基于串联阵列型磁电天线的甚低频磁感应通信系统设计

来源：电子与信息学报杂志2025年第8期北京时间：

作者：张锋, 李佳燃, 田玉晓, 徐梓洋, 宫兆前, 庄鑫

单位：1.中国科学院空天信息创新研究院电磁辐射与探测技术重点实验室 北京 1001902.中国科学院大学电子电气与通信工程学院 北京 1000493.西北工业大学电子信息学院 西安 710072

摘要：磁电(ME)天线具有高能量转换效率、小尺寸和轻量化的优势，在便携式跨介质通信系统中具有良好的应用前景。目前，ME天线存在辐射强度较低的问题，限制了系统的通信距离。为解决这一问题，该文设计了一种基于ME天线阵列的甚低频(VLF)通信系统。该系统的发射天线是由7个ME天线单元串联组成的发射阵列，有效提升了辐射强度。ME天线单元采用经过表面改性的Fe80Si9B11层压材料作为磁致伸缩单元，并结合Pb(Zr,Ti)O3(PZT)压电陶瓷构成三明治结构，增强了磁电耦合效率。对天线阵列施加高驱动电压，可在1 m距离处产生165 nT的磁场强度。基于该天线阵列的便携式磁通信系统采用二进制振幅键控(BASK)调制技术，在高背景噪声的实验室环境中成功实现了11.4 m的无线通信，码速率为50 bit/s。理论分析表明，该系统的最大误码率为0.12%，证明了其良好的抗噪能力。研究结果表明，基于串联阵列型磁电(ME)天线的通信系统在提升通信距离具有显著优势，为低频通信技术的发展提供了新的思路。

关键词：低频通信系统, 新型磁电天线, 数字调制

基金资助：国家自然科学基金(62271470)，国家重点研发计划(2021YFA0716500)