Природа

Aug 01, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 14017 (2023) Цитировать эту статью

759 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом документе предлагается считывающая антенна сверхвысокочастотной (УВЧ) радиочастотной идентификации (RFID) в форме паутины и безбатарейная сенсорная система для применения в сфере здравоохранения. Эта конструкция антенны состоит из восьми концентрических десятиугольников разных размеров и пяти прямых микрополосковых линий. Эти линии подключаются к земле с помощью резисторов номиналом 50 \(\Омега\) с обоих концов, за исключением одной микрополосковой линии, которая зарезервирована для подключения порта питания. . Конструкция антенны считывателя имеет достаточно сильные и однородные характеристики электрического и магнитного поля. Он также обладает широкополосными характеристиками, охватывая весь диапазон UHF RFID (860–960 МГц) и обеспечивая объем считывания метки 200 \(\times \) 200 \(\times \) 20 мм\({^3}\). Кроме того, он имеет низкие характеристики усиления, которые необходимы для большинства приложений ближнего поля, чтобы предотвратить неправильное считывание других тегов. Более того, распределение тока в этой конструкции симметрично по всей конструкции, что эффективно решает проблемы чувствительности к ориентации, часто встречающиеся в недорогих меточных антеннах с линейной поляризацией. Результаты измерений показывают, что антенна считывателя может считывать таблетки с лекарствами, помеченные с помощью недорогих пассивных RFID-меток без батареек, помеченные дорогие ювелирные изделия, интервенционный раствор и пакеты с кровью, расположенные в различных ориентациях. В результате предлагаемая система на основе считывающей антенны является сильным конкурентом для приложений RFID ближнего поля, здравоохранения и Интернета вещей.

Радиочастотная идентификация (RFID) сочетается с Интернетом вещей (IoT) для прогнозирования интересных приложений1,2,3,4,5,6. Система UHF RFID обладает такими преимуществами, как большой диапазон считывания, возможности считывания множества меток, простая структура меток, высокая скорость считывания и т. д., а также имеет широкие перспективы применения7. Системы RFID-меток ближнего действия больше подходят для меток на уровне предметов и экологически чувствительных приложений. Необходимо со 100% вероятностью успешно читать ценные товары, такие как лекарства и ювелирные изделия. Однако одной из ключевых технических проблем при проектировании антенн RFID-считывателей ближнего поля УВЧ является создание достаточно сильного и относительно равномерного распределения поля8,9,10,11,12,13,14,15. Кроме того, недорогие коммерческие антенны-метки имеют линейную поляризацию, что создает проблемы с ориентационной чувствительностью. Следовательно, существует потребность в антенне считывателя с однородными характеристиками магнитного и электрического поля. В дополнение к этому, антенна считывателя ближнего поля, которая решает проблемы чувствительности ориентации метки, будет более предпочтительной.

В16 была разработана широкополосная антенна RFID-считывателя с низким коэффициентом усиления в дальней зоне для приложений ближнего поля. Антенна состояла из нескольких рамочных блоков, по петле каждого из которых течет синфазный ток. Он создает мощное магнитное поле, которое равномерно распределяется по большой зоне допроса. Зона допроса может быть изменена путем изменения количества единиц для соответствия различным сценариям. Низкое усиление в дальней зоне и широкополосные характеристики являются особенностями предлагаемой антенны. Однако эта антенна имеет большие размеры 776 мм \(\times\) 120 мм \(\times\) 1 мм.

Антенна считывателя UHF RFID на основе двух микрополосковых меандровых линий с открытыми концами. Эквивалентные токи в двух меандрах обратны по фазе и имеют практически равные амплитуды. Меандровые блоки использовались для создания однородного распределения как магнитных, так и электрических полей. Характеристики предлагаемой считывающей антенны анализировались с использованием шести пар меандровых линий. Эта считывающая антенна имеет небольшую полосу пропускания от 914 до 929 МГц и занимает большую площадь: 480 мм \(\times \) 200 мм \(\times \) 1,6 мм17. Антенна считывателя RFID ближнего поля, основанная на структуре меандровой линии, была предложена в работе18. Эта конструкция антенны состояла из одной структуры микрополосковой меандровой линии с открытыми концами и другой меандровой линии с оконечным напряжением 50 \(\Omega\), соединенных вместе для получения довольно сильного электрического поля в ближней области.