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董蜀湘团队及其合作者在Advanced Materials发表论文:提出了电-机-磁(EMM)耦合新机理用于跨介质通信

2023-12-29


2023年12月17日,Advanced Materials在线发表了董蜀湘教授研究团队及其合作者的最新研究成果:“A high-Q Electric-Mechano-Magnetic Coupled Resonator for ELF/SLF Cross-Medium Magnetic Communication”。针对极低频/超低频电磁波通信极低辐射效率的困惑,文章提出了一种压电陶瓷/铁磁材料异质结构电-机-磁(EMM)耦合新理论方法,大大增强了低频辐射效率,并启发了低频机械天线的设计灵感,为今后跨海水、地下等恶劣环境下的通信保障提供了新的方案。论文第一作者为常江磊博士,董蜀湘教授为论文通讯作者。课题组彭巍、慈鹏弘、郑心怡和王宾博士,浙江大学张春利教授、何状状博士和华东师范大学许书鹏博士为合作者。

极低频/超低频(ELF/SLF)电磁波能够在恶劣的跨介质信道中传播,但是传统的电磁天线尺寸大(>10公里),功耗非常高。为解决这一问题,本文提出了一种厘米级尺寸的压电陶瓷/铁磁材料异质结构电-机-磁(EMM)耦合谐振子,用于ELF/SLF跨介质磁通信。该谐振子的品质因子Q(约240)比之前报道的机械天线和环形线圈天线高出一到五个数量级。与传统ELF/SLF频段环形线圈天线相比,该谐振器的辐射效率提高了5000多倍,并且,其磁场辐射能力也比压电谐振式机械天线提高了200%。此外,本文提出了一种ASK+PSK调制方法,将谐振器的弛豫时间减少了80%,可以大大提高通信速率。最后,搭建了跨介质水下磁通信系统,实现了跨海水介质磁通信,表明了其作为便携、高效的ELF/SLF通信天线的潜力。

该研究得到国家重点研发计划项目支持。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202309159


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