nfc天线工作原理及其设计图（NFC天线工作原理及其设计）

传统天线通过向空气中辐射电磁波来传输电磁信号。为了将电磁信号辐射到空气中，天线的长度需要与工作波长相近。简单的半波偶极天线的长度是1/2波长，单极天线的长度是1/4波长。对应13.56MHz的工作频率，半波偶极天线尺寸为11.06 m，单极天线尺寸为5.03 m。但13.56MHz NFC通过近场耦合传输电磁信号，天线的工作距离比传统天线小很多。ISO14443-A/B的工作距离只有10cm左右，SO15693的最长工作距离只有1 m

13.56Mhz NFC天线可视为耦合线圈。根据安培定律，当电流流过一段导线时，会在导线周围产生一个磁场，这个磁场的感应强度与线圈的匝数和面积成正比，并随距离的三次方衰减。根据法拉第电磁感应定律，时变磁场通过封闭空间会产生感应电压。所以这两个定律分别适用于NFC读卡器和NFC卡。读取器天线产生的磁场耦合到NFC卡天线，以产生电压和能量来启动NFC卡中的芯片，从而传输能量和信号。

高频读卡器的天线是磁环天线，通常是印刷线圈、柔性PCB或绕线天线，或者是金属外壳。天线的尺寸、匝数、走线宽度和间隙宽度决定了天线的电参数，包括电感、串并联电阻、自谐振频率和Q值。等效电路为：

根据汤姆逊公式

可以看出，天线的谐振频率与L和c有关，通过调整天线的匝数、线圈面积和间隙，匹配外部电容形成LC谐振电路，能量可以通过谐振电路传输到射频卡。

原则上，增加天线的匝数和线圈面积可以增加磁通量，使工作距离更长。当然，在增加匝数和面积的同时，天线的等效电感也会增加。调谐谐振电容时电感过大会导致电容过小，所以天线的等效电感通常在1-2uH左右。

使用仿真软件，可以获得以下天线参数关系：

对于整体NFC设计，为了考虑EMC滤波电路和匹配电路的设计，需要确定天线的等效电感、电阻、电容和Q值。参数可以通过网络分析器3354来测量。

1.在天线端连接网络分析仪：此时需要将天线与匹配网络断开(将带电源的读卡器连接到VNA可能会损坏网络分析仪)；

2.将史密斯圆图的测试频率范围设置为1 MHz-100 MHz；

3.标记13.56MHz，直接测量该频点的损耗电阻Rsdc、电感Lant、自谐振频率Fra和自谐振并联阻抗Rp。

4.计算天线等效电路参数：

自谐振频率下的寄生电容：

自谐振频率为13.56Mhz的天线等效电阻(必须从自谐振频率转换到工作频率):

天线等效总电阻：

最终简化的天线等效谐振电路如下：

由此，我们计算出：

按照以上四个步骤，天线的参数(Rpant，Cant，Lant)已经测试计算完毕，等效电路参数将用于设计匹配电路。只有匹配电路与天线实现共轭匹配后，才能最大限度地传输可用能量。

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