基于旋转永磁体的超低频机械 天线电磁特性分析

摘要：

在甚低频(3—30 kHz)及以下频段,与波长相比,传统天线属于电小辐射体,因此辐射效率很低.如果将永磁体进行机械旋转,可以获得时变电磁场.与传统天线相比,旋转永磁体将机械能向电能转换,不需要阻抗匹配网络,提高了辐射效率.为了计算旋转永磁体的电磁特性,本文基于安培环路电流理论,研究了空间正交磁偶极子与机械旋转永磁体的场等效关系.在此基础上,采用无限大空间并矢格林函数,并引入旋转永磁体的初始旋转角参数,推导了空间正交磁偶极子场分布的通用解析表达式,作为分析旋转永磁体及其阵列的近场和远场分布的理论模型.仿真表明,当钕铁硼(NdFeB)永磁体剩余磁感应强度Br=0.8 T、体积V=270 cm3、转速为9600 r/min时,对应频率为160 Hz,在自由空间1 km的位置,将产生15 fT的磁场;在海水介质中,当传输距离为250 m时,磁场快速衰减到1 fT.本文提出采用旋转永磁体阵列对近场分布特性进行调控,仿真结果表明:将两个相同的旋转永磁体组成二元阵,将使近区磁感应强度提高3 dB;改变阵元距离和初始旋转角,可改变近区磁场分布方向图.机械旋转永磁体为实现小型超低频发射天线提供了新的解决思路.

关键词：机械天线、永磁体、磁偶极子、并矢格林函数

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资助基金：国防预研基金6140518030108;国防科技大学研究基金ZK17-02-05资助的课题

在线出版日期：2019-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：308-318