NFC天线设计
NFC天线解决方案简易版
NFC天线解决方案简易版1.天线类型选择：通常，NFC天线有两种类型：PCB天线和FPC天线。
PCB天线是通过在PCB板上印制导电线路形成的，适合于大批量生产，成本相对较低。
FPC天线则是采用柔性线路板制造的，适用于尺寸较小或曲面设计的产品。
在选择天线类型时，需要考虑产品的设计要求和制造成本。
如果产品尺寸较小或需要柔性设计，可以选择FPC天线；如果产品尺寸较大或制造成本较为重要，可以选择PCB天线。
2.天线布局设计：天线布局是指将天线放置在产品中的位置和方式。
在天线布局设计中，应注意以下几点：-天线位置：天线应尽量靠近NFC芯片，并且避免与其他电子元件或金属物质相互干扰。
同时，天线应尽量避开人体会接触到的位置，以免影响NFC通信的稳定性。
-天线尺寸：天线的尺寸应根据产品的设计要求和NFC通信的频率进行合理设置。
一般来说，天线长度应为通讯波长的四分之一，通讯波长可以通过速度光学的公式c/f来计算，其中c为光速，f为频率。
-天线形状：天线的形状通常选择为线圈或螺旋形，这种形状能够更好地匹配NFC芯片的阻抗，提高通信效果。
3.优化措施：为了提高NFC天线的性能，可以采取以下几种优化措施：-天线匹配网络：根据天线的阻抗和芯片的阻抗进行匹配，确保信号传输的稳定性和功率传递的效率，常用的匹配网络有串联LC网络和并联LC网络。
-天线绕线方向：NFC天线的绕线方向也会影响其效果，通常应选择顺时针或逆时针方向绕线，以提高天线的灵敏度。
-天线材料：天线的材料也会对其性能产生影响。
选择导电性能好、损耗小的材料，如镀金的铜，可以提高天线的传输效果。
总结来说，NFC天线解决方案的设计需要根据产品的要求和制造成本来选择天线类型，合理布局天线位置和尺寸，并采取优化措施提高性能。
通过以上简易版的解决方案，可以实现高性能和高稳定性的NFC通信。
手机nfc天线设计原理
手机nfc天线设计原理
手机NFC（Near Field Communication，近距离无线通信）天
线设计的原理是基于电磁场感应的物理原理。
NFC天线是一
种被动元件，承载着手机与其他设备进行通信的功能。
NFC天线一般采用线圈形状的设计，由导线材料制成。
线圈
的形状和尺寸是根据手机外壳的尺寸和材质进行设计的，以确保天线在手机内部空间中的布置。
线圈中的导线通过电流激励，产生一个特定频率的交变电磁场。
当手机与其他支持NFC技术的设备（如另一部手机、NFC标
签等）进行通信时，NFC天线接收到电磁场能量的信号。
这
个能量激励了天线中的导线，产生一个感应电流，从而实现信息的传输。
NFC通信是一种近距离的通信方式，其有效范围一般在几厘
米或更小的距离之内。
这种设计原理使得NFC技术可以被广
泛应用于手机支付、门禁系统、数据传输等领域。
为了提高NFC的性能和稳定性，设计人员需要在电路中加入
合适的驱动电路和匹配网络，以保证天线的输入和输出阻抗匹配，并解决信号衰减和噪声问题。
此外，天线的位置和手机内部的其他组件（如电池、摄像头等）之间的相互干扰也需要被考虑到。
总的来说，手机NFC天线的设计原理是基于电磁场感应技术，
通过导线产生特定频率的交变电磁场，以实现手机与其他设备的近距离无线通信。
HFSS仿真设计13.56Mhz NFC天线课程讲义
电感值和线圈匝数
•
L为天线电感估汁值,nH；l1为一圈天线导线环的长度,cm； D1为PCB线圈导线的宽度；矩形线圈K=1.47； N为线圈匝数 • 线圈最外围长宽8cmx5cm, 线宽0.5mm，则3圈比较合适
课程地址: /peixun/antenna/115.html
先期课程
• 《13.56MHz NFC/RFID 天线及其匹配电路设计详解》视频培训课程
• •
《两周学会HFSS》视频培训课程 《PCB天线设计和HFSS仿真分析实例》视频培训课程
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课程内容
目录 ①13.56MHz RFID/NFC 天线设计概述
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二、H F S S 相关设置（cont.）
HFSS设计步骤简介 • • • • • 新建一个 HFSS 设计工程 设计建模：定义变量，创建参数化的天线模型 设置边界条件, 激励, 求解分析项，运行仿真分析 查看分析结果：等效电感值、损耗电阻、寄生电容、并联阻抗 参数扫描分析，分析线宽、线距、线圈大小、PCB板厚对线圈 感值的影响 • 设计匹配电路，并在HFSS中分析调试匹配电路，给出加入匹配 电路后的天线的工作频率和带宽，在HFSS中匹配电路的电阻和 电容可以使用集总RLC边界条件来模拟 • 两个线圈天线间的耦合分析
根据设计要求的Q值，计算匹配电路中的串联或并联电阻的阻值 借助于Smith圆图，确定匹配电路中的串联和并联电容的容值 在HFSS仿真分析并调试加入匹配电路后整个天线的性能 分析验证匹配电路中电阻值对带宽的影响
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NFC天线研究与设计
NFC天线研究与设计随着智能设备的普及和无线通信技术的发展，近距离无线通信（NFC）技术已成为日常生活中不可或缺的一部分。
NFC天线作为实现NFC技术的重要部件，其研究与设计对于优化NFC设备的性能具有重要意义。
本文将深入探讨NFC天线的研究与设计，旨在为相关领域的研究人员和工程师提供有价值的参考。
NFC天线研究：基本概念、原理和行业应用NFC天线是一种特殊类型的无线通信天线，用于实现近距离无线通信。
其基本原理是利用电磁感应原理进行数据传输，通信距离一般在10厘米以内。
NFC天线由磁性芯片和天线线圈组成，磁性芯片用于产生高频磁场，天线线圈则用于捕捉磁场并传输数据。
NFC天线的行业应用非常广泛，主要包括以下领域：1、移动支付：通过将NFC天线集成到手机等移动设备中，实现快速、安全的支付功能。
2、智能门禁：将NFC天线应用于智能门禁系统，实现安全、便捷的出入管理。
3、数据传输：利用NFC天线实现设备之间的数据传输，例如文件共享、设备配对等。
NFC天线设计：关键参数、指标及设计方法在设计NFC天线时，需要以下几个关键参数和指标：1、通信距离：通信距离是NFC天线的重要性能指标，通常在10厘米以内。
2、传输速率：传输速率是指NFC天线在单位时间内传输的数据量。
3、功耗：NFC天线的功耗直接影响到设备的续航能力，因此需要尽量降低功耗。
4、集成度：集成度是指NFC天线在设备中的占用空间大小，以及与其他组件的兼容性。
针对以上参数和指标，以下设计方法有助于优化NFC天线：1、选择合适的磁芯材料和线圈结构：磁芯材料和线圈结构对NFC天线的性能有重要影响，应根据具体应用场景进行选择。
2、优化传输协议：传输协议的选择和优化可以有效地提高传输速率和通信稳定性。
3、考虑多因素协同设计：综合考虑通信距离、传输速率、功耗和集成度等多个因素，进行多目标优化设计。
结论本文对NFC天线的研究与设计进行了深入探讨，分析了NFC天线的基本概念、原理和行业应用，并讨论了在设计NFC天线时需要考虑的关键参数、指标及设计方法。
NFC天线图示
品牌名： P/N号：281P2I15343A2 尺寸规格（mm):长： 55.00 宽：27.00 材料类型：18/12.5ED深泰虹黑色覆盖膜 制造工艺：线路板蚀刻工艺 性能指标：谐振频率（MHZ):57.09品质因子（u):61.8
感值（uH):1.18 容值（pf):-116.39 阻值（Ω）：1.14 应用产品：
网址：
TEL:(0755)27946651
FAX:(0755)27946066
地址: 深圳市宝安区西乡街道劳动居委第二工业区一栋二楼B区 2
品牌名： P/N号：038P1I00597A1 尺寸规格（mm):长： 65.50 宽：30.50 材料类型：18/12.5ED 哑光黑油 制造工艺：线路板蚀刻工艺 性能指标：谐振频率（MHZ):61.8品质因子（u):55
感值（uH):1.94 容值（pf):-74.87 阻值（Ω）：0.83 应用产品：三星 9300
品牌名： P/N号：281P2I15209A0 尺寸规格（mm):长： 宽： 材料类型：18/12.5ED绿油 制造工艺：线路板蚀刻工艺 性能指标：谐振频率（MHZ)78.92 品质因子（u)2.06
感值（uH):0.53 容值（pf)：-263.73 阻值（Ω）：0.88 应用产品：诺基亚
感值（uH):1.83 容值（pf):-74.9 阻值（Ω）：1.63 应用产品：
品牌名： P/N号：038P1I00597A0 尺寸规格（mm):长：65.50 宽： 30.50 材料类型：18/12.5ED 哑光黑油 制造工艺：线路板蚀刻工艺 性能指标：谐振频率（MHZ):61.98品质因子（u)59.5
NFC天线设计范文
NFC天线设计范文首先，我们需要确定设计要求。
NFC天线设计的主要目标是实现以下几点：高效的能量传输、明确的辐射模式、稳定的通信距离和灵活的尺寸适应性。
接下来，我们将详细描述每个设计要求的实现细节。
1.高效的能量传输：NFC天线在NFC设备之间传输能量，因此天线的设计应该追求高效传输。
为了实现高效的能量传输，可以使用共振天线设计。
共振天线能够增加电磁场的强度，从而提高能量传输效率。
2.明确的辐射模式：NFC天线在工作时应该具有明确的辐射模式，以确保数据能够准确地被接收。
为了实现明确的辐射模式，可以使用导向天线设计。
导向天线通过改变天线的形状和结构，将辐射模式限制在特定的方向上，从而避免额外的辐射损耗。
3.稳定的通信距离：NFC天线的设计应该能够实现稳定的通信距离，以确保数据的可靠传输。
为了实现稳定的通信距离，可以考虑使用相控阵天线设计。
相控阵天线通过改变信号的相位和幅度，控制天线的辐射模式和辐射功率分布，从而实现稳定的通信距离。
4.灵活的尺寸适应性：NFC天线的设计应该能够适应不同尺寸和形状的设备。
为了实现灵活的尺寸适应性，可以使用印刷天线设计。
印刷天线使用印刷技术将导电材料印刷在柔性基板上，从而实现灵活的天线设计。
在实际的NFC天线设计中，可以综合考虑以上几个因素，选择适当的设计方法和参数。
例如，可以选择共振天线作为主天线，并结合导向天线的设计，以提高能量传输效率和明确的辐射模式。
同时，可以考虑使用相控阵天线的技术，以实现稳定的通信距离。
作为灵活的尺寸适应性的一种解决方案，可以使用印刷天线设计。
总之，NFC天线设计是一项复杂的任务，需要综合考虑多个因素。
在实际设计中，可以根据具体的要求和应用场景，选择适当的设计方法和参数。
通过合理的设计，可以实现高效的能量传输、明确的辐射模式、稳定的通信距离和灵活的尺寸适应性。
这样的设计将有效提升NFC设备之间的通信效率和可靠性。
NFC天线设计
摘要NFC，即近距离无线通信，是工作在13.56MHz，用于近距离（小于10厘米）安全通信的无线通信技术。
NFC天线作为手机支付系统的一个不可缺少的重要部分，已经伴随着手机支付功能的发展而日益受到非常广泛的研究和应用，国内外早已经开始专门研究用于手机支付功能的NFC天线，并提出了多种天线模型。
本文是基于天线基本理论以及天线仿真软件HFSS进行了大量的实验仿真，主要是研究NFC天线的设计方法及其小型化技术。
本文共设计了三款天线，分别是双面矩形天线、双面螺旋天线、单面圆角矩形天线，同时仿真出天线的电感随天线各个参数的变化关系，主要是天线绕线数、绕线宽度及间隔与天线等效电感之间的变化关系，讨论并分析各个参数的变化趋势，总结规律，结合实际的需求，得到一款理论上性能最好的天线，并使用网络分析仪中进行了电感测试，测试结果与理论结果较一致。
本文还通过串并联电容和电阻的方式，对着三款天线分别进行了阻抗匹配，使得在13.56MHz处回波损耗达到最小，并且都达到了很好的匹配效果。
本文的研究为各种不同尺寸、不同形状的小型天线设计奠定了理论基础，具有实际意义。
关键字：NFC 线圈天线输入阻抗回波损耗阻抗匹配AbstractNFC, namely close wireless communication, is working in 13.56MHz.It was used to close (within 10 cm) security communication as a kind of wireless communication technology. In mobile payment system, with the development of function mobile payment by extensive research and application, NFC antenna plays an indispensable part, specially for the mobile payment, the NFC antenna has the function of antenna model proposed at home and abroad.In the master antenna theory basis and antenna simulation software HFSS conditions, this thesis did a large number of experimental simulation, mainly is the study of the NFC antenna design method and its miniaturization. The thesis designs three antennas, respectively is two-sided rectangular antenna, double-sided helical round antenna, single rounded rectangle antenna. At the same time, the inductance of the antenna simulation with the change of the various parameters antenna relations, mainly is the antenna coiling number, coiling width and with the antenna interval equivalent inductance of the relationship between changes, then discusses and analyzes the change trend of various parameters and make a conclusion. Combined with the actual demand, we get a theory of the best performance antenna. Finally, we use the network analyzer in inductance test, the results and the theoretical results are consistent.This thesis also through the parallel capacitor and resistor way, to the three paragraphs antenna, the impedance matching is made in 13.56MHz place return loss minimum, and reached the very good matching effect. This thesis studies for many different sizes, different shapes of small antenna design and provides the theoretical basis and with the practical significance.Keywords：NFC, Coil antenna, Input impedance, Return loss, Impedance matching目录摘要 (I)Abstract (II)目录............................................................................................................................................... I II 第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内外NFC技术的使用现状 (1)1.3 仿真工具HFSS介绍 (3)1.4 本文的研究内容 (4)第2章NFC的工作原理 (5)2.1 引言 (5)2.2 天线的基本参数 (5)2.3 NFC的工作原理 (8)2.3.1 简介 (8)2.3.2 通信模式 (9)2.4 线圈天线 (11)2.4.1 磁场分析 (11)2.4.2 激励加载 (12)2.5 电感耦合原理 (12)2.6 天线电感的计算 (14)2.7 小结 (15)第3章双面矩形天线的设计 (17)3.1 前言 (17)3.1.1 天线尺寸的选择 (17)3.1.2 天线电感值的大小 (17)3.1.3 天线变量的选择 (17)3.2 天线模型及参数 (18)3.2.1 建模 (18)3.2.2 天线模型 (19)3.3 天线的电感随参数的变化分析 (19)3.4.1 阻抗匹配方法 (24)3.4.2主要参数值 (24)3.4.3回波损耗图 (25)3.4.4电感变化图 (25)3.5 变化规律总结 (26)第4章单面圆角矩形螺旋天线 (27)4.1 天线建模 (27)4.1.1 天线总体结构图 (27)4.1.2 参数表示 (27)4.2 天线参数变化分析 (27)4.3 匹配方法及分析 (35)4.3.1 匹配方法 (35)4.3.2 匹配参数值 (35)4.3.3回波损耗图 (35)4.3.4 电感的变化 (36)4.4 规律总结 (37)第5章双面螺旋天线 (46)5.1 天线模型与参数 (46)5.1.1天线建模 (46)5.1.2参数表示 (46)5.2 天线电感随参数的变化分析 (47)5.3 匹配实现方法及分析 (51)5.3.1 匹配方法 (51)5.3.2 主要参数值 (51)5.3.3 回波损耗图 (52)5.3.4电感变化图 (52)5.4结论总结 (53)5.4.1 双面螺旋天线结论总结 (53)5.4.2三副天线的比较 (53)第6章测试结果 (54)6.2 测试结果 (54)6.2.1 材质为FPC的单面矩形天线 (55)6.2.2 材质为PCB矩形双面天线 (57)6.2.3 材质为PCB双面螺旋天线 (60)6.3 总结 (62)6.3.1 测试结果比较 (62)6.3.2 总结 (63)致谢 (64)参考文献 (65)第1章 绪论绪论绪论1.1课题背景本论文来源于与惠州硕贝德无线科技股份有限公司合作的项目NFC天线的设计方法研究。
一种nfc天线的绕圈方法
一种nfc天线的绕圈方法NFC（Near Field Communication）是一种无线通讯技术，它允许电子设备（如智能手机、平板电脑、电脑等）在极短距离内进行近场通信。
NFC天线是NFC 设备中非常重要的组成部分，它是实现设备之间通信的关键。
在设计NFC天线绕圈的过程中，需要考虑的因素有很多，包括成本、效率、尺寸、电磁性能等。
以下是一种常见的NFC天线绕圈方法，供参考：第一步：确定NFC天线的尺寸和形状。
NFC天线的尺寸和形状对其性能有很大影响。
一般而言，大尺寸的天线能够提供更好的传输性能，但也会增加成本和占用空间。
常见的NFC天线形状包括圆形、方形、椭圆形等，每种形状都有其优缺点。
在选择天线形状时，需要综合考虑空间限制、信号强度需求等因素。
第二步：确定NFC天线的材料。
NFC天线可以使用导电材料，如铜、银等。
导电材料会产生较好的电磁性能，但也会增加成本。
此外，天线材料的选择还需要考虑其可用性和加工难度。
一种常见的选择是使用导电图案沉积技术，将导电材料以某种方式沉积在基板上。
第三步：确定NFC天线的布局。
NFC天线的布局决定了其电磁性能和成本。
为了实现最佳的通信效果，一般采用多圈结构。
多圈结构在绕圈时，每一圈都以相同的半径和间距绕圈，以避免信号相互干扰。
同时，为了提高通信效率，可以适当增加绕圈的层数，但也要考虑尺寸限制。
第四步：制造NFC天线。
制造NFC天线可以使用印刷技术、薄膜技术等。
印刷技术包括屏印、喷墨印刷等，可以实现成本较低的批量生产。
薄膜技术则需要在基板上通过蒸发、溅射等方式沉积导电材料，制造成本相对较高，但可以实现更高的精度。
第五步：测试NFC天线的性能。
制造完成后，需要进行一系列的测试来评估NFC 天线的性能。
主要包括：天线电感测试、共振频率测试、射频信号强度测试等。
测试结果可以反馈给设计者，用于改进和优化。
需要注意的是，以上只是一种常见的NFC天线绕圈方法，实际应用中还需要根据具体需求进行调整。
双结构的环形nfc天线制作方法
你想制造一个双结构的环形NFC天线？系好安全带，准备狂欢因为
有些关键步骤你需要知道！
首先天线的设计非常重要想象一下：两个同心圆环，一个在另一个
内部，就像NFC伟大的目标。
这些戒指的大小和间隔需要恰到好处，有点像找到完美的顶层为你披萨。
一旦你完成了设计，是时候选择你的材料了。
你会想要超导的东西，
比如铜或铝基本上就是物质世界的电动摇滚巨星这些材料会是你天线的构件，所以明智的选择！
制作顶尖双层结构的NFC天线的神奇秘方现在去征服NFC的世界用你的天线真棒！
一旦我们挑选出材料，下一步要做的就是制作双结构的NFC圆形天线。
这通常是指使用印刷电路板（PCB）蚀刻或添加剂制造等技术。
如果
我们进行PCB蚀刻，我们将使用常规的PCB制作方法将导电材料放
入基座。
然后使用照相平面和蚀刻制作双结构圆形天线的图案。
但是，如果我们使用添加剂制造，天线结构将采用合适的添加剂制造技术逐
层建立起来，如3D打印或直接用墨水书写。
在我们制造了天线后，
我们可能会做一些额外的事情，比如表面处理，以确保它尽可能的发挥。
开发双结构环形NFC天线的方法需要有一个系统的过程，它与天线结构的概念化，然后是精心挑选适当的材料，最后是实施制造过程。
天线设计和制造的成功取决于对设计参数、材料选择和制造方法的透彻考虑。
通过坚持这些步骤，可以实现高性能双结构的NFC圆形天线，从而使它适合符合现行指示和政策的各种NFC应用。
NFC天线解决方案简易版
NFC天线解决方案简易版1.天线类型根据NFC天线的形式和结构，可以将其分为两种类型：PCB天线和FPC天线。
PCB天线是采用印刷电路板（PCB）上的铜箔制作而成，形状多为圆形、方形或长条形。
它具有结构简单、制作成本低和易于批量生产等优点，广泛应用于消费电子产品中。
FPC天线是采用柔性电路板（FPC）上的导电薄膜制作而成，具有灵活性好和可弯曲性强等优点，适用于曲面设备或特殊形状的应用场景。
2.天线设计（1）频率匹配：NFC通信频率为13.56MHz，因此天线需要在这一频段内有效匹配。
常见的匹配方式包括调谐电容电感器的尺寸和位置，以及调整导线长度等。
（2）辐射效率：天线的辐射效率反映了能量损失的程度，影响通信质量和通信距离。
为提高辐射效率，可以采用增加导线的截面积、减小电阻损耗、优化导线的布局和形状等措施。
（3）方向性：天线的方向性决定了射频信号在空间中的分布情况。
可以通过调整导线的走向、加入相应的辐射体（如补偿环）和抑制器（如负载电阻）等方式来控制射频信号的方向性。
（4）耦合效果：天线与其他元器件的耦合效果对NFC通信质量和设备性能有着重要影响。
要避免天线与元器件之间的互相干扰和损耗，可以采用屏蔽层、隔离缝隙和隔离物等方法。
3.天线制造NFC天线的制造主要涉及到材料选择、工艺流程和制造设备等。
在材料选择上，需要考虑导电性、柔性性能和耐久性等因素，一般选择具有较高导电性和柔性的铜箔或导电薄膜。
在工艺流程上，主要包括线路设计、导线制作、器件装配和封装等环节。
对于PCB天线，可以采用常规的PCB 制造工艺，包括图形设计、制板、蚀刻和金属化等步骤。
对于FPC天线，需要采用特殊的导电薄膜制造工艺，包括薄膜切割、导线刻蚀、器件粘贴和固化等步骤。
而对于制造设备，则需要具备尺寸精度高、加工精细度好和生产效率高等特点。
综上所述，NFC天线的解决方案要考虑天线类型、天线设计和天线制造等关键要素。
在实际应用中，需要根据具体需求和成本效益进行综合选择和设计，以便实现NFC技术的最佳性能和性价比。
NFC天线原理及其设计（以RF430FRL152H为例）
NFC天线原理及其设计（以RF430FRL152H为例）对于NFC系统⽽⾔，天线具有⽆线能量转换和⽆线数据通信的作⽤。
如果天线设计且制作的严谨，就能够使得通信距离与通信效果获得⽐较完美的状态，这样能够提⾼NFC两端在通信过程中的安全性与稳定性[13]。
RF430FRL152H射频通信接⼝基于NFC的ISO15693协议。
它⽤于读写器到标签的通信，以及26 kbit/s的标签到读写器的通信。
图 RF430FRL152H射频通信接⼝（图源TI）Fig. RF430FRL152H RF communication interface射频芯⽚与外界的接⼝是与天线连接的接⼝。
NFC芯⽚的两个引脚可以连接到天线，从天线调谐来的能量从引脚进⼊芯⽚内部，在芯⽚内部电路进⾏整流稳压之后供给外部电路使⽤。
天线的⼤⼩和相关参数取决于应⽤中实现的要求，⽐如通信距离等。
见图，利⽤外部天线（电感L）、⽚内谐振电容器(CINT)产⽣谐振。
必要时还需要⼀个外部电容器CEXT。
外部谐振电容器⼀般要加上，以允许较低电感天线(L<3.8µH)的天线电感变化。
由天线的特征模理论，天线及其匹配电路元件的等效电路就都能⽤RLC电路很好的表⽰出来。
谐振频率采⽤以下公式计算。
f=1/(2π√LC)其中，L为天线电感，C为总谐振电容值（C=C_INT+C_EXT）， f为谐振频率。
在NFC芯⽚内部已经有⼀个⽚内谐振电容。
⽚内谐振电容与天线引脚ANT1和ANT2并联，与连接在ANT1和ANT2引脚上的天线组成⼀个谐振电路。
⽚内谐振电容值的误差范围为10%。
为了获得最佳性能，⽚上电容和外部电容与天线电感谐振之后推荐的⼯作谐振频率（f）约为f≈13.7 MHz。
为了稳定运⾏，超出该范围的谐振电路会导致性能下降。
对于NFC标签端，所设计的PCB天线的典型电感值为1.8uH，为了保证天线的匹配与良好的性能，在经过计算并且去除⽚内谐振电容值，则在⽚外仍然需要32pF的谐振电容。
Panasonic-NFCTAG天线设计指南
Panasonic-NFCTAG天线设计指南NFC TAG Antenna Design GuideVersion 1.20Notice : All trademarks are the property of their respective owners. “ FeliCa " is a registered trademark of Sony Corporation. " Nexus S “ and " Nexus " are registered trademarks of Google Inc.. " Galaxy " is a registered trademark of Samsung Electronics Co., Ltd.. “ ELUGA ” is a registered trademark of Panasonic Corporation.Contents1. Introduction (3)1.1 Purpose of this Guide (3)2. Designing the Antenna (4)2.1 Antenna Design Flow (4)2.2 Determining the Size of Antenna [STEP 1] (5)2.3 Determining the Specifications of Antenna [STEP 2] (5)2.3.1 Measurement Results of Communication Distance (6)2.4 Setting up the Antenna Board [STEP 3] (10)2.4.1 Reference Example of Antenna Board (11)2.5 Determining Resonant Capacitor Value [STEP 4] (12)2.5.1 Measuring Antenna Equivalent Circuit Parameters [STEP 4-1] .. 132.5.2 Calculating Resonant Capacitor Value [STEP 4-2] (14)2.5.2.1 Calculation Example of Resonant Capacitor Value (15)2.5.3 Determining Proper Resonant Capacitor Value [STEP 4-3] (16)2.6 Checking the Operation of NFC Tag [STEP 5] (17)2.6.1 Measuring the Communication Distance (17)2.6.2 Checking the Voltage of Antenna Pin (18)3. Reference (19)3.1 Antenna Class Based on ISO/IEC14443 (19)3.2 Antenna Coil Specifications in NFC Forum (20)3.3 How to Measure the Voltage of Antenna Pin (21)4. Revision History (22)1. Introduction1.1 Purpose of this GuideThis guide provides how to design the antenna to be connected to the NFC tag LSI.Figure 1 shows an outline of the system using an NFC (Near Field Communication) tag.NFC TagCarrier Frequency: 13.56 MHzR/W : Reader/Writer (smartphone, etc.)Host : HostRF I/F : RF interfaceControl Logic : Control logicSerial I/F : Serial interfaceFigure 1Schematic NFC Tag Communication System2. Designing the Antenna 2.1 Antenna Design FlowDesign the antenna for tag following the flow below.2.2 Determining the Size of Antenna [STEP 1]Determine the allowable antenna size, based on the specifications of NFC tag applications.Refer to the measurement results (Table 1) of communication distance from our NFC tag LSI.2.3 Determining the Specifications of Antenna [STEP 2]The parameters for antenna specifications used in this guide are defined in Figure 2 Antenna Coil Outline Drawing. Based on the measurement results (Table 1) of communication distance from our NFC tag LSI, determine the specifications of antenna (number of turns, track width, spacing).Figure 2 Antenna Coil Outline DrawingSize xSize yShape of antennaAntenna inductance[µ H] Resonantcapacitor[pF]Communication distance [mm]Size [mm2] Trackwidth[mm]Spacing[mm]Numberof turns[turn]Without external DCWith external DCsupplyFeliCa Type B FeliCa Type B72 x 42 0.5 0.5 1 0.242 551 52 42 60 552 0.734 164 55 47 62 603 1.442 77 52 46 59 604 2.259 42 49 45 56 595 3.171 24 47 43 53 582.3.1 Measurement Results of Communication DistanceTable 1 shows the measurement results of communication distance between smartphone and our prototype NFC tag. Table 1-1 Measurement Results of Communication Distance(Note 1) Nexus S (manufactured by Samsung) is used as smartphone.(Note 2) Resonant frequency is calibrated to 13.56 MHz.(Note 3) These data are the results measured using our prototype NFC tag and do not guarantee the communication distance from your NFC tag.Shape of antennaAntenna inductance[µ H] Resonantcapacitor[pF]Communication distance [mm]Size [mm2] Trackwidth[mm]Spacing[mm]Numberof turns[turn]Without external DCsupplyWith external DCＦｅｌｉＣａType B ＦｅｌｉＣａType B 40×30 0.10.11 0.182 742 28 26 36 362 0.603 211 38 34 46 444 1.992 54 40 36 47 480.32 0.560 229 39 35 47 454 1.726 63 41 37 48 49 0.30.12 0.497 260 46 39 53 504 1.721 63 41 37 48 500.31 0.153 882 38 33 45 432 0.470 275 47 39 54 503 0.908 134 46 41 53 524 1.430 78 45 40 51 525 2.031 50 43 39 50 510.5 0.51 0.138 979 42 36 49 462 0.405 321 49 41 56 523 0.753 164 49 42 55 534 1.149 101 47 42 54 535 1.582 72 44 41 48 50(Note 1) Nexus S (manufactured by Samsung) is used as smartphone.(Note 2) Resonant frequency is calibrated to 13.56 MHz.(Note 3) These data are the results measured using our prototype NFC tag and do not guarantee the communication distance from your NFC tag.Shape of antennaAntenna inductance[µ H] Resonantcapacitor[pF]Communication distance [mm]Size [mm2] Trackwidth[mm]Spacing[mm]Numberof turns[turn]Without external DCsupplyWith external DCsupplyFeliCa Type B FeliCa Type B12×10 0.1 0.1 8 1.251 95 23 20 28 28 12 2.084 51 22 19 26 28 16 2.787 34 20 18 24 26Shape of antennaAntenna inductance[µ H] Resonantcapacitor[pF]Communication distance [mm]Size [mm2] Trackwidth[mm]Spacing[mm]Numberof turns[turn]Without external DCsupplyWith external DCsupplyFeliCa Type B FeliCa Type B25×20 0.3 0.3 1 0.093 1463 18 17 25 252 0.268 496 38 32 44 414 0.777 161 39 34 45 445 1.073 112 38 34 43 43(Note 1) Nexus S (manufactured by Samsung) is used as smartphone.(Note 2) Resonant frequency is calibrated to 13.56 MHz.(Note 3) These data are the results measured using our prototype NFC tag and do not guarantee the communication distance from your NFC tag.(Note 1) Nexus S (manufactured by Samsung) is used as smartphone.(Note 2) Resonant frequency is calibrated to 13.56 MHz.(Note 3) These data are the results measured using our prototype NFC tag and do not guarantee the communication distance from your NFC tag.Table 1-4 Measurement Results of Communication DistanceShape of antennaAntenna inductance [µ H]Resonant capacitor [pF] Communication distance [mm] Size [mm 2] Track width [mm] Spacing [mm] Number of turns [turn] Without external DCsupply With external DCsupply FeliCa Type B FeliCa Type B 72×42 0.5 0.5 2 0.734 164 55 47 61 60 40×30 0.5 0.5 2 0.405 321 48 40 53 51 25×20 0.3 0.3 4 0.777 161 37 32 42 42 12×100.10.181.2519520172425Shape of antennaAntenna inductance [µ H]Resonant capacitor [pF] Communication distance [mm]Size [mm 2] Track width [mm] Spacing [mm] Number of turns [turn]Without external DCsupply With external DCsupply FeliCa Type B FeliCa Type B 72×42 0.5 0.5 2 0.734 164 40 34 45 41 40×30 0.5 0.5 2 0.405 321 38 31 42 35 25×20 0.3 0.3 4 0.777 161 28 24 31 29 12×100.10.181.2519517161920(Note 1) ELUGA (manufactured by Panasonic) is used as smartphone. (Note 2) Resonant frequency is calibrated to 13.56 MHz.(Note 3) These data are the results measured using our prototype NFC tag and do notguarantee the communication distance from your NFC tag.Table 1-5 Measurement Results of Communication Distance Between GALAXY Nexus and our prototype NFC Tag Table 1-5 Measurement Results of Communication Distance Between ELUGA and our prototype NFC Tag(Note 1) GALAXY Nexus (manufactured by Samsung) is used as smartphone. (Note 2) Resonant frequency is calibrated to 13.56 MHz.(Note 3) These data are the results measured using our prototype NFC tag and do notguarantee the communication distance from your NFC tag.2.4 Setting up the Antenna Board [STEP 3]Based on Figure 3 Recommended Circuit Diagram, set up the antennaboard.(Note 1) Use a resonant capacitor with a withstand voltage of at least 50 V. (Note 2) The value of resonant capacitor should be adjusted as needed, sowe recommend a pattern design that allows multiple capacitors to be mounted.Figure 3 Recommended Circuit Diagram2.2µLDouble-sided glass epoxy board (FR-4) Thickness of board: 1.0 mmThickness of track: 60 mm (Copper)Figure 4 shows a reference example of antenna board.2.4.1 Reference Example of Antenna BoardFigure 4 Reference Example of Antenna BoardLSI mounting side0.50.52.5 Determining Resonant Capacitor Value [STEP 4]Determine the value of resonant capacitor following the flow below.2.5.1 Measuring Antenna Equivalent Circuit Parameters [STEP 4-1]Impedance Analyzer(HP4194A)< Measurement example for HP4194A >(1) Set the impedance analyzer’s start and stop frequencies to 13 MHz and 14 MHz, respectively.(2) Make a single measurement in |Z| -θ mode.(3) Push the “MoreMenu > Equivalent Circuit” button to select the same equivalent circuit as the figure above.(4) Push the “Calculate” button to obtain L coil , R coil , and C coil values.(5) When C coil is small, and cannot measure by this method definitely, asC coil = 0pF, make a measurement in L s -R s mode.coilAntenna Equivalent CircuitFigure 5 shows how to measure the antenna equivalent circuit parameters. Here, the parameters represent L coil , R coil , and C coil .Antenna equivalent circuit parameters can also be calculated utilizing an electromagnetic simulator. Figure 5 How to Measure the Antenna Equivalent Circuit Parameters2.5.2 Calculating Resonant Capacitor Value [STEP 4-2]R LBased on equation (1) derived from the NFC tag equivalent circuit shown in Figure 6, calculate the resonant capacitor value. In the equivalent circuit of Figure 6, the resonant frequency (f r ) is given by equation (1).… Equation (1)Figure 6 Equivalent Circuit of NFC Tag)C C C (L 21f inrescoilcoilr++=π?2.5.2.1 Calculation Example of Resonant Capacitor ValueCalculate the resonant capacitor value (C res) by substituting the antennaequivalent circuit parameter values into equation (1).This example (MN63Y1213) assumed it C in = 15.5pF from item C9 of the product standard.Substituting the antenna equivalent circuit parameters (L coil = 1 µH, C coil = 2 pF) and the resonant frequency (f r = 13.56 MHz), givesHence, the resonant capacitor value C res = 120 pF.)pF 5.17C pF 2(H 121MHz 56.13res ++µ=π?2.5.3 Determining Proper Resonant Capacitor Value [STEP 4-3]Figure 7 shows how to measure the resonant frequency. While theresonant capacitor with a value calculated in [STEP 4-2] and the NFC tag LSI are mounted on the antenna board, measure the resonant frequency to determine the proper resonant frequency.If the resonant frequency has not been 13.56 MHz, adjust the resonant capacitor value. If the frequency is high, increase the capacitor value; if low, decrease it.Figure 7How to Measure the Resonant Frequency < Measurement example >(1) Perform the calibration with no sense coil connected in OPEN mode.In SHORT mode, do it with a sense coil connected.(2) Do not apply a voltage to the NFC tag LSI’s power supply (VDDEX)and GND (VSS).(3) Set the start and stop frequencies of the impedance analyzer to 10MHz and 15 MHz, respectively.(4) Set to R-X mode.(5) Measure the resonant frequency (f r) at which the resistance R ismaximum.2.6 Checking the Operation of NFC Tag [STEP 5]Mount the NFC tag LSI on the antenna board and measure the following items to verify normal operation. (1) Communication distance (2) Voltage of antenna pin2.6.1 Measuring the Communication Distance< Measurement example >(1) Move the NFC tag closer to a smartphone until NFC communicationsucceeds.(2) Then, measure the distance from the smartphone.Based on the method for measuring the communication distance shown in Figure 8, measure the communication distance from smartphone.Verify whether the result meets the specifications of your model.SmartphoneCommunicationDistanceNFC TagNFC Tag LSIAntennaResonant CapacitorFigure 8 How to Measure the Communication Distance2.6.2 Checking the Voltage of Antenna PinShape of antennaH max[A/m] Voltage between VB and VSS pins[Vpp]Size [mm2] Track width[mm]Spacing[mm]Number of turns[turn]72 x 42 0.5 0.5 1 7.5 21.82 7.5 17.13 7.5 14.640 x 30 0.5 0.5 2 8.5 18.53 8.5 15.34 8.5 13.425 x 20 0.3 0.3 3 (8.5) 11.84 (8.5) 10.45 (8.5) 10.212 x 10 0.1 0.18 (8.5) 6.9 12 (8.5) 6.7 16 (8.5) 6.5Table 2 shows the measurement results of antenna pin voltage of our prototype NFC tag.Based on Table 2, verify that the following product standards are satisfied: Parameters D10 (21 Vpp or less for VB-VSS pins) Figure 9 Voltage Waveform on VA and VB Pins (Note 1) These data are the results measuredusing our prototype NFC tag and do notguarantee your NFC tag’santenna pin voltage.(Note 2) If using a large-sized antenna, make sure that the antenna pin voltage does notexceed the values specified in parameters D10.(Note 3) The maximum magnetic field strength of25*20 and 12*10size assume it 8.5A/m by limitation of the measuring equipment.Table 2Measurement Results of Antenna Pin Voltage V。
NFC天线模组解决方案
NFC天线模组解决方案一、设计原则在设计NFC天线模组时，需要考虑以下几个原则：1.1正确的天线尺寸和形状：天线的尺寸和形状对NFC设备的性能有着直接的影响，包括通信距离、通信速率和抗干扰能力等。
因此，在设计NFC天线模组时需要根据具体的应用需求和通信规范来确定天线的尺寸和形状，以确保天线性能的稳定和可靠。
1.2优化的天线结构：NFC天线模组的结构设计也是非常关键的，包括天线线圈的布局、线圈之间的间距和NFC芯片的布局等。
通过合理的结构设计，可以减小天线模组的尺寸、降低通信功耗和提高通信质量，从而提升整体系统的性能和可靠性。
1.3良好的射频综合能力：NFC天线模组作为射频前端的重要组成部分，其射频综合能力也需要得到重视。
包括抗干扰能力、发射功率和接收灵敏度等指标，都对系统的通信质量和稳定性有着重要的影响。
因此，在设计NFC天线模组时需要充分考虑这些指标，并通过合适的设计和优化措施来提升射频综合能力。
1.4优化的电源管理：NFC天线模组的正常工作需要一定的功耗支持，因此，有效的电源管理非常重要。
通过合理的电源管理策略，可以降低功耗、延长电池寿命，并提升系统的稳定性和可靠性。
二、性能指标2.1 通信距离：通信距离是指在NFC设备和读写器之间最大可实现的通信距离，通常以cm为单位进行衡量。
通信距离的长短直接影响了设备的使用体验和应用范围。
较好的NFC天线模组应该能够实现更远的通信距离，以提供更便捷的使用体验。
2.2 通信速率：通信速率是指NFC设备和读写器之间的数据传输速率，通常以kbps为单位进行衡量。
在不同的应用场景下，对通信速率的要求也有所不同，但是较高的通信速率可以提高数据传输的效率和速度，对于移动支付和大数据传输等应用场景具有特别重要的意义。
2.3抗干扰能力：NFC设备在使用过程中可能会受到周围环境的干扰，例如其他射频设备或金属物体的存在。
一个良好的NFC天线模组应该能够有效地抵抗这些干扰，提供稳定和可靠的通信环境。
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摘要NFC，即近距离无线通信，是工作在13.56MHz，用于近距离（小于10厘米）安全通信的无线通信技术。
NFC天线作为手机支付系统的一个不可缺少的重要部分，已经伴随着手机支付功能的发展而日益受到非常广泛的研究和应用，国内外早已经开始专门研究用于手机支付功能的NFC天线，并提出了多种天线模型。
本文是基于天线基本理论以及天线仿真软件HFSS进行了大量的实验仿真，主要是研究NFC天线的设计方法及其小型化技术。
本文共设计了三款天线，分别是双面矩形天线、双面螺旋天线、单面圆角矩形天线，同时仿真出天线的电感随天线各个参数的变化关系，主要是天线绕线数、绕线宽度及间隔与天线等效电感之间的变化关系，讨论并分析各个参数的变化趋势，总结规律，结合实际的需求，得到一款理论上性能最好的天线，并使用网络分析仪中进行了电感测试，测试结果与理论结果较一致。
本文还通过串并联电容和电阻的方式，对着三款天线分别进行了阻抗匹配，使得在13.56MHz处回波损耗达到最小，并且都达到了很好的匹配效果。
本文的研究为各种不同尺寸、不同形状的小型天线设计奠定了理论基础，具有实际意义。
关键字：NFC 线圈天线输入阻抗回波损耗阻抗匹配AbstractNFC, namely close wireless communication, is working in 13.56MHz.It was used to close (within 10 cm) security communication as a kind of wireless communication technology. In mobile payment system, with the development of function mobile payment by extensive research and application, NFC antenna plays an indispensable part, specially for the mobile payment, the NFC antenna has the function of antenna model proposed at home and abroad.In the master antenna theory basis and antenna simulation software HFSS conditions, this thesis did a large number of experimental simulation, mainly is the study of the NFC antenna design method and its miniaturization. The thesis designs three antennas, respectively is two-sided rectangular antenna, double-sided helical round antenna, single rounded rectangle antenna. At the same time, the inductance of the antenna simulation with the change of the various parameters antenna relations, mainly is the antenna coiling number, coiling width and with the antenna interval equivalent inductance of the relationship between changes, then discusses and analyzes the change trend of various parameters and make a conclusion. Combined with the actual demand, we get a theory of the best performance antenna. Finally, we use the network analyzer in inductance test, the results and the theoretical results are consistent.This thesis also through the parallel capacitor and resistor way, to the three paragraphs antenna, the impedance matching is made in 13.56MHz place return loss minimum, and reached the very good matching effect. This thesis studies for many different sizes, different shapes of small antenna design and provides the theoretical basis and with the practical significance.Keywords：NFC, Coil antenna, Input impedance, Return loss, Impedance matching目录摘要 (I)Abstract (II)目录............................................................................................................................................... I II 第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内外NFC技术的使用现状 (1)1.3 仿真工具HFSS介绍 (3)1.4 本文的研究内容 (4)第2章NFC的工作原理 (5)2.1 引言 (5)2.2 天线的基本参数 (5)2.3 NFC的工作原理 (8)2.3.1 简介 (8)2.3.2 通信模式 (9)2.4 线圈天线 (11)2.4.1 磁场分析 (11)2.4.2 激励加载 (12)2.5 电感耦合原理 (12)2.6 天线电感的计算 (14)2.7 小结 (15)第3章双面矩形天线的设计 (17)3.1 前言 (17)3.1.1 天线尺寸的选择 (17)3.1.2 天线电感值的大小 (17)3.1.3 天线变量的选择 (17)3.2 天线模型及参数 (18)3.2.1 建模 (18)3.2.2 天线模型 (19)3.3 天线的电感随参数的变化分析 (19)3.4.1 阻抗匹配方法 (24)3.4.2主要参数值 (24)3.4.3回波损耗图 (25)3.4.4电感变化图 (25)3.5 变化规律总结 (26)第4章单面圆角矩形螺旋天线 (27)4.1 天线建模 (27)4.1.1 天线总体结构图 (27)4.1.2 参数表示 (27)4.2 天线参数变化分析 (27)4.3 匹配方法及分析 (35)4.3.1 匹配方法 (35)4.3.2 匹配参数值 (35)4.3.3回波损耗图 (35)4.3.4 电感的变化 (36)4.4 规律总结 (37)第5章双面螺旋天线 (46)5.1 天线模型与参数 (46)5.1.1天线建模 (46)5.1.2参数表示 (46)5.2 天线电感随参数的变化分析 (47)5.3 匹配实现方法及分析 (51)5.3.1 匹配方法 (51)5.3.2 主要参数值 (51)5.3.3 回波损耗图 (52)5.3.4电感变化图 (52)5.4结论总结 (53)5.4.1 双面螺旋天线结论总结 (53)5.4.2三副天线的比较 (53)第6章测试结果 (54)6.2 测试结果 (54)6.2.1 材质为FPC的单面矩形天线 (55)6.2.2 材质为PCB矩形双面天线 (57)6.2.3 材质为PCB双面螺旋天线 (60)6.3 总结 (62)6.3.1 测试结果比较 (62)6.3.2 总结 (63)致谢 (64)参考文献 (65)第1章 绪论绪论绪论1.1课题背景本论文来源于与惠州硕贝德无线科技股份有限公司合作的项目NFC天线的设计方法研究。
研究的主要目标是研究NFC天线的设计方法及其小型化技术，为各种不同尺寸、不同形状的小型天线的设计奠定理论基础。
研究内容主要包括：天线的绕线数、绕线的宽度及间隔与天线的等效电感之间的变化关系；还有NFC天线的匹配实现方法；并设计出针对一款手机的、可完成手机支付功能的NFC天线。
本课题的研究方法是在掌握一定的天线理论基础以及天线仿真软件HFSS的条件下，以建模、实验仿真、测试为主。
首先要全面的了解和掌握与所研究课题相关的无线通信知识以及天线理论，特别是天线的输入阻抗。
因为NFC天线首先是作为手机支付系统的一个不可缺少的重要部分，所以首先要对手机支付系统有一个完整和全面的认识；其次再利用已经掌握的天线理论以及各个天线类型，结合现阶段国内外所已经研究设计出的NFC 天线模型，将现有模型加以改进，设计出符合自己所需要性能的NFC天线模型。
NFC天线已经随着手机支付功能的发展而受到广泛的研究和应用。
由调研的文献可知，专门用于手机支付功能的NFC天线已经在国内外提出多种天线模型，应用于不同款式和类型的手机以及不同的性能指标[1]。
所以根据现有的NFC天线模型，完全能够设计出达到给定参数的、给定性能的、适用于支付功能的NFC天线。
技术的的使用现状1.2国内外NFC技术随着手机的发展越来越快，娱乐手机、商务手机、3G手机等不断出现，由无线网络支持的上下行数据速率在不断的提高，新的应用特别是数据业务方面的应用不断涌现，手机成为人们日常生活中身边不可缺少的移动信息终端[2]。
越来越多的人们开始用手机来代替手表、记事本、MP3等等，可以设想是否会有某一天我们的钱包、银行卡和钥匙也会让位于手机，使我们的生活更加的快速便捷，更加安全呢？近距离无线通信NFC（Near Field Communication）技术将会让这一切设想变成为现实[3]。
2006年6月，诺基亚和中国移动、易通卡、飞利浦公司在厦门启动了中国首个NFC 手机支付试验[3]。
从2007年8月开始，支持NFC业务的诺基亚6131iNFC款在北京、广州、厦门等的数个城市公开发售。