Natura

Aug 01, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14017 (2023) Citare questo articolo

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Questo articolo propone un'antenna per lettore di identificazione a radiofrequenza (RFID) ad altissima frequenza (UHF) a forma di ragnatela ispirata alla natura e un sistema basato su sensori senza batteria per applicazioni sanitarie. Questo design dell'antenna è costituito da otto decagoni concentrici di varie dimensioni e cinque linee diritte a microstriscia. Queste linee sono collegate a terra utilizzando resistori da 50 \(\Omega \) da entrambe le estremità, ad eccezione di una linea a microstriscia riservata per il collegamento di una porta di alimentazione . Il design dell'antenna del lettore presenta caratteristiche di campo elettrico e magnetico abbastanza forti e uniformi. Presenta inoltre caratteristiche di banda larga, coprendo l'intera banda RFID UHF (860–960 MHz) e fornendo un volume di lettura dei tag di 200 \(\times \) 200 \(\times \) 20 mm\({^3}\). Inoltre, ha caratteristiche di basso guadagno, necessarie per la maggior parte delle applicazioni in campo vicino per evitare la lettura errata di altri tag. Inoltre, la distribuzione della corrente in questo progetto è simmetrica in tutta la struttura, risolvendo efficacemente i problemi di sensibilità all'orientamento comunemente riscontrati nelle antenne tag polarizzate linearmente a basso costo. I risultati della misurazione mostrano che l'antenna del lettore può leggere pillole medicinali etichettate utilizzando etichette RFID passive/senza batteria a basso costo, gioielli costosi etichettati, soluzioni interattive e sacche di sangue posizionate in vari orientamenti. Di conseguenza, il sistema basato su antenna del lettore proposto è un forte contendente per le applicazioni RFID, sanitarie e IoT a campo vicino.

L'identificazione a radiofrequenza (RFID) viene combinata con l'Internet delle cose (IoT) per prevedere applicazioni entusiasmanti1,2,3,4,5,6. Il sistema RFID UHF presenta i vantaggi di un lungo raggio di lettura, numerose capacità di lettura dei tag, struttura semplice dei tag, velocità di lettura elevata, ecc. E ha ampie prospettive di applicazione7. I sistemi di tag RFID a campo vicino sono più adatti per tag a livello di articolo e applicazioni sensibili all'ambiente. È necessario leggere con successo beni di valore con una probabilità del 100% come medicinali e gioielli. Tuttavia, uno dei problemi tecnici chiave nella progettazione delle antenne per lettori RFID UHF a campo vicino è generare una distribuzione del campo sufficientemente forte e relativamente uniforme8,9,10,11,12,13,14,15. Inoltre, le antenne tag commerciali a basso costo presentano problemi di sensibilità all'orientamento con polarizzazione lineare. Pertanto, vi è la necessità di un'antenna di lettura con caratteristiche di campo magnetico ed elettrico uniformi. Oltre a ciò, risulterà più vantaggiosa l'antenna del lettore a campo vicino che risolve i problemi di sensibilità all'orientamento del tag.

In16 è stata ideata un'antenna per lettore RFID a banda larga con basso guadagno in campo lontano per applicazioni in campo vicino. L'antenna era composta da diverse unità loop, ciascuna delle quali ha una corrente in fase che attraversa il loop. Produce un potente campo magnetico distribuito uniformemente su un'ampia zona di interrogatorio. L'area interrogata può essere modificata alterando il numero di unità per adattarsi a vari scenari. Basso guadagno in campo lontano e caratteristiche di banda larga sono caratteristiche dell'antenna suggerita. Tuttavia, questa antenna ha grandi dimensioni 776 mm \(\times \) 120 mm \(\times \) 1 mm.

Un'antenna per lettore RFID UHF basata su due linee meandro a microstriscia con estremità aperte. Le correnti equivalenti in due linee di meandro sono invertite in fase e hanno ampiezze quasi uguali. Le unità a linea di meandro sono state utilizzate per creare una distribuzione omogenea sia dei campi magnetici che elettrici. Le prestazioni dell'antenna del lettore proposta sono state analizzate utilizzando sei coppie di linee di meandro. Questa antenna di lettura ha raggiunto una larghezza di banda ridotta da 914 a 929 MHz con un'ampia superficie di 480 mm \(\times \) 200 mm \(\times \) 1,6 mm17. Un'antenna per lettore RFID a campo vicino basata su una struttura a linea di meandro è stata proposta in 18. Il design di questa antenna era composto da una struttura a linea serpeggiante a microstriscia con estremità aperta e un'altra linea serpeggiante con terminazione da 50 \(\Omega \) accoppiate insieme per ottenere un campo elettrico abbastanza forte nella regione del campo vicino.