Diseño e implementación de sistemas de etiquetas pasivas basadas en líneas magneto-inductivas

Abstract

El objetivo de esta tesis es el diseño e implementación de un sistema de etiquetas pasivas sin chip. El sistema engloba tanto las propias etiquetas (cuyas aplicaciones van desde un sensor de temperatura hasta etiquetas RFID) como el sistema lector. En la actualidad, hay un gran interés en el desarrollo de etiquetas RFID y sensores sin chip ya que, a pesar de tener un alcance más corto y un número de bits o de información más limitado que sus análogos con chip, son una alternativa mucho más sencilla y barata para aplicaciones masivas y de bajo coste. En un primer lugar, se lleva a cabo el diseño de un sensor de temperatura en el dominio del tiempo basado en una línea de retardo MIW. El elemento periódico de la línea MIW usada es el denominado SSRR. Su funcionamiento se basa en el envío de un pulso en el dominio del tiempo cuya anchura es del orden de ns hacia la etiqueta, la cual está formada por una línea microstrip de acceso, la línea de retardo MIW y un reflector al final en el que se suelda un termistor. Cuando el pulso incidente llega al reflector, se refleja hacia el lector con una amplitud que varía en función de la temperatura, como lo hace la impedancia del termistor. La línea de retardo sirve para evitar el solapamiento entre el pulso incidente y el reflejado, consiguiéndose una lectura óptima de los pulsos. Tambien se diseñan etiquetas pasivas de RFID sin chip con esta tecnología. Estas etiquetas, que están basadas en SSRRs, codifican diferentes patrones dependiendo de la posición en donde se colocan los reflectores. Una vez queda comprobado el funcionamiento del sensor y de las etiquetas RFID, se llevan a cabo los diseños de dos sistemas de lectura, uno para medir el retardo en líneas MIW y otro que se usa como lector para el propio sensor de temperatura diseñado. Ambos sistemas de lectura están formados principalmente por dos bloques: el de generación y el de detección de señal, utilizándose una mezcla de elementos diseñados por el autor junto con dispositivos comerciales. Se llevan a cabo medidas del sensor de temperatura junto con el lector propuesto obteniéndose resultados satisfactorios. A partir de aquí, se realiza la sustitución del enlace cableado entre lector y etiquetas, que ha sido utilizado en los experimentos previos, por un enlace contactless. Para ello se diseñan dos sondas de lectura, una monopolar y la otra basada en propagación axial entre SSRRs, observándose un mejor funcionamiento al utilizar la segunda. De esta manera, se consigue decodificar dos etiquetas RFID que contienen los patrones 01 y 10 utilizando la sonda elegida. Tras llevar a cabo el experimento se obtuvieron resultados satisfactorios, al poder decodificar los patrones de ambas etiquetas. En conclusión, en esta tesis se consigue desarrollar y demostrar experimentalmente toda la parte de etiquetas pasivas (RFID y sensores de temperatura), el enlace inalámbrico de corto alcance con el lector y toda la electrónica de RF del mismo.

The goal of this thesis is the design and implementation of a system based on chipless passive tags. The system includes both the tags (whose applications range from a temperature sensor to RFID tags) as well as the reader. Currently, there is a great interest in the development of chipless RFID tags and sensors. Although they have a shorter range and a more limited number of bits or information than the chipped ones, they are a much simpler and cheaper alternative for low-cost and massive applications. Firstly, the design of a temperature sensor in the time domain based on a MIW delay line is carried out. The periodic element of the MIW is the so-called SSRR. The operation systems is as follows: a pulse in time domain, whose width is in the order of ns is sent to the tag, which is formed by an microstrip line, the MIW delay line and a reflector at the end of the line with a thermistor welded on it. When the incident pulse reaches the reflector, it is backscattered towards the reader with an amplitude that varies depending on the temperature, as the impedance of the thermistor does. The delay line avoids the overlapping between the incident and the reflected pulse, obtaining an optimal reading of the pulses. Passive chipless RFID tags are also designed using this technology. The tags, which are based on SSRRs, encode different patterns depending on the position where the reflectors are placed. Once the good behavior of the sensor and RFID tags is verified, the designs of two reading systems are carried out. The first one is used to measure the delay introduce by MIW delay lines and the second one is used as a reader for the designed temperature sensor. Both reading systems consist mainly of two blocks: the signal generation and the signal detection blocks, in which a mix of elements designed by the author together with commercial devices is used. Measurements of the temperature sensor together with the proposed reader are carried out obtaining satisfactory results. In this point, the replacement of the wired link between the reader and the tags that has been used in the previous experiments by a contactless link is performed. Thus, two reading probes are designed, a monopolar probe and a SSRR-based probe, obtaining a better performance when using the second one. According to this, the decodification of two RFID tags that contains the 01 and 10 patterns using the proposed probe is carried out. Satisfactory results are obtained when the experiment is carried out, being able to decode the patterns encoded by both tags. In conclusion, the development and experimental demonstration of all the part of passive tags (RFID and temperature sensors), the shortrange wireless link with the reader and all the RF electronics is achieved in this thesis.