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

Abstract

As 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, a necessidade de desenvolvimento de novos modelos de etiquetas que atendam com eficiência aos diversos paradigmas torna-se oportuno. Essa eficiência depende da necessidade de cada aplicação. Uma variedade considerável de fatores influencia na indicação do desempenho dessas etiquetas. Em termos de comparação, a miniaturização, o amplo alcance de leitura e o baixo custo são relevantes na maioria dos casos, porém em outros, uma etiqueta miniaturizada que não tenha um grande alcance de leitura irá atender completamente a necessidade do usuário. Na busca por uma ampla possibilidade de quantificação, esta tese 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 de leitura do CI, custo do substrato e custo do processo de fabricação). Na parte inicial da tese é feito um estudo sobre as métricas utilizadas nas FoM existentes. Com base nas considerações referentes às FoM apresentadas na bibliografia foram definidas as escolhas das métricas mais adequadas e proposta a FoM para etiquetas passivas RFID em superfícies metálicas e não metálicas. 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. A primeira refere-se a uma etiqueta para utilização em objetos metálicos e a segunda trata-se de uma etiqueta para utilização em objetos não metálicos, desenvolvidas através do processo de Remoção – Etching e do processo de Impressão por Transferência Térmica – ThermalTransfer, respectivamente. 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 tags antennas - RFID in ultra-high frequency - UHF have been widely studied for use on metallic and non-metallic surfaces, among others. With the increase in new trends related to the Internet of Things, the need to develop new models of tag antennas that efficiently meet the different paradigms becomes opportune. This efficiency depends on the needs of each application. A considerable variety of factors influence the indication of the performance of these tag antennas. In terms of comparison, miniaturization, long reading range and low cost are relevant in most cases, but in others, a miniaturized tag antenna that does not have a long reading range will completely meet the user's needs. In the search for the broad possibility of quantification, this thesis presents a solution for evaluation: the implementation of a Figure of Merit (Figure of Merit - FoM) that uses several of its main metrics of these tag antennas (reading range, area, reading sensitivity of the chip, cost substrate and cost of the manufacturing process). In the initial part of the thesis, a study is made on the metrics used in the existing FoM. Based on the FoM considerations presented in the bibliography, the choices of the most appropriate metrics were defined and FoM was proposed for passive RFID tag antennas on metallic and non-metallic surfaces. Two new passive UHF RFID tags of different structures have been designed to be used in the evaluation of FoM together with the existing tags in the literature. The first refers to a tag antenna for use on metallic objects and the second is a tag antenna for non-metallic objects developed through the Removal - Etching and Thermal Transfer Printing – ThermalTransfer processes, respectively. The results of the electromagnetic simulations of the tag antennas were verified through experimental measurements in a controlled environment. Then, the proposal used for the figure of merit for passive RFID tags on metallic and nonmetallic surfaces is presented. Finally, FoM is applied to the developed and existing tag antennas. The proposed figure of merit, besides employing several characteristics, provides a wide possibility for its quantification of tag, indicating that the value derived from merit is particularly useful not only for comparing related tag antennas but also for analyzing initial decisions of a UHF RFID tag antenna design , also having potential for application in other types of tag antennas.