Modelado y optimización de antenas RFID basadas en micro-hilos ferromagnéticos

Alonso Rámila, Ana (2017). Modelado y optimización de antenas RFID basadas en micro-hilos ferromagnéticos. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Modelado y optimización de antenas RFID basadas en micro-hilos ferromagnéticos
Autor/es:
  • Alonso Rámila, Ana
Director/es:
  • Oliver Ramírez, Jesús Angel
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Junio 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Micro-hilos ferromagnéticos, antena, inductancia, permeabilidad relativa, herramientas de simulación por elementos finitos
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Los nuevos micro-hilos ferromagnéticos ofrecen claras ventajas mecánicas sobre la ferrita (material frágil). Esto abre una nueva ventana de oportunidades para algunas aplicaciones como son los sistemas RFID (Radio Frequency IDentification) o los sistemas de transmisión inalámbrica de energía, donde el componente magnético tiene una gran relevancia. El actual método de diseño se basa en fabricar micro-hilos, hacer un prototipo y comprobar los resultados. Esto toma mucho tiempo y conlleva un elevado coste debido al desaprovechamiento del material en los intentos fallidos. Por tanto, se propone realizar los distintos diseños mediante una herramienta de elementos finitos, como es Ansys Maxwell®. Ya que el diámetro de los micro-hilos es muy pequeño (del orden de las décimas de micra) comparado con su longitud, y el número de micro-hilos utilizados será del orden de los miles, las simulaciones por elementos finitos no son viables. El objetivo de este trabajo es tanto modelar este nuevo material magnético para solucionar el problema de las simulaciones, como servir de base para la realización de una herramienta que permita obtener las características óptimas que debe tener una antena hecha con estos microhilos ferromagnéticos. El Capítulo 1 está dedicado a una breve introducción sobre los campos en los que se basa el trabajo: la tecnología de los dispositivos RFID y los micro-hilos magnéticos. Se menciona explica el funcionamiento básico de los sistemas RFID y las propiedades y tipos de los microhilos. En el Capítulo 2 se explican las diferentes técnicas usadas para modelar los micro-hilos tanto en sentido longitudinal como transversal, centrándose sobre todo en estas últimas: - El modelado longitudinal se basa en la impedancia de una bobina: la parte real representa las pérdidas y la imaginaria es una medida de la energía almacenada. El modelo tendrá que tener las mismas pérdidas y la misma energía que los micro-hilos. - En el modelado transversal, principalmente, se usa un método basado en una analogía entre capacidad y reluctancia, que permite calcular la reluctancia total de un grupo de micro-hilos y despejar de ella la permeabilidad equivalente de esos micro-hilos y el polímero que hay entre ellos. El capítulo termina mostrando los resultados obtenidos de los parámetros del modelo. El Capítulo 3 se centra en relacionar los resultados de experimentos clásicos de medidas de propiedades físicas usando bobinas de Helmhotz sobre núcleos de ferrita con las propiedades físicas de los materiales. Para ello, se realizarán diversas simulaciones que permitan obtener la equivalencia entre el experimento y las características del material. En el experimento desarrollado por el CSIC se tienen dos bobinas concéntricas (la de fuera con un radio bastante más grande que la de dentro). Al aplicarle intensidad a la bobina exterior se genera un campo magnético que hace aparecer una tensión en la bobina interior. Esto se repite introduciendo en la bobina pequeña una barra de ferrita y se calcula el cociente entre la tensión inducida con ferrita y sin ferrita. Se ha interpretado esto desde el punto de vista de la inductancia y el campo magnético. Al final del capítulo se presentan los resultados y las conclusiones obtenidas de comparar estos dos métodos con las medidas proporcionadas. Es importante destacar, que la permeabilidad medida no es la de la ferrita, sino la de la ferrita con el aire que la rodea, ya que el circuito magnético se cierra por el aire. En el Capítulo 4 se estudia una de las características más importantes de una antena: el campo que produce a tres metros. Para ello se pretende encontrar un método que permita predecir la evolución del campo en el exterior de la antena. Se han estudiado básicamente tres alternativas: 1.- A través de simulaciones FEM. Se trata de estudiar cómo influyen distintos parámetros en el campo y de sacar una ecuación que cuantifique su efecto. 2.- Implementar un método descrito en un artículo que se basa en sustituir el efecto del núcleo de ferrita por unas corrientes ficticias. 3.- Utilizar una herramienta de análisis por elementos finitos para obtener el campo directamente de la simulación. En el Capítulo 5 se validan los resultados obtenidos en el Capítulo 2 de modelado de microhilos. Se hace a través de un experimento que mide la inductancia de un núcleo magnético con un entrehierro formado por el modelo en un caso y los micro-hilos en otro y compara los valores. Esto se comprueba primero mediante simulación y después con un modelo real. El Capítulo 6 contiene las conclusiones generales y posibles enfoques y líneas de desarrollo para el futuro, como son el desarrollar una aplicación de optimización de antenas basada en este estudio y el utilizar los micro-hilos para otras aplicaciones (cargadores inalámbricos).

Más información

ID de Registro: 47595
Identificador DC: http://oa.upm.es/47595/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47595
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 28 Ago 2017 10:44
Ultima Modificación: 28 Ago 2017 10:44
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