RFID/NFC天線線圈CST仿真實(shí)例（2） - 匹配電路，負(fù)載和功率距離
上期我們看了兩個(gè)RFID線圈的簡單設(shè)置，參數(shù)掃描，以及后處理提取耦合系數(shù)K。這期我們繼續(xù)用同樣的模型，看看加上匹配電路后，如何獲得傳遞功率。
1. 單端單頻的快速匹配50歐姆
進(jìn)入電路環(huán)境：
運(yùn)行宏mini match：
輸入50歐姆和匹配頻率，點(diǎn)擊place LC elements in schematic生成電路：
下面我們查看匹配電路的效果，添加S參數(shù)任務(wù)：
再添加參數(shù)掃描任務(wù)，將S參數(shù)任務(wù)拖拽進(jìn)參數(shù)掃描任務(wù)：
參數(shù)掃描設(shè)置：
掃描結(jié)束后查看結(jié)果，可見匹配電路是運(yùn)行宏的時(shí)刻針對當(dāng)時(shí)的參數(shù)進(jìn)行的匹配，也就是初始Z=30。當(dāng)Z減少很多時(shí)，匹配電路效果變差很多。
2. 單端單頻的阻抗匹配+IC阻抗
以上是匹配到50歐姆，我們也可以用實(shí)際的端口阻抗，比如測量或其他仿真的S1P格式。下面我們克隆一份三維模塊，繼續(xù)演示：
同理，還是用宏來生成匹配50歐姆電路：
我們進(jìn)入S參數(shù)任務(wù)修改端口阻抗：
我們將端口4的阻抗設(shè)置成導(dǎo)入文件，這個(gè)就可以是具體IC的負(fù)載阻抗。我們這里用的S1P文件阻抗約25歐姆。端口3是匹配端口。
開始掃描參數(shù)：
查看端口阻抗：
這里匹配電路的生成還是基于Z=30初始值和50歐姆的，所以改動(dòng)端口3和4匹配稍差一些，但也算能工作：
有了匹配電路和負(fù)載阻抗，我們就可以用上期的方法，AC任務(wù)提取耦合系數(shù)，這個(gè)就跳過了。下面我們看看傳輸功率，需要AC任務(wù)：
這里我們激勵(lì)端口1和3，然后看端口2和4負(fù)載接收的功率：
同樣掃描距離參數(shù)：
得到電壓電流結(jié)果：
添加AC中的后處理任務(wù)：
端口1輸入功率（mW）：
端口3輸入功率（mW）：
端口2輸出功率（mW）：
端口4輸出功率（mW）：
注意這些功率用的電流是共軛形式。重新掃描參數(shù)，計(jì)算這些功率曲線：
這里觀察這些功率的峰值變化趨勢也很有用。為了簡單直接，我們用后處理提取13.56MHz一個(gè)頻點(diǎn)的功率查看。其實(shí)這里能預(yù)測到，這樣的多曲線結(jié)果在一個(gè)頻點(diǎn)的值不一定是線性的。
查看兩個(gè)輸入功率，雖然兩個(gè)情況的匹配都是Z=30最好，輸入功率最高，但是注意我們的匹配電路沒變，還是適合50歐姆負(fù)載的，所以用不同端口4負(fù)載時(shí)，P3輸入功率曲線可以不同，峰值位置不一定和端口1的峰值位置相同。我們只是比較幸運(yùn)得到了線性結(jié)果，并且兩個(gè)負(fù)載情況的曲線趨勢類似而已。所以，實(shí)際操作需要考慮具體負(fù)載，重新設(shè)計(jì)匹配電路。
我們再看輸出功率，峰值不在Z=30的匹配位置了。Z<15時(shí)，功率下降就是因?yàn)槠ヅ涞男阅茏儾睿ㄎ覀兤ヅ湓赯=30）；Z>15時(shí)，功率下降是因?yàn)榫嚯x越來越遠(yuǎn)。同樣道理適用于端口4的曲線；只是用不同端口4負(fù)載時(shí)，P4的輸出功率曲線可以不同于下面截圖，峰值位置不一定和P2的峰值位置相同。所以再次強(qiáng)調(diào)，實(shí)際操作需要考慮具體負(fù)載，重新設(shè)計(jì)匹配電路。
若RFID讀取的最小功率要求0.3mW，加個(gè)標(biāo)尺我們就能獲得RFID讀取的距離范圍了：
小結(jié)：
1. 阻抗匹配要看S參數(shù)，所以用電路中的S參數(shù)任務(wù)。單端口窄頻的匹配較容易，兩個(gè)元件就好，但是性能不夠優(yōu)化。本案例也可使用優(yōu)化器優(yōu)化匹配電路，使其在大范圍變化的Z和負(fù)載時(shí)也能保持匹配性能。更好的優(yōu)化就是多端口同時(shí)優(yōu)化，這個(gè)我們就不細(xì)說了。
2. 功率傳遞要看電壓電流，所以用電路中的AC激勵(lì)任務(wù)。P=UI*。
3. S參數(shù)任務(wù)和AC激勵(lì)任務(wù)中都可以修改端口的負(fù)載。
