Por que os μ e μ dos separadores magnéticos da NFC devem ser "descoplados": Limite de engenharia de permeabilidade magnética e perda a 13,56 MHz

Na revisão do design das antenas NFC, a permeabilidade do separador magnético é geralmente tratada como um parâmetro "mais alto, melhor". Mas na frequência de 13,56 MHz, essa intuição vai falhar.

Um separador magnético de carga sem fio que funciona bem a 100 kHz pode não funcionar em cenários da NFC. A razão não é que seu μ 'não seja alto o suficiente, mas que seu μ' é alto demais. Alto μ "significa que o próprio material consume uma grande quantidade de energia em um campo magnético alternado, e o fluxo magnético radiado pela antena é absorvido pelo separador magnético na form a de calor antes de chegar ao leitor de cartões. Ao mesmo tempo, a presença de μ "mudará as condições equivalentes de indução e ressonância da antena, fazendo com que o circuito LC, que originalmente foi ajustado a 13,56 MHz, se desvia do ponto de frequência operacional.

O problem a de engenharia central dos separadores magnéticos NFC pode, portanto, ser resumido como encontrar uma janela descoplada entre μ 'e μ suficientemente baixo'.

Sensibilidade de perda de 13,56 MHz: porque o "valor absoluto" de μ "é mais importante do que a relação

Na faixa de frequência (como 110-205 kHz em Qi), os engenheiros geralmente avaliam o nível de perda de materiais usando o tangente de perda tan δ=μ "/μ". Se a relação é baixa o suficiente, a perda é considerada aceitável. Mas a 13,56 MHz, esse hábito precisa ser ajustado.

A força de campo magnético das antenas da NFC é inherentemente fraca. Quando o campo magnético gerado pelo leitor de cartas se atenua no espaço e chega ao final do telefone móvel, a energia disponível para excitar a ressonância da antena NFC já é muito limitada. Se o valor absoluto do μ do separador magnético "é demasiado alto, mesmo que a relação de tanque δ não pareça alta, a energia de campo magnético absorvida pelo material ainda é suficiente para reduzir significativamente a distância de comunicação. Uma patente para folhas magnéticas NFC explicitamente afirma que folhas de escudo adequadas para 13,56 MHz precisam manter tanque δ não superior a 0,05 dentro da faixa de 100-250 μ '. A s érie IFQ06 da TDK controla o μ 'em um nível de aproximadamente 2, com um μ' de 56, correspondendo a um fator de qualidade Q=μ '/μ' √ 28.

De onde vem a vantagem de perda de ferrito na banda de frequências NFC

Os ferritos MnZn e NiZn dominam em separadores de NFC não por causa de seu elevado μ ', mas por causa de sua resistência elétrica suficientemente alta, e perdas de corrente de eddy podem ser ignoradas a 13,56 MHz.

A resistência do ferrito é geralmente acima de 10 Ω· cm, e a corrente de eddy induzida por campo magnético alternado dentro do material é extremamente pequena. As principais fontes de μ "são perda de histerese e perda residual, em vez de perda de corrente de eddy. Isso permite que o ferrito alcance um nível de μ' na faixa de 100-250 e tanque δ abaixo de 0,05 a 13,56 MHz. Para as antenas NFC, essa combinação significa que o material fornece capacidade suficiente de orientação do fluxo magnético sem introduzir atenuação significativa no caminho do sinal.

Mas o limite superior de μ para ferrito também vem do mesmo conjunto de restrições físicas. A magnetização de saturação Bs de ferrito é apenas 0,4-0,5 T, e o μ 'tipicamente não excede 250 a 13,56 MHz. Se as antenas NFC requerem maior capacidade de convergência de fluxo magnético para melhorar a distância de leitura, o μ 'de ferrito já se aproxima do limite superior de seu sistema material. Este é o limite estrutural do ferrito nos cenários da NFC: a perda é controlável, mas o espaço de ajuste de μ 'é limitado.

O prerequisito para os nanocristais entrarem na cena da NFC é primeiro suprimir perdas correntes de eddy

O μ 'de materiais nanocristalinos pode ser muito maior que o de ferritos, mas sua resistência é extremamente baixa (cerca de 130 μ Ω· cm). Se deixar não tratado a 13,56 MHz, a perda corrente de eddy se tornará o termo dominante para μ'. Uma patente sobre separadores magnéticos do módulo NFC aponta que as fitas nanocristalinas são propensas a perdas significativas de corrente de eddy em frequências médias a altas em NFC, o que pode afetar o uso normal de módulos NFC.

Portanto, o prerequisito para os nanocristais entrarem na cena da NFC não é que "μ" seja alto o suficiente, mas que "perdas correntes de eddy são primeiramente comprimidas a um nível suficientemente baixo". Os métodos de engenharia incluem a fragmentação magnética, que divide a faixa contínua em pequenos fragmentos isolados e corta o caminho fechado de correntes de eddy sobre uma grande área. A resistência à distância a érea entre fragmentos é muito maior que a da própria ligação, e correntes de eddy só podem formar pequenos ciclos dentro de fragmentos individuais, resultando em uma diminuição de μ ".

Compartilha Qi e NFC: A pilha gradiente resolve o problema de "requisitos opostos de ambos os lados"

A contradição é mais aguda quando a NFC e a carga sem fio compartilham um separador magnético. O fim de carga sem fio espera que o lado do separador magnético que enfrenta a bobina, μ ', seja o mais alto possível para limitar o fluxo magnético e reduzir a fuga; Entretanto, as antenas NFC requerem que a superfície de contato μ 'seja mantida em nível moderado para evitar aumento excessivo da indução de antenas e desvio de frequência de ressonância de 13,56 MHz devido aos efeitos de carga.

A estrutura pilhada de permeabilidade gradiente é a abordagem de engenharia principal para abordar essa contradição. A solução divulgada na literatura da patente é que a folha de proteção é composta por pelo menos duas camadas unidas, e a permeabilidade magnética aumenta em 8% -40% do lado mais próximo à antena NFC ao lado mais longe da antena NFC. A camada baixa μ 'perto da antena NFC reduz a sensibilidade da antena à carga magnética de material, evitando detonamento; A camada alta μ 'longe da antena NFC é responsável pela orientação do fluxo magnético, assegurando a eficiência de carga sem fio. Este design atribui os dois requisitos de "amigável à NFC" e "carga eficiente" a diferentes camadas físicas, em vez de forçar um compromisso dentro da mesma camada de material.

Para dispositivos que mantêm estruturas de atração magnética, a situação será mais complexa. O próprio imante mudará localmente a distribuição do campo magnético, e o comportamento de saturação local e μ 'distribuição do separador magnético perto do imante precisam ser verificadas separadamente, e não pode ser substituído pela média μ' no estado não magnético.

Seleção e julgamento de separadores magnéticos NFC baseados em μ"

Para a seleção de separadores magnéticos nos cenários da NFC, a abordagem tradicional de "olhar para a altura de μ" precisa ser ajustada a uma lógica de julgamento começando da perda.