基于压电晶体的声波激励小型化低频天线技术研究

来源：电子与信息学报杂志2023年第11期北京时间：

作者：扶逸凡, 徐国凯, 朱祥维, 肖绍球, 张靖浩, 钟玖平, 李婉清, 李君儒, 王宇航, 王子业, 李杜

单位：1.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海 5190822.中山大学电子与通信工程学院 深圳 5181073.中山大学系统科学与工程学院 广州 5100064.中山大学电子与信息工程学院 广州 5100065.中山大学材料学院 深圳 5181076.中山大学·深圳 深圳 518107

摘要：水下信息实时传输的需求与日俱增，水声通信和光通信等传统通信手段在传输安全性与稳定性方面具有先天难以弥补的劣势，且在传输速率方面难以形成突破，因此亟待对新技术进行研究。为解决此问题，近年一些学者提出一种新机理、新材料和新工艺的小型化天线，有望实现低频天线在尺寸和性能上的跨越，实现水下通信技术的变革。该文对此类声波激励小型化天线进行研究。首先阐述并建立了天线辐射机理及理论模型，分析了不同材料参数对天线性能的影响；然后根据模型参数设计加工了基于铌酸锂(LiNbO3)晶体的压电型声波激励天线样机，实验结果表明在40.83 kHz谐振频率处，与同尺寸单极子天线相比，其接收电压峰值为后者的22倍，辐射效率为400多倍；最后对天线进行了方位测试和辐射效率计算。上述结果表明：基于压电晶体的声波激励天线技术在低频段小型化、机动化水下无线通信设备的应用中具有巨大潜力。

关键词：水下通信, 声波激励天线, 压电晶体, 小型化天线

基金资助：国家重点研发计划(2021YFA0716500)，南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)资助项目(SML2021SP408)，深圳市科创委基础研究重点项目(2020N259)，深圳市科技计划(GXWD20201231165807008, 20200830225317001)