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RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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发表于 2016-6-13 09:39:01 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
有一个RFID的天线设计,通过PCB软件,完成了天线PCB设计,如下图所示:

RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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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,



RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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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 is non-planar.


Check the port geometry and verify that the mesh accurately represents the port”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。


RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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接下来设置仿真参数:

求解模式:



RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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将空气盒子设置为Radiation的边界条件:


在端口处添加激励并设置积分线:

5.png

在Analysis中,设置求解参数:

6.png

并在该RFID的下面添加扫频参数,1-100MHz,Fast模式:

7.png

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:



8.png


生成报告后,添加Mark点:

RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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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


RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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然后出现下面的界面:


RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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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:


RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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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。


RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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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。


RFID的天线设计与HFSS仿真实例

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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:

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最后再附一张分布图,非常漂亮,可以告一阶段了。

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发表于 2016-6-13 10:43:28 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
               
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发表于 2016-6-13 14:43:51 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
   
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 楼主| 发表于 2016-6-14 09:20:51 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
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发表于 2016-6-14 17:00:32 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
发表于 2019-2-14 10:31:42 | 显示全部楼层 来自 广东省东莞市
神秘的微笑
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发表于 2019-2-21 11:08:53 | 显示全部楼层 来自 上海市
可以完整的实现吗
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发表于 2019-3-17 18:57:35 | 显示全部楼层 来自 广东省珠海市
To verify that the transmitted output power of the DUT conforms to the standards limit.To verify that the transmitted output power of the DUT conforms to the standards limit.
发表于 2019-3-18 14:15:45 | 显示全部楼层 来自 广东省佛山市
学习学习,请赐教,谢谢。。。
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发表于 2019-3-25 16:54:20 | 显示全部楼层 来自 陕西省西安市
学习学习哈
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