支付天线仿真1.docx
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支付天线仿真1
支付天线仿真
黄克猛
苏州市吴通天线有限公司
1支付天线性能参数要求
1.1应用要求
PICC（接近式卡）在距离PCD（读卡器）3cm以内因感应良好。
PCD应在3cm内场强大于等于3.2A/m。
1.2非接触式天线要求（银联企标）
1.2.1电性能
Specification
AntennaWithoutFerriteSheet
AntennawithFerritesheet
Frequency
14.59~15.59MHz
12.41~13.41MHz
Rcoil（DC）
<1.5Ω
<1.72Ω
Lcoil（DC）
0.95~1.15uH
1.37~1.43uH
Rcoil（13.56MHz）
<35Ω
<634.3Ω
Lcoil（13.56MHz）
2.58~2.78uH
7.0~8.52uH
Workingfieldstrength
>1.82A/M
>2.01A/M
Workingtemperaturerange
-25℃~85℃
Thickness
≤0.14mm
≤0.25mm
aging
1.2.2物理性能
拉伸强度
35N（固定一端拉另外一端）
弯折次数
连接柄部位能承受180度弯折，并压上0.5kg物体，重复90次以上，线圈部分应能承受10次推压。
连接处强度
Sim卡和连接柄处抗拉扯强度达到30N
2支付天线测试方法
采用Q值表法测试线圈天线性能主要测量参数为谐振频率和Q值
Q值的范围应控制在20-35
谐振频率应满足以下条件
Q=20，30，谐振频率范围为
（13.24-13.9）
（13.34-13.78）
另外卡的封装会降低约400k
3单圈线圈
3.1线圈阻抗随参数的变化关系
图1单圈圆导线的电感和电阻
式中：
3.1.1阻抗随线圈长度的变化
表1电感随Lb的变化
Lb（mm）
Im
L（nH）
200
47.72
560.378
220
50.8384
596.998
240
53.9366
633.38
254
56.108
658.878
260
57.0281
669.684
280
60.1268
706.071
300
63.1797
741.922
图电感对Lb的变化
图电阻随Lb的变化
3.1.2线圈阻抗随宽度的变化
表电感随La的变化
La（mm）
Im
L（nH）
100
39.9157
468.732
120
43.7615
513.893
140
47.4627
557.357
160
51.0387
599.349
180
54.566
640.77
188.87
56.108
658.878
200
58.0183
681.312
图电感随La的变化
图电阻随La的变化
3.1.3线圈阻抗随馈电端口距离变化情况
表电感随dfeed的变化
dfeed（mm）
Im
L（nH）
1
56.108
658.878
5
56.1484
659.353
9
56.2513
660.562
13
56.3126
661.281
17
56.4054
662.371
21
56.536
663.905
25
56.6278
664.983
29
56.7418
666.322
33
56.8259
667.309
37
56.9197
668.41
40
57.0166
669.549
图电感随dfeed的变化
图电阻随dfeed的变化
3.1.4线圈阻抗随导线半径变化
表电感随a的变化
a（mm）
Im
L（nH）
1
71.3055
837.344
2
59.7157
701.244
2.54
56.108
658.878
3
53.5709
629.086
4
49.1935
577.681
5
45.8142
537.998
6
43.0821
505.914
7
40.7275
478.265
8
38.7295
454.802
9
36.9694
434.133
10
35.3781
415.447
图电感随a的变化
图电阻随a的变化
3.1.5PCB线圈电感随铜厚度变化
表PCB线圈电感随铜层厚度变化
houdu（mm）
Im
L（nH）
0.001
68.0127
798.677
0.2008
65.4265
768.306
0.4006
64.4711
757.087
0.6004
63.6606
747.569
0.8002
62.9363
739.064
1
62.2796
731.352
图PCB线圈电感随铜层厚度变化
图PCB线圈电阻随铜层厚度的变化
3.1.6铁氧体对线圈的影响
表铁氧体对线圈阻抗的影响
re
im
无铁氧体
0.142
68.012
有铁氧体
2.21
72.55
表铁氧体厚度对阻抗的影响
铁氧体厚度（mm）
im
re
0.2
74.0705
7.32605
0.4
72.1617
2.09734
0.5
72.5581
2.20567
0.6
72.8015
2.30052
0.8
73.2873
2.44557
1
73.684
2.57777
图铁氧体厚度对电感的影响
3.2结论
1、随尺寸的增大而变大；
2、随导线半径的变大而减小；
3、随dfeed影响不大；
4、铁氧体可以增大线圈电感和线圈电阻。
4多圈线圈
线圈间距为gap，导线宽度为w
4.1.1阻抗随线圈缝隙变化
表阻抗随gap的变化
gap[mm]
Z（Polyline5_T1,Polyline5_T1）[]-Freq='0.01356GHz'
0.2
3.59606085079973+1017.01271713813i
0.7
1.42745348096049+1037.41822818056i
1.2
1.98054083981047+924.223010104071i
1.7
1.71255841284002+865.80803759063i
2
1.55157634596019+835.94680198166i
4.1.2阻抗随导线宽度变化
表阻抗随导线宽度的变化
w[mm]
Z（Polyline5_T1,Polyline5_T1）[]-Freq='0.01356GHz'
0.2
51.6758372500874+3268.63582666826i
0.7
17.6060691353511+2703.81040978765i
1.2
10.482423884222+2264.11632826073i
1.7
7.84685722036577+1962.3733642915i
2.2
6.4393650623092+1745.52829359344i
2.7
5.23795909286904+1589.89811203415i
3.2
4.39919756974475+1445.49987585154i
3.7
3.8274158438363+1329.31031855497i
4.2
3.49609129926817+1235.28831901094i
4.7
3.06868623867899+1153.89340636889i
5
3.06631684484578+1113.25660589177i
5.08
3.59606085079973+1017.01271713813i
4.2结论
1、增大电感的方法：
线圈变长、变细、间隙变小；
2、谐振频点调整可以通过调整并联电容实现
5支付天线设计方法
5.1根据给定的Q值确定线圈的AC电阻和电感
σ=5.8*10e7s/m
a：
radiusofwire
可以通过仿真直接得到
实际测试中常采用阻抗分析仪得到
图示红色部分为线圈阻抗
f0=13.56;%MHz
w=2*pi*f0;
R=1.3%input
Xl=69%input
Q=Xl/R
Lant=Xl/w*10^3%nH
以上可以确定线圈的电阻和电感
5.2线圈的匹配
从以上的仿真结果可以看出线圈在13.56MHz是不匹配的
此时的等效电路为下图，线圈本身的分布电容为Cant
采用L型双电容匹配电路进行匹配Rext用内降低天线的Q值以增加带宽，实际中天线存在介质损耗
Cs=1/w^2/Lant*sqrt（（R+Rext）/50）*10^9%pH
Cp=1/w^2/Lant*（1-sqrt（（R+Rext/50））*10^9%pH
注意：
公式中Rext未定义
对5.1节线圈计算得到：
（未加入外部电阻）
clc
clear
%±¾³ÌÐòÓÃÀ´¼ÆËãÏßȦÌìÏßÔÚÒÑÖªµç×èºÍµç¸ÐµÄÇé¿öϵÄÆäÓà²ÎÁ¿
%R¡ª¡ªÏßȦACµç×è
%Xl¡ª¡ªÏßȦ¸ÐÐԵ翹
%Q¡ª¡ªÏßȦQÖµ
%Cs¡ª¡ª´®ÁªµçÈÝ
%Cp¡ª¡ª²¢ÁªµçÈÝ
f0=13.56;%MHz
w=2*pi*f0;
R=1.3%input
Xl=69%input
Q=Xl/R
Lant=Xl/w*10^3%nH
Cs=1/w^2/Lant*sqrt（R/50）*10^9%pH
Cp=1/w^2/Lant*（1-sqrt（R/50））*10^9%pH
disp（'¶ÔÓ¦²ÎÊýΪ£ºRXLQLant£¨nH£©Cs£¨pH£©Cp£¨pH£©'）
[RXlQLantCsCp]
对应参数为：
RXLQLant（nH）Cs（pH）Cp（pH）
ans=1.300069.000053.0769809.859227.4282142.6745
红色部分加并联电容Cp，绿色部分加串联电容Cs
可以得到如上的仿真结果
从图中可以看到谐振频点偏低，这是由于线圈存在分布电容引起的，实际调试中应把分布电容的影响考虑进去实际调谐天线的谐振频点。
5.3谐振频点的影响参数
Cp的影响，Cp越大频率点越低
Cs的影响，Cs越大频率点越低
5.4用分布电容代替集总参数电容
分布电容的集总获得方式：
1、增加某段微带导线的宽度
W’>>W且变宽段远小于波长则等效为电容
对于平行板电容有如下公式
S为板面积，d为厚度，因此增加电容的方法是减小d和增大相对介电常数。
从实物测试结果看减小线圈中间的电容可以增加谐振频点，增大可以降低谐振频点。
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