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?
| Antena | Acuan | Metode segmen | Rumus empiris |
|---|---|---|---|
| Contoh tool NFC Inductance ST: 75 × 45 mm, 3 lilit | 1,5 µH (ST) | 1,47 µH | 1,42 µH |
| Antena terukur TU Graz: 79 × 49 mm, 6 lilit | 4,75 µH (ukur) | 4,8 µH | 4,9 µH |
| Antena terukur TU Graz: 78,6 × 23 mm, 4 lilit | 1,64 µH (ukur) | 1,68 µH | 1,61 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.