Desenvolvimento de etiquetas planares passivas UHF RFID em superfícies metálicas e não metálicas com a proposta de uma figura de mérito para avaliação

Abstract

Etiquetas planares passivas de identificação por radiofrequência (Radio Frequency Identification – RFID) em ultra-alta frequência (Ultra High Frequency – UHF) têm sido amplamente estudadas para a utilização em superfícies metálicas e não metálicas, entre outros. Com o aumento de novas tendências relacionadas à Internet das Coisas (IOT), a necessidade de desenvolvimento de novos modelos de etiquetas que atendam com eficiência aos diversos paradigmas torna-se oportuna. Essa eficiência depende da necessidade de cada aplicação. Uma variedade considerável de fatores influencia na indicação do desempenho dessas etiquetas. Na busca por uma ampla possibilidade de quantificação, este artigo apresenta uma solução para avaliação: a implementação de uma Figura de Mérito (Figure of Merit – FoM) que englobe as principais métricas dessas etiquetas (alcance de leitura, área, sensibilidade do circuito integrado, custo do substrato e custo do processo de fabricação). Duas novas etiquetas passivas UHF RFID de estruturas diferentes foram projetadas para serem utilizadas na avaliação da FoM juntamente com as etiquetas existentes na literatura. Os resultados das simulações eletromagnéticas das etiquetas foram verificados através de medidas experimentais em ambiente controlado. Finalmente, é feita a aplicação da FoM nas etiquetas desenvolvidas e existentes. A FoM proposta emprega métricas ainda não utilizadas e fornece a possibilidade de avaliação e quantificação de etiquetas, indicando que o valor derivado do mérito é particularmente útil não somente para comparação de etiquetas correlatas como para análise de decisões iniciais de projetos de etiquetas UHF RFID, tendo também potencial para aplicação em outros tipos de etiquetas.

Passive planar radio frequency identification (RFID) tags in ultra-high frequency (UHF) have been widely studied for use on metallic and non-metallic surfaces, among others. With the increase of new trends related to the Internet of Things (IOT), the need to develop new tag models that efficiently meet the various paradigms becomes timely. This efficiency depends on the need of each application. A considerable variety of factors influence the performance of these tags. In the search for a broad quantification possibility, this paper presents a solution for evaluation: the implementation of a Figure of Merit (FoM) that encompasses the main metrics of these tags (read range, area, IC sensitivity, substrate cost, and manufacturing process cost). Two new passive UHF RFID tags of different structures were designed to be used for FoM evaluation along with existing tags in the literature. The results of the electromagnetic simulations of the tags were verified by experimental measurements in a controlled environment. Finally, the application of the FoM to the developed and existing labels is performed. The proposed FoM employs metrics not yet used and provides the possibility of label evaluation and quantification, indicating that the derived figure of merit is particularly useful not only for comparison of correlated labels but for analysis of initial design decisions for UHF RFID labels, and also has potential for application to other types of labels.