前言

我从一开始(距现在超过１５ 年多) 就在ＮＦＣ 领域工作. 过去写过很多关于这个主题的文章. 目前. ＮＦＣ 在操作原理基础方面的研究已经取得了长足的进步.也出现了各种精彩纷呈的ＮＦＣ 应用软件(特别是在智能手机上). 然而. 关于ＮＦＣ特定应用的集成电路和天线(硬件) 的具体功能和秘诀的研究文献相对较少. 对物理层———空中接口———的研究依然相对很少. 我希望这本书能很好地填补这个空白.我希望弥补这个不足之处不是出于情怀. 而是因为它是一个日常的现实. 往往软件错误一经解决(理论上. 应用程序如果要正常工作. 其关键在于物理部分———开放系统互连(ＯＳＩ) 模式中的较低层次———设计者和用户经常忽视了).他们会说“一切都会正常!”. 不幸的是. 由于适用于不同应用和物理环境的多种形状因子的天线. 空中接口的通信给我们带来了需要认真考虑的问题和严酷的现实. 如果不考虑这些. 就什么也做不到. 在我的职业生涯中. 我经常说: “如果主板不工作. 无论软件怎么好. 都没什么值得夸耀”. 换句话说: “不要本末倒置!”.作为在这片神秘的“海域” 驰骋多年. 并且见证了ＮＦＣ 市场渐渐兴旺的众多公司的技术顾问. 我将本书定位为面向工程师、技术人员、学生和这个领域源源不断的新来者. 以帮助他们避免一些陷阱. 目前. 这些主题很少有现成的信息或基本技术的应用培训. 因此. 我现在向读者提供这本书. 作为本领域入门的一个引导. 以及提供有关ＮＦＣ 设备设计过程中的约束的专门知识. 我已经收集、编译和整理了一个技术数据库. 它由各种通用工业实例. 由具体和详细的实例组成.这些实例大部分来自于我公司“ｄｐ￣Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ”.本书不是关于市场营销的百科全书. 也不是关于本书主题的泛泛而谈. 而是对于技术细节和所有关于这些技术的功能和应用问题的深入检查和技术参考. 读者在阅读本书的过程中将发现. ＮＦＣ 的应用领域非常宽广. 从无纸化数据交换到安全支付. 这些应用由便携设备(比如手机和相机等等) 控制. 也可以应用在芯片卡、电视或汽车上. 因此. 我们需要考虑大量的“形状因子”、外部环境等问题. 这些问题导致了一系列和天线相关的技术问题.此外. 为了不妨碍读者理解本书提到的设备. 我已经做了最大努力让这本书尽可能清晰和有条理性. 这样就可以立刻看到重点. 以及相关的理论、技术、经　　Ⅵ　　ＮＦＣ 设备设计宝典: 天线篇济因素等方面的内容.现在. 我希望读者会发现这本书很有趣并且很有用. 最重要的是. 享受它.因为它是献给你们的(不是我). 如果有任何疑问. 欢迎读者随时通过电子邮件联系我. 提出关于本书内容和形式的任何评论、问题(当然. 这些评论应该是建设性的). 

序言

NFC (Near Field Communication)，是一种近距离无线通信技术，与其他近距离通信技术相比，NFC具有独特的安全优势和快速接入能力，填补了Wifi、蓝牙等其他无线技术的使用场景空白。尽管NFC并非是一个新技术，但由于过去NFC应用使用场景比较少，因此大众对它的认知率并不高。

随着Apple Pay、三星Pay、华为Pay、小米Pay等手机NFC支付方式的逐步普及，移动支付的飞速发展正带动NFC技术开始一个新的应用热潮。但当智能手机、智能手环等多种形状和材质的设备上附加NFC功能时，导致NFC设备和天线的工作电磁环境更为复杂，如何设计NFC设备和天线成为工程设计人员面临的难题。译者作为高校教师，同时作为较早接触NFC技术、开发NFC应用的科技研究人员，对系统介绍NFC设备和天线设计规范和原则方面中文资料的需求和匮乏有深刻的体会，因此，我们选择了两本系统介绍NFC概念、原理、技术约束及规定的原文书，进行翻译出版，希望为NFC工程设计人员提供较为准确、全面的NFC设备和天线设计知识。

原书的作者Dominique Paret，在NFC领域工作近20年，写过很多关于这个主题的文章，在国内翻译出版的有《超高频射频识别原理与应用》等书，在射频通信领域是理论与应用结合的专家。本书的原著《Design Constraints for NFCDevices》和《Antenna Designs for NFCDevices》是作者2016年的最新力作，对NFC特定应用的集成电路和天线（硬件）的具体功能进行详细、系统的描述，填补了对NFC物理层——空中接口的研究的空白。

书中除介绍NFC基本概念和NFC设备运行原理外，还收集、编译、和整理了一个技术数据库,它由各种通用工业实例，以及具体和详细的“NFC设备设计以及相关知识”的实例组成，全书叙述由浅及深，由结构、实例入手，讲述设计NFC设备需要遵循的约束，适合工程技术人员、教师、学生等NFC领域的研究者阅读，可以作为NFC基本技术和应用培训教材，也可以作为有关NFC设备设计过程中的约束的专门手册。

《Design Constraints for NFCDevices》——《NFC设备的设计约束》，描述设计NFC相关设备时需要遵循的标准、规则和约束。书中共分四部分，第一部分，囊括了很多关键的技术问题，对于了解当前NFC设备的应用问题，是非常重要的。该部分从讲述NFC运行原理开始，继而描述 NFC元件结构，给出设计时适用的结构规范约束，主要是NFC射频级设计、天线设计及与之直接关联的连接问题；第二部分，将NFC应用进行分类，按照分类介绍其成果及相应的满足应用目标需要的设计约束；第三部分，阐述了设计NFC设备及其天线的框架和背景，描述与NFC规范和标准（ISO、NFC Forum、EMV等）内容存在直接和间接相关的结构约束、各种应用的功能约束，以及对这些约束的处理方法。第四部分，介绍专门讨论NFC系统及其天线的测量和测试的约束，讨论各种NFC特定组件（天线，线圈等）的值和特性的测量的约束，以及符合标准的产品的主要约束的一致性测试。

《Antenna Designs for NFC Devices》——《NFC设备的天线设计》讲述NFC设备的天线设计的约束，书中按照NFC天线的组成结构及通信原理讲述各部分的约束规则。书中首先回顾NFC设备天线设计的约束条件（第一章），介绍NFC内部原理（第二章），然后重点介绍NFC天线的组成结构的约束规则，包括发送者天线（第三章）、接收者和标签的天线（第五章）、发送者-接收者天线对及其耦合（第七章）、发送者-接收者天线对和负载效应（第八章），中间适时给出应用实例，包括发起者天线的应用实例（第四章），发送者、接收者天线设计的详细示例（第六章），并在最后给出“如何进行一个NFC项目”一节，指导读者展开实际应用。

NFC中文译著比较少，本书翻译过程中面临的一个困难是，有很多专业名词是否翻译，如何进行中文翻译，译者进行了仔细斟酌，但仍难免有疏漏之处，如读者发现任何不理想之处，望能不吝赐教，我们将在再版时予以纠正。

特别感谢冯钒、刘亚辉、闫萌、朱翀、陶竞虹等为本书翻译所做的工作。

机械工业出版社对本书的出版予以高度重视，感谢吕潇编辑日夜工作，指出了很多问题，提出了很多宝贵建议，提高了本译著的质量。本书出版付印过程中参与服务的还有多位台前幕后的工作人员。对此予以特别感谢！

译者

NFC(Near Field Communication)，是一种近距离无线通信技术，与其他近距离通信技术相比，NFC具有独特的安全优势和快速接入能力，填补了Wifi、蓝牙等其他无线技术的使用场景空白。随着Apple Pay、三星Pay、华为Pay、小米Pay等手机NFC支付方式的逐步普及，移动支付的飞速发展正带动NFC技术开始一个新的应用热潮。我们选择了两本系统介绍NFC概念、原理、技术约束及规定的书籍，希望为NFC工程设计人员提供较为准确、全面的NFC设备和天线设计知识，避免一些设计陷井。

除介绍NFC基本概念和NFC设备运行原理外，还收集、编译、和整理了一个技术数据库,它由各种通用工业实例，以及具体和详细的“NFC设备设计以及相关知识”的实例组成，可以作为NFC基本技术和应用培训教材，也可以作为有关NFC设备设计过程中的约束的专门手册。

天线是近场通信（NFC）设备中的关键部件。《NFC设备设计宝典（天线篇）》从理论和实践的角度，对NFC设备不同种类天线的设计技术从标准层面到实际匹配层面都进行了详细讲解，并给出了大量实用数据，对于NFC设备的研发设计与调试有较强的指导意义。《NFC设备设计宝典（天线篇）》适合从事NFC设备的设计、研发和制造的专业人士阅读，也可作为高校电子工程专业师生的参考书。

译者序
原书前言

第1部分 背景
第1章 回顾NFC设备天线设计的约束条件
1．1 规范性约束
1．1．1 从发起者到接收者的上行链路
1．1．2 从接收者到发起者的下行链路
1．1．3 非接触式标准与NFC设备天线
1．1．4 技术
1．1．5 “NFCForum设备”和“NFCForum标签”
1．1．6 NFCForum设备通信的“模式”
1．1．7 NFCForum设备的角色
1．1．8 注意虚假广告
1．2 监管约束
1．2．1 RF法规
1．3 NFC市场的规范
1．4 NFC技术规范
1．4．1 应用成果及其直接约束
1．5 天线设计应用约束

第2章 NFC内部原理的介绍和概述
2．1 “非接触式”的物理基础与
2．1．1 传播和辐射的现象
2．1．2 场与空间区域的分类
2．1．3 空间区域
2．1．4 远场：r>>λ/2π（Fraunhofer区
2．1．5 中场：r≈λ（Fresnel区
2．1．6 近场：r<<λ/2π（Rayleigh区）和NFC的起点
2．1．7 非接触式．RFID和NFC应用的注释说明
2．2 NFC的概念
2．2．1 BiotˉSavart定律
2．2．2 圆形天线轴上一点的场
2．2．3 作为“d”一个函数的场H的衰减
2．2．4 矩形天线的轴上一点的场

第2部分 NFC设备天线的方案与设计

第3章 发起者天线：具体计算
3．1 介绍
3．1．1 这里有一些发起者：还有一些发起者
3．2 发起者天线的设计（不考虑外部环境的影响）
3．2．1 操作模式
3．2．2 扼要概述
3．2．3 集成电路的选择
3．2．4 法律约束方面与EMC污染
3．2．5 EMC滤波
3．2．6 接收者的选择和其阈值H_th
3．2．7 发起者天线的电感值的确定
3．2．8 简单天线
3．2．9 天线阻抗匹配电路
3．2．10 计算发起者天线线圈中的电流
3．2．11 总结和举例
3．2．12 模拟
3．2．13 天线辐射场H的值
3．2．14 工作距离的计算与取值
3．3 发起者天线的最大品质因数质量系数
3．3．1 Q和场的截止
3．3．2 在ISO字段
3．3．3 在应用中测量
3．3．4 应用中带宽的测量
3．4 关于发起者过程的简要手册

第4章 发起者天线的应用实例
4．1 大天线
4．1．1 在“卡仿真ˉ有电池”模式下与单NFC设备通信
4．1．2 在“标签ˉ无电池”模式下与多个NFC设备通信
4．2 单设备中的大天线
4．2．1 接收者的机械格式
4．2．2 “形状因子”和接收者的天线尺寸
4．2．3 操作时需要的应用距离
4．2．4 估计由于距离或工作范围所产生的“负载效应”
4．2．5 环境（铜？铁氧体？电池等）
4．2．6 说明我们建议的几个措施
4．2．7 接收者必要的H_d场
4．2．8 发起者的天线级创建所必需的
4．2．9 功率
4．2．10 场H．必须由特定接收者的发起者生成
4．2．11 发起者的定义：读取器“着陆区域”的格式（放置接收者的区域）
4．2．12 应用“系统”注意事项
4．2．13 直接驱动天线的商用集成电路
4．2．14 booster放大器
4．2．15 逆调制值的问题
4．3 多天线中的大型天线
4．3．1 同步模式（暂时非复用
4．3．2 暂时多路复用模式
4．4 多设备中的大型天线
4．5 发起者的其他示例

第5章 接收者和标签的天线：详细计算
5．1 简介：接收者
5．2 NFCForum标签
5．2．1 “技术子集”
5．3 天线接收者/标签问题介绍
5．3．1 接收者/标签的调谐
5．3．2 电感
5．3．3 电容
5．3．4 应用领域和额外功能的使用
5．4 最好的天线尺寸
5．4．1 接收者天线的尺寸
5．4．2 ISO接收天线类别的应用示例
5．5 NFC接收者和标签的工艺特性
5．5．1 NFC接收者使用的集成电路数据规范
5．5．2 外置电容的数据规范
5．5．3 天线技术的工业数据规范
5．5．4 技术要点
5．5．5 保证无线供电的接收者的天线线圈最小数量的估算

第6章 接收者天线设计的详细示例
6．1 小天线的情况
6．1．1 4&middot;5&middot;6类或相近的示例
6．1．2 5类天线设计示例
6．1．3 举例
6．1．4 6类天线的设计示例
6．2 非常小的天线的情况
6．2．1 11&middot;12&middot;13类天线的设计示例
6．3 大型NFC天线或标签：A4格式
6．3．1 在马拉松和铁人三项运动中应用NFC号码比赛服
6．3．2 NFC标签的技术特性
6．4 特别大的天线的情况：A3格式天线
6．4．1 大型天线的内容与技术框架
6．4．2 传统概念
6．4．3 4天线网络示例
6．4．4 等式的简化

第7章 发起者—接收者天线对及其耦合
7．1 电路与耦合
7．1．1 互感
7．1．2 完全互感
7．1．3 不完全的互感
7．1．4 耦合系数
7．2 通过互感耦合的调谐电路
7．2．1 为什么说“几乎”
7．2．2 耦合指数
7．2．3 小结
7．3 调谐到相同频率的同相耦合电路
7．3．1 转换函数
7．3．2 转移系数
7．3．3 主要参数总结
7．3．4 当频率临近谐振频率的操作

第8章 发起者—接收者耦合和负载效应
8．1 由耦合所导致的负载效应
8．2 耦合调谐天线的主电流
8．2．1 发起者．无负载（磁场中不存在接收者）
8．2．2 发起者磁场中存在负载（接收者）的情况
8．2．3 环境因素对R2的影响
8．3 一些改进想法
8．4 负载效应
8．4．1 定义和解释
8．4．2 负载效应中涉及的参数
8．4．3 工作距离的变化以及因此产生的耦合情况的变化
8．4．4 磁耦合及其后果
8．4．5 发起者的要求：对接收者远程供电的电源的负载效应
8．4．6 发射磁场的质量
8．4．7 耦合系数和负载效应的例子
8．4．8 NFC中的分流电路
8．5 如何进行一个NFC项目

总结
参考文献