Desarrollo de antenas
Desarrollamos antenas magnéticas de campo cercano para tareas de acoplamiento definidas entre dispositivo y estación remota. Los factores decisivos son el volumen de trabajo deseado, el entorno de instalación y el sistema eléctrico en general. Esto crea una antena, que diseñamos junto con su adaptación y la electrónica asociada.
Las antenas magnéticas de campo cercano utilizan predominantemente acoplamiento inductivo a través del campo magnético alterno en el área de trabajo prevista. Un bucle que transporta corriente crea un flujo magnético que induce un voltaje en un segundo bucle. El acoplamiento depende de la geometría, la distancia y la orientación mutua. Por eso definimos antes del diseño en qué posiciones se debe transmitir energía o datos y qué desviaciones de posición son permitidas.
Las posibles tareas del proyecto son LF-RFID en 125 o 134,2 kHz, así como HF-RFID y NFC en 13,56 MHz. Aclararemos qué interfaz y qué requisitos estándar son relevantes en función de su producto. También consideramos acopladores inductivos específicos del cliente y áreas de campo locales definidas. La frecuencia, la potencia y la distancia de funcionamiento permitida se determinan específicamente para el proyecto.
Comparamos bucles en placas de circuito impreso, bobinados de hilo y, cuando la aplicación lo permite, estructuras con ferrita. El área del bucle, el número de espiras, la anchura y separación de los conductores y el material influyen en la inductancia, las pérdidas y las capacidades parásitas. Por tanto, el espacio disponible por sí solo no determina la geometría adecuada. La antena de la contraparte y la distribución de campo deseada también forman parte del diseño.
Las piezas metálicas, los planos de tierra, las baterías y las carcasas pueden desafinar la antena y cambiar el acoplamiento. Examinamos su posición con respecto al bucle y comprobamos si la distancia, un tendido de conductores modificado o un material de ferrita adecuado mejoran la integración. Seleccionamos ferritas para adaptarnos a la frecuencia de funcionamiento y la carga. Las pérdidas de material y, en su caso, la saturación limitan su utilidad y se tienen en cuenta en el diseño.
Un factor de calidad elevado puede favorecer el realce de resonancia, pero reduce el ancho de banda utilizable. Para la transmisión de datos, la modulación y el comportamiento transitorio también deben ser adecuados para el sistema. Por ello seleccionamos el factor de calidad en carga en función de la aplicación y consideramos la antena junto con el circuito excitador, el receptor y la contraparte.
La sintonización de resonancia, la adaptación de impedancia y, si es necesario, la amortiguación específica están coordinadas en el diseño del circuito. Tenemos en cuenta las tolerancias de los componentes, los cables de conexión y los parásitos de las placas de circuito impreso. Para sistemas estrechamente acoplados, también comprobamos cómo las diferentes distancias y condiciones de carga afectan la resonancia, la corriente y los voltajes. De este modo, un buen valor de adaptación de impedancias en cada punto de medición se complementa con la evaluación del rango de funcionamiento previsto.
Nuestro proceso de desarrollo combina consideraciones electromagnéticas con simulación de circuitos y sintonización práctica. Creamos el diseño de la antena y la red de adaptación de impedancias, construimos prototipos y medimos las propiedades eléctricas relevantes. Dependiendo de la tarea, examinamos la impedancia, la frecuencia de resonancia, el factor de calidad, el comportamiento de transmisión y el acoplamiento en posiciones representativas.
La evaluación final se realiza, si es posible, con la carcasa, la electrónica y la estación remota en la disposición prevista. Documentamos las condiciones de medición, los valores de los componentes y el rango de trabajo alcanzado. Esto permite evaluar específicamente los cambios en la mecánica, las placas de circuitos o las listas de piezas. Para el inicio del proyecto resultan especialmente útiles un croquis del espacio de instalación, información sobre los materiales vecinos, la frecuencia de funcionamiento y la interfaz, así como las distancias y orientaciones previstas.
Esto depende del tamaño de la antena, la estación remota, la frecuencia de operación, la potencia y el entorno de instalación. Por lo tanto, definimos un área de trabajo espacial con orientaciones permitidas y lo comprobamos en la estructura.
El metal influye en las pérdidas, la resonancia y la distribución del campo. Comprobamos la disposición específica y posibles medidas como distancia, cambios de geometría o ferrita. La sintonización final se lleva a cabo en el entorno de instalación previsto.
Se utiliza una sonda de campo cercano EMC para mediciones de campo local. Por el contrario, una antena de comunicación inductiva está diseñada para acoplarse a un equipo homólogo definido. La sonda de medición, el acoplador y la antena de campo lejano tienen diferentes tareas y criterios de diseño.
SU PRÓXIMO PASO
Aclaramos sus objetivos y el alcance adecuado de desarrollo.