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I 摘要摘要摘要摘要 NFC，即近距离无线通信，是工作在 13.56MHz，用于近距离（小于 10 厘米）安全 通信的无线通信技术NFC 天线作为支付系统的一个不可缺少的重要部分，已经伴 随着支付功能的发展而日益受到非常广泛的研究和应用， 国内外早已经开始专门研究 用于支付功能的 NFC 天线，并提出了多种天线模型 本文是基于天线基本理论以及天线仿真软件 HFSS 进行了大量的实验仿真， 主要是研 究 NFC 天线的设计方法及其小型化技术 本文共设计了三款天线， 分别是双面矩形天线、 双面螺旋天线、单面圆角矩形天线，同时仿真出天线的电感随天线各个参数的变化关系， 主要是天线绕线数、 绕线宽度及间隔与天线等效电感之间的变化关系， 讨论并分析各个参 数的变化趋势，总结规律，结合实际的需求，得到一款理论上性能最好的天线，并使用网 络分析仪中进行了电感测试，测试结果与理论结果较一致 本文还通过串并联电容和电阻的方式，对着三款天线分别进行了阻抗匹配，使得在 13.56MHz处回波损耗达到最小，并且都达到了很好的匹配效果本文的研究为各种不同 尺寸、不同形状的小型天线设计奠定了理论基础，具有实际意义。

关键字：NFC 线圈天线 输入阻抗 回波损耗 阻抗匹配 II Abstract NFC, namely close wireless communication, is working in 13.56MHz.It was used to close (within 10 cm) security communication as a kind of wireless communication technology. In mobile payment system, with the development of function mobile payment by extensive research and application, NFC antenna plays an indispensable part, specially for the mobile payment, the NFC antenna has the function of antenna model proposed at home and abroad. In the master antenna theory basis and antenna simulation software HFSS conditions, this thesis did a large number of experimental simulation, mainly is the study of the NFC antenna design method and its miniaturization. The thesis designs three antennas, respectively is two-sided rectangular antenna, double-sided helical round antenna, single rounded rectangle antenna. At the same time, the inductance of the antenna simulation with the change of the various parameters antenna relations, mainly is the antenna coiling number, coiling width and with the antenna interval equivalent inductance of the relationship between changes, then discusses and analyzes the change trend of various parameters and make a conclusion. Combined with the actual demand, we get a theory of the best performance antenna. Finally, we use the network analyzer in inductance test, the results and the theoretical results are consistent. This thesis also through the parallel capacitor and resistor way, to the three paragraphs antenna, the impedance matching is made in 13.56MHzplace return loss minimum, and reached the very good matching effect. This thesis studies for many different sizes, different shapes of small antenna design and provides the theoretical basis and with the practical significance. Keywords：NFC, Coil antenna, Input impedance, Return loss, Impedance matching III 目录目录目录目录 摘要摘要摘要摘要 I Abstract . II 目录目录目录目录 . III 第第第第 1 章章章章 绪论绪论绪论绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 国内外 NFC 技术的使用现状 . 1 1.3 仿真工具 HFSS 介绍 . 3 1.4 本文的研究内容 . 4 第第第第 2 章章章章 NFC 的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 5 2.1 引言 . 5 2.2 天线的基本参数 . 5 2.3 NFC 的工作原理 8 2.3.1 简介 . 8 2.3.2 通信模式 . 9 2.4 线圈天线 . 11 2.4.1 磁场分析 . 11 2.4.2 激励加载 . 12 2.5 电感耦合原理 . 12 2.6 天线电感的计算 . 14 2.7 小结 . 15 第第第第 3 章章章章 双面矩形天线的设计双面矩形天线的设计双面矩形天线的设计双面矩形天线的设计 . 17 3.1 前言 . 17 3.1.1 天线尺寸的选择 . 17 3.1.2 天线电感值的大小 . 17 3.1.3 天线变量的选择 . 17 3.2 天线模型及参数 . 18 3.2.1 建模 . 18 3.2.2 天线模型 . 19 3.3 天线的电感随参数的变化分析 . 19 IV 3.4 阻抗匹配 . 24 3.4.1 阻抗匹配方法 . 24 3.4.2 主要参数值 24 3.4.3 回波损耗图 25 3.4.4 电感变化图 25 3.5 变化规律总结 . 26 第第第第 4 章章章章 单面圆角矩形螺旋天线单面圆角矩形螺旋天线单面圆角矩形螺旋天线单面圆角矩形螺旋天线 . 27 4.1 天线建模 . 27 4.1.1 天线总体结构图 . 27 4.1.2 参数表示 . 27 4.2 天线参数变化分析 . 27 4.3 匹配方法及分析 . 35 4.3.1 匹配方法 . 35 4.3.2 匹配参数值 . 35 4.3.3 回波损耗图 35 4.3.4 电感的变化 . 36 4.4 规律总结 . 37 第第第第 5 章章章章 双面螺旋天线双面螺旋天线双面螺旋天线双面螺旋天线 . 46 5.1 天线模型与参数 . 46 5.1.1 天线建模 46 5.1.2 参数表示 46 5.2 天线电感随参数的变化分析 . 47 5.3 匹配实现方法及分析 . 51 5.3.1 匹配方法 . 51 5.3.2 主要参数值 . 51 5.3.3 回波损耗图 . 52 5.3.4 电感变化图 52 5.4 结论总结 53 5.4.1 双面螺旋天线结论总结 . 53 5.4.2 三副天线的比较 53 第第第第 6 章章章章 测试结果测试结果测试结果测试结果 . 54 V 6.1 前言 . 54 6.2 测试结果 . 54 6.2.1 材质为 FPC 的单面矩形天线 55 6.2.2 材质为 PCB 矩形双面天线 . 57 6.2.3 材质为 PCB 双面螺旋天线 . 60 6.3 总结 . 62 6.3.1 测试结果比较 . 62 6.3.2 总结 . 63 致谢致谢致谢致谢 . 64 参考文献参考文献参考文献参考文献 . 65 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 1 章 绪论 1 第第第第 1 章章章章 绪论绪论绪论绪论 1.1 课题背景课题背景课题背景课题背景 本论文来源于与惠州硕贝德无线科技股份有限公司合作的项目 NFC 天线的设计方法 研究。

研究的主要目标是研究 NFC 天线的设计方法及其小型化技术，为各种不同尺寸、 不同形状的小型天线的设计奠定理论基础研究内容主要包括：天线的绕线数、绕线的宽 度及间隔与天线的等效电感之间的变化关系；还有 NFC 天线的匹配实现方法；并设计出 针对一款的、可完成支付功能的 NFC 天线 本课题的研究方法是在掌握一定的天线理论基础以及天线仿真软件 HFSS 的条件下， 以建模、实验仿真、测试为主首先要全面的了解和掌握与所研究课题相关的无线通信知 识以及天线理论，特别是天线的输入阻抗因为 NFC 天线首先是作为支付系统的一 个不可缺少的重要部分， 所以首先要对支付系统有一个完整和全面的认识； 其次再利 用已经掌握的天线理论以及各个天线类型，结合现阶段国内外所已经研究设计出的 NFC 天线模型，将现有模型加以改进，设计出符合自己所需要性能的 NFC 天线模型 NFC 天线已经随着支付功能的发展而受到广泛的研究和应用由调研的文献可 知，专门用于支付功能的 NFC 天线已经在国内外提出多种天线模型，应用于不同款 式和类型的以及不同的性能指标[1]所以根据现有的 NFC 天线模型，完全能够设计 出达到给定参数的、给定性能的、适用于支付功能的 NFC 天线。

1.2 国内外国内外国内外国内外 NFC 技术技术技术技术的的的的使用现状使用现状使用现状使用现状 随着的发展越来越快，娱乐、商务、3G等不断出现，由无线网络支 持的上下行数据速率在不断的提高，新的应用特别是数据业务方面的应用不断涌现， 成为人们日常生活中身边不可缺少的移动信息终端[2]越来越多的人们开始用来代替 手表、记事本、MP3等等，可以设想是否会有某一天我们的钱包、银行卡和钥匙也会让位 于，使我们的生活更加的快速便捷，更加安全呢？ 近距离无线通信 NFC（Near Field Communication）技术将会让这一切设想变成为现 实[3]2006 年 6 月，诺基亚和中国移动、易通卡、飞利浦公司在厦门启动了中国首个 NFC 支付试验[3]从 2007 年 8 月开始，支持 NFC 业务的诺基亚 6131iNFC 款在北京、广 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 1 章 绪论 2 州、厦门等的数个城市公开发售用户使用含有嵌入 NFC 模块的诺基亚 3220 ，可以 在厦门如公交车、电影院、轮渡、快餐店等任何一个覆盖“易通卡”的营业网点，使用 进行支付[4]。

现在非接触式智能卡兼容 NFC 技术的领域，已经形成了两强：索尼的 FeliCa 技术和 飞利浦的 MIFARE 技术，前者已经部署约 。