Hallo,
ich habe ein paar Threads zum Thema gelesen, jedoch sind mir die
Schritte am Anfang nicht klar. Wenn ein Reader vorliegt (NXP P7120) und
eine Karte mit Tag NTAG213 (nach ISO/IEC 14443-3), und die Leseentferung
3cm ist (ich kann jetzt schlecht sehen welche Antenne in der NTAG-Karte
drin ist bzw. wie groß diese ist). Also gehe ich so vor, dass ich eine
Antennengröße annehme, die auf meiner PCB überhaupt machtbar ist, sagen
wir mal 20x40mm, und diese Antenne dann mit NTAG213 ausprobiere, welche
Entfernung machbar ist, so wie im Beitrag von Nils hier beschrieben
wurde, mit Reduzierung der Leistung etc:
Beitrag "RFID Antennen auslegung reader"
Oder würdet ihr anders vorgehen?
Die andere Frage ist, wieviel Masse sollte man um die Antenne rum
"freiräumen", würde 5mm ausreichen? Ich weiß dass sich diese Frage nicht
so einfach beantworten lässt da nicht trivial, aber vielleicht hat
jemand etwas Erfahrung aus der Praxis was machbar ist.
Für alle sachlichen Tipps wäre ich dankbar.
Die Reichweite ist etwa der Antennendurchmesser. 20x40mm erscheint mir
zu klein. Ich wuerd die Kartengroesse als minimale Antennengroesse
waehlen. Falls die Reichweite kleiner sein soll, lieber die Leistung
reduzieren.
Hallo,
du schreibst immer wieder von einer "Antenne". Da liegt das erste
Missverständnis vor.
RFID bei 13.56MHz und passiven Tags (ohne Batterie) ist immer eine
magnetische Koplung von zweiresonanten Spulen, keine "Antenne" im
eigentlichen Sinn.
Daher stelle dir einfach die Magnetfelder vor, die von einer
Stromdurchflossenen Spule erzeugt wird.
Bei den üblichen Karten wird von der Spule die grösstmögliche Fläche
genutzt, um möglichst viel Energie zu koppeln. Über den übertrsgenen
Strom wird ja der Tag gespiessen.
Kurzschlusswindungen nahe bei der Sendespule wird dir das mühsam
erzeugte Feld "kurzschliessen". Daher sind GND-Flächen innerhalb oder
nahe an der Spule zu vermeiden.
Zur Kopplung der beiden Spulen:
Die Kopplung des Transformators (Lesespule und Tag-Spule)
verbessert sich durch:
- Ähnliche Grössen der Spulen
- Nähe der Spule
- Gleiche Ausrechtung der Spulen
Da es resonante Kreise sind, muss die Spule mit einem
parallelgeschalteten Kondensator auf die Nutzfrequenz angeglichen
werdne. Ohne VNA wird das eher nichts.
Hallo und vielen Dank für eure Antworten und brauchbare Tipps.
Leider hat man auf der Leiterplatte nur begrenzt Platz. Ich weiß aber
nicht ob 5mm-Abstand zu GND ausreichend ist. Wie der Titel sagt, geht es
mir zuerst um richtige Vorgehensweise. Zusatzinfo: verwendet wird Tag
Type 2.
Mein Kenntnisstand bis jetzt: ich habe zwei Möglichkeiten.
1. Rechenweg
Je nach Tag gibt es Formel für das benötigte "B-Field" in der ISO-Norm,
damit der Tag anläuft. Für Tag Type 2 gibt es ISO/IEC 144443-3a, wo die
Berechnung steht. (Für größere Karten gibt es z.B. ISO 7810 etc.) D.h.
man muss die Norm kaufen, und aus der Berechnung werden die Parameter
der Antenne abgeleitet, wie Anzahl der Windungen usw.
2. Ausprobieren
Den Evalboard mit dem Reader NXP P7120 anschaffen mit verschiedenen
Spulengrößen (Antennengrößen), und die Reichweite testen. Ich weiß nicht
ob hier Matching für jede Antenne notwendig ist, ich hoffe nicht. So
habe ich schon mal theoretisch machbare Reichweite, nat. ohne Nachteile
wie Metallteile in der Näche usw. Hier habe ich den Vorteil, dass ich
auch den Abstand zu GND "live" vorab testen kann.
Soweit der Plan.
Nochmal: Schreib bitte nicht "Antenne", das sind einfache Spulen, die
Zusammen einen reonanten gekoppelten Übertrager (vgl. Trafo) bilden.
Jede Spule hat eine andere Induktivität und dementsprechend muss der
parallelgeschaltete Kondensator immer angepasst werden, damit das
Gesamtgebilde wieder bei in etwa 13,56 MHz resonant wird. Ohne diese
Anpassung wird die Reichweite gering sein.
Mach die Spulen (Tag und Spule) möglichst gleich gross, die Windungszahl
bewegt sich üblicherweise zwischen 3 und 6, je nach Durchmesser
Hallo,
der Unterschied zur "Antenne" ist mir schon klar, habe deshalb auch das
Wort Antenne eingeklammert. Die Reader-Spule wird übrigens auch in
Application Notes als Antenne bezeichnet, so illegal ist das auch nicht.
Zwei gleiche Spulen sind in meinem Fall eh nicht möglich, da Tag Type 2
sehr klein ist, in etwas so klein wie eine SIM-Karte. D.h. die
Reader-Spule wird auf jeden Fall deutlich größer.
Reichweite steht in meinem Beitrag: 3cm. Ich würde hier keinen Beitrag
schreiben ohne das Datenblatt gelesen zu haben. Ja, es gibt eine
App-Note zum Reader.
Gästchen schrieb:> Zwei gleiche Spulen sind in meinem Fall eh nicht möglich, da Tag Type 2> sehr klein ist, in etwas so klein wie eine SIM-Karte. D.h. die> Reader-Spule wird auf jeden Fall deutlich größer.
Hast du dazu eine nähere Information?
Nach meinem Wissen sagt der Tag Type nicht viel über die physikalische
Grösse aus.
Bei einer Sim grossen Kartenantenne genuegen 20x40mm fuer eine
Sendeantenne. Die Reichweite is auch noch abhaenig von der Feldstaerke.
Du benoetigst eine minimale Feldstaerke, um die Karte laufen zu lassen.
Und ja die Antennen sind beide resonant, sonst wird das nichts, auch
wenn die Gute tief ist, wird die Feldstaerke um Wurzel der Guete
erhoeht.
Ohne VNA wird es auch nichts.
Interessant dass 20x40mm Antenne theoretisch ausreicht. Da führt wohl
kein Weg vorbei ums Ausprobieren.
Die NTAG-Cards sind in der Regel fertig, und normalerweise
standartisiert. Z.B. die Größe 85.6 x 54 x 0.76 in der ISO7810
beschrieben, dort ist auch die Formel drin, welche Spannung kann man mit
der Spule induzieren mit welchem B-Feld. Aus dem Chip-Datenblatt kann
man dann ableiten, wann der Tag anläuft.
In meinem Fall sind das fertige Tags als "Tag Type 2", daher weiß ich
Abmessungen. Die muss ich aber noch besorgen ist ein industrielles
Projekt). VNA kann mich mir besorgen, kein Problem.
Jetzt die Frage: wie habt ihr das gemacht? Habt ihr einfach irgendeine
brauchbare Spulengröße (Fertigantenne) angenommen, und dann die
Reichweite ausprobiert? Oder alles ausgerechnet (u.a. mit Hilfe von
ISO/IEC), und in die Leiterplatte "gegossen"?
Gästchen schrieb:> Ich weiß aber> nicht ob 5mm-Abstand zu GND ausreichend ist.
Die Zahl alleine sagt wenig. Wie HF-Werkler bereits schrieb ist es
wichtig, dass du auf dem PCB keine geschlossene Leiterschleife (!!!)
hast die mit der Spule koppelt. Also keinerlei geschlossene Schleife um
die Spule herum, egal auf welchem Layer, auch nicht mit grösseren
Abständen.
Mir ist dein Aufbau nicht klar. Mal schreibst du von Karte
(Scheckkartengrösse?), mal von "kleiner SIM".
Bitte beschreibe die mechanisch Grösse der möglichen Spulen von Tag und
Reader nochmals genauer. Füge die Grösse von leitenden Flächen und deren
Anordnung/Grösse nahe der Spule (alles bis Spulendurchmesser) hinzu.
Wenn es eine industrielle Anwendung ist, musst du sicher auch die
EMV-Vorschriften und Grenzwerte beachten. Die Reichweite ergibt sich aus
der Geometrie mit allen metallischen Objekten nahe der Spule. Das kannst
du so einfach nicht berechnen (ohne 3D-Simulation). In der Regel ist -
je nach Qualität der Komponenten - ca. halber bis einfacher
Spulendurchmesser bei iodealer Ausrichtung der Spulen und keinen
störenden Metallobjekten machbar.
Zum Beschreiben des Tags kann das ev. weniger werden.
Volker M. schrieb:> Die Zahl alleine sagt wenig. Wie HF-Werkler bereits schrieb ist es> wichtig, dass du auf dem PCB keine geschlossene Leiterschleife (!!!)> hast die mit der Spule koppelt. Also keinerlei geschlossene Schleife um> die Spule herum, egal auf welchem Layer, auch nicht mit grösseren> Abständen.
OK, das heißt ich soll GND-Layer um die Spule rum nicht "fluten",
sondern wie einen offenen Kreis ausführen? Wäre das korrekt?
Zum Aufbau kann ich folgendes Schreiben:
Es ist eine Leiterplatte, mit der Reader-Spule irgendwo in der Mitte.
Darunter in ca. 3cm. Abstand sitzt der Tag. Das ist alles. Es gibt keine
metallischen Objekte in der Nähe außer vielleicht ein paar Schrauben,
aber die sind eh weiter weg, außer das was auf der Leiterplatte ist, das
ist natürlich reichlich an Komponenten vorhanden. Die maximal mögliche
Größe der Spule bestimmt der freie Platz, schätzungsweise würde
50x30mm-Platz noch gehen, je nachdem wieviel Abstand zu dieser notwendig
ist.
Die Abmessungen der fertigen Tags weiß ich nicht nicht, diese habe ich
nur auf einem Bild gesehen, und kann nur schätzen, wie groß diese
ungefähr sind (SIM-Karte). Aber diese bekomme ich noch.
HF-Werkler schrieb:> Mir ist dein Aufbau nicht klar. Mal schreibst du von Karte> (Scheckkartengrösse?), mal von "kleiner SIM".
Die Scheckkartengrösse habe ich als Beispiel für die Standartisierung
aufgeführt, und dazu "z.B." geschrieben. Das war ein Beispiel bezogen
auf ISO Norm 7810. Hier kann man es bildlich sehen, oben rechts.
https://de.wikipedia.org/wiki/ISO/IEC_7810
SIM-Kartengröße ist das, was ich habe. Das habe ich auch so geschrieben.
Ok, bei einem SIM-kleinen Tag, wird nur wenig Feld von der Sendespule
aufgenommen. Die Flächen der Spulen überlappen sich ja kaum und viel
Feld geht am Tag vorbei (wirkungslos). Entsprechend den geometrischen
Verhältnisse der Spulenflächen ist die Kopplung der Spulen niedriger.
Eine niedrige Kopplung wird sich in einer geringeren Reichweite zeigen.
Du wirst nicht umhin kommen, die Güte und Resonanzfrequenz bei den
Versuchen dauernd zu messen und tunen.
Bei den Demo-Boards wird die Spule meist einpaar cm abgesetzt, damit die
gut funktioniert. Das solltestdu auch überlegen, ob es eine Option ist,
die Spule zu separieren.
Je nachdem, was da an Elektronik auf deinem Board ist, solltest du
darauf achten:
- Dass die Elektronik nicht zuviel Störungen bei 13MHz produziert
(insbesondere Schaltnetzteil mit magnetischen Komponenten)
- Dass die Elektronik nicht zu sehr vom RF-ID Feld abbekommt, nicht dass
deine Elektronik sich dadurch selbst stört.
Nochmals Danke für die Tipps.
Wird es etwas bringen, wenn man die Reader-Spule auch verkleinert gemäß
der Tag-Spule? Vermutlich nicht, oder?
Abgesetze Spule war eigentlich mein erster Vorschlag, aber das wird
erstmal nicht gewollt, nun ja, manchmal muss man zeigen dass es so nicht
funktioniert.
Die Frage mit dem GND um die Spule: wird Ground als ein Plane gemacht?
Ich vermute nicht, oder? Sonst schließen wir die Reader-Spule magnetisch
kurz.
Richtig, am schlechtesten ist eine geschlossene Schleife, da diese ein
Gegenfeld erzeugt (Magnetischer Kurzschluss). Mit einem Schlitz an der
richtigen Stelle kann man da viel verbessern. Ich würde wohl min. 10mm
Abstand von der Spule zur Elektronik/GND halten. Das sollte in etwa
reichen, bei weniger, musst du probieren, wie gut es wird.
Ev. kannst du ja mit Ferritmaterial die Felder etwass lenken und dadurch
die Kopplung verbessern. Aber Vorsicht, die Resonanzfreqenz von
Spule/Kondensator wird durch das Ferritmeterial verstimmt, da sich die
Induktiität ändert. Also tunen, tunen, tunen.
Gästchen schrieb:> OK, das heißt ich soll GND-Layer um die Spule rum nicht "fluten",> sondern wie einen offenen Kreis ausführen? Wäre das korrekt?
Korrekt
Gästchen schrieb:> Es ist eine Leiterplatte, mit der Reader-Spule irgendwo in der Mitte.
In der Mitte ist ungünstig. Setz die Spule an den Rand, dann lassen sich
auch ungewollte störende Leiterschleifen vermeiden die deine Spule
beeinflussen.
Volker M. schrieb:> In der Mitte ist ungünstig. Setz die Spule an den Rand, dann lassen sich> auch ungewollte störende Leiterschleifen vermeiden die deine Spule> beeinflussen.
Hi, Danke für den Tipp.
Rein mechanisch sitzt Tag bei mir mittig unter der Leiterplatte, ich
denke, wenn die die Lesespule oben zum Rand verschiebe, habe ich
möglicherweise noch schlechtere Performance, als wenn der Tag genau
mittig wäre?
Mir gefällt das generall nicht wenn die NFC-Antenne in die Leiterplatte
gelassen wird, wo viel Zeug drauf ist, manchmal hat man leider keine
Wahl.
Gästchen schrieb:> Rein mechanisch sitzt Tag bei mir mittig unter der Leiterplatte, ich> denke, wenn die die Lesespule oben zum Rand verschiebe, habe ich> möglicherweise noch schlechtere Performance, als wenn der Tag genau> mittig wäre?
Richtig, Sendespule und Empfängerspule haben die beste Kopplung wenn sie
genau gegenüber liegen. Der Vorschlag war sicherlich so gedacht, dass
das Tag mitwandert.
Ist die Position des Tags genau definiert? Dann kann man versuchen mit
einem Ferritstäbchen das Feld zu lenken. Stell Dir vor, Du willst einen
Transformator aufbauen, bei dem die Spulen räumlich entfernt sind.
Bastler_HV
