Textile UHF-RFID antenna sensors based on material features, interfaces and application scenarios

Tesi en modalitat de compendi de publicacions, amb una secció retallada per drets de l'editor. In reference to IEEE copyrighted material which is used with permission in this thesis, the IEEE does not endorse any of Universitat Politècnica de Catalunya's products or services. Internal or personal use of this material is permitted. If interested in reprinting/republishing IEEE copyrighted material for advertising or promotional purposes or for creating new collective works for resale or redistribution, please go to http://www.ieee.org/publications_standards/publications/rights/rights_link.html to learn how to obtain a License from RightsLink.Radio frequency identification over measurable ultra-high frequency textile substrates (UHF-RFID) is a promising technology to develop new applications in the field of health and the Internet of Things (IOT), due to the massive use of fabrics and the technological maturity of embroidery techniques. This thesis is the result of a compendium of publications on this topic. First, as a result of the analysis of the state of art, a systematic review entitled 'Wearable textile UHF-RFID sensors: A systematic review' has been published. The thesis aims to improve research on UHF-RFID textile-based sensor technology. Thanks to the analysis of the state of art, three novel research objectives have been set that are worth exploring. The first is to study novel detection functions for textile UHF-RFID based sensor technology; the second is to find a connection/interface solution between textile antennas and integrated circuit (IC) chips and the third is to reduce the costs of such technology to promote future commercial applications. To contextualize the thesis, it includes the necessary theoretical fundamentals and the manufacturing and characterization methods used during it. As a result of the work derived from the first objective, a scientific article entitled “Textile UHF-RFID Antenna Sensor for Measurements of Sucrose Solutions in Different Levels of Concentration” has been published. In this work, a textile UHF-RFID tag with two detection positions is proposed for sucrose solution measurements. The two detection positions with the different detection functions show good performance and can offer two options for future full applications. In addition, another scientific article entitled “ Textile UHF-RFID Antenna Embroidered on Surgical Masks for Future Textile Sensing Applications” has been published to support the first objective. The inspiration for this work came from the current pandemic situation. This work develops three progressive designs of textile UHF-RFID antennas over surgical masks due to the current global epidemic situation. Reliability testing demonstrated that the proposed designs can be used for human healthcare focused applications. As a result of the second objective, a research article entitled 'Experimental Comparison of Three Electro-textile Interfaces for Textile UHF-RFID Tags on Clothes' has been published. This work proposes three electro-textile interfaces integrated with the corresponding textile UHF-RFID antennas and provides the chip-textile connection solutions (through sewing, push buttons and insertion). As a result of this objective, an electro-textile interconnect system has been proposed together with its electrical model, which allows the correct adaptation of impedances between the RFID antennas and the integrated circuit. It is worth noting that the mixed-use feasibility of the proposed electro-textile interfaces and the designed textile UHF-RFID antennas has been verified, reducing the cost in the design procedure in applications where the read range requirements of the order of 1 meter. The third objective has been achieved and exposed by a scientific article entitled 'Electro-textile UHF-RFID Compression Sensor for Health-caring Applications'. It proposes a single UHF-RFID based compression textile sensor that can be used simultaneously in two different healthcare application scenarios, which directly impacts on cost reduction.La identificación por radiofrecuencia sobre substratos textiles de ultra alta frecuencia (UHF-RFID) con capacidad de medida es una tecnología prometedora para desarrollar nuevas aplicaciones en el campo de la salud y el Internet de las cosas (IOT), debido a la masiva utilización de los tejidos y a la madurez tecnológica de las técnicas de bordado. Esta tesis es el resultado de un compendio de publicaciones sobre dicha temática. En primer lugar, como resultado del análisis del estado del arte se ha publicado una revisión sistemática titulada 'Wearable textile UHF-RFID sensors: A systematic review'. La tesis tiene como objetivo mejorar la investigación sobre la tecnología de sensores basada en textiles UHF-RFID. Gracias al análisis del estado del arte se han fijado tres objetivos de investigación novedosos que vale la pena explorar. El primero es estudiar funciones de detección novedosas para la tecnología de sensores basada en UHF-RFID textiles; el segundo es encontrar una solución de conexión/interfaz entre antenas textiles y chips de circuito integrado (IC) y el tercero es la reducción de costes de dicha tecnología para promover futuras aplicaciones comerciales. Para contextualizar la tesis, ésta incluye los fundamentos teóricos necesarios y los métodos de fabricación y caracterización utilizados durante la misma. Como resultado del trabajo derivado del primer objetivo, se ha publicado un artículo científico titulado “Textile UHF-RFID Antenna Sensor for Measurements of Sucrose Solutions in Different Levels of Concentration”. En este trabajo, se propone una etiqueta UHF-RFID textil con dos posiciones de detección para mediciones de solución de sacarosa. Las dos posiciones de detección con las diferentes funciones de detección muestran un buen rendimiento y pueden ofrecer dos opciones para futuras aplicaciones completas. Además, se ha publicado otro artículo científico titulado "Textile UHF-RFID Antenna Embroidered on Surgical Masks for Future Textile Sensing Applications" para respaldar el primer objetivo. La inspiración para este trabajo vino de la actual situación de pandemia. En este trabajo se desarrollan tres diseños progresivos de antenas UHF-RFID textiles sobre mascarillas quirúrgicas debido a la situación epidémica mundial actual. Las pruebas de fiabilidad demostraron que los diseños propuestos se pueden usar para aplicaciones centradas en el cuidado de las personas. Como resultado del segundo objetivo, se ha publicado un artículo de investigación titulado 'Experimental Comparison of Three Electro-textile Interfaces for Textile UHF-RFID Tags on Clothes'. En este trabajo se proponen tres interfaces electro-textiles integradas con las correspondientes antenas UHF-RFID textiles y se aportan las soluciones de conexión chip-textil (mediante costura, botones a presión e inserción). Como resultado de este objetivo, se ha propuesto un sistema de interconexión electro-textil junto con su modelo eléctrico, lo que permite la correcta adaptación de impedancias entre las antenas RFID y el circuito integrado. Vale la pena señalar que se ha verificado la viabilidad de uso mixto de las interfaces electro-textiles propuestas y las antenas UHF-RFID textiles diseñadas, lo que reduce el coste en el procedimiento de diseño en aplicaciones donde los requerimientos de rango de lectura del orden de 1 metro. El tercer objetivo se ha alcanzado y expuesto mediante un artículo científico titulado 'Electro-textile UHF-RFID Compression Sensor for Health-caring Applications'. En él, se propone un único sensor textil de compresión basado en UHF-RFID que puede ser utilizado a la vez en dosPostprint (published version

Combined RFID Tag Antenna for Recipients Containing Liquids

International audienceIn UHF RFID (radio frequency identification), passive tag antennascan be fixed on boxes or recipients where the nature and contentsmight vary. These variations strongly affect the antenna performance.A combined antenna is proposed to ensure an effective read-range for aplastic recipient containing water or not. Two separate antennas arefirst designed for the filled and unfilled cases, respectively, thencombined for a correct working in both configurations