·EMC材料应用·
吸波材料在NFC天线领域的应用
ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＡｂｓｏｒｂｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｉｎＮＦＣＡｎｔｅｎｎａＦｉｅｌｄ
电子科技大学
李维佳
梁迪飞
谢建良
杨宏伟
关梦然张楠
邓龙江
摘要
介绍了ＮＦＣ系统的读写原理及金属环境使该系统工作失效的原因，并且应用ＨＦＳＳ对系统场分布进行了辅助验证。针对系统的失效原因，提出在金属下方加入吸波材料，使用相应的吸波材料参数在ＨＦＳＳ软件
中进行仿真验证。结果表明：
加入吸波材料可以使ＮＦＣ系统工作于金属环境下。关键词
近场通信；金属环境；吸波材料Abstract
Ｔｈｅｋｅｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｎｅａｒｆｉｅｌｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＮＦＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆＮＦＣｓｙｓｔｅｍｄｉｓａｂｌｅｄｏｎｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｗｈｉｃｈａｒｅｐｒｏｖｅｄｂｙＨＦＳＳｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ａｎｅｗｗａｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｒｅｓｔｏｒｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ，ｗｈｏｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｐｒｏｖｅｄｂｙＨＦＳＳｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｓｏ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓｔｈｅｓｅｔｙｐｅｓｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｍａｋｅＮＦＣｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋａｇａｉｎｉｎｍｅｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．
Keywords
ＮＦＣ；ｍｅｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ
引言
手持设备中的接收天线无法耦合到足够能量，更无法读随着物联网概念逐步走向普及，物联网关键组成技写发射机发出的有效信号［１］。本文主要介绍吸波材料改善术的射频身份识别（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）ＮＦＣ标签天线在金属环境下读写能力的基本原理，加入技术越来越受到人们的关注。中心频率在１３．５６ＭＨｚ的的汲波材料是由电子科技大学与成都佳驰电子科技有限ＲＦＩＤ技术已经广泛在生活中使用，主要应用于近距离信公司共同研发的。
息读写，并且发展出另外一个分支：近场通讯（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＮＦＣ）技术，信息读取方式与中心频率1NFC通信原理
１３．５６ＭＨｚ的ＲＦＩＤ技术基本相同。ＮＦＣ技术是一种短ＮＦＣ系统可以有两种工作模式：主动模式（Ａｃｔｉｖｅ）和
距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非被动模式（Ｐａｓｓｉｖｅ），天线系统震荡频率为１３．５６ＭＨｚ。本文接触式点对点数据传输（在１０ｃｍ内）。ＮＦＣ技术最早所述发射机及目标设备工作于被动模式，其工作原理如由Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｎｏｋｉａ和Ｓｏｎｙ主推，由于近场通讯具有天然图１所示。
的安全性，因此，ＮＦＣ技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。ＮＦＣ技术现在已经小范围应用于移动手持设备支付领域，以其较高的读写速度（依据ＩＳＯ１８０９２标准，根据应答模式的不同，传输速率分别能达到１０６ｋｂ／ｓ，２１２ｋｂ／ｓ和４２４ｋｂ／ｓ）、较高的保密性、方便携带等特性，备受金融领域及移动通信领域关注。
中心频率在１３．５６ＭＨｚ的ＮＦＣ设备使用平面环形图1被动模式下NFC
设备通讯原理
金属天线作为收发天线进行能量的输送及数据的读取。在自由空间中，ＮＦＣ标签（目标设备）中的环状金属天线工作于被动模式的ＮＦＣ系统，发射机产生一个载频可以轻松耦合到ＮＦＣ发射设备发出的磁场能量及信息，为１３．５６ＭＨｚ的载波信号，数据信号对载波信号进行幅使用方式类似在生活中成熟应用的公交卡系统。但是如度调制（ＡＳＫ）调制，由发射天线发出ＡＳＫ调制信号。当果将ＮＦＣ标签系统集成于移动手持设备中（例如手机、接收天线进入发射天线形成的磁场信号场区，进行磁场ＰＤＡ、平板电脑等手持设备），则会遇到复杂的金属环境，耦合读取信号，并对发射信号进行电阻负载调制（以改变金属环境对发射机发出的信号产生严重干扰，使集成于
电阻的方式改变Ｑ值，对载波信号进行幅度调制），经接
2012年第5期安全与电磁兼容
73
·MATERIALAPPLICATIONINEMC·
收系统电阻负载调制后的信号被发射机接收，完成发射机与标签天线之间的通讯。
图３中，（ａ）为接收天线附近没有金属平面时所耦合到的磁场，（ｂ）为接收天线上方０．２ｍｍ处存在金属平面时所耦合到的磁场，箭头方向代表磁场方向。如果接收天线置于金属表面附近，将产生不利影响。因为金属表面附近磁场平行于金属表面，则没有足够的纵向磁通量穿过接收天线，接收天线无法获得足够的纵向磁通，也就无法产生足够的电压使ＮＦＣ芯片工作，导致接收系统失效。总体上归结为金属边界环境使环形天线能够感应及产生的磁场变小。
2金属环境对接收天线区域空间磁场的影响
如果接收天线（标签天线）附近存在金属环境，例
如天线置于手机当中，手机电路板临近接收天线形成金属环境。根据电磁场理论可知，金属边界条件下，磁场平行于金属表面。金属表面这样的磁场环境使接收天线无法耦合到足够的纵向磁通，即无法产生足够的感生电动势［２］。使用ＡＮＳＯＦＴ公司ＨＦＳＳ仿真软件依据市场已使用的ＮＦＣ设备进行建模仿真，如图２所示。采用一种使用时的理想情况进行建模，发射设备及接收设备使用环状平面天线。接收设备天线平行放置于发射设备天线正上方，接收及发射天线中心线重合。图中下方较小的环形天线为发射设备天线，负责产生一个频率为１３．５６ＭＨｚ的空间磁场；上方较大的天线为接收设备天线，负责耦合磁场信号。
3吸波材料对接收天线区域空间磁场的改善
由上面仿真结果与理论分析可知。金属环境对标签
天线的主要影响是空间场没有足够的纵向磁通量穿过标签天线。由理想介质表面边界条件可知，磁场穿过磁导率不同的介质分界面时，会产生方向偏折，偏折角度由分界面两侧介质磁导率决定，可由式（１）计算：
ｔａｎθ１μ１
＝２２
夹角；μ１，μ２代表分界面两侧介质磁导率。
如果在标签天线与金属间加入高磁导率吸波材料，空间磁场在空气与吸波材料分界面处产生偏折，因为天线与金属间放置了一层很薄的高磁导率吸波材料，吸波材料内部磁场近似平行于吸波材料与空气分界面，所以吸波材磁性材料处ｔａｎθ可近似看做为一个定值。这样，料下方磁场偏折角度就取决于吸波材料磁导率的大小，磁导率越大，吸波材料下方磁场与分界面法线夹角越小，则通过接收天线的纵向磁通量越大。
根据上面的理论分析，制作出一种磁导率实部为１２０、虚部为０．５、厚度为０．１ｍｍ的铁氧体吸波材料和一种磁导率实部为３５、虚部为３、厚度为０．３ｍｍ的金属软磁吸波材料。将这两种材料置于天线与金属平面之间，达到削弱金属涡流影响的目的。铁氧体吸波材料磁谱如图
（１）
式（１）中，θ１，θ２代表介质分界面两侧磁场与分界面法线
74
图2使用HFSS
软件建模仿真
如果图２中接收天线上方０．２ｍｍ处存在一个无限大金属平面，则会对发射天线在接收天线区域产生的磁场方向产生较大影响，从而改变接收天线所耦合到的纵向磁通量。为了方便描述，在图３中给出接收天线区下方侧视剖面图，以对比接收天线在自由空间中和上方存在金属两种情况下，空间磁场的方向变化情况。
（a）
（b）
图3天线表面处磁场仿真图图4
铁氧体吸波材料磁谱
SAFETY&EMCNo.52012
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４所示。金属软磁吸波材料磁谱如图５所示，测试频段分别为１ＭＨｚ～１ＧＨｚ和１０ＭＨｚ～１ＧＨｚ，测试仪器为ＡｇｉｌｅｎｔＲＦＩｍｐｅｄａｎｃｅ／ＭａｔｅｒｉａｌＡｎａｌｙｚｅｒＥ４９９１Ａ。
图7使用矢量网络分析仪实测环状接收天线的Smith
图
为使用Ａｇｉｌｅｎｔ公司矢量网络分析仪实测接收天线自由
图5
金属软磁吸波材料磁谱
空间中的Ｓｍｉｔｈ图，测试频点为１３．５６ＭＨｚ。
表１为接收天线与金属间加入不同吸波材料后，天采用制作材料的参数进行建模，对空间磁场进行仿线电感值的情况。可以看出，加入磁导率较高的吸波材料真。天线与金属平面间加入铁氧体吸波材料后的空间磁可以使天线的电感值得到较大的提升。但如果是在事先场与加入金属软磁吸波材料后的空间磁场的对比如图６设计好匹配网络的情况下，采用加入吸波材料的方法使所示。图６中，
（ａ）为天线与金属间加入铁氧体吸波材料天线可工作于金属表面，就要考虑到天线表面加入吸波时的磁场图，（ｂ）为天线与金属间加入金属软磁吸波材料材料后，对天线电感值还原效果的影响，因为过大地提升时的磁场图。可以看出，吸波材料下方磁场不再平行于金天线电感也会破坏已经设计好的匹配网络。所以，对加入属，空间磁场得到有效的还原，保证足够的纵向磁通穿过吸波材料的参数选取还需要综合考虑。
接收天线，产生足够的感生电动势，使接收天线恢复工表1
天线附近放置不同材料时电感电阻的比较作。从仿真图对比可以看出，吸波材料磁导率实部越高，吸波材料下方磁场偏折角越小。
天线放
天线背金属板与金属板与天线天线状态
置于自面放置天线间加间加入金属软由空间金属板入铁氧体吸波材料磁吸波材料
电感值/μH
8.9951
1.7576
13.933
9.148
（a）
表２为实测标签自由空间读写距离与存在金属环境读写距离及加入不同材料（包括日本某公司生产的一种用于该领域的材料及韩国某公司生产的一种用于该领域
（b
）的材料）读写距离的比较
。
图6金属下方加入不用材料后天线表面磁场仿真图
表2
标签天线加入不同环境时的读写距离
天线状态读写距离/mm
4吸波材料对接收天线的影响
天线放置于自由空间62金属环境对天线的影响另外一方面是使其电感明显
减小。当接收天线反馈信号时，发出的磁场遇到金属表天线背面放置金属板
0面，金属表面产生涡流效应，产生一个反相磁场，与发射金属板与天线间加入铁氧体吸波材料
50场相抵消，使接收天线电感值急剧减小，导致接收系统失金属板与天线间加入金属软磁吸波材料
41效。标签天线与金属板间加入吸波材料后，天线电感值得金属板与天线间加入日本某公司材料49到恢复且略有增加，接收系统可以恢复读写。天线电感测金属板与天线间加入韩国某公司材料
51试仪器为ＡｇｉｌｅｎｔＰＮＡ－ＬＮｅｔｗｏｒｋＡｎａｌｙｚｅｒＮ５２３０Ａ。图７
（下转第78页）
2012年第5期
安全与电磁兼容
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此外，按照ＳＪ／Ｔ１０６７４－１９９５《涂料涂覆通用技术条件》对屏蔽涂料的物理性能指标进行了测试，其中，附着耐湿热性和耐水性达到２级标准，耐温度变化、盐雾、性、
耐腐蚀性达到合格标准。
含镀锡镍玻璃纤维的新型屏蔽涂料成本低廉、工艺简便、设备简单、施工方便灵活。随着人们电磁环境保护意识的增强和国家对电磁辐射污染综合治理工作的加强，含镀锡镍玻璃纤维的新型屏蔽涂料的市场前景会越来越广阔，其经济效益和社会效益也会越来越显著。
3电磁屏蔽涂料的主要特点和用途
３．１主要特点
（１）涂料在宽频区域对电磁波有良好的屏蔽作用，在３００ｋＨｚ￣１．５ＧＨｚ范围内，其电磁波屏蔽效能可达３５．０８２￣４１．９２４ｄＢ。
（２）与常用电磁波屏蔽涂料（如镍基电磁波屏蔽涂料等）相比，每平方米电磁波屏蔽涂层的价格可降低１０％￣３０％。
（３）涂料的配制、施工、干燥和固化均可在常温或较低温度下进行，节约能源。
（４）涂料的制备方法简单、易于操作，完全使用常规设备，投资不大，风险较小，利于推广。３．２主要用途
（１）抑制电磁干扰（ＥＭＩ）有利于实现ＣＣＣ认证［７］：用含镀锡镍玻璃纤维的新型电磁波屏蔽涂料对电子电气设备外壳进行涂刷，可降低电子电气设备的电磁波辐射强度，抑制电磁干扰，提高电子电气产品的ＥＭＣ性能。
（２）防止电磁信息泄密，有利于实现电磁信息的安全防护：计算机的显示器、主机、打印机和电源线传导等
［７］
参考文献
[1]
管登高，孙传敏，孙遥，等.加强电磁环境保护,提高城市电磁兼容水平[J].电讯技术,2011,51(4):120-125.
[2]张林昌.电磁干扰的危害[J].安全与电磁兼容,2001(1)：1-5.[3]管登高,孙传敏,孙遥，等.化学镀制备电磁屏蔽用导电复
合填料的研究进展[J].材料导报,2011,25(4):28-32.[4]
管登高，孙传敏，林金辉，等.玻璃纤维表面化学镀锡镍配[1**********]43[P].2010-02-08.方及工艺：中国，[5]中国电子标准化研究所.SJ20524-1995
材料屏蔽效能的
测量方法[S].北京：中国标准出版社，1995.
[6]电子工业部标准化研究所,738厂,785厂.SJ/T10674-1995
涂料涂覆通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，1995.[7]
管登高,孙传敏,孙遥,等.一种新型电磁屏蔽复合涂料的研制[J].安全与电磁兼容,2010(1)：64-65,68.
编辑：王淑华Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈ＠ｃｅｓｉ．ａｃ．ｃｎ
78
（上接第75页）
5结论
由实验及仿真结果可以看出，加入吸波材料后，接收
可将有用信息以电磁波辐射形式泄漏出去。为了提高电子电气产品的防电磁信息泄密性能，除了配置视频信息保护机（干扰器）和采用Ｔｅｍｐｅｓｔ技术制造的低辐射设备外，用含镀锡镍玻璃纤维的新型电磁波屏蔽涂料建造电磁屏蔽室，可防止电磁信息泄密，有利于实现电磁信息的安全防护。
（３）改善电磁环境，有利于实现电磁环境污染的综合治理：借鉴国内外屏蔽、接地与滤波电磁辐射污染防
［７］
天线在金属环境下可以恢复读写，读写距离有小幅下降。吸波材料的磁导率实部越高，对发射天线产生的空间磁场还原越好，越有利于接收天线接收信号，但过大的磁导率也会使接收天线系统谐振频率产生较大的偏移，不利于接收天线反馈信号，所以吸波材料的设计要根据实际使用情况而定。仿真结果及实际试验说明我们所设计的吸波材料可以使ＮＦＣ天线集成于复杂金属环境的手持设备中并正常工作。
参考文献
[1]
HailongZhu,ShengliLai,HongyueDai.WICOM2007：So－lutionsofMetalSurfaceEffectforHFRFIDSystems[C].
治的最新研究成果，比如，将含镀锡镍玻璃纤维的新型电磁波屏蔽涂料用于建造城市绿色生态住宅小区，将老百姓的家园建设成为预防电磁辐射污染的生活乐园，可改善电磁环境，有利于实现电磁环境污染的综合治理。
4结语
含镀锡镍玻璃纤维的新型屏蔽涂料是一种多组分混
[2]
Shanghai：IEEEConferenceandCustomPublishingDepart－ment,2007.
MichaelGebhart,RolandNeubauer,MichaelStark,etal..3rdInternationalWorkshoponNearFieldCommunication,22Feb2011.:Designof13.56MHzSmartcardStickerswithFerriteforPaymentandAuthentication[C].HagenbergAustria：IEEE2011.ComputerSociety，
编辑：王淑华Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈ＠ｃｅｓｉ．ａｃ．ｃｎ
合而成的复合材料，各组分之间存在一定的比重偏差，在存放中还有一定的沉降现象；此外，由于有机溶剂在自然条件下会有一定的挥发，该涂料在施工使用中有时还需要添加稀释剂调节其粘度。为此，本课题组拟进一步加大研究力度，着力解决电磁波屏蔽复合材料领域的这两个共性难题。
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吸波材料在NFC天线领域的应用
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电子科技大学
李维佳
梁迪飞
谢建良
杨宏伟
关梦然张楠
邓龙江
摘要
介绍了ＮＦＣ系统的读写原理及金属环境使该系统工作失效的原因，并且应用ＨＦＳＳ对系统场分布进行了辅助验证。针对系统的失效原因，提出在金属下方加入吸波材料，使用相应的吸波材料参数在ＨＦＳＳ软件
中进行仿真验证。结果表明：
加入吸波材料可以使ＮＦＣ系统工作于金属环境下。关键词
近场通信；金属环境；吸波材料Abstract
Ｔｈｅｋｅｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｎｅａｒｆｉｅｌｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＮＦＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆＮＦＣｓｙｓｔｅｍｄｉｓａｂｌｅｄｏｎｍｅｔａｌｓｕｒｆａｃｅａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｗｈｉｃｈａｒｅｐｒｏｖｅｄｂｙＨＦＳＳｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ａｎｅｗｗａｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｒｅｓｔｏｒｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ，ｗｈｏｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｐｒｏｖｅｄｂｙＨＦＳＳｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｓｏ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓｔｈｅｓｅｔｙｐｅｓｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｍａｋｅＮＦＣｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋａｇａｉｎｉｎｍｅｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．
Keywords
ＮＦＣ；ｍｅｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ
引言
手持设备中的接收天线无法耦合到足够能量，更无法读随着物联网概念逐步走向普及，物联网关键组成技写发射机发出的有效信号［１］。本文主要介绍吸波材料改善术的射频身份识别（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）ＮＦＣ标签天线在金属环境下读写能力的基本原理，加入技术越来越受到人们的关注。中心频率在１３．５６ＭＨｚ的的汲波材料是由电子科技大学与成都佳驰电子科技有限ＲＦＩＤ技术已经广泛在生活中使用，主要应用于近距离信公司共同研发的。
息读写，并且发展出另外一个分支：近场通讯（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＮＦＣ）技术，信息读取方式与中心频率1NFC通信原理
１３．５６ＭＨｚ的ＲＦＩＤ技术基本相同。ＮＦＣ技术是一种短ＮＦＣ系统可以有两种工作模式：主动模式（Ａｃｔｉｖｅ）和
距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非被动模式（Ｐａｓｓｉｖｅ），天线系统震荡频率为１３．５６ＭＨｚ。本文接触式点对点数据传输（在１０ｃｍ内）。ＮＦＣ技术最早所述发射机及目标设备工作于被动模式，其工作原理如由Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｎｏｋｉａ和Ｓｏｎｙ主推，由于近场通讯具有天然图１所示。
的安全性，因此，ＮＦＣ技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。ＮＦＣ技术现在已经小范围应用于移动手持设备支付领域，以其较高的读写速度（依据ＩＳＯ１８０９２标准，根据应答模式的不同，传输速率分别能达到１０６ｋｂ／ｓ，２１２ｋｂ／ｓ和４２４ｋｂ／ｓ）、较高的保密性、方便携带等特性，备受金融领域及移动通信领域关注。
中心频率在１３．５６ＭＨｚ的ＮＦＣ设备使用平面环形图1被动模式下NFC
设备通讯原理
金属天线作为收发天线进行能量的输送及数据的读取。在自由空间中，ＮＦＣ标签（目标设备）中的环状金属天线工作于被动模式的ＮＦＣ系统，发射机产生一个载频可以轻松耦合到ＮＦＣ发射设备发出的磁场能量及信息，为１３．５６ＭＨｚ的载波信号，数据信号对载波信号进行幅使用方式类似在生活中成熟应用的公交卡系统。但是如度调制（ＡＳＫ）调制，由发射天线发出ＡＳＫ调制信号。当果将ＮＦＣ标签系统集成于移动手持设备中（例如手机、接收天线进入发射天线形成的磁场信号场区，进行磁场ＰＤＡ、平板电脑等手持设备），则会遇到复杂的金属环境，耦合读取信号，并对发射信号进行电阻负载调制（以改变金属环境对发射机发出的信号产生严重干扰，使集成于
电阻的方式改变Ｑ值，对载波信号进行幅度调制），经接
2012年第5期安全与电磁兼容
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收系统电阻负载调制后的信号被发射机接收，完成发射机与标签天线之间的通讯。
图３中，（ａ）为接收天线附近没有金属平面时所耦合到的磁场，（ｂ）为接收天线上方０．２ｍｍ处存在金属平面时所耦合到的磁场，箭头方向代表磁场方向。如果接收天线置于金属表面附近，将产生不利影响。因为金属表面附近磁场平行于金属表面，则没有足够的纵向磁通量穿过接收天线，接收天线无法获得足够的纵向磁通，也就无法产生足够的电压使ＮＦＣ芯片工作，导致接收系统失效。总体上归结为金属边界环境使环形天线能够感应及产生的磁场变小。
2金属环境对接收天线区域空间磁场的影响
如果接收天线（标签天线）附近存在金属环境，例
如天线置于手机当中，手机电路板临近接收天线形成金属环境。根据电磁场理论可知，金属边界条件下，磁场平行于金属表面。金属表面这样的磁场环境使接收天线无法耦合到足够的纵向磁通，即无法产生足够的感生电动势［２］。使用ＡＮＳＯＦＴ公司ＨＦＳＳ仿真软件依据市场已使用的ＮＦＣ设备进行建模仿真，如图２所示。采用一种使用时的理想情况进行建模，发射设备及接收设备使用环状平面天线。接收设备天线平行放置于发射设备天线正上方，接收及发射天线中心线重合。图中下方较小的环形天线为发射设备天线，负责产生一个频率为１３．５６ＭＨｚ的空间磁场；上方较大的天线为接收设备天线，负责耦合磁场信号。
3吸波材料对接收天线区域空间磁场的改善
由上面仿真结果与理论分析可知。金属环境对标签
天线的主要影响是空间场没有足够的纵向磁通量穿过标签天线。由理想介质表面边界条件可知，磁场穿过磁导率不同的介质分界面时，会产生方向偏折，偏折角度由分界面两侧介质磁导率决定，可由式（１）计算：
ｔａｎθ１μ１
＝２２
夹角；μ１，μ２代表分界面两侧介质磁导率。
如果在标签天线与金属间加入高磁导率吸波材料，空间磁场在空气与吸波材料分界面处产生偏折，因为天线与金属间放置了一层很薄的高磁导率吸波材料，吸波材料内部磁场近似平行于吸波材料与空气分界面，所以吸波材磁性材料处ｔａｎθ可近似看做为一个定值。这样，料下方磁场偏折角度就取决于吸波材料磁导率的大小，磁导率越大，吸波材料下方磁场与分界面法线夹角越小，则通过接收天线的纵向磁通量越大。
根据上面的理论分析，制作出一种磁导率实部为１２０、虚部为０．５、厚度为０．１ｍｍ的铁氧体吸波材料和一种磁导率实部为３５、虚部为３、厚度为０．３ｍｍ的金属软磁吸波材料。将这两种材料置于天线与金属平面之间，达到削弱金属涡流影响的目的。铁氧体吸波材料磁谱如图
（１）
式（１）中，θ１，θ２代表介质分界面两侧磁场与分界面法线
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图2使用HFSS
软件建模仿真
如果图２中接收天线上方０．２ｍｍ处存在一个无限大金属平面，则会对发射天线在接收天线区域产生的磁场方向产生较大影响，从而改变接收天线所耦合到的纵向磁通量。为了方便描述，在图３中给出接收天线区下方侧视剖面图，以对比接收天线在自由空间中和上方存在金属两种情况下，空间磁场的方向变化情况。
（a）
（b）
图3天线表面处磁场仿真图图4
铁氧体吸波材料磁谱
SAFETY&EMCNo.52012
·EMC材料应用·
４所示。金属软磁吸波材料磁谱如图５所示，测试频段分别为１ＭＨｚ～１ＧＨｚ和１０ＭＨｚ～１ＧＨｚ，测试仪器为ＡｇｉｌｅｎｔＲＦＩｍｐｅｄａｎｃｅ／ＭａｔｅｒｉａｌＡｎａｌｙｚｅｒＥ４９９１Ａ。
图7使用矢量网络分析仪实测环状接收天线的Smith
图
为使用Ａｇｉｌｅｎｔ公司矢量网络分析仪实测接收天线自由
图5
金属软磁吸波材料磁谱
空间中的Ｓｍｉｔｈ图，测试频点为１３．５６ＭＨｚ。
表１为接收天线与金属间加入不同吸波材料后，天采用制作材料的参数进行建模，对空间磁场进行仿线电感值的情况。可以看出，加入磁导率较高的吸波材料真。天线与金属平面间加入铁氧体吸波材料后的空间磁可以使天线的电感值得到较大的提升。但如果是在事先场与加入金属软磁吸波材料后的空间磁场的对比如图６设计好匹配网络的情况下，采用加入吸波材料的方法使所示。图６中，
（ａ）为天线与金属间加入铁氧体吸波材料天线可工作于金属表面，就要考虑到天线表面加入吸波时的磁场图，（ｂ）为天线与金属间加入金属软磁吸波材料材料后，对天线电感值还原效果的影响，因为过大地提升时的磁场图。可以看出，吸波材料下方磁场不再平行于金天线电感也会破坏已经设计好的匹配网络。所以，对加入属，空间磁场得到有效的还原，保证足够的纵向磁通穿过吸波材料的参数选取还需要综合考虑。
接收天线，产生足够的感生电动势，使接收天线恢复工表1
天线附近放置不同材料时电感电阻的比较作。从仿真图对比可以看出，吸波材料磁导率实部越高，吸波材料下方磁场偏折角越小。
天线放
天线背金属板与金属板与天线天线状态
置于自面放置天线间加间加入金属软由空间金属板入铁氧体吸波材料磁吸波材料
电感值/μH
8.9951
1.7576
13.933
9.148
（a）
表２为实测标签自由空间读写距离与存在金属环境读写距离及加入不同材料（包括日本某公司生产的一种用于该领域的材料及韩国某公司生产的一种用于该领域
（b
）的材料）读写距离的比较
。
图6金属下方加入不用材料后天线表面磁场仿真图
表2
标签天线加入不同环境时的读写距离
天线状态读写距离/mm
4吸波材料对接收天线的影响
天线放置于自由空间62金属环境对天线的影响另外一方面是使其电感明显
减小。当接收天线反馈信号时，发出的磁场遇到金属表天线背面放置金属板
0面，金属表面产生涡流效应，产生一个反相磁场，与发射金属板与天线间加入铁氧体吸波材料
50场相抵消，使接收天线电感值急剧减小，导致接收系统失金属板与天线间加入金属软磁吸波材料
41效。标签天线与金属板间加入吸波材料后，天线电感值得金属板与天线间加入日本某公司材料49到恢复且略有增加，接收系统可以恢复读写。天线电感测金属板与天线间加入韩国某公司材料
51试仪器为ＡｇｉｌｅｎｔＰＮＡ－ＬＮｅｔｗｏｒｋＡｎａｌｙｚｅｒＮ５２３０Ａ。图７
（下转第78页）
2012年第5期
安全与电磁兼容
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·MATERIALAPPLICATIONINEMC·
此外，按照ＳＪ／Ｔ１０６７４－１９９５《涂料涂覆通用技术条件》对屏蔽涂料的物理性能指标进行了测试，其中，附着耐湿热性和耐水性达到２级标准，耐温度变化、盐雾、性、
耐腐蚀性达到合格标准。
含镀锡镍玻璃纤维的新型屏蔽涂料成本低廉、工艺简便、设备简单、施工方便灵活。随着人们电磁环境保护意识的增强和国家对电磁辐射污染综合治理工作的加强，含镀锡镍玻璃纤维的新型屏蔽涂料的市场前景会越来越广阔，其经济效益和社会效益也会越来越显著。
3电磁屏蔽涂料的主要特点和用途
３．１主要特点
（１）涂料在宽频区域对电磁波有良好的屏蔽作用，在３００ｋＨｚ￣１．５ＧＨｚ范围内，其电磁波屏蔽效能可达３５．０８２￣４１．９２４ｄＢ。
（２）与常用电磁波屏蔽涂料（如镍基电磁波屏蔽涂料等）相比，每平方米电磁波屏蔽涂层的价格可降低１０％￣３０％。
（３）涂料的配制、施工、干燥和固化均可在常温或较低温度下进行，节约能源。
（４）涂料的制备方法简单、易于操作，完全使用常规设备，投资不大，风险较小，利于推广。３．２主要用途
（１）抑制电磁干扰（ＥＭＩ）有利于实现ＣＣＣ认证［７］：用含镀锡镍玻璃纤维的新型电磁波屏蔽涂料对电子电气设备外壳进行涂刷，可降低电子电气设备的电磁波辐射强度，抑制电磁干扰，提高电子电气产品的ＥＭＣ性能。
（２）防止电磁信息泄密，有利于实现电磁信息的安全防护：计算机的显示器、主机、打印机和电源线传导等
［７］
参考文献
[1]
管登高，孙传敏，孙遥，等.加强电磁环境保护,提高城市电磁兼容水平[J].电讯技术,2011,51(4):120-125.
[2]张林昌.电磁干扰的危害[J].安全与电磁兼容,2001(1)：1-5.[3]管登高,孙传敏,孙遥，等.化学镀制备电磁屏蔽用导电复
合填料的研究进展[J].材料导报,2011,25(4):28-32.[4]
管登高，孙传敏，林金辉，等.玻璃纤维表面化学镀锡镍配[1**********]43[P].2010-02-08.方及工艺：中国，[5]中国电子标准化研究所.SJ20524-1995
材料屏蔽效能的
测量方法[S].北京：中国标准出版社，1995.
[6]电子工业部标准化研究所,738厂,785厂.SJ/T10674-1995
涂料涂覆通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，1995.[7]
管登高,孙传敏,孙遥,等.一种新型电磁屏蔽复合涂料的研制[J].安全与电磁兼容,2010(1)：64-65,68.
编辑：王淑华Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈ＠ｃｅｓｉ．ａｃ．ｃｎ
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（上接第75页）
5结论
由实验及仿真结果可以看出，加入吸波材料后，接收
可将有用信息以电磁波辐射形式泄漏出去。为了提高电子电气产品的防电磁信息泄密性能，除了配置视频信息保护机（干扰器）和采用Ｔｅｍｐｅｓｔ技术制造的低辐射设备外，用含镀锡镍玻璃纤维的新型电磁波屏蔽涂料建造电磁屏蔽室，可防止电磁信息泄密，有利于实现电磁信息的安全防护。
（３）改善电磁环境，有利于实现电磁环境污染的综合治理：借鉴国内外屏蔽、接地与滤波电磁辐射污染防
［７］
天线在金属环境下可以恢复读写，读写距离有小幅下降。吸波材料的磁导率实部越高，对发射天线产生的空间磁场还原越好，越有利于接收天线接收信号，但过大的磁导率也会使接收天线系统谐振频率产生较大的偏移，不利于接收天线反馈信号，所以吸波材料的设计要根据实际使用情况而定。仿真结果及实际试验说明我们所设计的吸波材料可以使ＮＦＣ天线集成于复杂金属环境的手持设备中并正常工作。
参考文献
[1]
HailongZhu,ShengliLai,HongyueDai.WICOM2007：So－lutionsofMetalSurfaceEffectforHFRFIDSystems[C].
治的最新研究成果，比如，将含镀锡镍玻璃纤维的新型电磁波屏蔽涂料用于建造城市绿色生态住宅小区，将老百姓的家园建设成为预防电磁辐射污染的生活乐园，可改善电磁环境，有利于实现电磁环境污染的综合治理。
4结语
含镀锡镍玻璃纤维的新型屏蔽涂料是一种多组分混
[2]
Shanghai：IEEEConferenceandCustomPublishingDepart－ment,2007.
MichaelGebhart,RolandNeubauer,MichaelStark,etal..3rdInternationalWorkshoponNearFieldCommunication,22Feb2011.:Designof13.56MHzSmartcardStickerswithFerriteforPaymentandAuthentication[C].HagenbergAustria：IEEE2011.ComputerSociety，
编辑：王淑华Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈ＠ｃｅｓｉ．ａｃ．ｃｎ
合而成的复合材料，各组分之间存在一定的比重偏差，在存放中还有一定的沉降现象；此外，由于有机溶剂在自然条件下会有一定的挥发，该涂料在施工使用中有时还需要添加稀释剂调节其粘度。为此，本课题组拟进一步加大研究力度，着力解决电磁波屏蔽复合材料领域的这两个共性难题。
SAFETY&EMCNo.52012