巴塞羅那研究人員開發(fā)出具有更高天線效率的3D打印RFID標(biāo)簽

來源：RFID世界網(wǎng)

巴塞羅那大學(xué)和加泰羅尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)設(shè)計(jì)并3D打印了一種更可靠的增強(qiáng)型UHF-RFID標(biāo)簽。該團(tuán)隊(duì)的庫存跟蹤設(shè)備采用雙錐天線設(shè)計(jì)，內(nèi)置金屬條以提高其整體帶寬，并采用了電介質(zhì)涂層來防止其信號(hào)受到干擾。摘要測試表明，該標(biāo)簽可以無縫集成到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，從而有可能在醫(yī)療、建筑、汽車等行業(yè)用作庫存管理工具。

圖為研究人員的新型RFID芯片設(shè)計(jì)。圖源巴塞羅那大學(xué)。

新型附加天線應(yīng)用
增材制造（3D打印）在開發(fā)更緊湊的天線系統(tǒng)方面的潛力已經(jīng)在廣泛的終端應(yīng)用中得到證明。例如，科學(xué)家目前正在嘗試為英國的5G網(wǎng)絡(luò)3D打印低成本天線，而航空航天公司SENER Aeroespacial正在為PROBA-3太空任務(wù)打印一種金屬傳感器。

同樣，美國特拉華大學(xué)(UDEL)的研究人員正在使用XJet Carmel 1400 3D打印機(jī)開發(fā)他們自己的5G天線和其他微波相關(guān)設(shè)備。現(xiàn)在，巴塞羅那的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定RFID技術(shù)是3D打印制造技術(shù)所帶來的成本節(jié)約和復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的另一個(gè)可能受益者。

RFID芯片廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域，作為跟蹤庫存、管理人員出入和各種物流應(yīng)用的一種手段，但它們?nèi)匀挥芯窒扌浴Ｓ袝r(shí)，當(dāng)設(shè)備在電磁環(huán)境變化的地方工作時(shí)，芯片的激活范圍會(huì)受到限制。

尤其是在醫(yī)院，由于電磁設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域中非常普遍，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致RFID標(biāo)簽發(fā)生故障，從而會(huì)影響跟蹤芯片的輻射效率。此外在汽車和建筑領(lǐng)域，RFID設(shè)備無法在完全沉浸狀態(tài)下工作，這也阻礙了它們在制造流程的某些領(lǐng)域中的使用。

該團(tuán)隊(duì)的新RFID設(shè)備被封裝在一個(gè)帶介質(zhì)的外殼內(nèi)，以便能夠成功浸入水中。圖源巴塞羅那大學(xué)。

巴塞羅那團(tuán)隊(duì)的升級版RFID設(shè)備
為了克服現(xiàn)有RFID標(biāo)簽的局限性，研究人員設(shè)計(jì)了一種新穎的天線結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)備浸入另一種介質(zhì)中時(shí)可以防止信號(hào)電抗。該團(tuán)隊(duì)的芯片設(shè)計(jì)包括兩個(gè)主要的對稱輻射器、一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)電介質(zhì)涂層，該涂層經(jīng)過優(yōu)化可在特定頻率下工作。

天線的主體采用雙錐形結(jié)構(gòu)，中間有一塊金屬板，該金屬板已預(yù)先編程，介電常數(shù)為2.8，損耗角正切為0.02。兩個(gè)方形金屬條也纏繞在金屬板的兩側(cè)，并通過一個(gè)孔連接，這最終使天線的寬帶與RFID芯片的寬帶相匹配。

在設(shè)備設(shè)計(jì)中利用了先進(jìn)的電磁模擬軟件，研究人員可以對其進(jìn)行優(yōu)化，以便用于RFID通用頻率。一旦團(tuán)隊(duì)的最終成品準(zhǔn)備就緒，他們就通過3D打印將圓柱形聚合物主體分成兩半來制造介電涂層，然后再將兩半連接起來以將天線封裝在內(nèi)部。

天線也涂有導(dǎo)電銀墨水，這被用作鍍銅工藝的種子源。一旦完成，這個(gè)設(shè)備的圓錐形結(jié)構(gòu)就會(huì)被一層薄薄的合金覆蓋，這樣就能夠成功接收和傳輸信號(hào)。

帶有RFID芯片的“圓錐體”被鍍上了一層薄薄的銅。圖源巴塞羅那大學(xué)。

隨后的測試表明，科學(xué)家的模擬實(shí)驗(yàn)與原型性能之間存在一些不一致，特別是在帶寬方面?？紤]到該設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其最終設(shè)計(jì)的精度在某些方面存在差異，這對芯片的電磁性能產(chǎn)生了連鎖效應(yīng)。

盡管如此，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的RFID芯片的最終原型在使用商用“Alien ALR-9900 +”閱讀器進(jìn)行評估時(shí)，它的性能也表現(xiàn)良好。一旦設(shè)備懸空時(shí)，就可以從4.5米遠(yuǎn)的距離讀取該設(shè)備；當(dāng)芯片完全浸入水中時(shí)，它可以保持40％的檢測范圍，這與模擬結(jié)果是一致的。

因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們的設(shè)計(jì)是成功的，而成品設(shè)備則具有獨(dú)特性，因?yàn)樗槍η度胧綉?yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。測試表明，RFID標(biāo)簽?zāi)軌蛴行У貙⑼獠織l件的影響降到最低，這將使它能夠在電磁環(huán)境特別不穩(wěn)定的新興行業(yè)中使用。

研究人員的這一發(fā)現(xiàn)在其名為“嵌入式應(yīng)用的3D打印UHF-RFID標(biāo)簽（3D-Printed UHF-RFID Tag for Embedded Applications）”的論文中得到了詳細(xì)說明。該論文由Neus Vidal、Josep Maria Lopez-Villegas、Jordi Romeu、Arnau Salas Barenys、Aleix Garcia-Miquel、Giselle Gonzalez-Lopez和Luis Jofre合著。