Compact and Miniaturized Dual Band Tag Antenna Based on Metamaterial for IoT, RFID Technology, and Hospital Services Applications

Abstract

Дослідження пропонує компактну антену-мітку для радіочастотної ідентифікації (RFID), яка забезпечує роботу в двох діапазонах: 2,3-2,5 ГГц і 5,78-6 ГГц. Структура антени-мітки складається з двох меандрових ліній, з’єднаних індуктивною петлею метаматеріалу. Топологія цієї конструкції пропонує такі переваги, як досягнення багатьох діапазонів, гарного узгодження імпедансу та діаграми спрямованості на резонансних частотах. Конструкція має невеликий розмір 16 x 23 x 1.6 мм3. Запропонована антена-мітка виготовляється на підкладці FR4 з параметрами εr = 4,3 і tanδ = 0.022. Антенамітка має максимальний коефіцієнт підсилення 2,14 дБі та 3,22 дБі на резонансних частотах 2,45 ГГц та 5,8 ГГц відповідно. Представлено дослідження запропонованої мітки-антени з тілом людини, мішком для розчину та бинтом. Крім того, запропонована антена-мітка має гарні характеристики і підтримує два діапазони роботи, що підтверджує її придатність для технології RFID і дистанційних програм охорони здоров’я.

This research proposes a compact tag antenna for Radio Frequency Identification (RFID) which provides two bands of operation at 2.3-2.5 GHz and 5.78-6 GHz. The tag antenna structure consists of two meander lines connected with an inductive loop of the metamaterial. This design topology offers benefits such as achieving multi-band, good impedance matching and radiation pattern at resonant frequencies. The design has a small size of 16 x 23 x 1.6 mm3. The suggested tag antenna is produced on top of the FR4 substrate having εr = 4.3 and tanδ = 0.022. The tag antenna has a maximum gain of 2.14 dBi and 3.22 dBi at the resonant frequencies of 2.45 GHz and 5.8 GHz, respectively. The study of the suggested tag antenna with the human body, solution bag, and bandage is presented. In addition, the proposed tag antenna has good performance and supports two bands of operation, which confirms its suitability for RFID technology and remote healthcare applications.