13.56Mhz读卡器天线PCB设计
新型13.56 MHz NFC天线的研究与设计
新型13.56 MHz NFC天线的研究与设计祝宇鸿;董尚文;李红阳【期刊名称】《吉林大学学报（信息科学版）》【年(卷),期】2017(035)005【摘要】针对现有的13.56 MHz NFC(Near Field Communication)天线因结构而引起回波损耗偏高的问题,设计了一种工作在13.56 MHz的近场通信天线,通过优化天线结构,有效降低了天线的回波损耗.使用AnsoftHFSS(High Frequency Structure Simulator)进行天线模型的设计以及仿真分析,对NFC天线的3大结构参数(天线边长Lx、线间距S和线径W)进行了仿真分析探究,最后得到以13.56 MHz为中心频率的最优天线结构参数,即Lx=40 mm,S=1 mm和W=0.5mm.在上述天线结构参数下,优于已有的NFC天线(回波损耗为-22.2 dB),其回波损耗降低至-28.8 dB,-10 dB以下的带宽为0.8 MHz.【总页数】6页(P481-486)【作者】祝宇鸿;董尚文;李红阳【作者单位】吉林大学通信工程学院,长春130012;吉林大学通信工程学院,长春130012;吉林大学通信工程学院,长春130012【正文语种】中文【中图分类】TN82【相关文献】1.13.56 MHz RFID读写器天线的设计与仿真 [J], 戴彩艳;蔡坚勇;陈银燕;朱雨;林李金;黄永亮;晏嫚2.如何使用频谱仪评测13.56MHz NFC和RFID标签/阅读嚣的谐振频率 [J], 是德科技3.嵌入豁口磁芯的13.56MHz RFID读写器天线 [J], 余自锋;廖晓东;王良鸿4.面积限定下13.56MHz RFID天线的仿真和设计 [J], 刘华锐;郑华;廖晓东;陈桂慧5.13.56 MHz线圈天线信号与能量传输匹配系统研究 [J], 朱道恒;秦学因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
读卡器天线调试
发行版本：第 A 版 第 1 次修改
接触卡之间传送信息。因此，对读写器天线的构造有以下几个基本要求：
1) 使天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量；
2) 功率匹配，以最大程度地利用产生磁通量的可用能量；
3) 足 够 的 带 宽 ， 以 无 失 真 地 传 送 用 数 据 调 制 的 载 波 信 号 。
MI = N1F
式 中 ： N1 为 非 接 触 卡 中 天 线 线 圈 圈 数 ， F 为 穿 过 卡 上 天 线 中 的 磁 通 量 ，I
为流过读写器天线的电流。 设天线是半径为 R 的圆形，根据毕奥-沙伐尔 定律，在过圆形天线圆心且
垂直天线平面的线轴上的磁感应强度为：
B = m0 IN1R 2 2 (R2 + X 2)3
C2b
Rcol La Lb
TX2 LO
电路中参数说明
C1b 图 2 完整天线电路
Rext
Rcol
元器件
描述
La、Lb、Rcoil
天线线圈固有电感，电阻。
Rext
调整品质因数所外接的电阻，并且要计算其损耗。
C0..C3
用低公差、SMD 封装（0805、0603、0402）。
C1a、C1b、C2a、C2b 用低公差、SMD 封装（0805、0603、0402）。
天 线 的 等 效 电 路 见 6 所 示 ， 天 线 电 感 L=La+Lb 和 串 联 电 阻 RL=2*Rcoil。 设 计 好 PCB 板 天 线 后 ， 可 用 阻 抗 分 析 仪 或 LCR 测 试 仪 （ HP4258） 谐 振 频 率 在 F=13.56MHz 从 A 点 和 B 点 之 间 测 量 得 到 天 线 的 电 器 参 数 L 和 R。
天线设计-电感计算以及天线匹配
HF的天线主要是靠耦合场来获取能量,因此天线电感的计算和测量就显得非常重要。
HF读卡器和标签通信的等效电路图如下:其中读卡器天线匹配比较方便一些，一般匹配成50欧姆,与同轴电缆匹配，即LCR谐振在50欧姆,可以通过网络分析仪或者阻抗分析仪来调,一般调节C1,使得C1调整后，频率为13.56M时谐振在50欧姆。
当然,读卡器端的等效电路可以为串联也可以为并联。
标签端的匹配会相对麻烦些，因为标签不可能配置成50欧姆,一般就是如图所示的电容并联的模型，通过调整电容来进行匹配。
一、电感的计算和测量目前有两种方式来测量电感.1、参考设计MFRC500的匹配电路和天线的应用指南－周立功。
pdf公式如下：其中，I1是个平均值2、参考TI—13.56M系统远距离天线设计的经典笔记.pdf公式如下:该公式主要是针对方形天线,感觉像是单圈天线。
其中Side是指方形天线的中心到中心的距离,以cm为单位；Diameter是指线宽，以cm为单位。
以50cmx50cm环形，1。
5cm宽的天线为例，计算如下：做个试验:单圈天线5cmX5cm，0。
15cm宽,用这个来做标签的天线，两个公式计算下来分别为81nH和136nH，因此仅用单圈天线做读卡器倒是可以，只要天线够大；但是对于标签来说未有点不切实际，需要多绕几圈。
而且对于一般标签来说,就是直接利用天线自身的寄生电容和寄生电感产生谐振,寄生电容一般很小，根据，L就需要比较大，因为单圈天线对于标签而言也不太合适.在实际使用当中，还需要借助LCR Meter等来进行测量,一般LCR Meter设置到1Khz进行测量。
另外还可以利用LCR parameters，HP4192A or Agilent Technologies 4294A进行准确测量。
二、电容的计算非常简单,根据公式可以直接计算出电容的值，这个电容值包含寄生电容和可调电容，一般寄生电容选择跟可调电容并联的方式。
三、Q值计算,f为谐振频率，R为负载电阻，L为回路电感，C为回路电容。
Sky1311s天线设计和匹配方法_V0.0.1
SKY1311S NFC读卡器应用笔记版本：0.0.1日期：2016-4-15版本修改列表天线的等效电路NFC 读卡器和IC 卡是通过13.56MHz 的电磁场载波进行通信的，读卡器产生13.56MHz 的电磁场，向IC 卡传递能量并通过载波调制进行通信。
原理上13.56MHz 的天线可以看作一个耦合线圈，线圈产生的磁感应强度（相当于磁通量）正比于线圈匝数的二次方和线圈面积并随着距离的3次方衰减。
13.56MHz NFC 线圈天线可以用图1等效电路表示。
Lt 是线圈的电感Lt 、Rt 是线圈的损耗电阻，Ct 是线圈之间和其它器件之间的寄生电容。
要使得天线工作于13.56MHz ，一般是在天线外部并联和串联电容，将电容与天线线圈组成LC 谐振电路，调整并联/串联电容大小使得谐振频率为工作频率13.56 MHz 。
那么此时通过此谐振电路读写器可将能量传输至IC 卡。
天线设计原则根据LC 谐振电路的公式：f =可知天线的工作频率（谐振频率）与线圈电感L 、以及包括串联/并联的电容和寄生电容C有关。
设计天线主要就是确定天线线圈的电感L ，天线电路匹配主要就是确定匹配电容值。
天线尺寸越大，匝数越多，线圈的电感L 就越大，相对的调谐电容C 则需减小。
在谐振频率为13.56 MHz 时,如果天线的电感超过5μH 时，电容C 的取值很小，这使得调谐电容的匹配变得很困难。
一般情况下电感的取值范围在0.4～2μH 之间时电容匹配较容易实现。
设计天线时要考虑天线要有足够的带宽以保证可以无失真地传送用于数据调制的副载波信号。
天线的带宽（BW ）和天线的品质因数（Q 值）成反比关系，BW = f/Q 。
ISO14443规定天线的带宽是1.921MHz ，Q ≈10是比较合适的。
一般通过在天线匹配电路中并联或串联电阻来达到Q 值的要求。
综上所述，在确定大概的发射电流后设计天线时要重点考虑的是：1） 天线谐振频点要接近13.56MHz ，这个谐振频点应该是考虑到实际应用环境的情况下调制的，要考虑到PCB 板上其它元件的干扰以及安装环境的干扰。
中国移动13.56MHz读卡器技术方案v1.0.0
中国移动13.56M H z读卡器技术方案版本号：1.0.0目 录1.范围 (3)2.术语、定义和缩略语 (3)2.1.名称定义 (3)2.2.缩略语 (4)3.物理特性 (5)3.1.读卡器的尺寸 (5)3.2.工作环境 (5)4.功率传输 (5)4.1.工作频率 (5)4.2.读卡器提供的场强 (6)4.3.标准ID-1卡的通信距离 (6)5.通信信号接口 (7)5.1.数据速率 (7)5.2.调制 (7)5.3.位的表示和编码 (9)6.编制历史 (10)附录A 读卡交易感应区域空间 (10)附录B 谐振频率和Q值 (11)前 言本方案对手机支付业务开展过程中13.56MHz读卡器的射频性能提出全面要求，是开展手机支付业务的依据。
本方案主要包括以下几方面内容：物理特性、功率传输和通信信号接口。
本方案的附录A为标准性附录，附录B为资料性附录。
本方案由中国移动通信集团公司数据部提出。
本方案起草单位：中国移动通信有限公司研究院本方案主要起草人：朱本浩、葛欣、黄更生1.范围本方案规定了13.56MHz非接触式读卡器系统的射频技术依据，详细规范了读卡器系统的物理特性、功率传输与通信信号接口等技术要求。
本方案适用于13.56MHz的单频、双频读卡器设备。
规范性引用文件下列文件中的条款通过本方案的引用而成为本方案的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本方案，然而，鼓励根据本方案达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本方案。
2.术语、定义和缩略语2.1. 名称定义下列术语和定义适用于本规范。
(1)集成电路（IC） integrated circuit(IC)具有处理和/或存储功能的电子器件。
(2)无触点的 contactless完成与卡交换信号和给卡供应能量，而无需使用通电流元件（即不存在从外部接口设备到卡内所包含集成电路的直接通路）。
HID iCLASS 13.56 MHz 读 写非接触式智能卡和读卡器 应用说明
应用说明 # 28HID iCLASS 13.56 MHz 读/写非接触式智能卡和读卡器HID iCLASS 13.56 MHz 读卡器、读卡器/写卡器和非接触式智能卡与现有的门禁系统兼容，并且通过与不同应用系统提供商的整合，可以在更多领域应用，如生物识别、考勤系统、电子货币及自动售买、HVAC 自动控制和记帐、IT 安全认证、警卫巡逻、停车管理和医疗或服务记录储存。
HID iCLASS读卡器可以将 13.56MHz RF 能量转换成电能，与无源iCLASS非接触式智能卡进行通讯。
ISO 15693 标准可以实现更长的读取范围，同时又符合FCC 能量输出限制。
由于认证密钥更大，加密功能更强，iCLASS提供的安全性比同类的 13.56MHz 技术，如 MIFARE 1要高。
与 MIFARE 的 48 位密钥相对，iCLASS使用 64 位密钥，而且iCLASS使用多种不同的密钥，并且可以使用DES 或 Triple DES 在卡上加密储存的数据，而 MIFARE 是随意存储其密钥和数据。
本文档将做概括介绍，可以让你熟悉应用系统提供商、咨询商、经销商和最终用户是如何使用iCLASS功能的。
要实现一项新的应用，需要“软件开发套件”以及厂家培训和认证。
iCLASS读卡器iCLASS读卡器备有三种颜色：黑色、灰色和白色。
它们还备有以下三种不同的规格用于各种不同的用途，见下所述。
除不同的 LED 和蜂鸣器操作模式之外，这些读卡器还有许多其它配置选项，可以在工厂进行预设置，或使用 HID 技术支持部门提供的专用配置卡在现场进行修改。
iCLASS读卡器产品可以分为三类：只读型、读/写型和 OEM 型。
只读型（韦根输出）R10 – 用在门框、竖框和其它受限制的空间上R30 – 用在 80mm 正方形欧洲或亚洲背盒上R40 – 用在美国 J-box 上，另外还配有欧洲/亚洲安装孔这些读卡器都配有标准韦根接口，可以配合多数门禁系统使用。
PCB天线设计及射频布局设计指南
引言：概述：PCB天线设计是通过在PCB上布局电路来实现无线电频率的传输和接收。
天线设计的质量直接影响到设备的通信质量和性能。
射频布局是指在PCB电路板上布置射频元件以保证信号传输的稳定性和减少信号干扰。
好的射频布局能够降低噪声和干扰，提高设备的接收灵敏度和发送功率。
正文：一、基本原理1.1天线类型1.2天线参数1.3天线选择与匹配技术1.3.1频带选择1.3.2阻抗匹配1.3.3尺寸约束1.3.4天线方向性1.3.5天线辐射效率二、PCB天线设计2.1天线形状设计2.2天线位置选择2.3天线尺寸优化2.4天线与其他元件的间距设计2.5天线与地板的设计三、射频布局设计3.1射频信号布局准则3.2射频焊盘布局3.3射频走线布局3.4射频电源布局3.5射频地面布局四、PCB天线设计常见问题与解决方法4.1天线频率偏差问题4.2天线辐射模式问题4.3天线干扰和噪声问题4.4天线尺寸限制问题4.5天线输出功率问题五、实例与应用5.1手持设备天线设计实例5.2无线通信设备天线设计实例5.3汽车电子设备天线设计实例5.4IoT设备天线设计实例5.55G通信设备天线设计实例总结：PCB天线设计和射频布局的优化对设备的性能提升至关重要。
通过了解天线设计的基本原理和射频布局技术，工程师们能够更好地实施天线设计和射频布局。
本文从天线基本原理、PCB天线设计、射频布局设计、常见问题与解决方法以及实例与应用方面进行了详细的阐述。
希望这些设计指南能够帮助工程师们更好地进行PCB天线设计和射频布局，提高设备的性能和通信质量。
PCB天线设计介绍
PCB天线设计介绍天线是一种驻波天线，天线的阻抗不匹配，将导致大量的信号反射，使天线的辐射效率降低，同时由于反射的影响使得天线在宽频带内的增益有抖动，如果天线的驻波为6，手机前端的击穿电压将降为原来的1/6，而功率容量就会下降。
手机天线驻波对天线效率的影响不可不慎。
天线的驻波要求，我们目前统一要求为小于3。
各种智能设备都需要的重要部件，所有需要用到无线的设备都需要用到它。
现在是无线时代，网络路由器都是无线WIFI，电脑，手机连网络再也不用网线连接了，还有蓝牙耳机，蓝牙鼠标，蓝牙键盘等等不再有电线了，这个天线的性能就至关重要了。
一般天线的选择有一些因素，除了考虑性能还要考虑成本，所以在选择天线的时候，需要综合考虑。
PCB 板载天线这是一种几乎最低成本的方案，当然性能上普遍来讲也是相对较差的。
像这种板载天线，有很多成型的库直接套用即可。
BT,WIFI, GPS, NFC，FM等，但是基本上都是带宽比较窄，对性能没有严格要求的产品。
最常见的就是倒F设计：还有蛇形设计天线一般都电馈点和地馈点。
倒F正常就是形成了这两个点，不能同比与逻辑电路。
这个图就很容易看出来C3位置连接的就是电馈点，L2的天线位置连接端就是主板的地，就是地馈点。
有几个点天线的布局要进行净空。
1、找网上专门的库，针对不通功能的wifi，bt，fm天线等2、若是自行画板载天线，要注意天线的阻抗也是50ohm3、天线走线到射频走线，线的两端要多打地孔过孔，起到一个屏蔽的作用。
4、天线这里所有层铜箔必须净空。
通过上图也可以看出，不止是第一层。
所谓净空是所有层都没有铜箔。
5、同样在结构设计过程中，也要保证PCB的天线位置四周的结构没有金属材质。
不然容易影响天线的性能。
当然它的缺点是显而易见的：1.性能比FPC天线等类型要差。
2.量产后PCB的材质，批次，如果更换板厂将严重影响天线的性能。
3.频带范围一般较窄4.由于天线跟PCB的高度没有形成高度差，所以结构上的设计也很受局限。
基于Smith圆图的13.56MHz天线匹配网络快速设计
基于Smith圆图的13.56MHz天线匹配网络快速设计陈银燕;蔡坚勇;戴彩艳;林李金;朱雨
【期刊名称】《电子元器件应用》
【年(卷),期】2012(14)11
【摘要】根据NXP公司给出的13.56MHz读写器天线匹配网络的拓扑,借助史密斯圆图,给出此网络参数的详细设计过程.较之与NXP公司提出的理论公式计算方法,史密斯圆图法更加快速、简练、直观、易懂,实现了13.56M高频阅读器天线负载阻抗与源阻抗的共轭匹配.
【总页数】4页(P130-133)
【作者】陈银燕;蔡坚勇;戴彩艳;林李金;朱雨
【作者单位】福建师范大学光电与信息工程学院,福州市350007;福建师范大学光电与信息工程学院,福州市350007;福建师范大学光电与信息工程学院,福州市350007;福建师范大学光电与信息工程学院,福州市350007;福建师范大学光电与信息工程学院,福州市350007
【正文语种】中文
【相关文献】
1.Smith圆图在中波天线调配网络中的设计与应用 [J], 王延平
2.利用smith圆图快速求解阻抗匹配网络 [J], 王延平
3.史密斯圆图在中波天线匹配网络中的应用 [J], 李萍
4.基于匹配圆的一种Smith圆图分区算法 [J], 孟恩林;刘桐;李丽华
5.基于EXCEL开发的跨平台中波smith圆图软件 [J], 黄晓壁;韦智鹏
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13_56MHz天线匹配网络快速设计
阻抗点移动。 由图2匹配网络拓扑图可知， 负载先 并联一 个 电 容C0再 串 联 一 个 电 感L0匹 配 到 源 阻 抗 。 即 负 载 的 阻 抗 共 轭 点Load （ 归 一 化 导 纳 yL*=0.42j0.11） 先 沿 着 其 等 电 导 圆 向 下 移 动 到 与 信 源 等 电 阻圆的交点 （ 从图中读出其归一化导纳为y=0.42+ j0.82 ， 归一化阻抗为 z=0.5-j0.96） ， 然后再沿着等 电 阻 圆 向 上 移 动 到 信 源 点 Source （ 归 一 化 阻 抗 为 Zs=0.5） 。 移动过程如图4所示。
图3 矩形天线
3 基于Smith圆图的匹配网络参数设定
史密斯圆图中， 当某点A （ 可读出A点阻抗值 和导纳值） 串联或者并联电感时， 点A将沿等电阻 圆或者等电导圆向上移动。 当串联或者并联电容 时， 点A将沿等电阻圆或者等电导圆向下移动。 信 源跟负载之间共轭匹配网络， 在圆图上， 既可以 从信源的阻抗点向负载的阻抗共轭点移动， 也可 以从负载的阻抗点向信源的阻抗共轭点移动 [9]。
Abstract： According to the 13.56 MHz reader antenna matching network topology given by NXP companies， the paper give detailed design process of this network parameters with the aid of Smith chart. Compared with the theoretical formula calculation method which NXP company put forward, Smith chart method is more rapid,simple,intuitive,easy to understand. And it is better to achieve the 13.56M high frequency reader load impedance and source impedance conjugate matching. Keywords： Smith Chart;13.56MHz;Antenna;Match network; conjugate matchin