[論文レビュー] Embroidered Antenna Characterization for Passive UHF RFID Tags

Philip H. Gordon, Rex Chen+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2017

RFID technology advancements参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、快適性と柔軟性を保ったまま織り込み可能なステッチ法を用いて織り目糸で作られたTマッチ型アンテナを用いた受動型UHF RFIDタグを提案する。高抵抗損失および不完全なインピーダンス整合があるにもかかわらず、セーターの下や手首バンドとしての着用といった実用的使用状況において、商業用RFIDタグと同等の機能的性能を達成している。

ABSTRACT

For smart clothing integration with the wireless system based on radio frequency (RF) backscattering, we demonstrate an ultra-high frequency (UHF) antenna constructed from embroidered conductive threads. Sewn into a fabric backing, the T-match antenna design mimics a commercial UHF RFID tag, which was also used for comparative testing. Bonded to the fabric antenna is the integrated circuit chip dissected from another commercial RFID tag, which allows for testing the tags under normal EPC Gen 2 operating conditions. We find that, despite of the high resistive loss of the antenna and inexact impedance matching, the fabric antenna works reasonably well as a UHF antenna both in standalone RFID testing, and during variety of ways of wearing under sweaters or as wristbands. The embroidering pattern does not affect much the feel and comfort from either side of the fabrics by our sewing method.

研究の動機と目的

• スマートウェアラブル衣料への統合を目的とした、ステッチ加工導電糸を用いた柔軟で着用可能な受動型UHF RFIDタグの開発。
• 実用的着用シナリオ下における織り込み型Tマッチアンテナの性能評価。
• ステッチ加工が織り地の快適性および機械的耐久性に与える影響の評価。
• EPC Gen 2基準に準拠した状況下で、ステッチ加工タグと商業用RFIDタグの性能比較。
• 受動型UHF RFIDシステムに適した低コストで織物に適合する材料の実用可能性の調査。

提案手法

• 標準的なステッチ技術を用いて、導電糸を用いたTマッチアンテナを織り地基板にステッチで加工した。
• 商業用UHF RFIDタグから回収した集積回路チップを接続することで、EPC Gen 2準拠の完全な通信を可能にした。
• 読み取り距離および通信信頼性の評価を目的とした単体RFIDテストを実施した。
• 実用的使用状況を模倣するため、セーターの下や手首バンドとしての着用を想定したさまざまな着用状況下での性能評価を実施した。
• ステッチ加工アンテナの抵抗損失およびインピーダンス不整合が性能に与える影響を分析した。
• 織り地の感触および快適性を、両面からの触覚的評価によって定性的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 導電糸を用いたステッチ加工Tマッチアンテナは、ウェアラブル用途における受動型UHF RFID通信に十分な性能を達成できるか？
• RQ2 ステッチ加工導電糸の抵抗損失は、RFIDタグの読み取り距離および信頼性にどのように影響するか？
• RQ3 ステッチパターンの影響が、織り地の機械的快適性および着用性にどの程度及ぶか？
• RQ4 同一のテスト条件下で、ステッチ加工タグの性能は商業用RFIDタグと比べてどの程度か？
• RQ5 実用的ウェアラブルシナリオにおいて、ステッチ加工アンテナの実用的限界は何か？

主な発見

• 導電糸の高い抵抗損失にもかかわらず、ステッチ加工アンテナは機能的なUHF RFID通信を達成した。
• 単体RFIDテストにおいて、タグは信頼性の高い動作を示し、EPC Gen 2基準準拠であることが確認された。
• セーターの下や手首バンドとしての着用時においても性能が安定しており、多様な着用状況下での耐性が確認された。
• ステッチ加工により、織り地の両面における感触や快適性が顕著に変化せず、着用性が維持された。
• インピーダンス不整合および抵抗損失の影響により、商業用タグと比較して読み取り距離が短くなったが、動作不能にはならなかった。
• 商業用ICチップの統合により、EPC Gen 2プロトコル完全準拠が達成され、システムの実用可能性が裏付けられた。