0 引言
超低频(30～300 Hz)电磁信号传播距离可远至数千乃至数万公里，海水穿透力可深达百米，信号传播稳定可靠[1]，在水和岩层等特殊介质中的路径损耗较小，在对潜通信、矿井救援和军事等领域具有不可替代的作用。但是目前的低频电天线尺寸巨大，功耗极高，现实中往往占地数平方公里，高数百米，不仅建造使用成本高昂，更是严重限制了超低频无线通信系统的机动性和便携性[2]。
2016年12月，美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)的微系统办公室首次提出了“机械天线(A Mechanically Based Antenna，AMEBA)”的理念，并决定在2017年8月正式启动该项目。“机械天线”项目旨在探索一种全新的无线低频信号发射机理，通过特殊材料，如永磁体或驻极体做机械运动来辐射低频电磁波[3-4]。在AMEBA项目的牵头下，多个国家的高校与科研机构开始对机械天线进行初步的探索。Akron大学的MADANAYAKE A等人首先提出并分析了电机控制永久极化偶极子做低频机械旋转的辐射方案，并将偶极子设计为细长圆柱体以达到最小的转动惯量[5]。针对永磁体做高速旋转在机械驱动上的挑战，科罗拉多大学的GOLKOWSKI M等人提出在静态永磁体前端增加带有开口的导磁材料(磁快门)，驱动其旋转循环遮蔽静磁场来产生时变电磁场[6]。在甚低频(3 kHz～30 kHz)频段，美国SLAC国家加速器实验室的KEMP M A等人提出了一种基于压电铌酸锂材料进行机械振动的辐射机理[7]，其逆向利用压电效应，往压电材料中馈入特定频率的交流电使其反复伸缩形变，形成振荡向外辐射电磁波，经实验测试，其辐射效率和带宽比同尺寸的电小天线提高了300倍和83倍以上。
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作者信息:
宋忠国，崔浩歌，席晓莉
(西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安710048)
