RFID的天線設計與HFSS仿真實例

2016-11-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

RFID的天線設計與HFSS仿真實例

有一個RFID的天線設計,通過PCB軟件,完成了天線的PCB設計,如下圖所示:

接下來我們要對這個PCB進行HFSS仿真,并對比打樣的PCB進行實測。

將PCB導出為DXF文件:

我們可以選擇在HFSS里建模,也可以在CAD里就將模型建好。

在CAD里,輸入BOX,將X、Y的矩形框先畫出來,參數和PCB中一致,線寬1.0mm,PCB銅厚0.035mm。

接下來畫斜線,依然使用BOX,但是需要輸入C,捕捉到立方體的另一邊,然后輸入厚度,再手動將畫好后的立方體接到DXF的參考線。

完成頂層的線后,使用并集命令,將這些長方體合并。

再畫一個矩形,沿外框邊緣的,高度設置在1mm,表示PCB的基材厚度。

再畫底層的走線。在PCB中,底層僅在端口處有一根短線,畫法同頂層的走線:

過孔我選擇在HFSS中去畫,當然也可以在CAD里面就畫好。

接下來,選中頂層、介質層和底層的元件,在CAD的“文件”中進入“輸出”,輸出“SAT”文件,并注意必須使用簡單的英文名,否則HFSS會無法導入。

接下來打開HFSS,在“Moderler”中“import”上一步輸出的SAT文件。

為了在HFSS中繼續編輯,可以在CAD中將圖稿的原點定義在有意義的地方,如上面的圖紙中過孔所在的位置。

打開后會在HFSS中看到頂層、介質層和底層的圖形,

接下來,將走線指定為COPPER,將介質層指定為FR4,在這個設計中因為用的是普通FR4,將介電常數由4.4修改成了4.3。

接下來繪制過孔,在坐標(0,0,0)處畫三個同心的圓柱,半徑分別為0.3,0.25,0.2,高度為1mm。

選中基材和0.3的圓柱,點擊Subtract按鈕,并執行從基材中減去圓柱。

選中0.25的圓柱和0.2的圓柱,點擊Subtract按鈕,并執行從0.25的圓柱中減去0.2的圓柱。

完成過孔的繪制后,可以畫空氣盒子。

在實際過程中,遇到提示“Port refinement, process hf3d error: The mesh on port 1 is non-planar.

Check the port geometry and verify that the mesh accurately represents the port”的問題,我的解決辦法是在HFSS中為端口加了一小段COPPER,區別于從CAD中直接導入的圖紙,可以通過HFSS的MESH。

接下來設置仿真參數:

求解模式:

將空氣盒子設置為Radiation的邊界條件:

在端口處添加激勵并設置積分線:

在Analysis中,設置求解參數:

并在該RFID的下面添加掃頻參數,1-100MHz,Fast模式:

然后進行仿真,泡杯茶的時間,仿真應該就可以結束了,接下來查看結果。

第一是史密斯圓圖:

生成報告后,添加Mark點:

將我們關心的1MHz、目標頻率,自諧振頻率全部標記出來,并注意,這里的R+jX是歸一化后的值,和網絡分析儀對比時要乘以50。

查看電感值,根據RX值其實已經可以算出L大小,但是我們是如此的懶,請移步到

然后出現下面的界面:

我們僅需要虛部的值,設置好后,就可以看到阻抗、頻率的曲線圖了,

如果想知道13.56的頻率下的電感量,請點擊工程樹中剛才生成的PLOT,并修改Y坐標的屬性,按下面的公式填寫吧:

公式來源于XL=jwL=j*2*pi*f*L。

然后添加MARK點,設置成13.56MHz,就可以直接讀到這個頻率的電感量了,3.34uH。

當然如果您想看1MHz,可不是簡單再加一個MARK點這么簡單。

自然得把上面的公式里的頻率由13.56改成1。

其它的設計報告請自己導出吧,至此,史密斯圓圖出來了,電感量出來了,任務完成了一部分。

接下來就應該把PCB做出來,用網絡分析儀實測并對比了。

做成PCB后,我們對PCB進行實測,13.56MHz的電感量是3.32uH。

而且自諧振頻率也比較準確,都是36MHz。