Parameter characterisation and automatic impedance matching of 13.56 MHz NFC antennas

ZusammenfassungDas vorliegende Paper fasst die grundlegenden Funktionen und physikalischen Parameter für kontaktlose Smartcards und NFC (Near Field Communication)-Einheiten zusammen. Die Notwendigkeit der Impedanzanpassung des Lesegeräts wird gezeigt, da die Anpassung ein wesentlicher Parameter für die Effizienz des Systems ist. Aus diesem Grund wird im ersten Schritt eine Analyse der grundlegenden Lesegerätsparameter durchgeführt. Basierend auf diesen Erkenntnissen und Ergebnissen werden ein detailliertes Konzept und eine mögliche Implementierung einer automatischen Impedanzanpassung für NFC-Antennen bei einer Frequenz von 13,56 MHz vorgestellt. Neben dem manuellen Anpassen der Impedanz und den damit verbundenen Problemen werden die benötigten Komponenten für eine automatische Impedanzanpassung vorgestellt. Ein laborgerechter Prototyp wird aufgebaut und die erfolgreiche Arbeitsweise des Systems getestet und an verschiedenen Antennen gezeigt. Schlussendlich werden die Auswirkungen des Detunings basierend auf dynamischen Effekten dargestellt und die Notwendigkeit weiterer Entwicklungen gezeigt.SummaryThe underlying paper and investigations deal with the main functionality and physical parameters of contactless smartcard and NFC (Near Field Communication) devices. The specific need of impedance matching for reader devices is pointed out in particular, as the correct matching represents a major performance indicator of the system. Therefore, in a first step, the dedicated parameters are analyzed for a reader device. Based on these insights, detailed analysis of the concept, the implementation and the verification of an automatic impedance matching circuit for NFC antennas with a frequency of 13.56 MHz is given. Besides an introduction to manual tuning and its issues, the fundamental components of an automatic tuning system are outlined. A lab-scaled prototype is built and demonstrated. Finally, the successful operation of this system is tested with several different antennas. Furthermore, the effects of detuning due to dynamic behavior are pointed out, characterizing the need for further investigations.