自然

Aug 01, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14017 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この論文では、自然からインスピレーションを得たクモの巣状の超短波 (UHF) 無線周波数識別 (RFID) リーダー アンテナと、ヘルスケア アプリケーション向けのバッテリー不要のセンサー ベースのシステムを提案します。 このアンテナ設計は、さまざまなサイズの 8 つの同心の十角形と 5 つの直線のマイクロストリップ ラインで構成されています。これらのラインは、給電ポートの接続用に予約されている 1 本のマイクロストリップ ラインを除き、両端から 50 個の \(\Omega \) 抵抗を使用してグランドに接続されています。 。 リーダーのアンテナ設計は、非常に強力で均一な電界および磁界特性を特徴としています。 また、広帯域特性も示し、UHF RFID 帯域全体 (860 ～ 960 MHz) をカバーし、200 \(\times \) 200 \(\times \) 20 mm\({^3}\) のタグ読み取りボリュームを提供します。 さらに、他のタグの誤読を防ぐために、ほとんどのニアフィールドアプリケーションに必要な低ゲイン特性を備えています。 さらに、この設計の電流分布は構造全体で対称的であり、低コストの直線偏波タグ アンテナでよく発生する方向感度の問題を効果的に解決します。 測定結果は、リーダーのアンテナが、低コストのパッシブ/バッテリー不要の RFID タグを使用してタグ付けされた薬の丸薬、タグ付けされた高価な宝石、介入溶液、およびさまざまな方向に配置された血液バッグを読み取ることができることを示しています。 その結果、提案されたリーダーアンテナベースのシステムは、近距離無線 RFID、ヘルスケア、IoT アプリケーションの有力な候補となります。

無線周波数識別 (RFID) は、モノのインターネット (IoT) と組み合わされて、エキサイティングなアプリケーションを予測しています 1、2、3、4、5、6。 UHF RFID システムは、長い読み取り距離、多くのタグ読み取り機能、単純なタグ構造、速い読み取り速度などの利点を備えており、幅広い応用の可能性を秘めています7。 ニアフィールド RFID タグ システムは、品目レベルのタグや環境に敏感なアプリケーションに適しています。 医薬品や宝石などの貴重品を100%の確率で読み込む必要があります。 ただし、UHF 近距離 RFID リーダー アンテナの設計における重要な技術的問題の 1 つは、十分に強力で比較的均一な電界分布を生成することです8、9、10、11、12、13、14、15。 さらに、低コストの市販のタグ アンテナは直線偏波であるため、方向感度の問題が生じます。 したがって、均一な磁界特性と電界特性を備えたリーダーアンテナが必要です。 これに加えて、タグの方向感度の問題を解決する近接場リーダーアンテナの方が有利です。

16 年には、遠距離場利得が低い広帯域 RFID リーダー アンテナが近距離場アプリケーション向けに考案されました。 アンテナは複数のループ ユニットで構成されており、各ループには同相電流が流れます。 これは、広い検査ゾーン全体に均一に分布する強力な磁場を生成します。 さまざまなシナリオに対応するためにユニットの数を変更した結果、尋問エリアを変更できます。 低い遠距離場利得と広帯域特性が、提案されたアンテナの特徴です。 ただし、このアンテナの寸法は 776 mm \(\times \) 120 mm \(\times \) 1 mm と大きくなります。

開放端を持つ 2 本のマイクロストリップ蛇行ラインに基づく UHF RFID リーダー アンテナ。 2 つの蛇行ラインの等価電流は位相が反転し、振幅がほぼ同じになります。 メアンダラインユニットを使用して、磁界と電界の両方を均一に分布させました。 提案されたリーダー アンテナの性能は、6 対の蛇行ラインを使用して分析されました。 このリーダー アンテナは、480 mm \(\times \) 200 mm \(\times \) 1.6 mm という大きな設置面積で、914 ～ 929 MHz の小さな帯域幅を実現しました。 ミアンダライン構造に基づく近距離無線 RFID リーダ アンテナが提案されています 18。 このアンテナ設計は、1 つのオープンエンドのマイクロストリップ蛇行ライン構造と、近接場領域でかなり強い電界を得るために結合された 50 \(\Omega \) 終端を備えたもう 1 つの蛇行ラインで構成されています。