上期我们看了两个rfid线圈的简单设置,参数扫描,以及后处理提取耦合系数k。
仿真实例094:rfid 线圈 --- 耦合系数k - 电感l方法,阻抗z方法,电路ui方法
这期我们继续用同样的模型,看看加上匹配电路后,如何获得传递功率。
1.
单端单频的快速匹配50欧姆
2.
进入电路环境:
运行宏mini match:
输入50欧姆和匹配频率,点击place lc elements in schematic生成电路:
下面我们查看匹配电路的效果,添加s参数任务:
再添加参数扫描任务,将s参数任务拖拽进参数扫描任务:
参数扫描设置:
扫描结束后查看结果,可见匹配电路是运行宏的时刻针对当时的参数进行的匹配,也就是初始z=30。当z减少很多时,匹配电路效果变差很多。
2. 单端单频的阻抗匹配 ic阻抗
以上是匹配到50欧姆,我们也可以用实际的端口阻抗,比如测量或其他仿真的s1p格式。下面我们克隆一份三维模块,继续演示:
同理,还是用宏来生成匹配50欧姆电路:
我们进入s参数任务修改端口阻抗:
我们将端口4的阻抗设置成导入文件,这个就可以是具体ic的负载阻抗。我们这里用的s1p文件阻抗约25欧姆。端口3是匹配端口。
开始扫描参数:
查看端口阻抗:
这里匹配电路的生成还是基于z=30初始值和50欧姆的,所以改动端口3和4匹配稍差一些,但也算能工作:
有了匹配电路和负载阻抗,我们就可以用上期的方法,ac任务提取耦合系数,这个就跳过了。下面我们看看传输功率,需要ac任务:
这里我们激励端口1和3,然后看端口2和4负载接收的功率:
同样扫描距离参数:
得到电压电流结果:
添加ac中的后处理任务:
端口1输入功率(mw):
端口3输入功率(mw):
端口2输出功率(mw):
端口4输出功率(mw):
注意这些功率用的电流是共轭形式。重新扫描参数,计算这些功率曲线:
这里观察这些功率的峰值变化趋势也很有用。为了简单直接,我们用后处理提取13.56mhz一个频点的功率查看。其实这里能预测到,这样的多曲线结果在一个频点的值不一定是线性的。
查看两个输入功率,虽然两个情况的匹配都是z=30最好,输入功率最高,但是注意我们的匹配电路没变,还是适合50欧姆负载的,所以用不同端口4负载时,p3输入功率曲线可以不同,峰值位置不一定和端口1的峰值位置相同。我们只是比较幸运得到了线性结果,并且两个负载情况的曲线趋势类似而已。所以,实际操作需要考虑具体负载,重新设计匹配电路。
我们再看输出功率,峰值不在z=30的匹配位置了。z<15时,功率下降就是因为匹配的性能变差(我们匹配在z=30);z>15时,功率下降是因为距离越来越远。同样道理适用于端口4的曲线;只是用不同端口4负载时,p4的输出功率曲线可以不同于下面截图,峰值位置不一定和p2的峰值位置相同。所以再次强调,实际操作需要考虑具体负载,重新设计匹配电路。
若rfid读取的最小功率要求0.3mw,加个标尺我们就能获得rfid读取的距离范围了:
小结:
1. 阻抗匹配要看s参数,所以用电路中的s参数任务。单端口窄频的匹配较容易,两个元件就好,但是性能不够优化。本案例也可使用优化器优化匹配电路,使其在大范围变化的z和负载时也能保持匹配性能。更好的优化就是多端口同时优化,这个我们就不细说了。
2. 功率传递要看电压电流,所以用电路中的ac激励任务。p=ui*。
3. s参数任务和ac激励任务中都可以修改端口的负载。
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(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)
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