Sistemas RFID UHF

Abstract

O interesse por sistemas de identificação por radiofrequência (RFID) tem aumentado de forma significativa nos últimos anos, principalmente na identificação e tracking de objectos, animais e pessoas através de um modo de comunicação sem fios. Esta comunicação é feita por ondas de rádio que são transmitidas por um leitor, através de uma antena a um identificador (etiqueta) que atribui a um objeto uma identidade única, o chamado código de identificação único. Esta tecnologia não só identifica, mas também armazena dados atribuídos a determinado objeto, animal ou pessoa. No entanto, o RFID apresenta ainda consideráveis limitações, que inviabilizam o seu uso. Duas importantes razões que tornam esta tecnologia menos interessante _e o seu excessivo custo, causado não só pelos preços dos leitores e das antenas, mas também pelo preço do processo de fabrico das etiquetas; e devido ao facto de serem usados leitores não-reconfiguráveis a novos protocolos de comunicação, novas etiquetas ou até mesmo alterações de frequências. O primeiro objetivo deste projeto foi então desenvolver um front end de radiofrequência para a construção de um leitor RFID UHF reconfigurável de baixo custo, baseado em circuitos programáveis DSP ou FPGA, com um processador embutido e software-defined radio. Com isto pretende-se que os leitores RFID não dependam de transceivers RFID comerciais. Além disso, com este estudo pretendeu-se também a desenvolver antenas e etiquetas RFID, em material orgânico flexível, com um processo de produção de etiquetas simples e de baixo custo. Na primeira parte deste projeto, foi proposto um front end para a banda RFID UHF Europeia e para a banda Americana, que poderá ser usado, no futuro, no desenvolvimento de um leitor RFID. Este front end foi desenhado para ser robusto, de baixo custo, e com o objetivo de emitir e receber sinais de rádio. Na segunda parte, foram desenvolvidas duas antenas para leitores, uma para a banda RFID UHF Americana e outra para a banda RFID UHF Europeia. Por _ultimo, foi alterada uma impressora convencional, comercialmente disponível, e foram feitas também alterações na tinta de impressão, tornando-a condutora, para impressão de antenas para etiquetas RFID em substratos _a base de papel. Todos os parâmetros fundamentais das antenas foram simulados numericamente e testados experimentalmente. As duas antenas testadas mostraram boas performances, em particular, a antena para a banda RFID UHF Europeia, cujos valores resultantes dos testes experimentais foram muitos similares aos encontrados computacionalmente, sendo mesmo melhores para alguns parâmetros. Esta antena, não só apresentou uma boa performance na banda mencionada, mas também na banda RFID UHF Americana. Foram desenvolvidas sete etiquetas RFID, ou seja, desenhadas e impressas usando a impressora jato de tinta modificada, e testadas posteriormente. Todas as etiquetas funcionaram, embora uma delas não tenha apresentado resultados tão satisfatórios. Podemos então concluir que a nossa tecnologia permitiu ter etiquetas impressas por uma impressora convencional e, desta forma, poderá oferecer uma maior independência ás empresas que as produzem, podendo mesmo ser utilizada em ambientes de I&D, em Universidades ou Escolas, de modo simples e barato.

In recent years, Radio Frequency IDentification (RFID) technology has received special attention, especially for identifying and tracking objects, animals and people through a wireless communication connection. Radio waves transmitted from a reader, through an antenna to an identifier, called tag, which attributes an Unique Identification Number (UID) to a object, animal or person are used for this communication. This technology not only helps to identify, but also to collect data attributes about a certain person or object. However, RFID still has important limitations, which slows down its growth considerably. The two main reasons for that are related not only with the excessive cost of this system due to the readers and antennas, but also because it uses non-reconfigurable readers to new communication protocols, tags or even changes in frequencies. Therefore, the first purpose of this project was to develop a front-end to be included into a low-cost reconfigurable RFID UHF reader, based on FPGA or DSP, with an embedded processor and a software-defined radio. In a long-term, it is intended to have readers that does not require commercial RFID transceivers. The second purpose of this study was to develop a simple and low-cost manufacturing process of antennas and tags in exible and organic material. Firstly, a front end for RFID UHF bandwidth across the European Union and in the North America was proposed to be implemented in the future. This front end was designed to be low-cost, robust, in order to emit and receive radio signals. Secondly, two antennas, respectively, for an American and European UHF bandwidth RFID reader were developed in this project. Ultimately, an ordinary home inkjet-printer was modified to jet conductive ink, created as a part of this study, to print tag antennas in paper based substrate. All of the fundamental parameters that needed to be evaluated for antennas were experimentally simulated and tested for the two antennas. Both showed high performances, particularly, the antenna for a European UHF bandwidth RFID reader. This antenna obtained results more similar to the numerical model, and experimental findings were even better for some parameters. Its performance was found to be high even for an American UHF bandwidth RFID reader. Furthermore, seven RFID tags were developed, meaning they were designed and printed on the modified home inkjet-printer, and then its performance was tested. Although one of these tags showed not to be highly efficient, all tags worked adequately for the purpose. Therefore, we can conclude that our technology allowed to print RFID tags using a modified home inkjet-printer, indicating that this method can offer more independency to RFID tag manufacturers and, also allow an extensive use of this system in I&D environment, University or Schools, since it is simple and cheap.