Natur

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 14017 (2023) Diesen Artikel zitieren

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

In diesem Artikel werden eine von der Natur inspirierte, spinnennetzförmige Ultrahochfrequenz-(UHF)-RFID-Leseantenne (Radio Frequency Identification) und ein batterieloses, sensorbasiertes System für Anwendungen im Gesundheitswesen vorgeschlagen. Dieses Antennendesign besteht aus acht konzentrischen Zehnecken unterschiedlicher Größe und fünf geraden Mikrostreifenleitungen. Diese Leitungen sind an beiden Enden über 50 Ω-Widerstände mit der Erde verbunden, mit Ausnahme einer Mikrostreifenleitung, die für den Anschluss eines Speiseanschlusses reserviert ist . Das Design der Leseantenne zeichnet sich durch ziemlich starke und gleichmäßige elektrische und magnetische Feldeigenschaften aus. Es verfügt außerdem über Breitbandeigenschaften, deckt das gesamte UHF-RFID-Band (860–960 MHz) ab und bietet ein Tag-Lesevolumen von 200 \(\times \) 200 \(\times \) 20 mm\({^3}\). Darüber hinaus verfügt es über eine geringe Verstärkung, die für die meisten Nahfeldanwendungen erforderlich ist, um das Fehllesen anderer Tags zu verhindern. Darüber hinaus ist die Stromverteilung bei diesem Design über die gesamte Struktur symmetrisch, wodurch Probleme mit der Ausrichtungsempfindlichkeit wirksam gelöst werden, die häufig bei kostengünstigen linear polarisierten Tag-Antennen auftreten. Die Messergebnisse zeigen, dass die Leseantenne Medikamententabletten lesen kann, die mit kostengünstigen passiven/batterielosen RFID-Tags gekennzeichnet sind, teuren Schmuck, Interventionslösungen und Blutbeutel, die in verschiedenen Ausrichtungen positioniert sind. Daher ist das vorgeschlagene antennenbasierte Lesesystem ein starker Kandidat für Nahfeld-RFID-, Gesundheits- und IoT-Anwendungen.

Radiofrequenzidentifikation (RFID) wird mit dem Internet der Dinge (IoT) kombiniert, um spannende Anwendungen vorherzusagen1,2,3,4,5,6. Das UHF-RFID-System bietet die Vorteile einer großen Lesereichweite, zahlreicher Lesefunktionen für Tags, einer einfachen Tag-Struktur, einer schnellen Lesegeschwindigkeit usw. und verfügt über breite Anwendungsaussichten7. Nahfeld-RFID-Tag-Systeme eignen sich besser für Tags auf Artikelebene und umweltsensible Anwendungen. Es ist notwendig, Wertgegenstände wie Medikamente und Schmuck mit 100 %iger Wahrscheinlichkeit erfolgreich zu lesen. Eines der wichtigsten technischen Probleme beim Design von UHF-Nahfeld-RFID-Leseantennen ist jedoch die Erzeugung einer ausreichend starken und relativ gleichmäßigen Feldverteilung8,9,10,11,12,13,14,15. Darüber hinaus sind kostengünstige kommerzielle Tag-Antennen linear polarisiert, was zu Problemen bei der Orientierungsempfindlichkeit führt. Daher besteht Bedarf an einer Leseantenne mit gleichmäßigen magnetischen und elektrischen Feldeigenschaften. Darüber hinaus wird die Nahfeld-Leseantenne, die die Probleme mit der Orientierungsempfindlichkeit des Tags löst, vorteilhafter sein.

In16 wurde eine Breitband-RFID-Leseantenne mit geringem Fernfeldgewinn für Nahfeldanwendungen entwickelt. Die Antenne bestand aus mehreren Schleifeneinheiten, die jeweils von einem gleichphasigen Strom durch die Schleife geleitet wurden. Es erzeugt ein starkes Magnetfeld, das gleichmäßig über einen großen Verhörbereich verteilt ist. Der abgefragte Bereich kann durch Änderung der Anzahl der Einheiten geändert werden, um verschiedenen Szenarien gerecht zu werden. Geringe Fernfeldverstärkung und Breitbandeigenschaften sind Merkmale der vorgeschlagenen Antenne. Allerdings hat diese Antenne große Abmessungen von 776 mm \(\times \) 120 mm \(\times \) 1 mm.

Eine UHF-RFID-Leseantenne basierend auf zwei Mikrostreifen-Mäanderleitungen mit offenen Enden. Die äquivalenten Ströme in zwei Mäanderleitungen sind phasenvertauscht und haben nahezu gleiche Amplituden. Um eine homogene Verteilung magnetischer und elektrischer Felder zu erzeugen, wurden Mäanderlinieneinheiten eingesetzt. Die Leistung der vorgeschlagenen Leseantenne wurde anhand von sechs Mäanderlinienpaaren analysiert. Diese Leseantenne erreichte eine kleine Bandbreite von 914 bis 929 MHz bei einer großen Grundfläche von 480 mm \(\times \) 200 mm \(\times \) 1,6 mm17. Eine auf einer Mäanderlinienstruktur basierende Nahfeld-RFID-Leseantenne wurde in18 vorgeschlagen. Dieses Antennendesign bestand aus einer mäanderförmigen Mikrostreifenleitungsstruktur mit offenen Enden und einer weiteren mäanderförmigen Leitung mit 50 \(\Omega \)-Abschluss, die miteinander gekoppelt waren, um ein ziemlich starkes elektrisches Feld im Nahfeldbereich zu erzeugen.

Die Antennenabmessungen betragen 140 \(\times \) 100 \(\times \) 2 mm\({^3}\) mit einem Lesevolumen für mehrere Tags von 170 \(\times \) 150 \(\times \) 25 mm \({^3}\). Eine weitere komplementäre Nahfeld-Leseantenne auf Split-Ring-Resonator-Basis (CSRR) wurde 19 entwickelt. Die Antenne basierte auf einem Leistungsteiler und zwei 50 \(\Omega \) terminierten Mikrostreifenzweigen. Ein Arm ist mit CSRR-Elementen beladen, die die Ausbreitung von Rückwärtswellen aktivieren. Die Leseantenne erreichte 0,76 bis 0,88 GHz bei einer Abfrageebene von 220 mm \(\times \) 180 mm \(\times \) 50 mm. Im Jahr 20 wurde untersucht, ob eine tragbare Yagi-ähnliche Nahfeld-Leseantenne zusammen mit dem kleinen RFID-Lesegerät in einen intelligenten Handschuh integriert werden kann. Dieses Design basiert auf einem rhombusförmig gefalteten Dipol und parasitären Elementen (die entweder als Reflektoren oder Direktoren fungieren). Verschiedene Varianten dieser Yagi-Antenne wurden auf dehnbarem Stoff entworfen und ihre Leistung im Hinblick auf Nahfeldverteilung und Reflexionskoeffizient analysiert. 19 wurde eine multipolarisierte Nahfeld-RFID-Leseantenne vorgeschlagen, die auf zwei symmetrischen, mäanderförmigen und offenen Mikrostreifenleitungen basiert. Durch die 90°-Phasenverschiebung in einer der Mikrostreifenleitungen wurde eine Mehrfachpolarisierung und ein starkes elektrisches Feld im Nahfeldbereich erreicht. Diese Leseantenne hat ein Lesevolumen von 450 mm 450 mm 350 mm mit Abmessungen von 255,6 mm 220 mm 1 mm. Für Nahfeldanwendungen basierend auf der Kopplung elektrischer Felder wurde ein multipolarisiertes Nahfeld-UHF-RFID-Lesegerät mit periodischen Einheiten vorgeschlagen21. Die meisten der oben genannten Nahfeld-Leseantennen basierten auf mäanderförmigen Leitungsstrukturen, die recht groß sind und eine geringe Bandbreite aufweisen.

Daher wird in diesem Artikel eine spinnennetzförmige Ultrahochfrequenz-RFID-Leseantenne (UHF) für das Internet der Dinge (IoT) und Anwendungen im Gesundheitswesen vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Leseantenne besteht aus acht konzentrischen Zehnecken unterschiedlicher Größe und fünf geraden Mikrostreifenleitungen. Diese Leitungen sind an beiden Enden über 50-Ω-Widerstände mit der Erde verbunden, mit Ausnahme des Endes, das für einen Einspeiseanschluss offen bleibt. Das Design der Leseantenne verfügt über Breitbandeigenschaften, da es das gesamte UHF-RFID-Band (860–960 MHz) abdeckt und relativ starke und gleichmäßige elektrische und magnetische Feldeigenschaften aufweist. Darüber hinaus weist diese Antenne niedrige Verstärkungseigenschaften auf, die für die meisten Nahfeldanwendungen erforderlich sind, um eine Fehllesung anderer Tags zu vermeiden. Darüber hinaus löst die symmetrische Stromverteilung dieser Struktur die Orientierungsempfindlichkeitsprobleme eines kostengünstigen linear polarisierten Etiketts. Die Testergebnisse zeigen, dass die Leseantenne Etiketten auf teurem Schmuck, Blutbeuteln, Interventionslösungen und Tablettenfläschchen lesen kann, die mit kostengünstigen passiven/batterielosen RFID-Tags versehen wurden. Das vorgeschlagene antennenbasierte Lesesystem ist ein robuster Kandidat für Nahfeld-Gesundheits- und IoT-Anwendungen, wie in Abb. 1 dargestellt.

Geometrie und Struktur der vorgeschlagenen UHF-RFID-Nahfeld-Leseantenne mit detaillierten Abmessungen (alle Abmessungen in mm).

Abbildung 2 zeigt die Geometrie und Struktur der vorgeschlagenen UHF-RFID-Nahfeld-Leseantenne mit detaillierten Abmessungen. Die vorgeschlagene Tag-Antenne besteht aus einer spinnennetzförmigen Struktur, die auf ein kostengünstiges RF-4-Substrat (\(\epsilon r=4,4, \tan \delta =0,02)\)) mit einer Grundebene geätzt ist. Das vorgeschlagene Design integriert sieben konzentrische Zehnecke und fünf offene Mikrostreifenleitungen, die auf einem kreisförmigen FR4-Substrat mit einem Radius von 100 mm und einer Dicke von 1,5 mm hergestellt werden. Für den Entwurf und die Optimierung der Antenne kommt CST Microwave Studio zum Einsatz. Bei allen Zehneck- und Mikrostreifenleitungen beträgt die Kupferleiterbahnbreite 2 mm, mit Ausnahme des letzten Zehnecks, dessen Breite auf 1 mm optimiert ist.

Geometrie und Struktur der vorgeschlagenen UHF-RFID-Nahfeld-Leseantenne mit detaillierten Abmessungen (alle Abmessungen in mm).

Abbildung 3 zeigt eine vollständige Leseantennenkonfiguration mit 50 \(\Omega \)-Abschluss an beiden Enden gerader Mikrostreifenleitungen. Ein Ende des einzelnen Mikrostreifens bleibt für einen Einspeiseanschluss offen. Aufgrund der symmetrischen Struktur der vorgeschlagenen Spinnennetzantenne kann der Port an jedem einzelnen Ende einer geraden Mikrostreifenleitung angebracht werden. Die 50 \(\Omega \)-Widerstände werden vertikal zwischen den Enden der Mikrostreifenleitung und der Masseebene angeschlossen.

Seitenansicht der vorgeschlagenen Leseantenne mit 50 Widerstandsanschlüssen.

Abbildung 4 zeigt den ursprünglichen Entwurf der Spinnennetz-Nahfeld-Leseantenne. Das ursprüngliche Design wird von einer geraden Mikrostreifenleitung gespeist, während alle anderen Mikrostreifenleitungen offene Enden haben. Der entsprechende simulierte und gemessene S11-Parameter dieses ersten Entwurfs ist in Abb. 5 dargestellt. Der S11 weist eine Bandbreite von 900 bis 920 MHz auf. Beim gemessenen S11 gibt es eine kleine Abweichung, die möglicherweise auf den Unterschied in der Dielektrizitätskonstante von simulierten und hergestellten FR-4-Substraten zurückzuführen ist. In ähnlicher Weise ist die Oberflächenstromverteilung des anfänglichen Spinnennetzantennendesigns in Abb. 6 dargestellt.

Ursprünglicher Entwurf einer Spinnennetz-Nahfeld-Leseantenne.

Simulierter und gemessener S11-Parameter des anfänglichen Spinnennetzantennendesigns.

Die Oberflächenstromverteilung des ursprünglichen Entwurfs einer Spinnennetz-Nahfeld-Leseantenne.

Abbildung 6 zeigt eine symmetrische Stromverteilung des ursprünglichen Entwurfs, allerdings wird dieser Strom an den Enden aufgrund der offenen Struktur zu Null. Der ursprüngliche Entwurf löst auch Probleme mit der Tag-Ausrichtung aufgrund der aktuellen Symmetrie. Allerdings müssen die Parameter Bandbreite, elektrisches und magnetisches Feld noch verbessert werden.

Daher wird die ursprüngliche Struktur mithilfe von CST Microwave Studio weiter optimiert, indem eine Widerstandsbelastung an offenen Enden gerader Mikrostreifenleitungen angelegt wird, wie in Abb. 7 dargestellt. Die endgültige Konfiguration der vorgeschlagenen Spinnennetz-Nahfeld-Leseantenne mit Einspeiseanschluss und 50 \ (\Omega \)-Anpassungsabschlüsse sind in Abb. 7 dargestellt. Die 50 \(\Omega \)-Widerstandsbelastung gleicht den Oberflächenstrom in der vorgeschlagenen Spinnennetz-Leseantenne aus.

Endgültige Konfiguration der vorgeschlagenen Spinnennetz-Nahfeld-Leseantenne.

Abbildung 8 zeigt die Oberflächenstromverteilung der endgültigen vorgeschlagenen Spinnennetz-Nahfeld-Leseantenne. Der angepasste 50 \(\Omega \)-Abschluss verringert die Stromreflexionen an den Kanten gerader Mikrostreifenleitungen. Folglich sieht der Oberflächenstrom in dieser endgültigen Leseantennenkonfiguration gleichmäßiger verteilt und symmetrischer aus.

Oberflächenstromverteilung der endgültig vorgeschlagenen Spinnennetz-Nahfeld-Leseantenne.

Abbildung 9 zeigt die elektrische Feldverteilung in der xy-Ebene bei z = 5 mm, z = 10 mm, z = 15 mm und z = 20 mm für die endgültige spinnennetzförmige Leseantennenkonfiguration bei 915 MHz. Es ist klar, dass der Lesebereich, der durch die innerhalb der Diagramme überlagerten rechteckigen Formen dargestellt wird, eine gleichmäßige Verteilung der von der Antenne erzeugten elektrischen Feldstärken aufweist. Darüber hinaus nehmen die elektrischen Feldstärken mit zunehmender Lesehöhe senkrecht zur Antenne ab. Wie in 15 erwähnt, kann die Leseantenne alle Tags gleichzeitig lesen, wenn die elektrische Feldverteilung größer als 85 dB (1 mV/m) ist. Infolgedessen wurde der Verteilungsbereich des elektrischen Feldes auf 70 bis 90 dB eingestellt. Darüber hinaus erreichte diese Leseantenne einen Tag-Lesevolumen-Lesebereich von 200 mm \(\times \) 200 mm \(\times \) 25 mm mit gleichmäßiger elektrischer Feldverteilung.

Simulierte elektrische Feldverteilung der vorgeschlagenen Leseantenne bei 915 MHz.

Darüber hinaus wird ein Schaltungsmodell zur Nahfeld-Magnetfeldkopplung von UHF-RFID-Systemen diskutiert, um die Magnetfeldverteilung der vorgeschlagenen Spinnennetz-Leseantenne zu verstehen. Die UHF-RFID-Nahfeldtechnologie nutzt induktive Kopplungsprinzipien ähnlich der Transformatorkopplung18,22, wie in Abb. 10 dargestellt. Die Lese- und Tag-Antennen können als Primär- bzw. Sekundärspulen nachgeahmt werden. Die Nahfeld-UHF-RFID-Systeme bieten einen größeren Leseabstand von mehr als einem Dutzend Zentimetern im Vergleich zu anderen herkömmlichen Nahfeldsystemen, bei denen der Abstand weniger als 0,16 \(\lambda \) (ca. 5 cm) beträgt.

Schaltungsmodell zur Nahfeld-Magnetfeldkopplung von UHF-RFID-Systemen.

In Bezug auf das Schaltungsmodell sind Rs und Zr der Widerstand der Stromversorgung des Lesegeräts (normalerweise 50 Ω) bzw. die Impedanz der Antenne des Lesegeräts. X1 und X2 sind die reaktiven Komponenten, die einer Impedanz der Leseantenne zugeordnet sind. Während Ztag die Impedanz der Tag-Antenne ist. Wenn der Anpassungskoeffizient der Leseantenne gleich 1 ist und Rs-jX2 gleich Zr/jX1 ist, können der Strom I0 und die Kopplungsleistung wie folgt dargestellt werden23:

Während \(P_{Kopplung}\) die an den Tag-Chip gelieferte Leistung ist, ist M der gegenseitige Kopplungskoeffizient zwischen Lesegerät und Tag-Antennen. \(Zr = Rr+ jwMLr\) und \(Ztag = Rtag+ jwMLtag\) sind Leseantennen- und Tag-Impedanzen.

Daher ist die simulierte Magnetfeldverteilung der vorgeschlagenen Spinnennetz-Leseantenne bei 915 MHz in Abb. 11 dargestellt. Die Magnetfeldverteilung ist in der xy-Ebene bei z = 5 mm, z = 10 mm, z = 15 mm aufgetragen und z = 20 mm. Die Kombination aus Zehnecken und geraden Mikrostrp-Leitungen, die mit einer angepassten Last abgeschlossen sind, erzeugt einen elektromagnetischen Kopplungsmechanismus, der in der Lage ist, UHF-RFID-Tags in einer Nahfeldzone zu erkennen/lesen. Es ist klar, dass der Lesebereich, der durch die innerhalb der Diagramme überlagerten rechteckigen Formen dargestellt wird, eine gleichmäßige Verteilung der von der Antenne erzeugten Magnetfeldstärken aufweist.

Simulierte Magnetfeldverteilung der vorgeschlagenen Leseantenne bei 915 MHz.

Mit dieser vorgeschlagenen Leseantenne wurde auch ein Tag-Lesevolumen-Lesebereich von 200 mm \(\times \) 200 mm \(\times \) 20 mm mit gleichmäßiger Magnetfeldverteilung erreicht. Darüber hinaus nimmt die Gleichmäßigkeit der Magnetfeldstärke nach z = 25 mm plötzlich ab.

Abbildung 12 zeigt einen hergestellten Porotyp einer Spinnennetz-Leseantenne mit Einspeiseanschluss und 50 \(\omega \)-Widerständen, geätzt auf FR-4-Substrat. Diese gefertigte Antenne wird für S11- und Tag-Lesetests verwendet. Der S11-Messaufbau für die Spider-Web-Reader-Antenne ist ebenfalls in Abb. 12 dargestellt. Der S11-Parameter wird mit dem Vektornetzwerkanalysator (VNA) Agilent E8363B gemessen.

S11-Parametermessaufbau für die Spinnennetz-Leseantenne.

Abbildung 13 zeigt den gemessenen und simulierten S11-Parameter der vorgeschlagenen Spinnennetz-Leseantenne. Es ist zu beobachten, dass die Leseantenne über eine große Bandbreite von 800 bis 1000 MHz verfügt und das gesamte UHF-RFID-Band (860–960 MHz) abdeckt. Wenn man sich an Abb. 5 erinnert, weist der S11-Parameter der ursprünglichen Version mit einer geraden Mikrostreifenleitung mit offenen Enden eine sehr schmale Bandbreite (900–920 MHz) im Vergleich zur endgültigen Spinnenantenne mit 50 \(\Omega \) passenden Abschlüssen auf.

Gemessener und simulierter S11 der vorgeschlagenen Spinnennetzantenne.

Tatsächlich verringert der angepasste Abschluss Stromreflexionen an offenen Enden gerader Mikrostreifenleitungen und trägt so zur Erhöhung der Bandbreite der vorgeschlagenen Spinnennetz-Leseantenne bei. Darüber hinaus gibt es eine kleine Diskrepanz zwischen simulierten und gemessenen Ergebnissen des S11-Parameters, was möglicherweise auf den Unterschied zwischen der simulierten und der tatsächlichen Dielektrizitätskonstante des FR-Substrats zurückzuführen ist.

Wie in Abb. 14 dargestellt, wurde die hergestellte Antenne für Tag-Leseexperimente mit einem Impinj-Lesegerät mit 30 dBm Ausgangsleistung verbunden. Der linke Einschub von Abb. 14 zeigt, dass die Leseantenne etikettierte Medikamententablettenblister lesen kann, die in verschiedenen Ausrichtungen über 10 mm Schaumstoff positioniert wurden. Darüber hinaus kann diese Leseantenne alle etikettierten Medikamentenblister mit einer Lesewahrscheinlichkeit von 100 % bis zu einer Entfernung von 20 mm erfolgreich lesen.

Anwendungen des vorgeschlagenen, auf einer Spinnennetz-Leseantenne basierenden Systems für die biomedizinische Sensorik und andere Markierungsszenarien auf Artikelebene.

In ähnlicher Weise wird auch die Leseantenne auf das Lesen mehrerer Tags getestet, die in verschiedenen Ausrichtungen über 10 mm Schaumstoff positioniert sind. Darüber hinaus kann die Leseantenne die etikettierten Blutbeutel oder intravenösen (IV) Lösungsbeutel3 erkennen, um menschliche oder handschriftliche Überprüfungsfehler zu vermeiden. Ebenso kann diese Leseantenne kostengünstige Ticketrollen mit hoher Präzision und Genauigkeit erkennen. Die experimentellen Ergebnisse belegen, dass die Tags bis zu 20 mm über der Antennenoberfläche vollständig gelesen werden können, und deuten darüber hinaus darauf hin, dass außerhalb der Antennenoberfläche keine Tags gelesen werden, was für die meisten Nahfeldanwendungen sehr nützlich ist, um Fehllesungen der Tags zu verhindern.

Darüber hinaus wurden die etikettierten Schmuckstücke, die auf mit Seidentüchern bedeckten Kartons lagen, getestet, um die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Nahfeldantenne für die Etikettierung teurer Gegenstände zu beweisen, wie in Abb. 15 dargestellt. Der Versuchsaufbau zeigt, dass diese Leseantenne alle etikettierten Schmuckstücke erfolgreich erkennt Artikel mit 100 %iger Lesegenauigkeit.

Experimentelle Prüfung des vorgeschlagenen Antennendesigns beim Lesen markierter Schmuckstücke in allen Ausrichtungen.

In diesem Artikel wird ein spinnennetzförmiges Ultrahochfrequenz-(UHF)-RFID-Leseantennensystem für das Internet der Dinge (IoT) und Gesundheitsanwendungen vorgeschlagen. Die Leseantenne basiert auf acht konzentrischen Zehnecken unterschiedlicher Größe, die über 50 Widerstände mit der Erde verbunden sind, mit Ausnahme des Endes, das für einen Einspeiseanschluss offen bleibt. Das Design der Leseantenne verfügt über Breitbandeigenschaften, da es das gesamte UHF-RFID-Band (860–960 MHz) abdeckt und relativ starke und gleichmäßige elektrische Feldeigenschaften aufweist. Um zu verhindern, dass andere Tags in den meisten Nahfeldanwendungen falsch gelesen werden, verfügt es außerdem über niedrige Verstärkungseigenschaften. Darüber hinaus werden die Ausrichtungsempfindlichkeitsprobleme bei kostengünstigen linear polarisierten Tag-Antennen durch die symmetrische Stromverteilung in der gesamten Struktur in diesem Design angegangen. Die Messergebnisse zeigen, dass Etiketten teuren Schmuck, markierte Medikamentenpillen, dazwischenliegende Lösungen und Blutbeutel, die in verschiedene Richtungen positioniert sind, lesen können. In Zukunft kann das auf dieser Leseantenne und dem kleinen Etikett auf Artikelebene basierende Array zum Zählen und Fakturieren teurer Schmuckstücke verwendet werden, um eine vollständige RFID-basierte Lösung zu realisieren.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Di Trocchio, L. et al. Drahtlose In-vivo-Überwachung von Biobrennstoffzellen. IEEE J. Electromagn. HF-Mikrowellen Med. Biol. 5, 25–34 (2020).

Artikel Google Scholar

Jiang, Y., Pan, K., Leng, T. & Hu, Z. Intelligentes textiles integriertes drahtloses Nahfeldkommunikationssystem zur Körpertemperatur- und Schweißerkennung. IEEE J. Electromagn. HF-Mikrowellen Med. Biol. 4, 164–170 (2019).

Artikel Google Scholar

Sharif, A. et al. Kostengünstiges, tintenstrahlgedrucktes UHF-RFID-Tag-basiertes System für Internet-of-Things-Anwendungen unter Verwendung charakteristischer Modi. IEEE Internet Things J. 6, 3962–3975 (2019).

Artikel Google Scholar

Sharif, A. et al. Mit UHF-RFID die Montagelinie in der Lieferkette robust und sicher machen. Wissenschaft. Rep. 11, 1–17 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Abbasi, Z., Baghelani, M., Nosrati, M., Sanati-Nezhad, A. & Daneshmand, M. Berührungsloser, integrierter, chiploser HF-Sensor in Echtzeit für mikrofluidische Einweganwendungen. IEEE J. Electromagn. HF-Mikrowellen Med. Biol. 4, 171–178 (2019).

Artikel Google Scholar

Sun, R., Rahmadya, B., Kong, F. & Takeda, S. Visuelle Verwaltung medizinischer Dinge mit einem fortschrittlichen RFID-Tag mit Farbwechsel. Wissenschaft. Rep. 11, 1–10. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02501-x (2021).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Sharif, A. et al. Maschinelles Lernen ermöglichte die Erkennung von Lebensmittelkontaminationen mithilfe von RFID und dem Internet der Dinge. J. Sens. Actuator Netw. 10, 63 (2021).

Artikel Google Scholar

Sharif, A., Ouyang, J., Arshad, K., Imran, MA & Abbasi, QH Spinnennetzförmige Nahfeld-UHF-RFID-Leseantenne für Gesundheits- und IoT-Anwendungen. Im Jahr 2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation und North American Radio Science Meeting, 1535–1536 (IEEE, 2020).

Lin, Y., Liao, C., Chen, H. & Jiang, Z. Kompakte gefaltete Antenne mit quadratischer Schleife zum Lesen von Nahfeld-RFID-Tags in Blutproben-Tracking-Systemen. Elektron. Lette. 53, 1627–1628 (2017).

Artikel ADS Google Scholar

Kim, S.-Y., Ahn, S.-H. & Lee, W.-S. Nahfeld-UHF-Vierfach-Rahmenantenne mit gleichmäßiger Feldverteilung für die Kennzeichnung auf Artikelebene. IEEE-Antennen Wirel. Propag. Lette. 20, 523–527 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Miozzi, C., Saggio, G., Gruppioni, E. & Marrocco, G. Nahfeld-Rundarray für die transkutane Telemetrie von implantierbaren medizinischen Geräten auf UHF-RFID-Basis. IEEE J. Electromagn. HF-Mikrowellen Med. Biol. 6, 219–227 (2021).

Artikel Google Scholar

Nappi, S., Gargale, L., Naccarata, F., Valentini, PP & Marrocco, G. Ein auf Fraktal-RFID basierendes Sensortattoo zur Früherkennung von Rissen in implantierten Metallprothesen. IEEE J. Electromagn. HF-Mikrowellen Med. Biol. 6, 29–40 (2021).

Artikel Google Scholar

Sharif, A. et al. Auf einheitlichen Magnetfeldeigenschaften basierendes UHF-RFID-Tag für Internet-of-Things-Anwendungen. Elektronik 10, 1603 (2021).

Artikel Google Scholar

Dobrykh, D., Yusupov, I., Ginzburg, P., Slobozhanyuk, A. & Filonov, D. Selbstausrichtendes Roly-Poly-RFID-Tag. Wissenschaft. Rep. 12, 1–7. https://doi.org/10.1038/s41598-022-06061-6 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Larpant, N. et al. Erfassung durch drahtloses Lesen der Ag/AgCl-Redox-Umwandlung auf RFID-Tag: universelles, batterieloses Biosensor-Design. Wissenschaft. Rep. 9, 1–9. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49245-3 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Yao, Y., Liang, Y., Yu, J. & Chen, X. Eine Breitband-Nahfeld-UHF-RFID-Leseantenne mit geringem Fernfeldgewinn. IEEE Trans. Antennenpropag. 65, 4869–4874 (2017).

Artikel ADS Google Scholar

Yao, Y., Cui, C., Yu, J. & Chen, X. Eine Mäanderlinien-UHF-RFID-Leseantenne für Nahfeldanwendungen. IEEE Trans. Antennenpropag. 65, 82–91 (2016).

Artikel ADS Google Scholar

Ouyang, J., Yan, Y., Zhuang, L., Guo, J. et al. Eine neuartige Mäanderlinien-RFID-Leseantenne für UHF-Nahfeldanwendungen. Im Jahr 2018 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, 1297–1298 (IEEE, 2018).

Pakkathillam, JK & Kanagasabai, M. Eine neuartige UHF-Nahfeld-RFID-Leseantenne mit CSRR-Elementen. IEEE Trans. Antennenpropag. 65, 2047–2050 (2017).

Artikel ADS MathSciNet MATH Google Scholar

Singh, RK et al. Kompakte und tragbare Yagi-ähnliche Textilantennen für Nahfeld-UHF-RFID-Lesegeräte. IEEE Trans. Antennenpropag. 69, 1324–1333 (2020).

Artikel ADS Google Scholar

Yao, Y., Ren, X., Liang, Y., Yu, J. & Chen, X. Multipolarisierte Leseantenne mit periodischen Einheiten basierend auf elektrischer Feldkopplung für UHF-RFID-Nahfeldanwendungen. IEEE Trans. Antennenpropag. 67, 5265–5271 (2019).

Artikel ADS Google Scholar

Nikitin, PV, Rao, K. & Lazar, S. Ein Überblick über Nahfeld-UHF-RFID. Im Jahr 2007, internationale IEEE-Konferenz zu RFID, 167–174 (IEEE, 2007).

Jiang, B. et al. Energieaufnahme für induktiv gekoppelte passive RFID-Systeme. IEEE Trans. Instrument. Mess. 56, 118–125 (2007).

Artikel ADS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Dieses Papier wird durch das interne Forschungsstipendium der Ajman University Nr. 2022-IRG-ENIT-26 unterstützt. Die in diesem Artikel präsentierten Forschungsergebnisse liegen ausschließlich in der Verantwortung des/der Autors/der Autorin.

Diese Autoren trugen gleichermaßen bei: Rajesh Kumar, Kamran Arshad und Qammer Hussain Abbasi.

Yangtze Delta Region Institute (Huzhou), University of Electronic Science and Technology of China (UESTC), Huzhou, China

Abubakar Sharif & Rajesh Kumar

Abteilung für Elektrotechnik und Technologie, Government College University Faisalabad (GCUF), Faisalabad, Pakistan

Abubakar Sharif

Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Hochschule für Ingenieurwesen und Informationstechnologie, Ajman-Universität, Ajman, Vereinigte Arabische Emirate

Kamran Arshad und Khaled Assaleh

Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (AIRC), Ajman University, Ajman, Vereinigte Arabische Emirate

Kamran Arshad und Khaled Assaleh

Advanced Cyclotron Systems Inc. (ACSI), Richmond, BC, V6X 1X5, Kanada

Hassan Tariq Chattha

James Watt School of Engineering, University of Glasgow, Glasgow, G12 8QQ, Großbritannien

Muhammad Ali Imran und Qammer Hussain Abbasi

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

AS und QA konzipierten die Idee und entwickelten die Methodik für das HF-System. Die elektromagnetischen Simulationen und die Schaltungsberechnungen wurden von AS durchgeführt und RK führte die Simulationen durch. MA lieferte die Leitlinien zur Integration von RFID- und Gesundheitsanwendungskonzepten. Alle anderen Autoren haben das Manuskript rezensiert.

Korrespondenz mit Rajesh Kumar oder Qammer Hussain Abbasi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Sharif, A., Kumar, R., Arshad, K. et al. Von der Natur inspirierte, spinnennetzförmige UHF-RFID-Leseantenne für IoT- und Gesundheitsanwendungen. Sci Rep 13, 14017 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39825-9

Zitat herunterladen

Eingegangen: 26. Mai 2023

Angenommen: 31. Juli 2023

Veröffentlicht: 28. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39825-9

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.