NFCアンテナ(9)というかOpenEMS

受信側コイルに磁性体シートを貼るってかんじでOpenEMSで効果あるかどうかやってみる。

磁性体シートはあたかも磁束を集めるような効果があるので(たぶん)、受信側コイルの内側に配置すると通信距離が伸びるのではないか？って試み。
nfc_trx_analysis_main.mに磁性体シートを追加すると、こんな感じ

1. function [freq s11 s21 s12 s22]=nfc_trx_analysis_main(
2.   port_direction,
3.   tx_coil_width,tx_coil_height,tx_coil_nturn,
4.   rx_coil_width,rx_coil_height,rx_coil_nturn,
5.   trx_distance,
6.   disgeomplot
7. )
8.  
9. physical_constants;
10. unit=1e-3;
11.  
12. FDTD=InitFDTD('NrTS',6e6,'EndCriteria',1e-3);
13. f0=14e6;
14. fc=12e6;
15. FDTD=SetGaussExcite(FDTD,f0,fc);
16. BC={'MUR','MUR','MUR','MUR','MUR','MUR'};
17. FDTD=SetBoundaryCond(FDTD,BC);
18.  
19. CSX=InitCSX();
20. if port_direction>0
21.   txport_excite=false;
22.   rxport_excite=true;
23. else
24.   txport_excite=true;
25.   rxport_excite=false;
26. endif
27. [CSX port1]=gen_small_loop_coil(
28.   CSX,
29.   'tx',
30.   tx_coil_width,tx_coil_height,tx_coil_nturn,
31.   0.2,0.4,0,
32.   0.2,
33.   1,1e-18,1,txport_excite,
34.   0,0,trx_distance/2
35. );
36. [CSX port2]=gen_small_loop_coil(
37.   CSX,
38.   'rx',
39.   rx_coil_width,rx_coil_height,rx_coil_nturn,
40.   0.2,0.4,0,
41.   0.2,
42.   1,1e-18,2,rxport_excite,
43.   0,0,-trx_distance/2
44. );
45.  
46. ## magnetic material
47. CSX = AddMaterial(CSX, 'mag_material');
48. CSX = SetMaterialProperty(CSX, 'mag_material', 'Mue',140);
49. x_mag=rx_coil_width/2-(rx_coil_nturn-1)*0.4-0.2-1;
50. y_mag=rx_coil_height/2-(rx_coil_nturn-1)*0.4-0.2-1;
51. z_mag=0.2/2;
52. mag_origins=[0 0 -trx_distance/2];
53. CSX=AddBox(CSX,'mag_material',1,[-x_mag -y_mag z_mag-0.05]+mag_origins,[x_mag y_mag z_mag+0.05]+mag_origins);
54. ##
55.  
56. air_box=16;
57. mesh_box_size=[20 20 16];
58. mesh_box_resolution=16;
59. mesh=DetectEdges(CSX);
60. mesh.x=[-mesh_box_size(1) mesh.x +mesh_box_size(1)];
61. mesh.y=[-mesh_box_size(2) mesh.y +mesh_box_size(2)];
62. mesh.z=[-mesh_box_size(3) mesh.z +mesh_box_size(3)];
63.  
64. mesh=SmoothMesh(mesh,mesh_box_resolution);
65.  
66. mesh.x=[-air_box+mesh.x(1) mesh.x mesh.x(end)+air_box];
67. mesh.y=[-air_box+mesh.y(1) mesh.y mesh.y(end)+air_box];
68. mesh.z=[-air_box+mesh.z(1) mesh.z mesh.z(end)+air_box];
69.  
70. mesh=SmoothMesh(mesh,c0/(f0+fc)/unit/10,1.5,'algorithm',1);
71.  
72. mesh=AddPML(mesh,4);
73.  
74. disp(['number of cells: ' num2str(1e-6*numel(mesh.x)*numel(mesh.y)*numel(mesh.z)) 'Mcells'])
75.  
76. CSX=DefineRectGrid(CSX,unit,mesh);
77.  
78. Sim_Path=['tmp_' mfilename];
79. Sim_CSX=[mfilename '.xml'];
80. confirm_recursive_rmdir(0);
81. [status,message,messageid]=rmdir(Sim_Path,'s');
82. [status,message,messageid]=mkdir(Sim_Path);
83. WriteOpenEMS([Sim_Path '/' Sim_CSX],FDTD,CSX);
84. if disgeomplot==0
85.   CSXGeomPlot( [Sim_Path '/' Sim_CSX],['--export-polydata-vtk=' Sim_Path ' --RenderDiscMaterial -v']);
86. endif
87. RunOpenEMS(Sim_Path,Sim_CSX);
88.  
89. port={port1 port2};
90.  
91. freq=linspace(f0-fc,f0+fc,10001);
92. port_calc=calcPort(port,Sim_Path,freq,'RefImpedance',50);
93.  
94. s11=port_calc{1}.uf.ref./port_calc{1}.uf.inc;
95. s21=port_calc{2}.uf.ref./port_calc{1}.uf.inc;
96. s12=port_calc{1}.uf.ref./port_calc{2}.uf.inc;
97. s22=port_calc{2}.uf.ref./port_calc{2}.uf.inc;
98.  
99. ##[fid,msg]=fopen('out.s2p','w');
100. ##wdata=[freq' real(s11)' imag(s11)' real(s21)' imag(s21)' real(s12)' imag(s12)' real(s22)' imag(s22)'];
101. ##dlmwrite(fid,wdata,'delimiter','\t');
102. ##fclose(fid);
103.  
104. endfunction

磁性体シートに厚みをもたせたせいでシミュレーション時間がめっちゃ伸びたー；
受信側コイルの等価回路を出してみると

記号	磁性体あり	磁性体なし
L[nH]	721.038592	644.510935
Rs[ohm]	-3.89987876	0.683139303
Cp[pF]	-5.81069019	1.61053898
Rp[ohm]	674.748742	4262222.68
(Cpadd)[pF]	196	213

カーブフィットの結果はめっちゃ一致しているんだけど、値が変なんよねー、、、まぁしょうがない。あまり考えない。ちなみに送信側はほとんど影響を受けてないってことにする。めんどくさいから。
んで、結合係数を出してみる。

コイル間距離[mm]	磁性体あり	磁性体なし
2	0.1708	0.1616
4	0.1534	0.1448
12	0.0819	0.0775
20	0.0426	0.0403

うおー結合係数が上がっているーって言いたいけど、等価回路計算結果とOpenEMS結果の一致度がイマイチなんよねー、、、

ってのと、結合係数で比較したらざっくり1mmちょっとの改善くらいかなー；