Le antenne stampate in 3D migliorano la tecnologia dei tag RFID

Ricerche recenti mostrano un’ulteriore convergenza tra la stampa 3D e la tecnologia dell’antenna, poiché gli scienziati di Barcellona esplorano un modo migliore per migliorare l’identificazione a radiofrequenza. Con i loro risultati pubblicati nel ” Tag UHF-RFID stampato in 3D per applicazioni incorporate ” recentemente pubblicato , gli autori (provenienti dall’Università di Barcellona e dall’Universitat Politècnica de Catalunya ) hanno creato prototipi per sistemi di antenna più compatti che potrebbero essere facilmente integrati, con conduttività preservata.

La tecnologia RFID passiva viene impiegata in applicazioni che richiedono monitoraggio, logistica e controllo; tuttavia, storicamente è stato difficile produrre un design che fosse “sufficientemente robusto”. Ciò è dovuto al costante potenziale di interferenza dovuto all’elettromagnetismo, con conseguente riduzione della portata per l’attivazione RFID.

Mentre numerosi ambienti potrebbero essere interessati, uno dei più interessanti è in un ambiente medico con mezzi con perdita (un materiale che causa la dissipazione dell’energia) che riduce l’efficacia dei tag RFID in termini di qualità radiative. Gli ostacoli sorgono anche in termini di immersione. L’obiettivo è che i tag RFID funzionino in modo efficiente ed efficace mentre si avvicinano a possibili impatti ambientali come supporti con perdita, nonché quando sono completamente immersi in tale materiale.

“Un’antenna immersa in un certo mezzo deve essere in grado di funzionare correttamente, nella misura massima, indipendentemente dalle variazioni della costante dielettrica e della conducibilità. Ciò non significa solo che deve mostrare un buon abbinamento in un certo intervallo di valori, ma anche che deve rispondere adeguatamente alle variazioni temporali “, spiegano gli autori.

I ricercatori hanno progettato e stampato in 3D quattro prototipi, tenendo presenti considerazioni come la distribuzione dello spazio con le regioni, l’imballaggio per la stabilità e metodi efficaci di incorporamento. I campioni presentavano un design di antenna a spirale biconica con un rivestimento dielettrico che fungeva da tampone, scongiurando eventuali problemi di variazioni dovute a cambiamenti elettromagnetici.

Vista 3D del rivestimento e del design dell’antenna elicoidale. Viene mostrata la rete di corrispondenza situata su ciascun lato della piastra perpendicolare. Sono indicate le posizioni del foro passante e del chip. I principali parametri di progettazione sono etichettati.

Il design riflette i requisiti per un circuito integrato UHF-RFID commerciale, introducendo un modello stampato in 3D con galvanica in rame. L’antenna 3D presenta una piastra quadrata al centro e “implementata in un materiale dielettrico”. Composto da due radiatori, una rete di corrispondenza e il rivestimento dielettrico, i ricercatori hanno dovuto considerare anche i seguenti parametri di progettazione:

Lunghezza totale dell’antenna
Angolo del cono
Larghezza delle sezioni coniche del radiatore
Larghezza della traccia metallica nella spirale conica
Passo tra le spire nella spirale conica
Perimetro e superficie di anelli quadrati per la rete di corrispondenza

Il corpo principale dell’antenna è stato stampato in 3D per ciascuno dei campioni (costituito dall’antenna di riferimento conica e 3 antenne a spirale), rivestito e valutato per le prestazioni durante l’immersione in mezzi come grasso, ossa, cervello e acqua.

Proprietà elettriche.

Vista del prototipo e del rivestimento dell’antenna finale, montata e pronta per la caratterizzazione EM.

I ricercatori hanno convalidato sia il design cilindrico che il rivestimento dell’antenna e poi sono passati all’integrazione dell’IC RIFID, un Higgs 3D di Alien Technology. Per l’impermeabilizzazione, l’etichetta del lettore è stata avvolta in una pellicola di plastica. La connettività è stata verificata con il software di controllo, eseguito prima in aria e poi durante l’immersione in acqua, riflettendo una diminuzione del 60% della portata del collegamento di comunicazione.

“Questo concorda con le simulazioni EM che tengono conto delle perdite in acqua e convalida le capacità di comunicazione del tag proposto”, hanno affermato i ricercatori.

Vista della capsula finale del Tag UHF-RFID.

Alla fine, il team ha costruito un “tag UHF-RFID compatto completamente funzionale”, composto da antenna, rivestimento e IC RFID commerciale. Sia la fattibilità che le prestazioni sono state mostrate durante i test finali, con i ricercatori che hanno confermato che il progetto e il prototipo finale hanno mostrato un buon potenziale per le applicazioni incorporate e per l’uso in settori come l’edilizia, la sanità e altro ancora.




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