NFC天线设计中应用AXIEM进行电磁仿真的快捷方法

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NFC天线设计中应用AXIEM进行电磁仿真的快捷方法

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天线系统在NFC设备中至关重要。一般来讲,对工作在13.56MHz的NFC系统进行成功设计不仅需要对发射和接收天线进行电磁仿真,还需要将分立组件(包括将射频功率转换为直流信号的整流桥)包含进设计中。需要进行的典型分析包括:随发射/接收距离的变化进行射频匹配,多种情况下的直流信号电平的检测,线圈的电感值及DC端产生的谐波。

应用AXIEM进行电磁仿真

在此应用文档中,NFC天线(下图所示)是由Rohde&Schwarz公司——NFC论坛的长期成员,负责制定相关的NFC规格和技术所提供。开始,首先将设计以Gerber文件的形式导入AWR的Microwave Office/AXIEM环境。然后利用AXIEM,为版图和相关的离散组件分配端口。最后,AWR的符号生成向导将用于产生一个与版图类似的符号,不需要对一个60个端口的组件进行耗时、易出错的人工布线。

 

 基于AWR软件的NFC天线系统设计

 

图1:AXIEM中发射/接收天线的版图和端口(承蒙Rohde & Schwarz公司提供设计)。

AXIEM里另一个非常有用的新功能是参数化。发射接收线圈之间的距离是是参数化的,这样一个单一的数值参数Z,可以从1毫米扫描到100毫米,使得线圈之间空气层的厚度也可由参数进行控制。

 

 基于AWR软件的NFC天线系统设计

 

图2:整流的直流电压与发射/接收距离(单位:mm)的关系。

虽然在原理图中描述的电磁结构是以Z为参数的一个有限离散集合,但在通常情况下,Z是连续的。换言之,尽管电磁仿真模拟的离散步进为10mm(从1mm开始),产生的扫描模型是以1mm进行插值计算所得。

一个需要注意的有趣的现象是,如果如果发射天线的射频匹配是在接收天线不存在的情况下确定的,当接收天线接近时,匹配会显着恶化。可在图3史密斯圆图中的非线性匹配中看出。

 

 基于AWR软件的NFC天线系统设计

 

图3:当接收天线接近时,发射天线的输入端口的射频匹配会恶化。如果发射/接收天线之间的距离小于18mm,则驻波比会大于2。

综上所述,AWR软件非常适合设计NFC天线系统。可方便的将电磁模型整合到非线性原理图中,支持电磁模型的参数化与插值,AWR的Microwave Office/AXIEM软件的结合使得NFC天线系统的设计者们更容易实现紧凑的设计以及使他们的设计和产品达到一个新的水平。

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