Painotekniikoin valmistettavan etäluettavan ja kosteudelle herkän planaarikelan suunnittelu ja simulointi

Abstract

Työn tarkoituksena oli selvittää planaarikelan geometrian vaikutusta kelan parasiittiseen kapasitanssiin. Kela pyrittiin suunnittelemaan siten, että se toimisi LC -resonanssipiirin tavoin ja olisi etäluettava sekä kosteudelle herkkä. Työn lähtökohtana oli Oulun yliopiston tuottama projekti, jossa ensimmäisiä versioita tällä tavoin toimivista resonanssipiireistä suunniteltiin ja toteutettiin. Kelaa simuloitiin AWR desing environment 11 -ohjelman sähkömagneettisella simuloinnilla, jolla haluttu johdinkuvio piirrettiin ja johon asetettiin halutut dielektriset kerrokset. Työssä simuloitiin ulos- ja sisäänpäin kierrettyjä keloja joiden resonanssitaajuus kuivassa ilmarajapinnassa oli 13,5 MHz. Simulointien pohjalta parhaaksi kelarakenteeksi 10 cm x 10 cm koolla saatiin kela, jonka johtimen leveys on 0,25 mm ja johtimien väli on 0,5 mm. Tämä rakenne valikoitui parhaaksi, koska sillä oli suurin simuloitu vaste kosteuden muutokselle ja sen valmistukseen vaadittiin pienin johdinainemäärä.

Main goal of this work was to design the best geometry for planar coil which is supposed to act as a moisture sensor due to its parasitic capacitance. Coil was planned to act as a LC-resonance circuit which could be remotely read. Starting point of this work was project produced by University of Oulu in which some versions of similarly operating circuits were planned. Coil was simulated with program called AWR design environment 11 and the method of simulation was electromagnetic. Work was simulated with two different types of coils: starting from the innermost cycle and ending to the outermost cycle and the other way around. The resonance frequency of the coil was 13.5 MHz in the dry air interface. The best coil structure was achieved with coil’s conductor width of 0.25 mm and 0.5 mm of space between the conductors. This was the best structure because of its biggest simulated response to change of moisture and it required the least amount of conductor material.