巴塞羅那研究人員開發(fā)出具有更高天線效率的3D打印RFID標簽

來源：RFID世界網

巴塞羅那大學和加泰羅尼亞理工大學的科學家已經設計并3D打印了一種更可靠的增強型UHF-RFID標簽。該團隊的庫存跟蹤設備采用雙錐天線設計，內置金屬條以提高其整體帶寬，并采用了電介質涂層來防止其信號受到干擾。摘要測試表明，該標簽可以無縫集成到現(xiàn)有網絡中，從而有可能在醫(yī)療、建筑、汽車等行業(yè)用作庫存管理工具。

圖為研究人員的新型RFID芯片設計。圖源巴塞羅那大學。

新型附加天線應用
增材制造（3D打印）在開發(fā)更緊湊的天線系統(tǒng)方面的潛力已經在廣泛的終端應用中得到證明。例如，科學家目前正在嘗試為英國的5G網絡3D打印低成本天線，而航空航天公司SENER Aeroespacial正在為PROBA-3太空任務打印一種金屬傳感器。

同樣，美國特拉華大學(UDEL)的研究人員正在使用XJet Carmel 1400 3D打印機開發(fā)他們自己的5G天線和其他微波相關設備�，F(xiàn)在，巴塞羅那的團隊已經確定RFID技術是3D打印制造技術所帶來的成本節(jié)約和復雜幾何結構的另一個可能受益者。

RFID芯片廣泛用于工業(yè)領域，作為跟蹤庫存、管理人員出入和各種物流應用的一種手段，但它們仍然有局限性。有時，當設備在電磁環(huán)境變化的地方工作時，芯片的激活范圍會受到限制。

尤其是在醫(yī)院，由于電磁設備在醫(yī)療領域中非常普遍，經常會導致RFID標簽發(fā)生故障，從而會影響跟蹤芯片的輻射效率。此外在汽車和建筑領域，RFID設備無法在完全沉浸狀態(tài)下工作，這也阻礙了它們在制造流程的某些領域中的使用。

該團隊的新RFID設備被封裝在一個帶介質的外殼內，以便能夠成功浸入水中。圖源巴塞羅那大學。

巴塞羅那團隊的升級版RFID設備
為了克服現(xiàn)有RFID標簽的局限性，研究人員設計了一種新穎的天線結構，當設備浸入另一種介質中時可以防止信號電抗。該團隊的芯片設計包括兩個主要的對稱輻射器、一個匹配網絡和一個電介質涂層，該涂層經過優(yōu)化可在特定頻率下工作。

天線的主體采用雙錐形結構，中間有一塊金屬板，該金屬板已預先編程，介電常數為2.8，損耗角正切為0.02。兩個方形金屬條也纏繞在金屬板的兩側，并通過一個孔連接，這最終使天線的寬帶與RFID芯片的寬帶相匹配。

在設備設計中利用了先進的電磁模擬軟件，研究人員可以對其進行優(yōu)化，以便用于RFID通用頻率。一旦團隊的最終成品準備就緒，他們就通過3D打印將圓柱形聚合物主體分成兩半來制造介電涂層，然后再將兩半連接起來以將天線封裝在內部。

天線也涂有導電銀墨水，這被用作鍍銅工藝的種子源。一旦完成，這個設備的圓錐形結構就會被一層薄薄的合金覆蓋，這樣就能夠成功接收和傳輸信號。

帶有RFID芯片的“圓錐體”被鍍上了一層薄薄的銅。圖源巴塞羅那大學。

隨后的測試表明，科學家的模擬實驗與原型性能之間存在一些不一致，特別是在帶寬方面�？紤]到該設備幾何結構的復雜性，其最終設計的精度在某些方面存在差異，這對芯片的電磁性能產生了連鎖效應。

盡管如此，該團隊設計的RFID芯片的最終原型在使用商用“Alien ALR-9900 +”閱讀器進行評估時，它的性能也表現(xiàn)良好。一旦設備懸空時，就可以從4.5米遠的距離讀取該設備；當芯片完全浸入水中時，它可以保持40％的檢測范圍，這與模擬結果是一致的。

因此，研究團隊認為他們的設計是成功的，而成品設備則具有獨特性，因為它針對嵌入式應用進行了優(yōu)化。測試表明，RFID標簽能夠有效地將外部條件的影響降到最低，這將使它能夠在電磁環(huán)境特別不穩(wěn)定的新興行業(yè)中使用。

研究人員的這一發(fā)現(xiàn)在其名為“嵌入式應用的3D打印UHF-RFID標簽（3D-Printed UHF-RFID Tag for Embedded Applications）”的論文中得到了詳細說明。該論文由Neus Vidal、Josep Maria Lopez-Villegas、Jordi Romeu、Arnau Salas Barenys、Aleix Garcia-Miquel、Giselle Gonzalez-Lopez和Luis Jofre合著。