Auf gedruckter Schaltungstechnik basierende chiplose Mikrowellen-RFID: Sensor-Integration, Tag- Lokalisierung und Optimierung der Robustheit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Jakoby; Professor Dr.-Ing. Martin Vossiek
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240171326

Wichtige Anforderungen an drahtlose Sensoren sind geringe Kosten, Robustheit, lange Lebensdauer, Identifizierbarkeit und große Leseabstände, vorzugsweise in Verbindung mit präziser Lokalisierbarkeit und Lesebereichsbegrenzung. Konventionelle, auf aktiven Halbleiterkomponenten beruhende Lösungen erfüllen inzwischen viele dieser Anforderungen, jedoch mit Einschränkungen bezüglich der Energieversorgung, Lebensdauer und Robustheit. Im Gegensatz dazu hat die chiplose RFID in Kombination mit geeigneten Sensorkonzepten das Potenzial, allen o.g. Anforderungen in hohem Maße zu genügen. Allerdings stellt hierbei die Integration von RFID und leistungsfähiger Sensorik eine große wissenschaftliche Herausforderung dar.Ausgangpunkt des beantragten Fortsetzungsprojektes sind die im Vorgängerprojekt gewonnenen Erkenntnisse und die erreichten, entscheidenden Fortschritte hinsichtlich einer umfassenden systemtheoretischen Beschreibung und Implementierung und in Bezug auf die Datenkapazität chiploser Zeitbereichs- (TD-) RFID-Systeme. Darüber hinaus wurde eine neue Lesegerätetechnologiebasierend auf dem bekannten FMCW-Verfahren entwickelt und in kompakter, modularer Form implementiert.Zentrales Ziel des Projektes ist die theoretische und experimentelle Erforschung neuartiger, chiploser, TD-RFID-Systeme mit erweiterten Sensor-Fähigkeiten. Im Fokus stehen dabei die Integration hochgenauer Temperatursensorik auf den Tags sowie Tag- und Lesesystemkonzepte zur 3D-Tag-Lokalisierung und zur präzisen Lesebereichsbegrenzung.Eine neuartige hybride Zeit-Frequenz-Codierung ermöglicht die Integration einer hochpräzisen Temperatursensorik. Durch die Auskopplung von Signalanteilen auf dem Tag mit Hilfe eines Kerbfilters höchster Güte ist es möglich, simultan Identifikations- und Sensordaten zu übertragen. Die Dekodierung der Sensordaten erfolgt über die Resonanzfrequenz des Filters, wobei die Optimierungder Güte entscheidend für die Genauigkeit der Temperaturmessung ist.Die große Bandbreite des im Vorgängerprojekt entwickelten UWB-Lesesystems prädestiniert dieses für Ortungsfunktionalitäten. Ausgenutzt werden soll nun, dass tragbare Lesegeräte die Erzeugung von synthetischen Aperturen und dadurch neue Ansätze zur 3D-Lokalisierung ermöglichen. Über eine Inertialsensorik wird die Bewegungstrajektorie eines Hand-Lesegeräts ermittelt. Um Drift- undOffsetfehler der Inertialsensorik tolerieren zu können, werden innovative MIMO-Methoden zur Bildrekonstruktion basierend auf räumlich und/oder zeitlich differenzierten RFID-Signalphasenwerten erforscht.Neben geringen Kosten, Langlebigkeit, Robustheit und der Funktionsfähigkeit ohne Sichtverbindung zeigt das neue chiplose TD-RFID-Sensor-System mit der Integration von Identifizierung, hochgenauer Sensorik und Lokalisierung multifunktionale Eigenschaften. Mit diesen übertrifft es konkurrierende Ansätze wie Strichcodes, aber auch SAW-RFID und erschließt neue Anwendungen, insbesondere in den Bereichen Robotik und Automatisierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen