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Les étiquettes NFC ne sont pas lisibles sur les surfaces métalliques, ce qui est l'un des problèmes les plus familiers pour les ingénieurs en matériel. L'explication commune est que "le métal bloque le champ magnétique", mais cette description n'est pas exacte. Le métal n'a pas "bloqué" le champ magnétique, il a induit des courants de Foucault dans le champ magnétique alternatif, et le champ magnétique inverse créé par les courants de Foucault a annulé le flux magnétique émis par le lecteur et l'écrivain. Si c'est juste "bloqué", l'épaississement de l'espaceur peut être résolu; Mais la défaillance réelle est beaucoup plus complexe que cela.
L'effet du fond de panier métallique sur l'antenne NFC, finalement concentré sur un paramètre: le facteur de qualité Q.
Pourquoi la valeur Q s'effondre sous la plaque arrière en métal
NFC fonctionne à 13,56 MHz et appartient au couplage de champ magnétique à champ proche. L'antenne elle - même est une bobine inductive dont le facteur de qualité q = ωl / R mesure la proportion d'énergie stockée par la bobine par rapport à sa consommation. Plus la valeur de Q est élevée, plus la capacité de sélection de fréquence de l'antenne est élevée et plus l'efficacité de la transmission d'énergie entre le lecteur et l'étiquette est élevée.
Lorsque l'antenne NFC est proche de bons conducteurs tels que le cuivre, l'aluminium, etc., le champ magnétique alternatif induit des courants de Foucault sur la surface métallique. La couche de cuivre et d'aluminium à 13,56 MHz a une profondeur cutanée d'environ 18 à 25 μm seulement et les courants de Foucault sont fortement concentrés dans la couche superficielle du métal, créant un champ magnétique dans la direction opposée à celle du champ magnétique de l'antenne. Ce champ magnétique inverse a une triple conséquence: l'inductance équivalente l de l'antenne diminue, la résistance série équivalente r augmente et la fréquence de résonance est décalée simultanément. Superposée à trois, la valeur Q chute de 20 à 50 dans l'espace libre à 5 à 10 ou même moins, et la distance de lecture chute de 3 à 8 cm à 0 à 1 cm.
En d'autres termes, au lieu de simplement "affaiblir" le champ magnétique, le fond métallique détruit simultanément les deux paramètres de l'inductance et de la résistance de l'antenne. Les diaphragmes, s'ils sont optimisés pour un seul de ces paramètres, ne peuvent souvent pas restaurer la valeur Q à un niveau utilisable.
Le travail de la feuille d'espacement n'est pas de "Masquer", mais de reconstruire le chemin du flux magnétique
Le mécanisme de base de la feuille d'isolation magnétique est l'insertion d'une couche de matériau à haute Perméabilité magnétique entre la bobine de l'antenne et le panneau arrière métallique, fournissant un "Bypass" à faible résistance magnétique pour le flux magnétique. Les lignes de champ magnétique passent préférentiellement le long de la trajectoire haute en µ 'de l'isolant plutôt que d'entrer dans la surface métallique pour exciter les courants de Foucault. Après la suppression du vortex, le champ magnétique inverse s'affaiblit, la descente en l et la montée en r de l'antenne sont atténuées simultanément et q vaut la peine d'être restauré.
Ce mécanisme a quelque chose qui peut facilement être mal compris: Au lieu de « fermer» le champ magnétique d'un côté de l'antenne, l'isolant modifie la distribution spatiale du flux magnétique. Le diaphragme idéal devrait permettre au flux magnétique de passer par lui - même autant que possible et aussi peu que possible dans le métal, tandis que sa propre perte de flux (μ ") est suffisamment faible pour éviter de consommer de l'énergie pendant le « guidage».
Ainsi, les performances d'un séparateur NFC peuvent être dissociées en deux dimensions distinctes: μ 'détermine la quantité de flux magnétique qui peut être "tirée" d'une surface métallique et μ "détermine la quantité d'énergie perdue lors de l'extraction. Ensemble, les deux déterminent le degré de récupération de la valeur Q, mais la direction de l'action n'est pas cohérente.
Référence d'ingénierie pour la récupération de la valeur Q: contraintes triangulaires de μ ', μ "avec tanδ
La série ifq06 de TDK offre une référence technique claire: à 13,56 MHz, μ′≈56，μ″≈2， Le Q correspondant = μ '/ μ "≈ 28. Cette valeur de Q est déjà proche de ce qui est disponible pour les systèmes NFC, et son μ 'n'est pas élevé - seulement 56, bien en dessous des centaines, voire des milliers, que beaucoup de disques magnétiques séparateurs de charge sans fil sont nominaux.
Ces données illustrent un fait important: l'espaceur NFC n'a pas besoin d'un μ 'extrêmement élevé, il a besoin d'un μ "suffisamment faible. μ '= 56 est déjà capable de fournir un guidage efficace du flux, mais si μ "passe de 2 à 20, la valeur de q chute à moins de 3 et l'antenne ne fonctionne toujours pas correctement.
C'est également le point de rupture entre les séparateurs NFC et les séparateurs de charge sans fil dans la logique de sélection. La charge sans fil fonctionne à 110 - 205 kHz, le poids des pertes par hystérésis et des pertes par courants de Foucault est relativement équilibré, le gain de contrainte de flux magnétique apporté par un μ 'élevé peut partiellement compenser l'augmentation des pertes; Le NFC fonctionne à 13,56 MHz, le poids des pertes par courants de Foucault augmente considérablement et tout échange de μ 'au détriment de μ "coûte disproportionnellement la valeur de Q.
Données mesurées: gain marginal de récupération de l'épaisseur par rapport à la valeur Q
Dans les conditions d'essai de 13,56 MHz NFC tag, surface de la plaque d'aluminium, 0,05 mm diaphragme augmente la valeur Q de l'antenne de 18% et la distance de lecture de 32%; 0,10 mm augmente la valeur Q de 41% et la distance de lecture de 50%; 0,20 mm augmente la valeur Q de 52% et la distance de lecture de 65%; 0,30 mm augmente la valeur Q de 55% et la distance de lecture de 68%; 0,50 mm augmente la valeur Q de 56% et la distance de lecture de 70%. Le gain marginal de récupération de la valeur Q se rétrécit nettement après 0,2 mm, tandis que l'augmentation continue de l'épaisseur sacrifie la flexibilité et l'adaptation de l'assemblage. Pour la plupart des applications HF / NFC, 0,10 à 0,20 mm est le meilleur équilibre entre performance et structure.
La différenciation des systèmes de matériaux: la « faible perte naturelle» de ferrite contre la « compensation de processus» des nanocristaux
La Ferrite occupe la position dominante des lames séparatrices NFC à 13,56 MHz, essentiellement en raison de sa résistivité extrêmement élevée (de l'ordre de 10⁶Ω.cm) et des pertes par courants de Foucault quasi négligeables à l'intérieur du matériau. Les principales sources de μ "sont les pertes d'hystérésis et les pertes résiduelles, qui peuvent être réalisées à des niveaux très bas. μ "≈ 2 de ifq06 est typique des systèmes ferritiques dans cette bande de fréquences.
Mais le μ 'de la ferrite est soumis à la limite de Snoek, qui ne dépasse généralement pas 250 à 13,56 MHz, et la capacité de guidage du flux magnétique réglable est limitée. Pour les scènes nécessitant un μ 'plus élevé pour faire face à un fond métallique plus épais ou à une surface d'antenne plus petite, l'espace de conditionnement du Ferrite touche la limite supérieure.
Le matériau nanocristallin peut être beaucoup plus élevé en μ 'que la ferrite et en BS (environ 1,2 T), mais il est confronté à un obstacle structurel: la résistivité est extrêmement faible (environ 130 μΩ.cm), les pertes par courants de Foucault deviennent le terme dominant en μ "à 13,56 MHz sans traitement et la valeur Q ne répond pas aux exigences NFC. Ainsi, la prémisse pour que les nanocristaux entrent dans la scène NFC n'est pas que "μ 'soit assez haut", mais que "le vortex soit pressé en premier".
Les moyens techniques comprennent le magnétisme fragmenté et la micro - oxydation à haute température. Le magnétisme fragmenté divise la bande continue en minuscules fragments isolés les uns des autres, coupant le trajet fermé du tourbillon sur une grande surface; La micro - oxydation à haute température forme un film d'oxyde dense à la surface de la bande, améliorant encore la résistance de surface. Le prix de ces deux procédés est la chute du μ 'effectif - l'entrefer de débris constitue un entrefer équivalent dans le circuit magnétique, et le μ' effectif de la feuille d'isolant nanocristallin finie tombe généralement dans l'intervalle 150 - 800, bien en dessous de la valeur initiale de la bande.
Cela signifie que le choix d'une feuille d'espaceur NFC nanocristalline ne peut pas se contenter de voir "Quelle est la hauteur de la bande µ ', mais doit plutôt voir si le µ" du produit fini à 13,56 MHz après fragmentation est pressé au niveau utilisable. Une nanotranche avec des paramètres magnétiques fragmentés mal conçus, la bande μ 'peut atteindre des dizaines de milliers, mais le μ "fini reste élevé et l'effet de récupération de la valeur Q n'est pas aussi efficace qu'une simple feuille de ferrite.
Le tableau ci - dessous compare les caractéristiques techniques des deux systèmes de matériaux dans une feuille d'espacement NFC:
Sélection des séparateurs NFC à partir de la valeur Q
Tout d'abord, prenez les valeurs μ "et q à 13,56 MHz comme première condition de filtrage, et non μ '.
Au lieu de fournir uniquement des perméabilités magnétiques à 100 kHz ou 1 MHz, les fournisseurs sont tenus de fournir des données μ ', μ "et tanδ pour les points de fréquence cibles. Les limites techniques auxquelles on peut se référer sont les suivantes: μ "doit être contrôlé autant que possible au niveau d'un chiffre, Tan δ ne doit pas dépasser 0,1. Un schéma avec μ '= 200, μ "= 4 peut être supérieur à celui avec μ' = 600, μ" = 40 sur la récupération de la valeur Q. Si un fournisseur n'est pas en mesure de fournir des données sur les pertes à 13,56 MHz, son applicabilité aux scénarios NFC ne peut être jugée.
Deuxièmement, différencier la « bande μ '» de la « valeur effective μ' et q après ajustement de l'antenne».
La conception inductive d'une antenne NFC repose sur l'effet de chargement réel après le montage de l'espaceur sur la face arrière de l'antenne. Lors de l'option, le fournisseur doit être tenu de fournir l'état du produit fini, la variation de la valeur Q mesurée sur la structure de l'antenne NFC et les données de distance de lecture au lieu du μ initial sur la grille de bande. Les données de mesure montrent une forte corrélation entre l'élévation de la valeur Q et l'élévation de la distance de lecture, et la récupération de la valeur Q est un indicateur d'ingénierie plus direct que la « valeur de perméabilité magnétique».
Troisièmement, selon les conditions de plaque de fond métallique et les contraintes spatiales, faire un alignement systématique entre la ferrite et les nanocristaux
Si le panneau arrière en métal est mince, la surface de l'antenne est suffisante et l'espace permet un montage à plat, une feuille d'espacement en Ferrite avec une structure de coût naturellement faible en μ "et mature est généralement le choix le plus sûr. Les avantages élevés de μ 'et de flexibilité des nanocristaux sont déterminants si le panneau arrière métallique est épais, si la surface de l'antenne est limitée ou s'il est nécessaire de le fixer sur une structure incurvée / à bordure étroite - mais seulement si le processus de fragmentation et d'isolation du fournisseur peut pousser μ "à 13,56 MHz à un niveau où la valeur Q est disponible. Le choix du type doit confirmer si le fournisseur fournit des données de correspondance de processus entre la taille des fragments, le traitement d'oxydation et le μ "fini, et pas seulement la valeur nominale finale.
Advanced House (Shenzhen) technologie Co., LtdLa feuille d'espacement NFC couvre les deux voies de la feuille composite de ferrite et de la feuille Composite nanocristalline. La feuille composite de ferrite peut atteindre µ '≥ 120 à 13,56 MHz pour une épaisseur de 0,1 mm; Les plaques composites nanocristallines contrôlent les pertes par courants de Foucault grâce à un traitement magnétique fragmenté et isolant, le μ 'effectif du produit fini est réglable dans l'intervalle 150 - 800, prend en charge une épaisseur de 0,03 à 0,2 mm et un montage incurvé.
Le produit peut fournir la récupération de la valeur Q après ajustement à la structure de l'antenne NFC avec les données de levage de la distance de lecture et l'adaptation du système de matériaux en fonction des conditions du panneau arrière métallique et des contraintes spatiales. Plus d'informations techniques surhttp://www.avanzado.cn/- Oui.