Diseño de antenas para etiquetas de RFID en escenarios de alta exigencia

Abstract

Los avances tecnológicos vividos en las últimas décadas han propulsado la implantación de los sistemas de identificación por radiofrecuencia (RFID) dentro de una amplia variedad de campos de aplicación, entre los que se encuentran la cadena de distribución industrial u otras de ámbito popular como el conocido sistema de pago en peajes (teletag). La buena acogida de esta tecnología dentro de la sociedad moderna impulsa la constante aparición de nuevas aplicaciones. Ello conlleva la constante evolución de los sistemas de RFID con el fin de proveer soluciones específicas que cumplan con los requisitos de cada aplicación. Por un lado, la industria actual requiere de procesos de automatización del registro de entrada/salida, alertas de mantenimiento, sistemas de localización y optimización de las inversiones (mejorar la eficiencia de los trabajadores, evitar hurtos y extravíos, optimizar los tiempos de transporte, mejorar la calidad del servicio y del producto, etc.). El extravío y el robo de herramientas, equipos electrónicos y/o maquinaria, en la industria de la construcción y en el sector salud, producen graves pérdidas económicas en ambos sectores. Concretamente en el caso de la asistencia sanitaria, el seguimiento y control de activos y personas, además, resultaría en una mejor utilización de los recursos y en la reducción de costes, así como en la disminución de errores médicos, lo que resultaría en el aumento de la seguridad de los pacientes. Además de imponer estrictas restricciones sobre las etiquetas, el escenario de la aplicación influye decisivamente en el rendimiento final del sistema. De entre los posibles escenarios de aplicación, los escenarios de alta exigencia son el subconjunto que presenta mayor perjuicio para el alcance de las etiquetas. Los casos con un efecto más devastador sobre la eficiencia de la antena son el etiquetado de objetos metálicos y el etiquetado de objetos de alta conductividad, como en el caso de la identificación de personas. Los escenarios de aplicación estudiados a lo largo de este trabajo son el etiquetado de objetos metálicos, el seguimiento de pacientes en instalaciones hospitalarias y el uso de determinadas estructuras (guías de onda) como potenciales canales de comunicación para sistemas de RFID. El presente documento repasa el estado del arte actual del diseño de etiquetas, en los escenarios mencionados, con el objetivo de minimizar los efectos perjudiciales sufridos por la antena de la etiqueta, tras lo cual, se realizan diseños innovadores para dar solución a los problemas más comunes de las aplicaciones actuales como son la miniaturización de las etiquetas, la reducción de los costes de fabricación, la sintonización de la impedancia de la antena con los diversos μ-chips disponibles en el mercado, y por supuesto, el aumento del alcance o rango de lectura del sistema.

Technological advances in the last decades, in areas such as reach, security, storage or reading rate, among others, have propelled the implantation of radio frequency identification (RFID) systems within a wide variety of fields of application among which may be mentioned the production and distribution chain in the industry or others of particular use as the well-known teletag toll payment system. The good insertion of this technology within modern society prompts the constant emergence of new applications. This entails the constant evolution of RFID systems in order to provide specific solutions that meet the requirements of each application. In addition to imposing strict restrictions on tags, the application scenario has a decisive influence on the final performance of the system. Among the possible application scenarios, the highly demanding scenarios are the subset that presents the most detriment to the read range of the tags. The cases with a more devastating effect on the efficiency of the antenna are the labeling of metallic or high conductivity objects, as the identification of people. The main application scenarios discussed in this document are the labeling of metallic objects and the tracking of patients inside hospital facilities. On the one hand, the current industry requires automation processes in the input / output register, maintenance alerts, localization systems and optimization of investments (improve worker efficiency, avoid theft and loss, optimize transport times, improve the quality of the service and the product, etc.). The loss and theft of tools, electronic equipment and / or machinery, in the construction industry and in health care, produce serious economic losses in both sectors. Specifically in the case of health care, the monitoring and control of assets and people would also result in a better use of resources and reduction of costs, as well as the reduction of medical errors, which would result in the increase of patient safety. The objective of this work is to study the mentioned scenarios, with the intention of minimizing the detrimental effects caused by labeled objects on the antenna efficiency, after which innovative designs are sought to solve the most common problems of current applications such as miniaturization of labels, reduction of manufacturing costs, tuning the impedance of the tag antenna to the various μ-chips in the market, and of course, the reading range of the system.