ES2317048T3 - Etiqueta de seguridad con una red de antenas tridimensional realizada a partir de material plano y procedimiento de fabricacion de la misma. - Google Patents

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Thomas J. Clare
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Abstract

Configuración de antena para su utilización en una etiqueta de seguridad (20) que optimiza una recepción de una señal emitida a partir de un interrogador o lector, comprendiendo la configuración de antena: un primer dipolo (X1, X2) y un segundo dipolo (Y1, Y2) dispuestos en una configuración no paralela ni colineal para formar un plano (x-y), comprendiendo el primer y segundo dipolos (X1, X2; Y1, Y2); y un tercer dipolo (Z1, Z2) que está situado fuera del plano (x-y), caracterizada porque el primer, segundo y tercer dipolos (X1, X2; Y1, Y2; Z1, Z2) están formados como parte de un sustrato (24), permaneciendo el primer y segundo dipolos (X1, X2; Y1, Y2) como parte del plano (x-y), y porque el tercer dipolo (Z1, Z2) está formado cortando el sustrato (24) para liberar una parte del tercer dipolo (Z1, Z2) y doblar hacia fuera la parte para proyectarse alejándose del plano (x-y).

Description

Etiqueta de seguridad con una red de antenas tridimensional realizada a partir de material plano y procedimiento de fabricación de la misma.
La presente invención se refiere a etiquetas de seguridad y a un sistema de antena de dipolo de frecuencia ultra alta (UHF) para una etiqueta de identificación de radiofrecuencia (RFID) que optimiza la detección para un volumen disponible dado en el que situar la etiqueta RFID. Más particularmente, la invención se refiere a configuraciones de antena y a procedimientos según los preámbulos de las reivindicaciones independientes 1, 12 y 8, 16 respectiva-
mente.
Las etiquetas de bajo coste fabricadas mediante procesos de alimentación continua se forman normalmente a partir de material de etiqueta y son por tanto bidimensionales. La calidad de funcionamiento de las etiquetas bidimensionales presenta en general una fuerte dependencia funcional de la orientación de la antena de la etiqueta en relación con la antena del interrogador y lector de la etiqueta.
Un enfoque utilizado para reducir la sensibilidad de las etiquetas a su orientación con respecto al interrogador/lector incluye aumentar la área eficaz de la antena de etiqueta de modo que se extrae una mayor energía del campo electromagnético incidente. Otro enfoque, utilizado con antenas de dipolo, es orientar dos o más antenas en ángulos entre sí dentro del plano del material de etiqueta. Sin embargo, ambos enfoques mencionados anteriormente dan como resultado una etiqueta mayor, añadiendo gasto de fabricación y reduciendo capacidad de comercialización.
Para adecuar la utilización de dos antenas de dipolo en etiquetas RFID, una compañía, Matrics, Inc. de Rockville, Maryland, ha desarrollado un IC de sistema RFID (por ejemplo, sobre Matrics Tag X1020) que proporciona una pluralidad de entradas RF junto con un terminal de tierra.
Sin embargo, especialmente donde se utilizan frecuencias UHF (por ejemplo, 850 MHz a 950 MHz) y frecuencias microondas (por ejemplo, 2,3 GHz a 2,6 GHz) para comunicar con etiquetas RFID, sigue existiendo la necesidad de un sistema de antena de dipolo UHF (o microondas) que optimice la detección para un volumen dado en el que la etiqueta RFID se sitúa.
El documento EP 1 115 176 A que es la base para los preámbulos de las reivindicaciones independientes 1, 8, 12 y 16 da a conocer la utilización de una configuración de antena que comprende una antena tridimensional, pero no en el contexto de una etiqueta de seguridad. Dicho documento se ocupa de paliar problemas de desvanecimiento en un entorno con múltiples trayectorias para comunicación inalámbrica. La presencia de reflectantes superficies pasa de ser una desventaja a una ventaja, empleando una tercera dirección de polarización que crea de forma eficaz un tercer canal de comunicación. Este tercer canal de comunicación puede utilizarse para enviar más información, o para enviar información con diversidad espacial mejorada para mejorar de este modo la calidad de funcionamiento de comunicación global. Una señal transmitida con tres direcciones de polarización se crea con un transmisor que presenta, de forma ilustrativa, tres antenas de dipolo que son espacialmente ortogonales entre sí. Una señal recibida que presenta un contenido de energía en tres direcciones de polarización se detecta mediante un receptor que presenta, de forma ilustrativa, tres antenas de dipolo que son espacialmente ortogonales entre sí.
El documento US-A-5.572.226 se ocupa de un(os) patrón/patrones de antena esférica a partir de antena(s) dispuesta(s) en un plano bidimensional para su utilización en marcas y etiquetas RFID. Un sistema RFID comprende una configuración de antena bidimensional que presenta un dipolo en combinación con una antena en cuadro o un segundo dipolo con sus ejes de dipolo en un ángulo de aproximadamente 90º entre sí. El patrón de dos antenas de dipolo combinado con el patrón de una única antena en cuadro, permite la combinación secuencial de los patrones para simular un patrón de antena casi esférica en tres dimensiones, mientras que las antenas se ubican en un plano bidimensional.
El objetivo de la presente invención es proporcionar una configuración de antena para su utilización en una etiqueta de seguridad (por ejemplo, una etiqueta RFID de seguridad) que optimice la recepción de una señal emitida a partir de un interrogador o lector. Adicionalmente, un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de fabricación de una antena tal para una etiqueta de seguridad para optimizar una recepción de una señal emitida a partir de un interrogador o lector.
La presente invención alcanza el objetivo por medio de una configuración de antena y un procedimiento según los preámbulos de las reivindicaciones independientes 1, 12 y 8, 19, respectivamente, comprendiendo las características y etapas de las partes caracterizadoras de las reivindicaciones independientes 1, 12 y 8, 16, respectivamente. Las formas de realización adicionales de la invención forman el asunto de las reivindicaciones subordinadas.
Como resultaría evidente para los expertos en la materia, extendiendo la red de antenas a una tercera dimensión, la calidad de funcionamiento de la red de antenas se mejora en relación con el tamaño del sustrato de material de etiqueta o material en banda o consumido para formar la red de antenas. Manteniendo la misma área que una red de antenas bidimensional, la calidad de funcionamiento de la red de antenas se aumenta sin aumentar el coste de la etiqueta. De forma alternativa, el área de antena puede reducirse para conseguir la misma calidad de funcionamiento que una red de antenas bidimensional pero en una etiqueta menos costosa.
La invención se describirá junto con los siguientes dibujos en los que los números de referencia similares designan elementos similares y en los que:
la figura 1 es un diagrama funcional de la etiqueta de seguridad con antena tridimensional;
la figura 1A son unos ejes de coordenadas de referencia cartesiana;
la figura 2A ilustra una parte de un sustrato que contiene el circuito integrado RFID y las líneas auxiliares cortas de antena para la antena tridimensional como parte del sustrato durante la fabricación de la etiqueta;
la figura 2B muestra cómo dos de las líneas auxiliares cortas de antena se alzan fuera del sustrato para formar la antena de dipolo en el tercer eje (z);
la figura 2C son unos ejes de coordenadas de referencia cartesiana;
la figura 3 es un diagrama de vista en planta de material de etiqueta con múltiples elementos trazado en dos dimensiones;
la figura 4 es un diagrama en vista isométrica de una inserción de etiqueta con elementos de antena doblados para estar en tres dimensiones;
la figura 4A son unos ejes de coordenadas de referencia cartesiana para la segunda realización; y
la figura 5 es un diagrama en vista isométrica de una etiqueta doblada instalada en una carcasa posterior de una cubierta protectora de etiqueta rígida.
Los expertos en la materia apreciarán que podrían realizarse cambios a las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse por ello del amplio concepto inventivo de las mismas. Se entiende, por tanto, que esta invención no se limita a las formas de realización particulares dadas a conocer, sino que está prevista para comprender modificaciones dentro del alcance de la presente invención como definen las reivindicaciones adjuntas.
Se muestra en el número de referencia 20 en la figura 1 una etiqueta RFID de seguridad que comprende una antena tridimensional. La etiqueta 20 RFID de seguridad comprende tres antenas de dipolo acopladas a un circuito integrado (CI) 22 RFID. Una antena de dipolo en el eje x (véase la figura 1A para la orientación de ejes) comprende las antenas cortas X1 y X2. Una antena de dipolo en el eje y comprende las líneas auxiliares cortas de antena Y1 y Y2. Finalmente, una tercera antena de dipolo en el eje z comprende las líneas auxiliares cortas de antena Z1 y Z2. Esta etiqueta 20 RFID de seguridad puede empaquetarse en una caja, por ejemplo, una caja de forma esférica, una caja de forma cúbica, etc. La etiqueta 20 RFID de seguridad es ideal para su colocación en palés de transporte, por ejemplo, o su incorporación en materiales de empaquetado o embalaje. La presencia de un dipolo en todas las tres dimensiones optimiza la detección, mediante la etiqueta RFID 20, de una señal emitida a partir de un interrogador o lector (no mostrado) para un volumen dado en el que la etiqueta 20 está presente, especialmente para señales en el rango de frecuencia UHF (por ejemplo, 850 MHz a 950 MHz) y en el rango de microondas (por ejemplo, 2,3 GHz a 2,6 GHz). Por tanto, la antena tridimensional forma una mejora sobre una antena bidimensional y funciona mejor que una única antena de dipolo recta u ondulada.
Un procedimiento muy económico de producción del dipolo del eje z es utilizar procesos de material plano de etiqueta de seguridad para crear todos los dipolos. En particular, como se muestra en las figuras 2A a 2B, todos los tres dipolos se fabrican sobre una hoja plana de material en banda (figura 2A) y se acoplan eléctricamente al CI 22 RFID. En un paso sucesivo, el material en banda que conecta uno de los dipolos se corta (véanse las líneas C en la figura 2A), permitiendo que el extremo libre (FE) de cada línea auxiliar corta de dipolo se doble fuera del plano x-y (figura 2B) y perpendicular a los otros dos dipolos (véase la figura 2C para orientación de ejes).
Las antenas de dipolo de la etiqueta RFID 20 de la presente invención pueden producirse utilizando procesos convencionales que utilizan grabado, impresión (por ejemplo, tintas de cobre o plata, impresión flexográfica), troquelado, corte por láser, etc. El material en banda 24 puede comprender cualquier material plano o sustrato incluyendo papel o plástico, etc. En la forma de realización preferida, el grosor del material en banda 24 podría estar en el rango de 25 a 90 \mum; las líneas auxiliares cortas de antena X1-Z2 o elementos 122/124 (véanse las figuras 3 a 5 y texto correspondiente), por ejemplo, traza metálica, podría estar en el rango de 7 a 60 \mum o más. Sin embargo, los expertos en la materia conocen que el grosor del material en banda 24 y las líneas auxiliares cortas de antena X1 a Z2/elementos 122/124 no están restringidos de ninguna forma a esos rangos y esos rangos no limitan el alcance de la invención en ninguna forma. De hecho, está dentro del alcance más amplio de la presente invención incluir líneas auxiliares cortas de antena/elementos que están incrustados en el material en banda 24, incluyendo el lugar en el que las líneas auxiliares cortas de antena/elementos están a nivel con la superficie del material en banda 24. El CI 22 RFID puede acoplarse eléctricamente a las líneas auxiliares cortas de antena utilizando soldadura mediante hilo, procesos de chip invertido, cementado de contacto, etc. Acoplar las líneas auxiliares cortas/elementos al CI 22 RFID puede llevarse a cabo utilizando rectificadores e incluso multiplexadores para suministrar las señales recibidas a partir de los diversos dipolos al CI 22 RFID. Por tanto, es posible utilizar cualquier proceso en el que las líneas auxiliares cortas de todos los dipolos estén formadas sobre o en el sustrato y posteriormente acopladas eléctricamente al CI 22 RFID. Además, es también posible utilizar los procesos de fabricación de etiqueta de seguridad dados a conocer en el documento no publicado anteriormente WO 2005/083627 A1 titulado Security Tag and Method for fabricating a Tag o dados a conocer en el documento US 2003/0051806 A1 titulado Security Tag and Process for Making Same, ambos propiedad de Checkpoint Systems, Inc. como la presente solicitud. Las líneas auxiliares cortas de antena (X1 a Z2) pueden incluir líneas auxiliares cortas de ajuste que pueden rebajarse y barras de sujeción para equilibrado de impedancia que pueden modificarse para ajustar adecuadamente (por ejemplo, ajuste en línea de los dipolos mientras se ubican sobre/en el sustrato) los tres dipolos antes de que las líneas auxiliares cortas Z1 y Z2 del eje z se eleven fuera del plano x-y.
Debería entenderse que aunque la forma de realización preferida incluye un tercer dipolo (líneas auxiliares cortas Z1/Z2) que está orientado ortogonalmente con respecto a dichos primer y segundo dipolos, está dentro del alcance más amplio de la presente invención incluir un tercer dipolo que presenta líneas auxiliares cortas que se sitúan fuera del plano x-y formado por el primer y segundo dipolos pero no son necesariamente ortogonales a ese plano. Por tanto, los ángulos \theta_{1} y \theta_{2} mostrados en la figura 2B pueden estar entre 0º y 90º con respecto a una línea de referencia horizontal en el plano x-y. Además, está también dentro del alcance más amplio de la invención en la que los ángulos \theta_{1} y \theta_{2} no son iguales.
Haciendo referencia a la figura 3, se muestra (es decir, una vista en planta) otra realización 120 de una red de antena bidimensional que presenta múltiples elementos de dipolo formados sobre material 24 de etiqueta para su utilización con vigilancia de artículos electrónica (EAS) y etiquetas de tipo RFID. En particular, se muestran dos elementos de dipolo doblado en esta realización 120, un elemento exterior 122 alrededor del perímetro del material 24 en bruto de etiqueta cortado y un elemento interior 124 dentro del área del elemento exterior 122 (el CI 22 RFID no se muestra). El elemento interior 124 comprende líneas auxiliares cortas de dipolo 124A y 124B. Preferentemente, los elementos interior 124 y exterior 122 están formados sobre el sustrato 24 de material de etiqueta no conductor por cualquiera de varios procesos de fabricación de etiqueta (todos los cuales se describieron previamente con anterioridad para la etiqueta 20 y todos los cuales pueden aplicarse a la realización 120) que dan como resultado una traza eléctricamente conductora que forma las antenas cortas. Dichos procesos incluyen, pero no se limitan a, troquelado, impresión de tinta conductora, grabado de una lámina conductora y chapado mediante aditivos. El sustrato es preferentemente un material polimérico pero podría ser otro material sustancialmente no conductor tal como papel.
Haciendo referencia a la figura 4, la forma de realización 120 de la figura 3 se muestra doblada en una red de antenas tridimensional. La red de antenas tridimensional se forma a partir de la red de antenas bidimensional cortando el sustrato 24 (que está en el plano x-y; véase la figura 4A) alrededor de la periferia del elemento interior 124 utilizando troquelado o un proceso similar, y doblando el elemento interior 124 en una posición vertical, cuya planta está en un ángulo con el plano x-y del elemento exterior 122. La figura 5 muestra el elemento interior 124 de la antena de la figura 4 en un ángulo perpendicular sustancialmente con respecto al elemento exterior 122, instalado dentro de la carcasa 126 posterior de una cubierta protectora de etiqueta rígida (por ejemplo, una etiqueta de seguridad reutilizable), incluyendo una parte de una cubierta 10 protectora de cerradura. Al contrario que la forma de realización preferida 20, la segunda realización 120 se forma presentando ambas líneas auxiliares cortas de dipolo 124A y 124B sobre la misma cara del material plano 24.
Debe observarse que aunque el elemento interior 124 de la segunda realización 120 está orientado ortogonalmente con respecto al elemento exterior 122, está dentro del alcance más amplio de la presente invención incluir un elemento interior 124 que presenta líneas auxiliares cortas 124A/124B que se sitúan fuera del plano x-y formado por el elemento exterior 122 pero que no son necesariamente ortogonales a ese plano. Por tanto, los ángulos \theta_{A} y \theta_{B} mostrados en la figura 4 pueden estar entre 0º y 90º con respecto a la línea de referencia horizontal en el plano x-y. Además, está también dentro del alcance más amplio de la invención en la que los ángulos \theta_{A} y \theta_{B} no son iguales.
La red de antenas tridimensional como se muestra en las figuras 1 a 5 no está limitada a la implementación específica de las formas de realización ilustradas. Por ejemplo, los elementos interior 124 y exterior 122 no necesitan ser dipolos doblados sino que podrían ser otras configuraciones de antena tal como cuadros, y la red podría ser una combinación de diversas configuraciones de elemento de antena tal como cuadros y dipolos. Adicionalmente, los elementos de la antena bidimensional no necesitan estar formados uno dentro del otro sino que podrían estar adyacentes entre sí. También, el número de elementos puede ser mayor que dos y los elementos pueden estar orientados entre sí en ángulos arbitrarios.
Aunque la invención se ha descrito en detalle y haciendo referencia a ejemplos específicos de la misma, resultará evidente para un experto en la materia que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones en la misma sin apartarse, por ello, del alcance de las reivindicaciones.

Claims (19)

1. Configuración de antena para su utilización en una etiqueta de seguridad (20) que optimiza una recepción de una señal emitida a partir de un interrogador o lector, comprendiendo la configuración de antena:
un primer dipolo (X1, X2) y un segundo dipolo (Y1, Y2) dispuestos en una configuración no paralela ni colineal para formar un plano (x-y), comprendiendo el primer y segundo dipolos (X1, X2; Y1, Y2); y
un tercer dipolo (Z1, Z2) que está situado fuera del plano (x-y),
caracterizada porque el primer, segundo y tercer dipolos (X1, X2; Y1, Y2; Z1, Z2) están formados como parte de un sustrato (24), permaneciendo el primer y segundo dipolos (X1, X2; Y1, Y2) como parte del plano (x-y), y porque el tercer dipolo (Z1, Z2) está formado cortando el sustrato (24) para liberar una parte del tercer dipolo (Z1, Z2) y doblar hacia fuera la parte para proyectarse alejándose del plano (x-y).
2. Configuración de antena según la reivindicación 1, caracterizada porque el tercer dipolo (Z1, Z2) comprende una primera línea auxiliar corta de antena (Z1) y una segunda línea auxiliar corta de antena (Z2) y porque el sustrato (24) comprende una primera cara y una segunda cara, siendo la primera y segunda caras opuestas entre sí, sobresaliendo la primera línea auxiliar corta de antena (Z1) lejos de la primera cara y sobresaliendo la segunda línea auxiliar corta de antena (Z2) lejos de la segunda cara.
3. Configuración de antena según la reivindicación 2, caracterizada porque la primera línea auxiliar corta de antena (Z1) y la segunda línea auxiliar corta de antena (Z2) están dispuestas ortogonalmente a la primera y segunda caras, respectivamente.
4. Configuración de antena según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque el primer, segundo y tercer dipolos (X1, X2; Y1, Y2; Z1, Z2) están sintonizados a frecuencias RF.
5. Configuración de antena según la reivindicación 4, caracterizada porque las frecuencias RF son frecuencias UHF en una banda de frecuencia de aproximadamente 850 MHz a 950 MHz.
6. Configuración de antena según la reivindicación 4, caracterizada porque las frecuencias RF son frecuencias microondas en una banda de frecuencia comprendida entre aproximadamente 2,3 GHz y 2,6 GHz.
7. Configuración de antena según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el sustrato (24) es un material en banda.
8. Procedimiento de fabricación de una antena tridimensional para una etiqueta de seguridad (20) para optimizar una recepción de una señal emitida a partir de un interrogador o lector, estando caracterizado el procedimiento por las etapas siguientes:
(a)
proporcionar un material en banda (24);
(b)
formar un primer dipolo (X1, X2) y un segundo dipolo (Y1, Y2) sobre el material en banda (24),
el primer dipolo (X1, X2) y el segundo dipolo (Y1, Y2) formados para no ser paralelos ni colineales entre sí y formar un plano (x-y) que comprende el primer y segundo dipolos, (X1, X2; Y1, Y2);
(c)
formar un tercer dipolo (Z1, Z2) sobre el material en banda (24);
(d)
cortar el material en banda (24) para liberar una parte del tercer dipolo (Z1, Z2) a partir del material en banda; y
(e)
doblar hacia fuera la parte libre para sobresalir lejos del plano.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la etapa de formar el tercer dipolo (Z1, Z2) sobre el material en banda (24) comprende crear una primera línea auxiliar corta de antena (Z1) y una segunda línea auxiliar corta de antena (Z2) y porque la etapa de cortar el material en banda (24) comprende cortar el material en banda (24) para liberar una primera parte de la primera línea auxiliar corta de antena (Z1) y para liberar una segunda parte de la segunda línea auxiliar corta de antena (Z2).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el material en banda (24) presenta una primera cara y una segunda cara, estando la primera y segunda caras opuestas entre sí, y porque la etapa de doblar la parte libre hacia fuera del material en banda (24) comprende doblar la primera parte de la primera línea auxiliar corta de antena (Z1) fuera de la primera cara y la segunda parte de la segunda línea auxiliar corta de antena (Z2) fuera de la segunda cara.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la etapa de doblar la primera parte de la primera línea auxiliar corta de antena (Z1) hacia fuera de la primera cara y la segunda parte de la segunda línea auxiliar corta de antena (Z2) hacia fuera de la segunda cara comprende doblar la primera y segunda partes ortogonalmente hacia fuera de la primera y segunda caras, respectivamente.
12. Configuración de antena para su utilización en una etiqueta de seguridad (20) que optimiza una recepción de una señal emitida a partir de un interrogador o lector, comprendiendo la configuración de antena:
un primer elemento de dipolo doblado (122) que forma un plano (x-y) que comprende el primer elemento de dipolo doblado (122); y
un segundo elemento de dipolo doblado (124) que está situado fuera del plano (x-y),
caracterizada porque el primer y segundo elementos de dipolo doblado (122, 124) están formados sobre un sustrato (24), permaneciendo el primer elemento de dipolo doblado (122) como parte del plano (x-y), y porque el segundo elemento de dipolo doblado (124) está formado cortando el sustrato (24) para liberar el segundo elemento de dipolo doblado (124) y doblar hacia fuera el segundo elemento de dipolo doblado (124) para que sobresalga lejos del plano (x-y).
13. Configuración de antena según la reivindicación 12, caracterizada porque el segundo elemento de dipolo doblado (124) comprende una primera línea auxiliar corta de dipolo (124A) y una segunda línea auxiliar corta de dipolo (124B).
14. Configuración de antena según la reivindicación 13, caracterizada porque la primera y segunda líneas auxiliares cortas de dipolo (124A, 124B) están dispuestos ortogonalmente al plano (x-y).
15. Configuración de antena según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada porque el sustrato (24) es un material de etiqueta no conductor.
16. Procedimiento de fabricación de una antena tridimensional para una etiqueta de seguridad (20) para optimizar una recepción de una señal emitida a partir de un interrogador o lector, estando caracterizado el procedimiento porque comprende las etapas siguientes:
(a)
proporcionar un sustrato (24);
(b)
formar un primer elemento de dipolo doblado (122) sobre el sustrato (24),
formando el primer elemento de dipolo doblado (122) un plano (x-y) que comprende el primer elemento de dipolo doblado (122);
(c)
formar un segundo elemento de dipolo doblado (124) sobre el sustrato (24);
(d)
cortar el sustrato (24) para liberar el segundo elemento de dipolo doblado (124) a partir del sustrato; y
(e)
doblar hacia fuera el segundo elemento de dipolo doblado (124) para que sobresalga lejos del plano.
17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque la etapa de formar el segundo elemento de dipolo doblado (124) sobre el sustrato (24) comprende crear una primera línea auxiliar corta de dipolo (124A) y una segunda línea auxiliar corta de dipolo (124B).
18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la etapa de doblar las líneas auxiliares cortas de dipolo (124A, 124B) hacia fuera del plano (x-y) comprende doblar las líneas auxiliares cortas de dipolo ortogonalmente hacia fuera del plano (x-y).
19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque el sustrato (24) es un material de etiqueta no conductor.
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