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Um dos problemas mais familiares para engenheiros de hardware é a queda aguda na distância de leitura quando as etiquetas NFC são colocadas perto da placa de trás do metal. A a ção comum de enfrentamento é encontrar um separador magnético com maior permeabilidade magnética e colocá-lo nele. A distância de leitura mudou de 50 a 150 e de 150 a 300, mas não se recuperou proporcionalmente e às vezes até se torna mais curta.
O problem a não é que a permeabilidade magnética não seja alta o suficiente, mas que um parâmetro chave equivalente a μ 'foi faltado durante o processo de seleção: a parte imaginaria da permeabilidade magnética, μ'.
A 13,56 MHz, μ 'é responsável por' liderando 'e μ' é responsável por 'consumir'
A NFC opera na região de acoplamento de campo magnético próximo a 13,56 MHz. A função central do separador magnético é inserir um caminho de baixa resistência magnética entre a antena e a placa de trás do metal, tirando as linhas de campo magnético longe da superfície do metal para evitar o campo magnético inverso gerado por correntes de eddy induzidas por metal cancelando o fluxo magnético da antena.
Neste caminho, os papéis desempenhados por μ 'e μ' são completamente opostos. μ 'representa o armazenamento de energia e a condutividade magnética do material, com valores mais elevados indicando mais fluxo magnético que pode ser guiado; μ "representa perda magnética, que é a parte da energia de campo magnético entrando no material que é convertido em calor. A pesquisa da Universidade de ShanghaiTech tem uma afirmação clara sobre isso: as folhas magnéticas da NFC precisam ter um grande μ 'para condutividade magnética a 13,56 MHz e abaixo, e neste momento, μ' 'é basicamente zero' para evitar dissipar campos magnéticos úteis na forma de perdas de corrente de eddy.
A energia de campo magnético da própria antena NFC é muito limitada. Quando o fluxo magnético emitido pelo leitor atenua através do espaço e chega ao final do telefone móvel, a energia disponível para excitar a ressonância da antena já é muito pequena. Se o μ "do separador magnético é demasiado alto, essa energia será consumida diretamente pelo material durante o "processo" guiado, reduzindo a energia obtida pela antena e naturalmente cortando a distância de leitura. Neste ponto, mesmo que o μ 'seja muito alto, o efeito real pode não ser tão bom como um pedaço de material com médio μ' mas extremamente baixo μ '.
O isolamento magnético e a absorção são duas coisas diferentes na banda de frequências NFC
Na prática de engenharia, os termos "placa de isolamento magnético" e "placa de absorção" são frequentemente usados intercambiadamente, mas na banda de frequência NFC, seus requisitos de mecanismo de perda são opostos. O separador magnético persegue alto μ ', baixo μ' ', e baixo tanque δ, com o objetivo de 'condutividade magnética sem consumo de energia'; Platas absorventes de ondas podem perseguir perdas μ maiores ou dielétricas para converter energia eletromagnética em calor.
Colocar um pedaço de material absorvente projetado para absorção na band a de frequência GHz entre a antena NFC e o metal pode ainda resultar em uma perda significativa de μ "cerca de 13,56 MHz. Esta perda será carregada diretamente na antena NFC, resultando em um aumento da resistência equivalente à série e uma diminuição do valor Q. Por outro lado, colocar uma folha de isolamento magnético otimizada para a condutividade magnética de baixa perda da NFC numa cavidade de onda de milímetros pode não proporcionar absorção suficiente de banda larga, e alta μ 'também pode alterar a s condições de correspondência da antena. Portanto, o primeiro passo na seleção de materiais anti-metálicos NFC não é comparar "cuja permeabilidade magnética é maior", mas confirmar se o nível de perda do material em 13,56 MHz é baixo o suficiente. Os dados de μ "e tan δ podem melhor prever se a distância de leitura pode ser restaurada do que o valor absoluto de μ".
Limite de engenharia de baixa perda: de tanque δ ≤ 0,05 a Q √ 28
Os dados da indústria fornecem um limite quantitativo accionável para "baixa perda".
O esquema de proteção NFC divulgado na literatura de patente mostra que, em uma frequência de trabalho de 13,56 MHz, a μ 'gama de folha de ferrito Ni Zn é de 100 a 250 e é necessária a tanque δ (=μ "/μ")0,05 ou menosNo mesmo esquema, o μ 'da folha de polímero metal é de 30-70, e o tanque δ também é exigido para ser ≤ 0,05. Isso significa que na banda de frequência NFC, tan δ 0,05 é uma linha de limite validada pela engenharia, além da qual a perda material começa a erodir o orçamento de sinais NFC e não pode ser ignorada.
Referência de nível de produto para TDK IFQ06
A 13,56 MHz, o valor Q correspondente (μ '/μ') é aproximadamente 28, com μ '√ 55 e μ' √ 2. Este nível de valor Q já é capaz de proporcionar um bypass eficaz para o fluxo magnético sem consumir significativamente energia de campo magnético NFC. O μ 'do IFQ06 não é alto - apenas 55, muito menor que centenas ou mesmo milhares de valores nominais de muitos separadores de carga sem fio. Mas esse conjunto de dados indica que,Os separadores magnéticos da NFC não requerem um μ extremamente alto, requerem um μ suficientemente baixo"O valor de 55 μ 'é suficiente para proporcionar orientação efetiva do fluxo magnético, mas se μ' 'aumentar de 2 a 20, o valor Q cairá para menos de 3, e a antena ainda não funcionará corretamente.
A pesquisa acadêmica também sustenta esse limite. O estudo de Co-substituição do ferrito NiCuZn mostra que a 13,56 MHz, o μ 'pode alcançar mais de 150, enquanto o μ' permanece abaixo de 2. Os dados do projeto da Expo Cloud High Tech mostram que o μ 'do material substrato de ferrito usado para antenas NFC é maior que 175@13.56MHz ， μ "é menos que 3.5@13.56MHz O nível de produção de lotes pode atingir um nível de μ ′>150 e μ ″<2,5. O ponto comum desses dados é que o objetivo de baixa perda dos separadores magnéticos NFC é suprimir μ 'ao nível de dígitos únicos ou ainda menor, mantendo a disponibilidade de μ'.
Dois caminhos materiais: "perda intrínseca baixa" de ferrito e "perda controlada por processo" de nanocristais
Há principalmente dois caminhos técnicos para alcançar esse limite de baixa perda.
Via ferrita: perda natural baixa
A resistência do ferrito NiZn é extremamente alta, e perdas correntes de eddy podem ser ignoradas a 13,56 MHz. As principais fontes de μ "são perdas de histerese e perdas residuais, que podem ser reduzidas a níveis mais baixos através de processos de formulação e sinterização. As folhas de ferrito Ni Zn com μ'100-250 e tanque δ ≤ 0,05 nas patentes acima mencionadas, bem como o μ "√ 2 na IFQ06, são todas manifestações desta via. A limitação dos ferritos é que o limite superior de μ 'é restrito pelas propriedades intrínsecas do material, geralmente não superior a 250-300 a 13,56 MHz. A capacidade de guia de fluxo magnético ajustada é limitada, e suas características duras e fracas limitam seu uso em cenários de montagem curva da superfície.
Via de nanocristais: controle da perda de processos
A μ 'de faixa de nanocristalina pode ser muito maior que a de ferrito, e a Bs também é maior, mas sua resistência é extremamente baixa. A faixa contínua não tratada tem perda significativa de corrente de eddy a 13,56 MHz, e a μ' é alta. Usá-la diretamente para NFC causará colapso do valor Q. Portanto, o prerequisito para os nanocristais entrarem na cena da NFC não é que "μ" seja alto o suficiente, mas que "a corrente de eddy é primeiramente presa para baixo". O método de engenharia é fragmentação magnética: dividir a faixa contínua em pequenos fragmentos isoladores mutuamente, cortando o caminho fechado de correntes de eddy sobre uma grande área. O μ efetivo do produto acabado após a fragmentação magnética normalmente cai dentro do intervalo de 150-800, e o nível de controle de μ" depende do tamanho do fragmento, método de preenchimento das lacunas e design da camada. O método para preparar separadores magnéticos nanocristalinos divulgados na patente envolve introduzir quebramentos transversais através de rolos de esmagamento de linhas transversais e formar escala como fragmentos através de rolos de esmagamento de linhas padronizados na grelha, com o objetivo de reduzir perdas de corrente de eddy ao mesmo tempo que minimizar perdas de linhas de campo magnético.
A escolha entre os dois caminhos depende das restrições da cena. Se o espaço permitir montagem plana e a demanda de μ 'está dentro de 250, a intrínseca baixa perda e estrutura de custo madura do ferrito são pontos de partida mais fiáveis. Se é necessário montar em superfícies curvas ou fronteiras estreitas, ou exigir um μ maior para lidar com placas de fundo de metal mais espessas, a vantagem de flexibilidade e o espaço μ de nanocristais se tornam fatores decisivos - mas o pré-requisito é que o processo de fragmentação do fornecedor pode comprimir o μ 'a 13,56 MHz para um nível de Q-valor usable.
Juízo de seleção baseado em μ "e Q valor
Primeiro, usar μ "e tanque δ a 13,56 MHz como primeiros critérios de screening, em vez de μ"
Requerem que os fornecedores forneçam dados sobre os pontos de frequência alvo de μ ', μ', e tan δ, em vez de apenas fornecer permeabilidade magnética a 100 kHz ou 1 MHz. O limite de engenharia que pode ser referido é tanque δ ≤ 0,05, e μ ″ deve ser controlado no nível de um único dígito o mais possível. Um esquema com μ '=200 e μ'=4 pode ser superior ao esquema com μ '=600 e μ'=40 na recuperação da gama NFC. Se o fornecedor não pode fornecer dados de perda a 13,56 MHz, sua aplicabilidade aos cenários NFC não pode ser determinada.
Em segundo lugar, diferenciar entre "cinta μ" e "valores eficazes μ" e Q após o produto acabado estar ligado à antena"
O μ inicial de separadores magnéticos nanocristalinos pode ser tão alto quanto dezenas de milhares, mas o μ efetivo do produto acabado após fragmentação e laminação é geralmente apenas 150-800. O design de indução das antenas NFC depende do efeito de carga real após o produto acabado estar ligado à parte de trás da antena. Ao selecionar, o fornecedor deve ser obrigado a fornecer o estado do produto acabado, dados efetivos de mudança de valor μ e Q após instalar a estrutura da antena NFC, em vez dos valores iniciais na ficha de especificação da cinta.
Terceiro, de acordo com as condições do plano de fundo metal úrgico e do espaço de montagem, fazem um compromisso de nível de sistema entre ferrito e nanocristais
Quando a placa de trás metal é fina, a área da antena é suficiente, e o espaço permite montagem plana, o baixo μ "natural de ferrito é um ponto de partida mais robusto. Quando a placa de trás metal é espessa, a área da antena é limitada, ou é necessária montagem curva da superfície, as vantagens μ 'espaço e flexibilidade dos nanocristais tornam-se condições necessárias - mas deve ser confirmado que seu processo de fragmentação magnética comprime μ "para um nível de Q-valor usable a 13,56 MHz. Ao selecionar, você deve perguntar sobre a correspondência do processo entre tamanho de fragmento, método de preenchimento de lacunas e produto acabado μ ", em vez de apenas olhar para o valor nominal final.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A folha de isolamento magnético anti-metal da NFC cobre duas rotas: folha composta de ferrito e folha composta de nanocristalina. Folhas compostas ferritas podem fornecer dados de banda de frequência de μ 'e μ' a 13,56 MHz, adequados para cenários de montagem plana; A folha composta de nanocristalina controla a perda de corrente de eddy através de fragmentação magnética e tratamento de isolamento, e o μ efetivo do produto acabado pode ser ajustado dentro do intervalo de 150-800, suportando espessura de 0,03-0,2 mm e montagem curva da superfície.
O produto pode fornecer dados de mudança de valor Q e recuperação de distância de leitura após a instalação da estrutura da antena NFC, e corresponder ao sistema material de acordo com as condições do plano de trás metálico e as restrições espaciais. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.