Titlul Proiectului: Circuite RFID cu conversie de frecvență și recuperarea energiei electromagnetice
Acronim: TagME
Program PN IV: Program 5.2 – Resurse umane; Subprogram 5.2.1 – Start în cercetare
Tip proiect: Proiecte de cercetare pentru stimularea tinerelor echipe independente – competiția 2023
Contract nr. 27TE/2025/08.01.2025 (cod: PN-IV-P2-2.1-TE-2023-1239)
Durata proiectului: 08.01.2025-31.12.2026
Bugetul proiectului: 499.996,00 RON
Contractor: Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Microtehnologie – IMT București (www.imt.ro)
Autoritate contractanta: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării – UEFISCDI (www.uefiscdi.gov.ro)
Director de proiect: Dr. Alina-Cristina BUNEA (alina.bunea@imt.ro)

Identificarea prin radiofrecvență (RFID) se numără printre tehnologiile-cheie care dezvoltă domeniul IoT (Internet of Things). Tehnologia RFID a fost implementată pe scară largă pentru marcarea, localizarea, detectarea și urmărirea obiectelor într-o gamă largă de domenii, inclusiv retail, logistică, asistență medicală, auto și agricultură.
Scopul principal al proiectului este dezvoltarea și implementarea unei noi familii de circuite RFID cu capacități de conversie a frecvenței și de colectare a energiei electromagnetice și antene compacte îmbunătățite cu metasuprafațe. Intervalul de frecvență vizat va fi 2-12 GHz.
Obiectivele principale sunt legate de proiectarea, fabricarea și caracterizarea experimentală a antenelor cu microunde îmbunătățite cu metasuprafațe (O1); circuite de conversie a frecvenței cu amplificare a semnalului de ieșire folosind colectarea energiei (O2); demonstrator care integrează antenele cu microunde cu circuitele de conversie a frecvenței (O3).
Proiectul își propune să avanseze cunoștințele din domeniile IoT și RFID prin dezvoltarea de noi concepte și abordări pentru transponderul armonic cu colectare de energie/transfer de putere fără fir pentru amplificarea semnalului de ieșire și antene compacte îmbunătățite cu metasuprafațe. Demonstrarea noii familii de circuite cu funcționare fără baterie, distanță de citire crescută, dimensiune redusă și cost scăzut este de așteptat să aibă un impact semnificativ pentru următoarele generații de dispozitive IoT.

Lider de proiect:
Dr. Alina-Cristina Bunea a obținut diplomele de licență (2009), master (2011) și doctorat (2016) de la Universitatea Politehnica din București, România. În prezent, lucrează ca cercetător științific gr. I (CS I) la IMT București, unde este implicată în proiectarea, modelarea electromagnetică 3D și caracterizarea circuitelor pasive și active de microunde. A fost membru-cheie în 13 proiecte de cercetare, a coordonat 3 proiecte naționale și coordonează în prezent un proiect internațional și două proiecte naționale, și este implicată în Platformă Națională pentru Tehnologiile Semiconductorilor (PNTS, www.imt.ro/pnts). Este autoare a peste 60 de articole științifice în domeniul de cercetare al proiectului și are un indice h de 10 (Google Scholar, peste 430 de citări). Principala sa expertiză constă în proiectarea, modelarea și caracterizarea dispozitivelor de microunde.
Membrii echipei:
Dr. Martino Aldrigo a obținut titlul de doctor în inginerie electronică, telecomunicații și tehnologia informației la Facultatea de Inginerie, Universitatea din Bologna, Italia, în anul 2014. Din 2022, este cercetător științific gr. II (CS II) la IMT-București, Voluntari, România. Este co-autor a peste 70 de articole în reviste și conferințe indexate ISI, având peste 1000 de citări și un indice h de 20. Principala sa expertiză include simularea electromagnetică și caracterizarea experimentală a sistemelor RF/microunde/unde milimetrice/terahertzi pentru aplicații wireless/energy harvesting, ce integrează materiale pe bază de carbon, materiale bidimensionale și materiale feroelectrice la scară nanometrică.
Dr. Damir Mladenovic și-a obținut titlul de doctor în fizică în martie 2023 la Universitatea din București, Facultatea de Fizică. Din 2016, lucrează în Laboratorul de Tehnologii și Nanostructuri pe Bază de Carbon din cadrul IMT București. Are o expertiză vastă în proiectarea măștilor pentru scriere laser directă, precum și în procesarea tehnologică a măștilor pe bază de crom pe substrat de sticlă.
Prof. Dr. Dan Neculoiu a absolvit facultatea în 1985 și și-a obținut titlul de doctor în 1997, ambele la Universitatea Politehnica din București (UPB), România. În prezent, lucrează ca cercetător științific gr. I (CS I) la IMT-București și este profesor universitar la Universitatea Națională de Știință și Tehnologie POLITEHNICA din București, Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației. Principalele sale domenii de cercetare sunt proiectarea, modelarea și caracterizarea circuitelor de microunde, filtre de unde milimetrice pe membrane, antene și module receptoare, structuri piezoelectrice FBAR și SAW, precum și circuite de microunde pe bază de grafenă. A participat la peste 25 de proiecte de cercetare naționale și internaționale (FP4, FP6, FP7). Este autorul a peste 150 de lucrări publicate în reviste și volume de conferințe, cu peste 1880 de citări și un indice h de 22 (Google Scholar). Va sprijini echipa tânără de cercetare ca expert senior în domeniul proiectului.

Scopul principal al proiectului este dezvoltarea și implementarea unei noi familii de circuite RFID cu capacități de conversie a frecvenței și de colectare a energiei electromagnetice și antene compacte îmbunătățite cu metasuprafațe. Intervalul de frecvență vizat va fi 2-12 GHz.
Principalele obiective sunt:
O1. Proiectarea, fabricarea și caracterizarea experimentală a antenelor cu microunde îmbunătățite cu metasuprafațe;
O2. Dezvoltarea de circuite de conversie a frecvenței cu amplificare a semnalului de ieșire folosind colectarea energiei;
O3. Realizarea unui demonstrator care integrează antenele cu microunde cu circuitele de conversie a frecvenței.

Etapa 1/2025:
În cadrul perioadei de raportare au fost proiectate, modelate 3D şi simulate electromagnetic antene slot cu frecvenţa de operare de 2.5 GHz şi antene slot cu bandă dublă de frecvenţă (în jurul lui 2.5 GHz şi 5 GHz), precum şi metasuprafeţe ELC de tip slot şi strip. S-au fabricat structuri de test, pe substrat de tip FR-4, cu grosime de 1.55 mm, placat cu cupru. Antenele au fost caracterizate în microunde, utilizând un analizor vectorial de reţele, şi s-a extras banda de adaptare. În cazul antenei slot de 2.5 GHz banda fracţionară de adaptare este de circa 20%. În cazul antenei cu bandă dublă de frecvenţă, benzile de adaptare sunt de 45% pentru 2.5 GHz şi de 6.4% pentru 5 GHz.

Simulări parametrice pentru modelul de antenă slot de 5 GHz: efectul lăţimii slotului (parametrul slot_width) asupra parametrului S11 (stânga) și asupra directivităţii în direcţia normală la planul antenei, în funcţie de frecvenţă (dreapta)

Utilizând metoda celor două antene, s-a estimat câştigul în funcţie de frecvenţă pentru ambele tipuri de antene. Combinând măsurători de transmisie cu un montaj experimental cu sistem goniometric, s-au extras caracteristicile 2D ale antenelor, care corespund planelor magnetic (H) şi electric (E). S-au caracterizat antenele plasate deasupra metasuprafeţelor de tip ELC slot şi strip şi s-au notat efectele pentru diferitele configuraţii.

Montaj de măsură cu antenă monopol (stânga) și antena slot de test (dreapta) fixată în suport goniometric

S-a proiectat un circuit de dublare a frecvenţei cu frecvenţa de intrare de 2.5 GHz şi conversie RF-DC, cu ajutorul simulărilor neliniare. Circuitul este de tip microstrip şi a fost proiectat pentru fabricare pe substrat PCB. S-au fabricat circuite de test pe substrat de tip Rogers 4003C cu grosime de 1.5 mm dublu placat cu 35 microni de cupru. Acestea au fost echipate cu componente de tip SMD (inductoare, capacitoare, rezistoare) şi o diodă Schottky (Skyworks SMS7630) şi contactate cu conectoare de tip SMD. Circuitul a fost apoi caracterizat atât în DC cât şi în RF şi s-au obţinut rezultate experimentale în bună concordanţă cu cele simulate.

Montaj experimental pentru caracterizarea circuitului de conversie a frecvenței și energy harvesting

S-au elaborat două deliverabile (Deliverabila D1 –Raportul Ştiinţific al Etapei 1/2025 şi Deliverabila D2 – Performanţele măsurate ale antenelor de test), s-a publicat o lucrare de conferinţă IEEE cu recunoaşterea suportului proiectului şi este în curs de elaborare o lucrare de jurnal.