā)生器中的電壓信號(hào)放大

　　ATA-2031電壓放大器參數(shù)指標(biāo)：

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