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[资料] RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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发表于 2016-6-3 14:40:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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PCB  RFID的天线设计与HFSS仿真实例PCB  RFID的天线设计与HFSS仿真实例

有一个RFID的天线设计,通过PCB软件,完成了天线的PCB设计,如下图所示:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg

接下来我们要对这个PCB进行HFSS仿真,并对比打样的PCB进行实测。
PCB导出为DXF文件:

我们可以选择在HFSS里建模,也可以在CAD里就将模型建好。

CAD里,输入BOX,将XY的矩形框先画出来,参数和PCB中一致,线宽1.0mmPCB铜厚0.035mm
接下来画斜线,依然使用BOX,但是需要输入C,捕捉到立方体的另一边,然后输入厚度,再手动将画好后的立方体接到DXF的参考线。
完成顶层的线后,使用并集命令,将这些长方体合并。
再画一个矩形,沿外框边缘的,高度设置在1mm,表示PCB的基材厚度。

再画底层的走线。在PCB中,底层仅在端口处有一根短线,画法同顶层的走线:

过孔我选择在HFSS中去画,当然也可以在CAD里面就画好。
接下来,选中顶层、介质层和底层的元件,在CAD文件中进入输出,输出“SAT”文件,并注意必须使用简单的英文名,否则HFSS会无法导入。
接下来打开HFSS,在“Moderler”“import”上一步输出的SAT文件。
为了在HFSS中继续编辑,可以在CAD中将图稿的原点定义在有意义的地方,如上面的图纸中过孔所在的位置。
打开后会在HFSS中看到顶层、介质层和底层的图形,

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif

接下来,将走线指定为COPPER,将介质层指定为FR4,在这个设计中因为用的是普通FR4,将介电常数由4.4修改成了4.3
接下来绘制过孔,在坐标(000)处画三个同心的圆柱,半径分别为0.30.250.2,高度为1mm
选中基材和0.3的圆柱,点击Subtract按钮,并执行从基材中减去圆柱。
选中0.25的圆柱和0.2的圆柱,点击Subtract按钮,并执行从0.25的圆柱中减去0.2的圆柱。
完成过孔的绘制后,可以画空气盒子。
在实际过程中,遇到提示“Port refinement, process hf3d error: The mesh on port 1 isnon-planar.
Check the port geometry and verify that the mesh accurately represents theport”的问题,我的解决办法是在HFSS中为端口加了一小段COPPER,区别于从CAD中直接导入的图纸,可以通过HFSSMESH

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif

接下来设置仿真参数:
求解模式:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif

将空气盒子设置为Radiation的边界条件:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif

在端口处添加激励并设置积分线:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif

Analysis中,设置求解参数:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif

并在该RFID的下面添加扫频参数,1-100MHzFast模式:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif

然后进行仿真,泡杯茶的时间,仿真应该就可以结束了,接下来查看结果。
第一是史密斯圆图:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif

生成报告后,添加Mark点:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif

将我们关心的1MHz、目标频率,自谐振频率全部标记出来,并注意,这里的R+jX是归一化后的值,和网络分析仪对比时要乘以50
查看电感值,根据RX值其实已经可以算出L大小,但是我们是如此的懒,请移步到

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.gif

然后出现下面的界面:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.gif

我们仅需要虚部的值,设置好后,就可以看到阻抗、频率的曲线图了,如果想知道13.56的频率下的电感量,请点击工程树中刚才生成的PLOT,并修改Y坐标的属性,按下面的公式填写吧:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.gif

公式来源于XL=jwL=j*2*pi*f*L
然后添加MARK点,设置成13.56MHz,就可以直接读到这个频率的电感量了,3.34uH

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif

当然如果您想看1MHz,可不是简单再加一个MARK点这么简单。
自然得把上面的公式里的频率由13.56改成1
其它的设计报告请自己导出吧,至此,史密斯圆图出来了,电感量出来了,任务完成了一部分。
接下来就应该把PCB做出来,用网络分析仪实测并对比了。
做成PCB后,我们对PCB进行实测,13.56MHz的电感量是3.32uH

而且自谐振频率也比较准确,都是36MHz

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.jpg

网分测试照片如下,可以和仿真的数据对比,还是非常准确的:

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.jpg

最后再附一张分布图,非常漂亮,可以告一阶段了。

file:///C:/Users/ringsun/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.jpg


发表于 2016-6-3 16:12:04 | 显示全部楼层
图呢??
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发表于 2017-2-16 17:16:41 | 显示全部楼层
看不见图
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发表于 2017-2-17 08:35:39 | 显示全部楼层
同问?图片都是一片空白
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发表于 2017-2-19 15:04:13 | 显示全部楼层
谢谢分享,很不错的资料。
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发表于 2017-8-24 20:06:28 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享
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发表于 2018-9-29 18:03:52 | 显示全部楼层
回复 1# hrs2008


    谢谢分享
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发表于 2019-6-2 21:16:58 | 显示全部楼层
楼主没图哦
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