Disseny i caracterització d’etiquetes d’identificació per radiofreqüència (rfid) de doble banda basades en conceptes de metamaterials

Abstract

La identificació per radiofreqüència (RFID) és una tecnologia de comunicació sense fils entre un lector i un transductor anomenat etiqueta, que s’adhereix als objectes per a identificar-los o emmagatzemar-ne informació. A diferència dels seus predecessors, els codis de barres òptics, l’enllaç de comunicació no requereix visió directe i es poden llegir múltiples etiquetes al mateix instant de temps. El rang d’operació és significativament superior també. Totes aquestes característiques afavoreixen el desenvolupament del que serà, segons els experts, la revolució de la Internet de les Coses, que permetrà identificar qualsevol objecte etiquetat des de qualsevol ordinador, instantàniament. Només dos factors impedeixen el desenvolupament i expansió de la tecnologia RFID: la falta d’uniformitat en la estandardització i els costos dels sistemes RFID, que van disminuint ràpidament any rere any. La finalitat de la tesi és abordar i aportar solucions a la falta d’homogeneïtat en els estàndards de RFID en el rang de freqüències ultra altes (UHF). L’objectiu, per tant, es centra en dissenyar etiquetes RFID per operar en les bandes de freqüència de les diferents regions del món. És a dir, es dissenyaran etiquetes RFID duals en freqüència per operar en diferents regions. Per aconseguir aquesta fita es desenvolupa un mètode pertorbatiu mitjançant les línies de transmissió artificials de tipus ressonant, basades en conceptes metamaterial. Aquestes línies permeten cert control dels paràmetres elèctrics de les xarxes d’adaptació que es concatenaran entre l’antena i el xip de l’etiqueta RFID. Així, aprofitant les característiques de controlabilitat dels metamaterials, s’implementen etiquetes RFID multibanda. L’estudi analític del mètode pertorbatiu, així com el disseny, fabricació i mesura de les etiquetes RFID són els blocs principals d’aquest treball.

Radiofrequency identification (RFID) is a wireless communication technology, consisting on a link between a reader and a transducer namely tag. The tag is attached to the objects in order to identifier them and to provide information of such objects. RFID is being developed to replace the optical bar codes, because it offers some relevant advantages as the possibility to read multiples tags at the same time without direct line of sight. It also involves that the RFID read ranges are largest. According to experts, the RFID technology will allow to develop the revolution of The Internet of Things, which can identifier any tagged object from any computer, instantly. However there are two factors which hinder the development and expansion of RFID technology: the standard (lack of uniformity) and the costs associated to RFID systems, which are decreasing year after year. The thesis goal deals with solutions to solve the lack of uniformity of the standard in the RFID ultra-high frequencies (UHF).Therefore, the thesis aim consists in designing RFID tags capable to operate at two frequency bands of the different worldwide regions. In order to achieve this target a perturbation method has been carried out by means of the resonant-type artificial transmission lines, based in metamaterial concepts. Such lines can engineer and tailor the dispersion diagram and characteristic impedance (to some extend) of the impedance matching networks, which are cascaded between the antenna and the chip of the tag. Then, it is possible to implement multiband RFID tags, thanks to the metamaterial controllability. This work has compiled the analytical study of the perturbation method, and also the design, fabrication and measure of the RFID tags.