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Las limitaciones de espacio del diseño electromagnético del teléfono móvil son más duras que la mayoría de la electrónica de consumo. La antena nfc, la bobina de carga inalámbrica, el módulo de onda milimétrica, la cubierta de blindaje metálico, el módulo de cámara y la capa de blindaje de la batería se comprimen en un fuselaje de menos de 8 mm de espesor, y la distancia entre ellos a menudo es de solo mm.
A esta densidad, los separadores magnéticos y las absorbentes se colocan a menudo en el área frente a la misma placa trasera metálica. Una idea intuitiva es que, dado que la placa de aislamiento magnético es responsable de la "conducción magnética" y la placa de absorción de ondas es responsable de la "absorción de ondas", superponiendo los dos juntos y desempeñando sus funciones, debe resolver los dos problemas de la distancia de lectura NFC y la resonancia de la cavidad al mismo tiempo. Pero en las pruebas reales, esta superposición a menudo no funciona.
La misma placa trasera metálica, dos direcciones opuestas a la demanda de Resistencia
La NFC y la carga inalámbrica funcionan en la zona de acoplamiento del campo magnético cercano, y la distancia entre la antena y la placa trasera metálica es mucho menor que la longitud de onda. La función central de la placa de aislamiento magnético es establecer un desvío de flujo magnético de alto y bajo mu "entre la antena y el metal. El significado de "baja mu" es que el "consumo" de flujo magnético por parte del material debe ser muy pequeño para que la energía se transmita efectivamente del lector a la antena o de la bobina al circuito receptor. Desde el punto de vista de la resistencia, el lado de la placa magnética frente a la antena debe presentar una condición límite cercana a la "transmisibilidad del flujo magnético", en lugar de una condición límite de "absorción de energía".
El material absorbente de ondas milimétricas se enfrenta a otro conjunto de condiciones físicas. El acoplamiento de resonancia de cavidad y ondas superficiales en la banda de 24 - 43,5 GHz es esencialmente una onda estacionaria formada por múltiples reflexiones de ondas electromagnéticas entre límites metálicos. La función de la placa absorbente es reducir el valor q de la cavidad a través de la pérdida magnética y la pérdida dieléctrica, disipando la energía de onda permanente. Esto significa que la capa absorbente debe presentar una condición límite en la que "la energía entra y se consume", y su resistencia de entrada debe estar lo más cerca posible de la resistencia de onda del espacio libre o la cavidad objetivo, de modo que las ondas electromagnéticas entren en el material y no se reflejen en la superficie.
Los dos requieren diferentes direcciones de "resistencia frente al lado de la antena / cavidad": la placa de aislamiento magnético requiere que el flujo magnético "pase con baja pérdida" y la placa de absorción requiere que las ondas electromagnéticas "se pierdan después de entrar". Cuando estos dos tipos de materiales se superponen en el mismo espacio, la resistencia de entrada equivalente superpuesta no cumple con los requisitos de la antena NFC para la carga de baja pérdida magnética ni con los requisitos de la cavidad de onda milimétrica para la absorción de banda ancha.
El primer problema en el lado nfc: la "mu" de la capa absorbente se convierte en una carga adicional para la antena
En el orden de cascada, si la capa absorbente se encuentra entre la placa magnética y la antena nfc, o si los dos están dispuestos adyacentes en el mismo plano, el componente de pérdida magnética de la capa absorbente, mu ", participará directamente en la carga de la antena nfc.
La energía del campo magnético de la antena NFC a 13,56 MHz es limitada en sí misma. Cuando el flujo magnético emitido por el lector llega al teléfono móvil a través de la atenuación espacial, la energía que se puede utilizar para estimular la resonancia de la antena ya es muy pequeña. Uno de los objetivos de diseño de la placa magnética es hacer que esta parte de la energía se consuma lo menos posible por el material. Si la capa absorbente todavía tiene un mu "no despreciable cerca de 13,56 mhz, esta parte de la pérdida se manifestará como un aumento de la resistencia de serie equivalente de la antena, una disminución del valor q y una reducción de la distancia de lectura. Lo que es más oculto es que la constante dieléctrica de la capa absorbente también cambiará la distribución de condensadores alrededor de la antena, haciendo que la frecuencia de resonancia se desvíe.
Por lo tanto, un material con buenas propiedades de absorción a 24 GHz puede degradarse las propiedades de NFC antes que las propiedades de ondas milimétricas si su "mu" a 13,56 MHz no está controlado y se coloca junto con el aislador magnético de nfc.
Problema inverso en el lado de las ondas milimétricas: la "contribución" de la Alta μ 'de la placa magnética a la resonancia de la cavidad es limitada, pero puede perturbar las ondas superficiales.
A su vez, colocar una placa magnética de alto mu 'cerca de una cavidad o antena de onda milimétrica también causará problemas.
Los materiales de alta 'mu' son capaces de guiar eficazmente el flujo magnético en la banda de baja frecuencia (khz a 13,56 mhz), pero por encima de los 24 ghz, los mecanismos naturales de resonancia y resonancia de intercambio de los materiales magnéticos han cambiado, y el proceso de excitación del que depende la Alta 'mu' ya no responde de la misma manera al campo magnético de alta frecuencia. La placa de aislamiento magnético no puede proporcionar una pérdida magnética de banda ancha efectiva en la banda de ondas milimétricas para reducir el valor q de la cavidad, y su propia constante dieléctrica y geometría también pueden cambiar la distribución del campo dentro de la cavidad, desviando el punto de trabajo de la capa absorbente diseñada originalmente.
Más concretamente, cuando las ondas milimétricas 5G se propagan por debajo de la pantalla de vidrio del teléfono móvil, las ondas superficiales Tm pueden estimularse cerca de 20 ghz, mientras que el modo te comienza a propagarse a partir de unos 30 ghz. La supresión de este tipo de ondas superficiales requiere una estructura de sublongitud de onda diseñada o un absorbedor de película delgada con un espectro específico de pérdida dieléctrica / magnética, en lugar de una placa magnética de alto 'mu' optimizada para la Guía de flujo magnético de 13,56 mhz.
Ruta de desacoplamiento 1: estratificación selectiva de frecuencia para que cada capa funcione en "su propia banda de frecuencia"
La idea más simple de desacoplamiento de ingeniería es la estratificación selectiva de frecuencia: separar la capa de aislamiento magnético y la capa de absorción de ondas en la dirección del grosor y añadir una capa de aislamiento entre los dos que presenta una alta resistencia a la banda objetivo, de modo que el flujo magnético de baja frecuencia y las ondas electromagnéticas de alta frecuencia sean "tamizadas" antes de entrar en la capa funcional del otro.
Esta idea se ha reflejado en el estudio de antenas de doble frecuencia NFC / wpt. La inserción de un cuerpo magnético de alta permeabilidad entre la antena y el metal puede mejorar simultáneamente la eficiencia de transmisión Wpt y la distancia de comunicación nfc, pero el aumento de la resistencia de la antena al insertarse causará un desplazamiento de resistencia y requiere una inhibición específica. En otras palabras, la "carga efectiva" de las láminas magnéticas es en sí misma un comportamiento de equilibrio de resistencia, en lugar de simplemente poner materiales de alto mu 'para resolver todos los problemas.
Para las estructuras multicapa en las que coexisten el aislamiento magnético y la absorción de ondas, el juicio operativo es confirmar si la pérdida de inserción de la capa de aislamiento magnético en la banda de ondas milimétricas es lo suficientemente baja (evitar la absorción adicional de energía de ondas milimétricas), al tiempo que se confirma si la capa de absorción de ondas está suprimida a un nivel insignificante cerca de 13,56 mhz. Si el proveedor solo puede proporcionar los "mejores datos" de sus respectivas bandas de frecuencia, sin proporcionar los parámetros s superpuestos o los datos de resistencia, el efecto real del diseño jerárquico no se puede predecir.
Ruta de desacoplamiento 2: División espacial, colocando dos tipos de necesidades en diferentes áreas físicas
Cuando la estratificación selectiva de frecuencia es difícil de lograr dentro de un espesor limitado, la zonificación espacial es un camino más realista: los separadores magnéticos solo cubren el área de proyección de la bobina de carga NFC / inalámbrica, y los absorbedores de ondas solo se colocan alrededor del módulo de ondas milimétricas o en el área sensible a la resonancia de la pared interior de la cubierta de blindaje, los dos se escalonan en el plano y evitan superponerse directamente en la dirección del espesor.
La clave de ingeniería de este camino es la distribución del campo en el límite. El flujo magnético en el borde del imán se "desbordará" hacia afuera. si el absorbedor está cerca del borde del imán, el flujo magnético desbordado puede entrar en la capa absorbente y consumirse parcialmente, lo que se manifiesta como una pérdida adicional en la zona del borde de la antena nfc. El borde de la capa absorbente de ondas milimétricas también puede producir mutaciones de resistencia en las estructuras metálicas adyacentes, estimulando nuevas ondas superficiales. La zonificación espacial no es un simple "corte", sino que requiere dejar una zona de transición o una estructura de gradiente de resistencia en el límite.
Ruta de desacoplamiento 3: estructura gradiente, logrando "baja frecuencia, baja pérdida, alta frecuencia y alta pérdida" en el mismo sistema de materiales
La idea adicional es construir un espectro de pérdida dependiente de la frecuencia dentro de un solo sistema de materiales: mantener un bajo mu "en la banda de baja frecuencia (13,56 mhz, 100 - 205 khz) y presentar pérdidas magnéticas y dieléctrico suficientes en la banda de alta frecuencia (24 - 43,5 ghz). La estructura apilada de permeabilidad gradiente es una práctica existente en esta idea en el escenario de coexistencia NFC / wpt: la permeabilidad aumenta de un lado cerca de la antena NFC a un lado lejano en una proporción del 8% - 40%, de modo que la capa baja de mu 'en el lado de la antena evita el desajuste de carga, y la capa alta de mu' en el lado lejano asume la orientación de flujo magnético.
Pero para cubrir simultáneamente la absorción de ondas milimétricas, el espacio de diseño de la estructura de gradiente será más estrecho. La absorción de ondas milimétricas requiere que el material tenga mecanismos de pérdida efectivos en alta frecuencia (como resonancia natural, relajación dieléctrica o resonancia estructural), y estos mecanismos a menudo tienen limitaciones a nivel material con los requisitos de baja frecuencia y baja pérdida. La realidad actual de la ingeniería es que es difícil satisfacer perfectamente la baja pérdida de NFC y la absorción de banda ancha de ondas milimétricas con una capa de material al mismo tiempo, y la pila de gradiente se optimiza más en el rango de "aislamiento magnético principal y teniendo en cuenta la inhibición de alta frecuencia", en lugar de reemplazar la capa Especial de absorción de ondas milimétricas.
La siguiente tabla resume los límites aplicables a las tres rutas de desacoplamiento:
Juicio sobre la selección de materiales electromagnéticos para teléfonos móviles a partir de la superposición de resistencias
Primero, antes de superponer, se confirman los datos de pérdida de los dos tipos de materiales en la "banda de frecuencia opuesta".
El proveedor de separadores magnéticos proporcionará mu "a 13,56 MHz y una pérdida de inserción o constante dieléctrica a 24 - 43,5 ghz; El proveedor de absorbedores proporcionará sus mu 'y mu' a 13,56 MHz y 100 - 205 khz. Si la capa absorbente de ondas mu "en la banda NFC no está controlada, la degradación del rango de lectura NFC superpuesta puede aparecer antes que la mejora de las ondas milimétricas.
En segundo lugar, distinguir entre "cada banda de frecuencia es óptima" y "disponible después de la superposición"
El aislamiento magnético a 13,56 MHz es un rango de rendimiento común de mu '300 - 500 y mu "100 - 200, pero este conjunto de datos no se puede extender directamente al escenario de" coexistencia con la capa absorbente ". Al seleccionar el modelo, se debe exigir al proveedor que proporcione los parámetros s después de la superposición de la estructura multicapa o los cambios medidos en el valor q y la frecuencia de resonancia de la antena nfc, en lugar de proporcionar solo las especificaciones del material de una sola capa.
En tercer lugar, se da prioridad a la División espacial para resolver el problema de la "dirección opuesta de la demanda" y a la estructura de gradiente para resolver el problema de la "selectividad de frecuencia necesaria en la misma región".
Si la bobina NFC y el módulo de ondas milimétricas se pueden separar en el diseño, la División espacial es un camino de menor riesgo de ingeniería, y el diseño de la zona de transición fronteriza es más fácil de verificar que la selectividad de frecuencia de las características del material. Si ambos deben compartir la misma zona de proyección, es necesario confirmar si la superposición de gradientes todavía tiene pérdidas disponibles en la banda de ondas milimétricas, en lugar de que el "aislamiento magnético de alta mu 'pueda absorber ondas milimétricas de paso" por defecto.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.La línea de productos de materiales de aislamiento magnético y absorción de ondas de teléfonos móviles cubre láminas de aislamiento magnético de ferrita, láminas de aislamiento magnético de nanocristales, láminas de absorción de ondas ultrafinas y burbujas de absorción de ondas de agujeros finos.
La serie de separadores magnéticos puede proporcionar datos de segmentos de frecuencia de mu 'y mu "a 13,56 mhz, apoyando el diseño de esquemas compuestos estratificados con capas absorbentes; La burbuja de absorción de ondas de agujero fino es para la supresión de resonancia y ondas superficiales de cavidad de 24 - 43,5 ghz, y el espesor es personalizable de 1 - 3 mm.
El producto admite bobinas, láminas y troquelado de precisión, y puede proporcionar una evaluación de coincidencia de resistencia de la estructura superpuesta de acuerdo con el diseño real de la carga NFC / inalámbrica y el módulo de onda milimétrica. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.