TWI464421B - 近場通訊天線輔助設計系統及近場通訊天線輔助設計方法 - Google Patents

Description

近場通訊天線輔助設計系統及近場通訊天線輔助設計方法

本發明本發明涉及一種天線輔助設計系統及天線輔助設計方法，尤其涉及一種近場通訊天線輔助設計系統及近場通訊天線之輔助設計方法。

隨著近場通訊(Near Field Communication，NFC)技術之越來越成熟，具有NFC功能之電子產品及設備也越來越多。對NFC天線之需求也日益增多。

NFC天線所在微波系統中，S參數是建立在入射波、反射波關係基礎上之網路參數，適於微波電路分析，以器件埠之反射訊號以及從該埠傳向另一埠之訊號來描述電路網路。在S參數中，Sij代表之意思是能量從j口注入，在i口測得之能量，如S11定義為從埠一反射之能量與輸入能量比值之平方根，也經常被簡化為等效反射電壓和等效入射電壓之比值，各參數之物理含義如下：

S11：埠二匹配時，埠一之反射係數。

S22：埠一匹配時，埠二之反射係數。

S12：埠一匹配時，埠二到埠一之反向傳輸係數。

S21：埠二匹配時，埠一到埠二之正向傳輸係數。

在二埠網路中，一端接輸入訊號，另一端接輸出訊號，如果以埠一作為訊號之輸入埠，埠二作為訊號之輸出埠，那麼S11表示之就是回波損耗，即有多少能量被反射回源端(埠一)，這個值越小越好；S21表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸到目的端(埠二)了，這個值越大越好。

目前採用之NFC天線之輔助設計方法，一般是藉由一向量網路分析儀藉由一電纜連接至一待測天線之饋電點，藉由測試該待測天線之S11參數來調試該待測天線之尺寸，最終使天線達到所需之諧振頻率。

但是，上述NFC天線之輔助設計方法所測得之回波損耗一般在0~-4dB之間，S11參數圖上顯示之波形較平坦，不容易獲得較佳之設計效果。

針對上述問題，有必要提供一種簡單且具有較佳設計效果之NFC天線輔助設計系統及NFC天線之輔助設計方法。

一種NFC天線輔助設計系統，包括一網路分析儀，所述NFC天線輔助設計系統還包括一標準天線及一待測天線，該標準天線具有二饋電點，該二饋電點分別與網路分析儀連接，該網路分析儀向該待測天線發送一測試訊號使該待測天線與該標準天線耦合產生共振，該網路分析儀測試該標準天線耦合後之S21參數以獲得該待測天線之共振頻率。

一種NFC天線之輔助設計方法，該方法包括如下步驟：

提供一標準天線及一待測天線，放置待測天線於該標準天線上；發送一測試訊號至標準天線；該待測天線與該標準天線相互耦合；測試該標準天線之S21參數並形成一S21參數圖；根據該S21參數圖顯示之共振頻率調整待測天線之形狀及尺寸至其符合設計要求。

相較於習知技術，所述之NFC天線輔助設計方法藉由所述標準天線及該待測天線之間之耦合產生共振，獲得之S21參數圖波形較陡，容易觀察到較佳之共振頻率，從而可獲得較佳之NFC天線設計效果。

11‧‧‧網路分析儀

111、112‧‧‧測試埠

113‧‧‧資料埠

13‧‧‧電纜

15‧‧‧顯示儀

17‧‧‧標準天線

171、173‧‧‧饋電點

19‧‧‧待測天線

191‧‧‧線圈

193‧‧‧矩形框

圖1為本發明較佳實施方式NFC天線輔助設計系統之系統框圖。

圖2為圖1所示NFC天線輔助設計系統中待測天線之較佳實施方式之主要尺寸標準圖。

圖3為本發明NFC天線之輔助設計方法較佳實施方式之流程圖。

圖4為本發明NFC天線輔助設計系統較佳實施方式中應用之標準天線與圖2所示待測天線耦合所得之S21參數圖。

NFC天線之工作頻率為13.56MHz左右，其頻域附近沒有電磁波傳輸，可以利用天線間之耦合來測試及設計天線。

請參閱圖1，本發明較佳實施方式之天線輔助設計系統包括一網路分析儀11、二電纜13、一顯示儀15、一標準天線17及一待測天線19。該網路分析儀11為一普通之向量網路分析儀或者一標量網路分析儀，其用來測試該標準天線17之S21參數。該網路分析儀 11包括二測試埠111、112及一資料埠113。該測試埠111、112分別連接該二電纜13，用於傳輸一測試訊號及接收該標準天線17與該待測天線19之耦合訊號。該資料埠113與所述顯示儀15藉由電纜等相連，用於將該網路分析儀11產生之S21參數訊號傳送至該顯示儀15。

該顯示儀15藉由一電纜(圖未示)連接至所述網路分析儀11，用於將網路分析儀11傳來之資料進行顯示，以供用戶觀測。該顯示儀15可以為電腦或與計算機具有相同功能之電子設備。

該標準天線17為一已設計好之NFC天線，其諧振頻率為13.56MHz。該標準天線17具有二饋電點171、173，其分別與該二電纜13之另一端相連。

請參閱圖2，在本實施例中，所述待測天線19由一線圈191彎折成多個邊長依次增大之矩形框193。所述待測天線19放置於該標準天線17上。該待測天線19與該標準天線17耦合，產生諧振。該網路分析儀11藉由測試該標準天線17之S21參數，獲得該標準天線17及該待測天線19之諧振頻率，並將該S21參數資訊藉由該顯示儀15進行顯示。用戶藉由調節該待測天線19之形狀及尺寸，可以獲得不同之諧振頻率，在本實施例中，當諧振頻率處於13.56±1.5MHz附近時，即認為該待測天線19符合要求，則可獲得該待測天線19所需之形狀及尺寸資訊。

請參閱圖3，利用該天線輔助設計系統進行天線設計時，其具體包括以下步驟：

步驟S1：提供一標準天線17及一待測天線19，將所述待測天線19 放置於該標準天線17上。該標準天線17為一標準之NFC天線。

步驟S2：發送一測試訊號至該標準天線17。具體為由該網路分析儀11藉由該測試埠111發送該測試訊號至該標準天線17。

步驟S3：該待測天線19與該標準天線17相互耦合產生共振。具體為該標準天線17接收該測試訊號後與該待測天線19耦合產生共振。

步驟S4：測試該標準天線之S21參數並形成一S21參數圖。具體為由該網路分析儀11之測試埠112接收並測試該標準天線之S21參數，並將產生之S21參數圖(如圖4所示)藉由該顯示儀15顯示出來。

步驟S5：根據該S21參數圖顯示之共振頻率判斷該待測天線是否符合設計要求。具體為觀察該S21參數圖上顯示之共振頻率是否處於13.56±1.5MHz範圍之內，若是，則該待測天線19則為所需天線，流程結束；若不是，則執行步驟S6。

步驟S6：調節該待測天線19之形狀及尺寸至其符合設計要求。具體為調節包括該線圈191之長度和/或寬度，和/或相鄰矩形框193之間之間隔距離，或者該線圈191之長度、寬度以及相鄰矩形框193之間之間隔距離三者之結合，然後返回步驟S1。

經過上述調試，可獲得該待測天線19之其中之一設計資料為：該矩形框193之個數為4個，該每一相鄰矩形框193之對應之長邊與短邊之間之距離均為0.5mm，且該線圈191之寬度也為0.5mm。該最外層矩形框193之長邊長度為39mm、短邊長度為26mm。

相較於習知技術，本發明所述之NFC天線輔助設計方法藉由所述 NFC天線輔助設計系統提供之標準天線17及該待測天線19之間之耦合產生共振，該網路分析儀11獲得之S21參數圖波形較陡，容易觀察到較佳之共振頻率，從而可獲得較佳之NFC天線設計效果。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

11‧‧‧網路分析儀

111、112‧‧‧測試埠

113‧‧‧資料埠

13‧‧‧電纜

15‧‧‧顯示儀

17‧‧‧標準天線

171、173‧‧‧饋電點

19‧‧‧待測天線

Claims (2)

1. 一種近場通訊天線輔助設計方法，該方法包括如下步驟：提供一標準天線及一待測天線，放置該待測天線於該標準天線上；發送一測試訊號至該標準天線；該待測天線與該標準天線相互耦合；測試該標準天線之S21參數並形成一S21參數圖，其中，該S21參數表示插入損耗；根據該S21參數圖顯示之共振頻率調整該待測天線之形狀及尺寸至其符合設計要求，所述待測天線由一線圈彎折成多個邊長依次增大之矩形框，對該天線形狀及尺寸之調節包含下述內容：調節該待測天線線圈之寬度和/或該待測天線線圈之間之距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之近場通訊天線輔助設計方法，當該S21參數圖顯示之共振頻率處於一要求之頻率範圍內時，該待測天線符合設計要求；當該S21參數圖顯示之該共振頻率處於該要求之頻率範圍之外時，則調節該待測天線之形狀及尺寸使該共振頻率處於該要求之頻率範圍內。