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NFC天线工作原理、设计

微信官方账号推送的继公众号之前《NFC芯片选择和基本电路框架后,本文将讨论NFC由于篇幅有限,天线的工作原理及其设计分为两篇文章进行阐述——

传统天线通过向空中辐射电磁波传输电磁信号。为了将电磁信号辐射到空中,天线的长度需要与工作波长相比。简单的半波偶极子天线长度为1/2波长,单极子天线长度为1/4波长。对应13.56MHz半波偶极子天线的工作频率为11.06m,单极子天线尺寸为5.03m。但,ISO14443-A/B工作距离只有10cm左右,SO15693最远工作距离只有1m。

13.56Mhz NFC根据安培定律,天线可视为耦合线圈,随着距离的三次方衰减。根据法拉第电磁感应定律,。因此,这两个定律分别应用于NFC读写器、NFC读写器天线产生磁场耦合NFC卡片天线产生电压能量启动NFC能量和信号传输是卡片中的芯片。

高频读卡器的天线是磁环天线,通常是印刷线圈和柔性的PCB或绕线天线,或金属外壳。。等效电路为:

根据汤姆逊的公式

天线谐振频率和L、C有关,调节天线的匝数、线圈面积、间隙,同时通过外部电容的匹配形成LC能量可以通过谐振电路传输到射频卡。

原则上,,因此,天线的等效电感值通常涉及1-2uH左右。

使用仿真软件,可获得天线参数如下的关系:

对于整体NFC考虑设计EMC在设计滤波电路和匹配电路时,我们需要确定天线的等效电感、电阻和电容Q值。借助网络分析仪测量参数。——

在天线端连接网络分析仪:此时天线需要和匹配网络断开(将已上电的读卡器连接到VNA网络分析仪可能损坏);

将史密斯圆图的测试频率范围设置为1MHz - 100MHz;

在13.56MHz标记并直接测量频率点的损耗电阻Rsdc、电感Lant、自谐振频率Fra、并联阻抗自谐振Rp。

计算天线等效电路参数:

寄生电容器在自谐振频率下:

天线自谐振频率13.56Mhz等效电阻(必须从自谐振频率转换为工作频率):

天线等效总电阻:

天线等效谐振电路最终简化如下:

由此计算出:

根据以上四个步骤,天线参数(Rpant、Cant、Lant)测试和计算已经完成,。下一篇文章将解释匹配电路的设计——

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