RFID的天线设计与HFSS仿真实例

hrs2008

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。
将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。

在CAD里，输入BOX，将X、Y的矩形框先画出来，参数和PCB中一致，线宽1.0mm，PCB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的“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”中“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（0，0，0）处画三个同心的圆柱，半径分别为0.3，0.25，0.2，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HFSS的MESH。

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

在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，1-100MHz，Fast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

jackzhang

图呢？？

rogersfo

看不见图

肥肥柴

同问？图片都是一片空白

孙子贤

谢谢分享，很不错的资料。

silver960

谢谢楼主分享

shirley_wang

回复 1# hrs2008


    谢谢分享

hanhan889

楼主没图哦