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13.56MHz NFC电磁信号通过近场耦合传输，天线的工作距离远小于传统天线，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，当电流通过导体周围的磁场时，磁场的感应强度与线圈匝数和线圈面积成正比，随着距离的三次方衰减。根据法拉第电磁感应定律，通过通过闭合空间产生感应电压。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。天线的尺寸、匝数、布线宽度、间隙宽度等因素决定了天线的电参数，包括：电感、串联和并联电阻、自谐振频率、Q值。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，增加天线的匝数和线圈面积可以增加磁通量，使工作距离更远。当然，在增加匝数和面积的同时，天线的等效电感也会增加电感过大会导致调谐振动电容所需的电容过小，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。——

1.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)；

2.将史密斯圆图的测试频率范围设置为1MHz - 100MHz；

3.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。

4.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，该等效电路参数将用于设计匹配电路，匹配电路和天线可以最大限度地传输可用能量。下一篇文章将解释匹配电路的设计——

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