跨介质无线通信技术是通信技术的重要组成部分,在海洋数据收集、污染监测、灾害预防、无人潜航器间的通信、自然资源勘探以及水下协同科学数据采集等方面有广泛的应用前景。研究便携的小型化低频天线,是跨介质无线电磁波通信在当前和未来的一大发展趋势。对于传统天线来说,其长度普遍和发射的波长成正比。由于ELF-ULF(3-3k Hz)的波长长达数公里,导致天线体积庞大、铺设代价巨大、隐蔽性差,而且都是永久性架设,给天线的制造带来了许多困难。本文提出的机械天线可能是解决低频天线小型化的新思路。从一个新的角度出发,不采用金属天线而改用永磁体机械运动的方法产生与天线周围等价的交变电场或磁场,依然可以如同传统天线一样激励并发射出电磁波。本文首先对机械天线进行理论推导,以定轴旋转永磁体作为基础结构,得到机械通信天线的辐射方程、近区和远区的磁场、电场强度分布、辐射功率、能流密度等相关表达式,并且根据推导可知旋转永磁体产生的感应场和静磁场类似,只受周围环境的磁导率的影响,验证了机械天线应用于跨介质通信的理论可行性。通过数值仿真得到影响传播性能的各项参数,并通过有限元仿真,探究机械天线在三维自由空间中激发的磁场与电场的形态,得到天线的三维磁场、电场分布图等。在理论基础的指导下,将机械天线原理样机分为发射模块与接收模块两个部分展开设计制作。发射模块包括发射单元的选材与加工,设计发射单元的运动模式以及制作机械驱动装置;接收模块包括接收线圈参数的选择和制作,以及绘制并调试包括前置放大电路、低频功率放大电路和八阶低通滤波电路在内的信号接收处理模块。当原理样机制作完毕后,研究在机械惯性约束条件下的信息加载技术,利用机械驱动装置对发射单元的机械运动进行调制,设计三种调制方案并展开实验寻找与机械天线契合度最高的信息加载方式。基于上述所设计制作的机械天线原理样机,进行环境较为复杂的外场测试实验,选择的测试场景分为普通室外场景以及跨介质通信场景,通过对接收信号进行短时傅里叶变换得到时频谱图以及信噪比。根据对实验结果以及数据的分析,全面验证了机械天线用于跨介质通信场景是可行的,为解决低频发射天线小型化问题提供的新的思路,对未来低频通信的发展具有重要意义。