NFC天线是如何工作的？这篇文章将以简单的方式讨论这个问题。我们将尝试解释为什么NFC天线实际上并不是真正的天线（比如偶极天线或喇叭天线）。但首先，让我们对NFC进行一些背景介绍。
NFC背景
NFC代表近场通信，缩写为NFC。NFC只是一种标准集合，用于智能手机或其他设备通过将它们靠近（通常0-5厘米）来建立通信。这套标准就像WIFI的802.11b或802.11n一样——它设定了发送和接收信息的协议。NFC的应用包括刷过式近场支付（例如在星巴克使用谷歌钱包支付）、在短距离内交换信息（例如，触碰智能手机以共享联系信息）以及简化设备如WIFI或蓝牙的设置。NFC设备和未供电的NFC芯片（称为标签，如RFID标签）之间的通信也是可能的。
NFC天线
那么NFC只是一种在短距离内两个设备之间通信的方法。是什么使得NFC天线设计变得简单或容易？如果你对天线了解很多，你可能首先会问NFC的工作频率是什么。结果表明，这些设备的工作频率约为13.56 MHz。相应的波长为22米长——这意味着要得到一个良好的半波长偶极天线（辐射效果好），我们需要一个大约11米长的设备。
现在，显然我们的智能手机上有NFC天线，否则就不会有谷歌钱包之类的东西。所以NFC天线设计的挑战在于，在NFC天线面积可能被限制在3″x1″（或7厘米*2.5厘米）时，如何获得一个“辐射”结构。因此，我们谈论的是在最大线性尺寸约为波长的0.5%或更少的体积内安装一个天线。从天线理论我们知道，你不会从这么小的设备中得到任何辐射。
到目前为止讨论的总结：NFC天线在低频率（长波长）上的小设备上操作。这的一个后果是，NFC天线的辐射效率大约为0。
因此，NFC天线实际上并不是真正的天线，因为没有人关心典型的天线参数，如辐射模式或天线增益。那么它们是如何工作的呢？
你可能还记得在你的电路课程中，电感器可以相互耦合——也就是说，存在互感。如果一个电感器的磁场通过另一个电感器附近，第二个电感器内将存在感应电流。这是非接触式能量传输——正是NFC所需的。
因此，NFC天线实际上并不是天线——它实际上只是一个大电感器。通常，电感器的电感越大，性能就越好。请注意，这并不意味着你可以将一个非常小的芯片电感器作为你的NFC天线——这些电感器上的磁场紧密缠绕，不会延伸到芯片本身之外。相反，一个好的NFC天线尽可能是一个包裹着电线的大线圈。回想一下，材料周围的线圈会在线圈内产生强磁场（通常你拥有的匝数越多，你创造的电感就越大）。因此，NFC天线通常只是线圈，占据设备允许的尽可能多的表面积。
这是一个简单的小图表，展示了一个小丑用谷歌Nexus智能手机进行NFC交易的情景：
图1. 小丑使用智能手机进行NFC交易的插图。
相应的电路图在图2中给出：
图2. NFC环形天线在接收器和智能手机之间互动的电路图。
在图1和图2中，NFC阅读器通过阅读器NFC天线（实际上是一个电感器）激发13.56 MHz的电流。这感应了一个磁场，当它们紧密放置时，通过互感在智能手机的NFC天线中感应电流。这种感应电流可以被读取，我们就有了通信。这正是实际中NFC通信所发生的情况，重点是天线。
关于NFC天线设计的最后一点。我们已经说过，表面积越大，你的NFC天线性能就越好。我们还没有提到体积。NFC天线可以无限薄吗？答案是肯定的——如果没有金属或导电材料在NFC天线周围。然而，图1中所示的NFC天线在智能手机的背面，这是金属的。如果你对电磁学了解很多，你就会知道，直接在磁场或电场下面的地平面会大大降解它们。因此，当NFC电感器式天线放置在金属表面附近时，性能会降低。因此，为了性能，NFC线圈的高度需要最大化。如果空间接近零，性能就会受到影响。
解决这个问题的一个小伎俩是在NFC天线和金属地平面之间使用高渗透性板（铁氧体、基于铁的，无论什么）。这有助于集中磁场，有效地使它们认为NFC天线和地平面之间的距离更大。这有助于缓解高度问题，但并没有消除它。
现实世界的NFC天线
让我们来看一个实际的NFC天线，谷歌的三星Nexus手机上的天线。它位于设备背面的电池背面，在一个薄塑料盖下：
图3. 手机上电池背面的环形NFC天线。
如你所见，NFC天线实际上只是一个大线圈。现在，如果我们连接到nfc天线，并在矢量网络分析仪（VNA）上测量Smith图上的S11，我们得到图4中的结果：
图4. 从f=3 MHz到30 MHz在Smith图上测量的NFC天线。
蓝色圆圈是频率为13.56 MHz的地方，在这一点上可以测量电感值：对于这个天线，它是3.6微亨（微亨 – 这是3.6*10^-6亨）。这很重要，因为它让你知道你需要多少电感来制作一个NFC天线。没有经验法则，但通常你至少需要1微亨的电感来制作一个NFC天线。这个规则有时被忽视；例如，在iPhone中，NFC天线通常是设备底盘的金属镶边（金属环）的一部分。在这种情况下，它们使用一个由结构本身组成的环路，这将具有低电感。
阻抗匹配
对于NFC传输天线，它们通常匹配到35-50欧姆。这通常在NFC芯片组的规格表中指出。阻抗强烈决定了天线拉取的功率（以及相应的磁场强度）。由于芯片组的输出通常是一个定义电压水平的方波（比如说3.3或5V），电流流动简单地等于电压除以阻抗（例如50欧姆）。通过降低天线阻抗，更多的电流将流过线圈，以NFC系统的更多电流消耗为代价。
NFC也用于NFC标签，这些标签嵌入在访问徽章、苹果AirTags、酒店钥匙和信用卡中。在这种情况下，阻抗通常匹配到开路（或非常高的阻抗，例如2千欧姆）。通过这样做，由于为标签芯片组供电所需的电流非常少（<1mA），因此在芯片组上感应的电压被最大化。通常，标签将具有在其中定义的电容，并且NFC线圈（天线）的理想电感值是，电容和NFC线圈的谐振组合在13.56MHz时是开路。通过这种方式，不需要额外的阻抗匹配组件。
Qi充电和无线电源传输线圈
Qi充电和NFC有很多共同点。一个主要的区别是Qi充电在100-200kHz范围内操作，这比NFC低得多。Qi充电线圈也不用于像NFC那样传输数据。Qi充电能够处理比NFC更高水平的功率传输[NFC限于为设备如平板电脑/手机手写笔充电]。
Qi充电线圈通常使用铁氧体材料（硅钢或锰锌）来屏蔽线圈后面的任何金属。它们也经常使用Litz线，这是一种每单位长度电感高于相同电阻的相应线材的线材。这有助于最大化功率传输。
