近場通訊（NFC）技術近年來越來越受歡迎，應用範圍從無接觸支付到智能家居設備。然而，NFC設備的性能和範圍可能受到所使用天線的限制。天線調諧是一種優化NFC天線性能的技術，可提高其範圍和可靠性。
天線調諧涉及調整天線的電氣特性以匹配NFC信號的頻率。這是通過添加或刪除電容器或電感器等元件到天線電路中來實現的。目標是實現共振，使天線能夠有效地傳輸和接收NFC信號。
天線調諧的主要好處之一是提高範圍。調諧良好的天線可以在更遠的距離內傳輸和接收信號，使NFC設備能夠更可靠地通信。這在無接觸支付等應用中尤其重要，其中可靠的連接至關重要。
NFC天線調諧程序
步驟1: 定義目標阻抗和Q-factor
-優化RF輸出功率或電池壽命
步驟2: 測量天線線圈
-定義R、L、C天線線圈參數
步驟3: 設計EMC濾波器
-過濾不需要的諧波
步驟4: 計算匹配電路元件
-使用NXP天線設計工具
步驟5: 組裝和測量
-測量領域阻抗
步驟6: 微調匹配元件
-根據測量進行模擬和匹配調整
步驟7: 調整接收器電路
-調整接收靈敏度
定義目標阻抗
- 我們需要根據我們想要實現的性能調整NFC讀卡器IC“看到”的目標阻抗。
-最大輸出功率
-最小電流消耗（電池壽命）
- 目標阻抗是根據最高可能的輸出功率不超過最大驅動器電流而選擇的。
定義Q-factor
高的Q因子會使天線線圈中的電流增加，從而提高對傳輸器的功率傳輸。
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相反，天線的傳輸帶寬與Q因子成反比例關係。
由於過高的Q因子導致的低帶寬，可以顯著降低從傳輸器接收到的調製側帶。
如果計算出的Q值高於目標值，則必須添加外部電阻(RQ)。
測量天線線圈
- 天線線圈必須連接到13.56 MHz的阻抗或網絡分析儀上，以測量串聯等效元件。
- 電感（L）：主要由天線的圈數定義
- 電阻（R）：主要由天線線徑的直徑和長度定義
- 電容（C）：主要由天線之間的距離和圈數定義應使用高質量的元件進行準確測量。
設計EMC濾波器
-Symmetric antenna tuning (e.g. PN5180, PN7462)
- 截止頻率 (fc) 通常選擇在此之間:
- 接著開始指定L0，其值應該低於測量的La。越接近這個值，性能越好。
- 在獲得fc 以及 L0後，我們可以很容易地計算出C0 :
計算匹配電路元件
- 將測量完成的各項數值填入表格:
−Antenna coil measured / estimated values (La, Ca, Ra)
−Q factor
−FEMC
−Target impedance
−L0 of EMC filter
- 表格將會產出相關匹配數值
circuit and damping resistor.
−Rs ,C1 and C2
微調匹配元件
調整接收器電路
目標：
- RxN 和 RxP 引腳的電平必須足夠高，以實現良好的靈敏度，但不得超過給定的限制。
- 推薦的電路具有串聯的電阻和電容器。通常，串聯電阻 Rrx 的範圍為1…10kΩ。
程序：
E.g. 從4.7k值開始，根據測量調整靈敏度。
E.g. CLRC663 plus：使用低電容探針測量電壓
E.g. PN5180：讀取並調整AGC值。
NFC antenna tuning steps
1.Target impedance and Q-factor= 20…80 Ω, Q<30
2.Measure antenna coil (La, Raand Ca)
3.Design EMC Filter (L0and C0) -> fEMC≈ 14.6MHz
4.Calculate start values (C1, C2, RSusing Excelsheet)
5.Assemble & measure
6.Adapt RFSIM99 simulation to meet reality (Raand Ca)
7.Correct matching in simulation (C1and C2)
8.Assemble & measure
9.Assemble RXstandard values
在NFC天線調諧的過程中，我們需要注意天線的阻抗匹配和靈敏度之間的平衡。通過調整串聯電阻和電容器的值，我們可以達到最佳的阻抗匹配和靈敏度。此外，我們還需要注意天線的電壓水平，以確保不超過給定的限制。
總之，天線調諧是一種提高NFC設備性能和範圍的強大技術。通過優化天線的電氣特性，NFC設備可以更可靠地通信並在更遠的距離內進行通信。隨著NFC技術的不斷普及，天線調諧將成為提高這些設備性能的越來越重要的工具。
*以上文章轉載NXP traning-ANTENNA DESIGN CONSIDERATIONS by JORDI JOFRE
參考來源