Desain Antena PCB NFC

Atur ukuran, lebar jalur, dan jumlah lilitan; gambar antenanya ikut berubah. Induktansi dihitung per segmen, lengkap dengan saran lilitan untuk chip tag, dan desainnya bisa diunduh sebagai DXF atau SVG.

Antena untuk

Geometri

Jalur tembaga

35 µm = 1 oz.

Chip tag

NTAG213/215/216: 50 pF tipikal (datasheet NXP). Cek datasheet untuk chip lain.
40 mm25 mm
tembaga atas jembatan lapisan bawah via

Induktansi di 13,56 MHz

2,69 µH

Butuh kapasitansi total 51,2 pF untuk resonansi

Target untuk chip
2,76 µH
Metode segmen (36 segmen)
2,69 µH
Rumus empiris (pembanding)
3,54 µH (+32%)
Bukaan tengah
23 × 8 mm
Panjang jalur
±866 mm
Resistansi DC
0,85 Ω

Lilitan paling dekat target

  • 2,69 µH (-2%)
  • 2,92 µH (+6%)
  • 3,08 µH (+12%)
  • Rumus empiris berbeda jauh dari metode segmen. Ini wajar untuk lilitan yang rapat; rumus empiris cenderung terlalu besar, jadi pegang hasil metode segmen.

Unduh desain

DXF berisi layer garis tengah, tepi tembaga, jembatan bawah, dan via. Bisa diimpor ke EasyEDA atau KiCad.

Cara kerja antena NFC

NFC bekerja di 13,56 MHz lewat kopling induktif: antena reader dan antena tag adalah kumparan yang saling menginduksi. Supaya energi dan data berpindah dengan baik, tiap antena dibuat beresonansi di 13,56 MHz bersama kapasitornya:

f = 1 / (2π √(L × C))  →  C = 1 / ((2π × 13,56 MHz)² × L)

Metode segmen (Greenhouse)

Jalur spiral dipecah menjadi segmen lurus, empat per lilitan. Induktansi totalnya adalah jumlah induktansi diri tiap segmen ditambah induktansi bersama antar segmen yang sejajar. Segmen yang arusnya searah saling menambah, yang berlawanan saling mengurangi, dan segmen yang tegak lurus tidak saling memengaruhi:

L = Σ L_diri + Σ M_searah − Σ M_berlawanan

L_diri = (μ0/2π) · l · [ln(2l / (w + t)) + 0,50049 + (w + t) / 3l]
M = (μ0/4π) · [G(a2−b1) − G(a2−b2) − G(a1−b1) + G(a1−b2)]
G(u) = u · asinh(u/d) − √(u² + d²)

l panjang segmen, w lebar jalur, t tebal tembaga, d jarak antar segmen sejajar, sedangkan a dan b posisi ujung segmen di sepanjang sumbunya. Sebagai pembanding, alat ini juga menampilkan hasil rumus empiris loop persegi panjang (L ∝ N^1,8) yang lazim di panduan desain antena NFC. Untuk lilitan sedikit keduanya berdekatan, tapi untuk lilitan yang rapat rumus empiris cenderung terlalu besar.

Dicek terhadap apa?

AntenaAcuanMetode segmenRumus empiris
Contoh tool NFC Inductance ST: 75 × 45 mm, 3 lilit1,5 µH (ST)1,47 µH1,42 µH
Antena terukur TU Graz: 79 × 49 mm, 6 lilit4,75 µH (ukur)4,8 µH4,9 µH
Antena terukur TU Graz: 78,6 × 23 mm, 4 lilit1,64 µH (ukur)1,68 µH1,61 µH

Untuk antena persegi, metode segmen juga dicocokkan dengan rumus current-sheet Mohan dkk. (1999): selisihnya di bawah 1% untuk 3 sampai 15 lilitan, sedangkan rumus empiris bisa meleset lebih dari 30% saat lilitannya rapat.

Antena tag: cocokkan dengan kapasitansi chip

Chip tag seperti NTAG213/215/216 sudah punya kapasitor internal (50 pF tipikal), jadi antenanya yang harus disesuaikan. Mode “Tag” menghitung induktansi target dan menyarankan jumlah lilitan yang paling dekat. Klik salah satu saran untuk langsung mencobanya.

Antena reader: perlu jaringan penyesuai

Reader seperti RC522 atau PN532 tidak disambung langsung ke loop. Di antaranya ada filter EMC dan jaringan penyesuai impedansi (matching) dari kapasitor seri dan paralel. Nilai kapasitornya dihitung dari induktansi dan resistansi antena, lalu disetel dengan pengukuran. Alat ini memberi titik awal: induktansi, resistansi DC, dan kapasitansi resonansi.

Tips layout antena NFC di PCB

  • Kosongkan area di dalam dan di bawah loop dari ground plane, polygon, dan jalur lain.
  • Bukaan tengah yang lebar biasanya lebih baik daripada menambah lilitan sampai rapat ke tengah.
  • Ujung dalam spiral keluar lewat jembatan di lapisan bawah (dua via), seperti di gambar. Buat sependek mungkin.
  • Jauhkan antena dari baterai, layar, dan casing logam; semuanya menggeser resonansi.
  • Siapkan footprint kapasitor cadangan untuk menyetel resonansi setelah PCB jadi.

Sumber: kapasitansi input NTAG213/215/216 dari datasheet NXP; data antena terukur dari penelitian TU Graz tentang antena NFC; pembanding dari tool NFC Inductance di eDesignSuite STMicroelectronics. Metode segmen: H. M. Greenhouse, “Design of Planar Rectangular Microelectronic Inductors” (1974). Resistansi DC dihitung dari resistivitas tembaga pada 20 °C; resistansi di 13,56 MHz lebih besar karena efek kulit.

Pertanyaan yang sering masuk

Berapa induktansi antena untuk NTAG213?

NTAG213/215/216 punya kapasitansi input 50 pF (tipikal, datasheet NXP). Supaya beresonansi di 13,56 MHz, antenanya butuh sekitar 2,76 µH. Kapasitansi parasit antena ikut menambah, jadi target sebenarnya sedikit lebih kecil.

Berapa lilitan antena NFC ukuran 40 × 25 mm?

Dengan jalur 0,5 mm, jarak 0,5 mm, dan tembaga 35 µm, 9 lilitan memberi ±2,69 µH, paling dekat ke target NTAG21x. Ukuran, lebar jalur, atau jarak yang berbeda mengubah jumlah lilitannya, jadi coba langsung di kalkulator.

Seberapa akurat hasilnya?

Metode segmen meleset sekitar 1–3% dari antena yang diukur di penelitian TU Graz, dan cocok dengan tool NFC Inductance dari STMicroelectronics. Di board sungguhan, tembaga di sekitar antena, casing, dan baterai bisa menggeser nilainya. Sediakan footprint kapasitor cadangan untuk menyetel, lalu ukur dengan LCR meter atau VNA.

Bagaimana memakai file DXF-nya di EasyEDA atau KiCad?

Impor DXF ke lapisan tembaga atas. Layer COIL_CENTER berisi garis tengah dengan lebar jalur, cocok untuk dijadikan track. Layer COIL_OUTLINE berisi tepi tembaga sebagai poligon tertutup, cocok untuk dijadikan region atau zone. Layer BRIDGE_BOTTOM dipasang di lapisan bawah, dan lingkaran di layer VIA menandai posisi via. Setelah itu jalankan DRC.

Boleh ada ground plane di bawah antena?

Sebaiknya tidak. Tembaga di bawah atau di dalam area loop meredam medan magnet dan menurunkan induktansi, sehingga jarak baca turun dan resonansinya bergeser. Kosongkan area antena dari polygon dan jalur lain, dan jauhkan dari baterai atau benda logam.

Bisa dipakai untuk RFID 125 kHz?

Tidak. RFID 125 kHz butuh induktansi yang jauh lebih besar dan biasanya memakai kumparan kawat, bukan loop PCB. Alat ini khusus antena PCB untuk NFC/RFID 13,56 MHz.