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一种新型的13.56MHz NFC天线制造技术

技术编号:18460189 阅读:61 留言:0更新日期:2018-07-18 13:16
本发明专利技术为一种新型的13.56MHz NFC天线,该天线包括天线模型和匹配电路两部分。天线模型采用全新的三网孔结构进行设计,突破传统的单网孔结构;匹配电路采用串联电阻匹配方式进行设计,实现在13.56MHz时,天线以最大电磁能量进行输出。采用全新的三网孔结构的NFC天线,实现了天线回波损耗指标的提升,10mm处天线耦合性能的提升,以及天线结构灵活性的提升。

A new type of 13.56MHz NFC antenna

The invention is a new type of 13.56MHz NFC antenna, which consists of two parts: antenna model and matching circuit. The antenna model is designed with a new three mesh hole structure to break through the traditional single mesh structure, and the matching circuit is designed by series resistance matching. When the 13.56MHz is realized, the antenna is output with the maximum electromagnetic energy. NFC antenna with a new three mesh structure has been used to improve the antenna echo loss index, enhance the coupling performance of the antenna at 10mm and improve the flexibility of the antenna structure.

【技术实现步骤摘要】
一种新型的13.56MHzNFC天线
本专利技术涉及近距离无线通信,特别是工作频率为13.56MHz的技术。
技术介绍
NFC技术现已广泛应用于移动端的支付、门禁系统的身份识别以及标签信息的读取等方面。NFC技术适用于近距离通信,工作在主动模式即通信发起者时最大距离为20cm,工作在被动模式即被识别者时最大距离为10cm;NFC技术安全性极高,它采用了数据加密和校验技术,是其他近距离通信技术所不能比拟的;NFC技术通信速度极快,从探测设备、确认设备到存储数据,所用时间在0.1秒内;NFC技术适用于多种场景,而且模式切换灵活,既可以充当识别其他NFC设备的阅读器,也可以充当被其它设备识别的标签。虽然现有NFC天线能够暂时实现目前的需求,但是其性能和灵活性还存在以下问题:1.天线的回波损耗指标偏低;2.天线的10mm处耦合性能偏低;3.天线的结构设计单一。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题,设计出一种新型的三网孔天线结构,该天线工作在13.56MHz,采用串联电阻形式的匹配电路,实现了天线的回波损耗指标的提升、10mm处耦合性能的提升以及结构灵活性的提升。本专利技术的技术方案是:天线系统主要包含两部分,分别是天线模型和匹配电路,两者结合,形成一套完整的NFC天线系统。在天线模型设计完成之后,再根据天线的具体各项参数,借助Smith圆图工具,获得匹配电路元器件的具体数值,进而设计出匹配电路,在进行参数调整后,得到完整的NFC天线系统。天线模型采用三网孔结构,结构参数如表1所示,天线模型如图1所示。表1天线模型参数变量名初始值/mm天线长边Lx80天线宽边Ly50介质基片厚度H1天线走线宽度W0.5天线走线间距S1匹配电路采用串联电阻形式,元件参数如表2所示,匹配电路如图4所示。通过应用匹配电路,我们可以将所有能量传递到负载上,在此过程中避免能量反射的出现,确保了所要传递能量的效率。表2匹配电路参数变量名称值系统阻抗Z0/Ω50串联电阻1/Ω19.4并联电容2/pF20.9串联电容3/pF35我们查看天线的回波损耗参数,我们选取的频率范围是从5MHz~20MHz,通过图7我们可以看出,天线工作在13.56MHz时,回波损耗损耗降低到-34dB,与传统的矩形线圈天线相比,在匝数、尺寸以及等效电感值几乎一致的情况下,成功将天线性能实现提升,-10dB以下的有效带宽为0.8MHz,在天线的方向性和增益方面,均稍优于传统矩形线圈天线。其次,我们查看天线的耦合信号强度参数,图8所示的是13.56MHz处耦合信号强度随距离的变化关系,我们看到,在我们常用的10mm距离处耦合强度最高,而且强于之前传统的NFC天线结构,所以说在耦合强度方面也得到了提升。最后是天线结构的灵活性增强了,突破了传统的单网孔设计,使用三网孔结构,增加了天线的适用场景和使用的灵活性。本专利技术的有益效果是:1.本专利技术提升了天线的回波损耗指标;2.本专利技术提升了10mm距离处天线的耦合性能;3.本专利技术提升了天线结构的灵活性。附图说明图1为本专利技术设计的三网孔结构的NFC天线模型;图2为本专利技术设计的天线模型中左侧网孔到中间网孔走线;图3为本专利技术设计的天线模型中右侧网孔到中间网孔走线;图4为本专利技术设计的串联电阻形式的匹配电路,图中标号1串联电阻,标号2表示并联电容,标号3表示串联电容;图5为Smith圆图表示匹配电路参数的位置;图6为本专利技术设计的天线系统的Smith圆图;图7为本专利技术设计的天线系统的回波损耗图;图8为本专利技术设计的天线系统在13.56MHz处耦合信号强度随距离变化的关系图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体的实施方式进行说明。本专利技术主要包含两部分,分别是天线模型和匹配电路。首先是进行天线模型的设计,天线模型包括介质基片和铜线。设计的参数是根据表1,设计出的模型如图1。表1中的数据是根据实际应用中的NFC天线大小确定的。该模型采用三网孔的结构,突破了传统的单网孔结构设计,在构建模型时,我们从坐标点(Lx/2,0)开始,首先向左侧延伸至(Lx/2,-Ly/2)处,然后向x轴的负向延伸Lx个长度,在向y轴的正方向延伸Ly/3个长度,之后再向x轴延伸Lx-2*W-S个长度,这样我们就完成了左边网孔的第一圈天线的设计。因为我们之后要动态分析四个结构参数变化对天线等效电感值的影响,因此我们所采用的表示方式都是变量表示法,而且要把握好天线边长、走线宽度与走线间距之间的关系,避免出现错误。依据刚才设计第一圈的方法,我们继续完善左边网孔,再设计出两圈绕线,使左边网孔形成一个三匝矩形线圈。同理我们以(Lx/2,0)为坐标起始点,沿y轴正向进行右边网孔的设计,整个设计方法同左网孔,最终也形成一个三匝矩形线圈。设计完左右两个网孔后,我们接下来设计中间网孔。因为两个绕线端分别位于左右两个网孔内,所以要想设计出中间的网孔,就必须分别从左右网孔内向下打孔,然后再从中间网孔的特定位置向上打孔穿到表面。这一过程的具体走线方式如图2、图3。以左端为起始点,为了整体结构设计的合理性,走线的距离为两个完整回路,最后落到与x轴正向垂直的底边中点偏左的位置,并设置为Input端;右端穿到上表面后,最后落在底边中点偏左处,形成Gnd端。Input端和Gnd端分别距离天线左右两端为29mm,距离底边为7mm(即四个走线宽度、三个间距和2mm的距离之和)。之后是匹配电路的设计,我们采用如图4所示的串联电阻匹配电路,是在天线的输出端,串联一个电阻1,再并联一个电容2,再串联一个电容3。我们设计串联电阻匹配电路。先要使用Smith圆图工具求出并联和串联的电容值,如图5所示,我们选定起始点为0.275+194.825j,然后串联一个19.4欧姆的电阻,接着并联一个电容,并联电容值是由Smith圆图工具得到的,当我们把标记移动到50欧姆的阻抗圆上时,就得到了需要并联的电容值,接着我们串联一个电容,将标记移动到水平轴上,于是我们就得到了需要串联的电容值,最后通过Smith圆图工具得到的值为并联一个20.9pF的电容,串联一个39.7pF的电容。接下来,我们将上面的元件加入到天线中去,形成完整的天线。通过HFSS仿真软件上的Smith圆图,我们不断调整电容值使得13.56MHz对应的频率点落在纯电阻线上,达到共轭匹配,最终实现能量的最大化输出。如图6所示,我们最终通过仿真分析得到的Smith圆图显示在13.56MHz时,频点恰好位于原点附近,达到了我们的预期和要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的13.56MHz NFC天线,其特征在于:三网孔的NFC天线结构,天线的总面积为80mm*60mm,走线间距为1mm,走线宽度为0.5mm,介质基片厚度为1mm,左右两个网孔的面积为80mm*20mm,中间网孔的面积为80mm*18mm。

【技术特征摘要】
1.一种新型的13.56MHzNFC天线,其特征在于:三网孔的NFC天线结构,天线的总面积为80mm*60mm,走线间距为1mm,走线宽度为0.5mm,介质基片厚度为1mm,左右两个网孔的面积为80mm*20mm,中间网孔的面积为80mm*18mm。2.按照权利要求1所述的一种新型的13.56MHzNFC天线,其特征在于:三网孔结构的NFC天线的馈电点位置,馈电点位置位于中间网孔处,距离底边为7mm(即四个走线宽度、三个间距和2mm的距离之和),Input端和Gnd端分别距离天线左右两端为29mm。3.按照权利要求1所述的一种新型的13.56MHzNFC天线,其特征在于:三网孔结构的NFC天线的匹配电路方式,在馈电端口处,先是串...

【专利技术属性】
技术研发人员:祝宇鸿董尚文迟学芬莫秀玲
申请(专利权)人:吉林大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

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