George Xiao of NRC

Abstract: Printed antennas, known for their low cost, diverse range of substrates, and various form factors, are establishing a new research field and complementing traditional PCB-based antennas. They are pivotal in the deployment of 5G/6G communications, IoT, autonomous driving, precision farming, smart cities, and more. Key applications include body-centric communications, off-body communications, human and animal body sensing/imaging, wireless power transfer, as well as flexible, foldable, or conformable antennas for typical communication uses.

Antenna printing is typically performed using various printing techniques such as screen printing, inkjet printing, and aerosol jet printing, on substrates like plastic films, paper, wood, fabrics, PCBs, and more, utilizing conductive inks. In recent years, 3D printing has also been explored. Key material challenges include the low conductivity of conductive inks and the dielectric loss of substrate/superstrate materials. For metamaterial and multi-layer antennas, including intelligent reflective surfaces (RIS), critical factors such as printing resolution, via printing, layer thickness control, and the permittivity of dielectric inks must be carefully managed.

This talk provides an overview of various printing processes and their advantages and disadvantages for antenna printing. It covers the requirements for conductive and dielectric inks, as well as different types of substrate materials and their impact on antenna performance. Additionally, the talk presents our work on addressing the low conductivity of conductive inks, developing low-loss dielectric materials, and fabricating single-layer and multilayer metamaterial-based antennas and intelligent reflective surfaces (RIS).

This talk will include application examples such as printed HF RFID antennas for sensing and identification applications, printed UHF RFID antennas for point-of-sale applications, printed microwave antennas for LEO satellite communications and sensing, printed frequency selective surfaces, and printed metasurfaces for millimeter wave radar sensing and communication applications.

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Résumé : Les antennes imprimées, réputées pour leur faible coût, la diversité de leurs substrats et leurs différents formats, constituent un nouveau domaine de recherche et complètent les antennes traditionnelles à base de PCB. Elles sont essentielles au déploiement des communications 5G/6G, de l'IoT, de la conduite autonome, de l'agriculture de précision, des villes intelligentes, et bien plus encore. Parmi les principales applications figurent les communications centrées sur le corps, les communications hors corps, la détection et l'imagerie corporelles humaines et animales, le transfert d'énergie sans fil, ainsi que les antennes flexibles, pliables ou conformables pour les applications de communication courantes.

L'impression d'antennes est généralement réalisée à l'aide de diverses techniques d'impression telles que la sérigraphie, le jet d'encre et l'impression par jet d'aérosol, sur des substrats tels que les films plastiques, le papier, le bois, les tissus, les PCB, etc., en utilisant des encres conductrices. Ces dernières années, l'impression 3D a également été explorée. Les principaux défis liés aux matériaux comprennent la faible conductivité des encres conductrices et la perte diélectrique des matériaux substrats/superstrats. Pour les antennes métamatériaux et multicouches, y compris les surfaces réfléchissantes intelligentes (RIS), des facteurs critiques tels que la résolution d'impression, l'impression via, le contrôle de l'épaisseur de la couche et la permittivité des encres diélectriques doivent être soigneusement gérés.

Cette présentation offre un aperçu des différents procédés d'impression, ainsi que de leurs avantages et inconvénients pour l'impression d'antennes. Elle aborde les exigences relatives aux encres conductrices et diélectriques, ainsi que les différents types de substrats et leur impact sur les performances des antennes. Elle présente également nos travaux sur la faible conductivité des encres conductrices, le développement de matériaux diélectriques à faibles pertes et la fabrication d'antennes monocouches et multicouches à base de métamatériaux et de surfaces réfléchissantes intelligentes (RIS).

Cette présentation inclura des exemples d'applications tels que des antennes RFID HF imprimées pour des applications de détection et d'identification, des antennes RFID UHF imprimées pour des applications de point de vente, des antennes micro-ondes imprimées pour les communications et la détection par satellite LEO, des surfaces sélectives en fréquence imprimées et des métasurfaces imprimées pour des applications de détection et de communication radar à ondes millimétriques.

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Biography:

George Xiao is a Research Officer at the National Research Council of Canada. Since 2012, Dr. Xiao has been at the forefront of developing materials and processes for printed electronic devices, with a particular focus on printed antennas. His work includes the creation of high-conductivity inks for antenna applications, low-loss dielectric materials for mmWave antennas, stretchable conductive and dielectric inks, and the development of printing processes for antenna fabrications.

Dr. Xiao's expertise spans multiple disciplines, including the Internet of Things (IoT), flexible electronics, fiber optic sensor systems, RFID, sensor fusion, and digital twins. He was honored with the 2024 Career Excellence Award and the 2014 Technical Award from the IEEE Instrumentation and Measurement Society.

From 2017 to 2022, Dr. Xiao served as the Editor-in-Chief of the IEEE Journal of Radio Frequency Identification, and he was the Associate Editor-in-Chief of the IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement from 2020 to 2021.

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George Xiao est agent de recherche au Conseil national de recherches du Canada. Depuis 2012, M. Xiao est à l'avant-garde du développement de matériaux et de procédés pour les dispositifs électroniques imprimés, plus particulièrement pour les antennes imprimées. Ses travaux portent notamment sur la création d'encres à haute conductivité pour les applications d'antennes, de matériaux diélectriques à faible perte pour les antennes à ondes millimétriques, d'encres conductrices et diélectriques extensibles, et sur le développement de procédés d'impression pour la fabrication d'antennes.

L'expertise de M. Xiao couvre de multiples disciplines, notamment l'Internet des objets (IoT), l'électronique flexible, les systèmes de capteurs à fibre optique, la RFID, la fusion de capteurs et les jumeaux numériques. Il a reçu le Career Excellence Award 2024 et le Technical Award 2014 de l'IEEE Instrumentation and Measurement Society.

De 2017 à 2022, le Dr Xiao a été rédacteur en chef de l'IEEE Journal of Radio Frequency Identification et rédacteur en chef adjoint des IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement de 2020 à 2021.