¿Por qué es cerca de la comunicación de campo (NFC) gama limitada a unos 20cm?

Question

La Comunicación de Campo cercano (NFC) opera a 13,56 MHz.

Cerca de Campo es la región situada a una distancia r << λ

λ = c/f

c = 299 792 458 m/s in the vacuum.
f = 13.56 MHz = 13.56*10^6 Hz

λ = 299.8/13.56 = 22.11 m

De esta distancia, el Reactivo Cerca de campo es comúnmente considerado como λ/2π. Para NFC, este sería 3.51 m.

Entonces, ¿dónde los 20 cm?

Answer 1

Correspondiente longitud de onda es 22.11 metros de largo, pero queremos también que emiten nuestras ondas EM en el medio ambiente. Esto significa que si tenemos un buen antena dipolo de media onda que sería necesario es de aproximadamente 11 metros de longitud, $\lambda/2$. Que es bastante grande para un dispositivo móvil.

Ok, vamos a reducir el tamaño mediante el uso de cuarto de onda de la antena como en WiFi, basado en ideas de cuarto de onda de la impedancia del transformador, y llegamos 5.53 m, $\lambda/4$, que todavía es inaceptable desde el punto de vista del tamaño.

Tal vez, deberíamos utilizar otro tipo de antena? El primer pensamiento que el uso de antenas para teléfonos inteligentes es el uso de una antena de bucle en los teléfonos de rim.

La teoría de la

Tal vez, no sólo debemos cambiar el tipo de antena, pero la idea de la emisión de datos para el medio ambiente. Y aquí viene RFID, antenas, como una especie de antenas de cuadro. Nota, NFC está totalmente basado en los avances en el área de la tecnología RFID.

Dos diferentes RFID diseño de enfoques que existen para la transferencia de energía desde el lector a la etiqueta: inducción magnética y electromagnética captura de la onda. Los dos diseños de hacer uso de estos enfoques y se llamado campo cercano y campo lejano:

Cerca de campo de RFID
Cerca de campo de RFID se utiliza la inducción magnética entre un lector y un transpondedor. Mientras que la tecnología RFID es la generación de un campo magnético en su lugar, se pasa una corriente alterna a través de una lectura de la bobina. Si una etiqueta RFID con un plato más pequeño se coloca dentro del rango de alcance del lector, la tensión alterna aparece a través de ella y el campo magnético se ve afectado por los datos almacenados en la etiqueta. El voltaje es rectificado y poderes de la etiqueta. Como se alimenta, los datos son enviados de vuelta al lector el uso de la modulación de la carga.

Campo lejano RFID
Etiquetas con el campo lejano principios operan por encima de los 100 MHz, normalmente en el >865-915 MHz rango de 2,45 GHz. Que el uso de la retrodispersión de acoplamiento principios de funcionamiento. En el campo lejano el lector de la señal es reflejada y es modulada a una corriente alterna de la diferencia de potencial con el fin de transmitir los datos. El sistema del rango está limitado por la transmisión de la energía enviada por el lector. Debido a los avances en la fabricación de semiconductores, la energía necesaria para alimentar una etiqueta continúa disminuyendo. El posible alcance máximo se incrementa La Comunicación de Campo cercano (NFC): De la Teoría a la Práctica, por Vedat Coskun

Cálculos:

Estamos interesados en campo cercano, por lo que considerar el campo magnético producido por un bucle circular de la antena:

$$ \ B_z = \mu_0*I*N*a^2/2(a^2+r^2)^{3/2} \ , $$ donde $I$- corriente, $r$-distancia desde el centro del alambre, $\mu_0$ - la permeabilidad del espacio libre y dado como $4\pi*10^7$ (Henry/metro), $a$-radio de bucle

El máximo flujo magnético que pasa a través de la etiqueta de la bobina se obtiene cuando las dos bobinas (lector de la bobina y de la etiqueta de la bobina) se colocan en paralelo con respecto a cada uno de los otros.

Un óptimo diámetro de bobina que requiere el mínimo número de amperios-vueltas para un determinado rango de lectura se puede encontrar desde la ecuación anterior como:

$$ \ NI = K*(a^2+r^2)^{3/2}/^2 \ , \ K =2*B_z/\mu_0 $$ Tomando la derivada con respecto a la radio a, $$ \ d(NI)/da = K *3/2*(a^2+r^2)^{1/2}*(2a^3) - 2a*(a^2+r^2)^{3/2}/^4 = K(a^2-2*r^2)(a^2+r^2)^{1/2}/^3 $$ la ecuación anterior se convierte en minimizada cuando: $$ \ = \sqrt{2}*r $$

El resultado indica que el óptimo bucle de radio, $a$, es 1.414 veces que la demanda de rango de lectura $r$.

En detalle se puede leer esto con ecuaciones complejas para la espiral de bucles y diferentes tamaños de bucle.

Y considerar que 20 cm rango de lectura será el rendimiento de bucle 28.8 cm, que es más aceptable para las tabletas de teléfonos.

Answer 2

Cerca de Campo de las Comunicaciones no tiene nada que ver con Cerca de Campo - alguien con un vago recuerdo de la física (o alguien buscando en la wiki) pensó que sonaba bien.

El límite de distancia es debido al chip (cuando se utiliza una tarjeta en lugar de un teléfono es alimentado de forma inductiva por el lector. Aproximadamente inductivo de alimentación funciona bien cuando el rango es comparable con el tamaño de las antenas de bobina en el lector.

ps. 20 cm es un poco optimista, que varios diámetros de antena. Un rango de 3-4cm, aproximadamente uno de diámetro, es más realista.