RFID的天線設(shè)計(jì)與HFSS仿真實(shí)例

2016-11-03 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

有一個(gè)RFID的天線設(shè)計(jì),通過(guò)PCB軟件,完成了天線的PCB設(shè)計(jì),如下圖所示:

接下來(lái)我們要對(duì)這個(gè)PCB進(jìn)行HFSS仿真,并對(duì)比打樣的PCB進(jìn)行實(shí)測(cè)。

將PCB導(dǎo)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(huà)出來(lái),參數(shù)和PCB中一致,線寬1.0mm,PCB銅厚0.035mm。

接下來(lái)畫(huà)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(dòng)將畫(huà)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(zhǎng)方體合并。

再畫(huà)一個(gè)矩形,沿外框邊緣的,高度設(shè)置在1mm,表示PCB的基材厚度。

再畫(huà)底層的走線。在PCB中,底層僅在端口處有一根短線,畫(huà)法同頂層的走線:

過(guò)孔我選擇在HFSS中去畫(huà),當(dāng)然也可以在CAD里面就畫(huà)好。

接下來(lái),選中頂層、介質(zhì)層和底層的元件,在CAD的“文件”中進(jìn)入“輸出”,輸出“SAT”文件,并注意必須使用簡(jiǎn)單的英文名,否則HFSS會(huì)無(wú)法導(dǎo)入。

接下來(lái)打開(kāi)HFSS,在“Moderler”中“import”上一步輸出的SAT文件。

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

打開(kāi)后會(huì)在HFSS中看到頂層、介質(zhì)層和底層的圖形,

接下來(lái),將走線指定為COPPER,將介質(zhì)層指定為FR4,在這個(gè)設(shè)計(jì)中因?yàn)橛玫氖瞧胀‵R4,將介電常數(shù)由4.4修改成了4.3。

接下來(lái)繪制過(guò)孔,在坐標(biāo)(0,0,0)處畫(huà)三個(gè)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(diǎn)擊Subtract按鈕,并執(zhí)行從基材中減去圓柱。

選中0.25的圓柱和0.2的圓柱,點(diǎn)擊Subtract按鈕,并執(zhí)行從0.25的圓柱中減去0.2的圓柱。

完成過(guò)孔的繪制后,可以畫(huà)空氣盒子。

在實(shí)際過(guò)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(wèn)題,我的解決辦法是在HFSS中為端口加了一小段COPPER,區(qū)別于從CAD中直接導(dǎo)入的圖紙,可以通過(guò)HFSS的MESH。

接下來(lái)設(shè)置仿真參數(shù):

求解模式:

將空氣盒子設(shè)置為Radiation的邊界條件:

在端口處添加激勵(lì)并設(shè)置積分線:

在Analysis中,設(shè)置求解參數(shù):

并在該RFID的下面添加掃頻參數(shù),1-100MHz,Fast模式:

然后進(jìn)行仿真,泡杯茶的時(shí)間,仿真應(yīng)該就可以結(jié)束了,接下來(lái)查看結(jié)果。

第一是史密斯圓圖:

生成報(bào)告后,添加Mark點(diǎn):

將我們關(guān)心的1MHz、目標(biāo)頻率,自諧振頻率全部標(biāo)記出來(lái),并注意,這里的R+jX是歸一化后的值,和網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)比時(shí)要乘以50。

查看電感值,根據(jù)RX值其實(shí)已經(jīng)可以算出L大小,但是我們是如此的懶,請(qǐng)移步到

然后出現(xiàn)下面的界面:

我們僅需要虛部的值,設(shè)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(qǐng)點(diǎn)擊工程樹(shù)中剛才生成的PLOT,并修改Y坐標(biāo)的屬性,按下面的公式填寫(xiě)吧:

公式來(lái)源于XL=jwL=j*2*pi*f*L。

然后添加MARK點(diǎn),設(shè)置成13.56MHz,就可以直接讀到這個(gè)頻率的電感量了,3.34uH。

當(dāng)然如果您想看1MHz,可不是簡(jiǎn)單再加一個(gè)MARK點(diǎn)這么簡(jiǎn)單。

自然得把上面的公式里的頻率由13.56改成1。

其它的設(shè)計(jì)報(bào)告請(qǐng)自己導(dǎo)出吧,至此,史密斯圓圖出來(lái)了,電感量出來(lái)了,任務(wù)完成了一部分。

接下來(lái)就應(yīng)該把PCB做出來(lái),用網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)測(cè)并對(duì)比了。

做成PCB后,我們對(duì)PCB進(jìn)行實(shí)測(cè),13.56MHz的電感量是3.32uH。

而且自諧振頻率也比較準(zhǔn)確,都是36MHz。