NFC Antenna Design & RF Tuning

NFC Antenna Design & RF Tuning： Content Antenna Location vs Use cases Antenna Design Methodology Reference Antennas Phone Environment Consideration PN544 / PN65N Antenna Matching Methodology NFC（近场通信）技术是一种允许设备在短距离内进行无线通信的技术。NFC应用广泛，尤其在移动支付、门禁控制和设备配对等领域有重要应用。NFC系统的核心部分之一是NFC天线，它负责发送和接收无线信号。本文档探讨了NFC天线设计以及射频（RF）调整的重要知识点，包括天线位置与使用案例的关系、天线设计方法学、参考天线、手机环境考量以及PN544/PN65N天线匹配方法学。 天线位置与使用案例之间的关系是一个设计考虑的重要方面。在设计NFC天线时，需要考虑其在设备中的位置如何影响用户体验和成本。例如，将天线置于设备顶部可以提供良好的用户体验，但会增加天线的成本。相反，将天线置于背面可以更容易地集成到外壳中，允许有较大的天线尺寸，从而达到与卡片通信的最优性能，但可能需要较大体积的铁氧体，从而增加成本和整体厚度。天线在设备中的布置还应考虑设备环境带来的限制，如因设备环境导致的性能限制和使用铁氧体进行屏蔽的管理难题。 接下来是NFC天线设计方法学。设计过程中，首先需要测量天线的物理尺寸和环境因素。测量的目的是得到其在13.56MHz频率下的等效电气模型。为了调整和优化NFC天线的电气性能，需要测量四个参数，包括两个用于直流（DC）特性的参数和两个射频（RF）参数。直流参数包括在1MHz频率下测量的直流电阻（Rs）和天线电感（La），而射频参数包括自谐振频率（fra）和自谐振频率下的并联电阻（Rp）。测量得到的数据用于推导到13.56MHz的DC和RF参数，并用于Q因子调整（阻尼电阻的计算）。此外，所有的天线测量应在其最终环境中进行，例如手机内部。 网络分析仪测量是天线性能评估的关键部分。推荐的配置包括1端口校准和S11测量、在有条件下使用的阻抗计、起始频率为1MHz、停止频率至少为50MHz（可能更高）、尽可能多的测量点数以及精确的校准。在1MHz频率下测量DC参数时，应忽略寄生元件，因为该频率下寄生电容可以忽略不计，但使用此设备进行DC测量并不准确。测量的实部为直流电阻（Rs），虚部为线圈电感（Lw），由此可以推导出电感（La）。 当讨论参考天线时，文档指出，通过使用参考天线模型进行电性能调整是必要的。这些模型用于在13.56MHz频率下进行调整，并且需要将DC和RF参数外推到该频率，并执行Q因子调整（计算阻尼电阻）。 手机环境考量部分提到了设备内部环境对NFC天线性能的影响。例如，金属部件会干扰磁场，因此需要对天线进行位置调整或采取屏蔽措施以保持天线的性能。此外，手机中其他电子部件的电磁干扰也可能影响NFC天线的性能。 文档强调了PN544/PN65N天线匹配方法学的重要性。匹配网络的设计必须确保从天线到NFC控制器的阻抗匹配，以最大化功率传输效率。这通常需要精心设计的匹配电路，包括适当的电感和电容元件，以调整阻抗并减少信号反射。匹配网络还应该能够抵抗手机环境带来的变化，以维持稳定的性能。 综合以上内容，NFC天线设计和RF调整涉及多个复杂的设计和测试步骤，需要综合考虑用户体验、成本、环境因素和设备内部的电磁兼容性。通过精心设计和精确测量，可以确保NFC天线在移动设备中达到最佳的性能表现。