孙 雷，韩 峰

(1.北京建筑大学 电气与信息工程学院，北京 100044；2.北京机电工程研究所，北京 100074)

0 引 言

特低频(Ultra Low Frequency,ULF)/甚低频(Very Low Frequency,VLF)通信技术可用于水下或地下通信。传统的通信需求是超远距离水下通信，为此在陆上构建了大功率且天线体积庞大的发射系统。近年来，移动平台近距离水下通信的需求，以及超视距陆上通信及地下通信的需求不断增多，特别是近水面空间的跨水空介质直接通信的需求，需将空中移动网络和水下移动网络进行连接，构建立体式通信网络，用于延拓网络的覆盖空间，提升移动平台的导航、定位及协同能力。

为满足上述应用需求，2017年美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)发布了机械天线(A Mechanically Based Antenna，AMEBA)项目征询书[1-2]，希望通过探索基于磁偶极子和电偶极子在机械运动时产生时变磁场的机理和方法，开发功耗小于20 W、质量不超过10 kg、单人可携带，可满足水中、陆地、地下等应用场合的新型ULF/VLF信号发射机。根据AMEBA项目的需求，国外开展了机理研究和基础方法的研究，成果丰富[3-8]。国内虽然也启动了相关的机理和基础实验[9-11]，但在研究思路及方法方面距离国外尚有一定的差距。

1 机械通信天线项目简介

1.1 机理描述

机械天线生成与发射ULF/VLF频段电磁波的创新机理是利用强磁场材料(永磁体)或强电场材料(驻极体)的机械运动生成载波频率低于30 kHz的射频信号。项目建议书中共提出了三种原理性方案，分别为旋转电偶极子、旋转电单极子和旋转磁偶极子，如图1所示。

图1 机械天线产生电磁波的原理示意图