Contributions to the design of an underwater RFID reader/tag software transceiver

Résumé

La presente tesis doctoral se enmarca dentro del proyecto coordinado SURF (Sistema subacuático RFID para acuicultura, TEC2014-60527), entre cuyos objetivos se incluye el desarrollo de sensores inalámbricos implantables y de muy bajo consumo para la medida de parámetros biológicos de interés en acuicultura. La tecnología RFID (Radio Frequency Identification) permite la comunicación de datos y la trasferencia de potencia, de forma inalámbrica, entre lector y etiquetas (dispositivos sensores). La tesis doctoral estudia la transmisión inalámbrica de energía magnética en agua salada (medio marino) utilizando tecnología RFID de baja frecuencia. Dado que transferencia de energía se realiza en un medio con pérdidas, como es el marino, es necesario determinar las propiedades eléctricas del mismo, su dependencia con factores ambientales y, a partir de ellas, determinar el efecto que éstas tienen en cuanto a la transmisión inalámbrica energía. Además, los objetivos específicos de este trabajo incluyen el análisis de la eficiencia de la transmisión de energía de sistemas RFID de baja frecuencia en tanques de granjas de acuicultura y la propuesta de un sistema adaptativo para la transmisión eficiente de energía del lector LF RFID a las etiquetas. Este objetivo es inherente al sector de aplicación, ya que se trata de un sistema altamente dinámico, en el que el movimiento de los peces origina un cambio constante en el factor de acoplo entre las antenas del lector y la etiqueta. El trabajo está enfocado de la siguiente manera: la primera parte de la tesis doctoral se concentra en el estudio electromagnético del medio y la influencia que este tendrá sobre el enlace RFID, del que también se estudiarán sus principios de funcionamiento, así como el efecto que los cambios de distancia y desalineaciones entre las antenas originarán en la transmisión de energía. Debido al dinamismo, a los muchos grados de libertad y la cantidad de participantes en el sistema, es de gran importancia la determinación de los parámetros que afectan a la transferencia de energía, para poder realizar una propuesta que permita una mejora de la misma. La segunda parte de la tesis enfoca el problema desde el punto de vista de la teoría de circuitos, a través del estudio del circuito equivalente que modela el sistema. En él, se consideran los parámetros que influyen en el funcionamiento del sistema, entre ellos la temperatura, la salinidad del agua, la distancia y la orientación de las antenas, así como la frecuencia de trabajo, y se abstraen a través del factor de acoplo, que es una medida de calidad del propio acoplo entre las antenas. A partir de éste, se estudia la transmisión de energía y el efecto que las variaciones en el mismo producen en el sistema. Basándonos en este estudio, se propone el uso de inversores de impedancia/admitancia (inmitancia) para la mejora de la eficiencia de la transmisión de energía del enlace RFID. El trabajo realizado en el marco de esta tesis tiene, además, sinergias con los proyectos FICASES (Sistema sensor para jaulas de piscifactoria, TEC2017-89403-C2) y JAULATLAS (Monitorización Estructural y ambiental de grandes jaulas offshore para acuicultura atlántica, Unión Europea RIS3, FEDER, PROID2017010062), donde se utiliza la transmisión inalámbrica de potencia entre los nodos de una red de sensores subacuáticos en jaulas oceánicas de piscifactoría.