Thiết kế tối ưu thẻ tag RFID không chip sử dụng các bộ cộng hưởng slot bằng phương pháp tối ưu hóa bầy đàn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày một phương pháp tổng quát sử dụng thuật toán bầy đàn để tối ưu thông số thiết kế cho thẻ tag RFID không chip mã hóa dữ liệu bằng các bộ cộng hưởng slot, giải quyết vấn đề tần số cộng hưởng bị thay đổi khi mã hóa các dữ liệu khác nhau do hiện tượng hỗ cảm (mutual coupling) giữa các bộ cộng hưởng slot gây ra.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế tối ưu thẻ tag RFID không chip sử dụng các bộ cộng hưởng slot bằng phương pháp tối ưu hóa bầy đàn

Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Thiết kế tối ưu thẻ tag RFID không chip sử dụng các bộ cộng hưởng slot bằng phương pháp tối ưu hóa bầy đàn Lê Công Cường1, Đào Trung Kiên2, Nguyễn Thanh Hường1,2, Phạm Thị Ngọc Yến1,2 1 Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2 Viện Nghiên cứu Quốc tế MICA – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Email: cuong.lecong@hust.edu.vn Tóm tắt – Bài báo trình bày một phương pháp tổng quát sử dụng thuật toán bầy đàn để tối ưu thông số thiết kế cho thẻ tag RFID không chip mã hóa dữ liệu bằng các bộ cộng hưởng slot, giải quyết vấn đề tần số cộng hưởng bị thay đổi khi mã hóa các dữ liệu khác nhau do hiện tượng hỗ cảm (mutual coupling) giữa các bộ cộng hưởng slot gây ra. Phương pháp được triển khai bằng cách kết hợp phần mềm CST Microwave để thiết kế và mô phỏng cấu trúc thẻ tag sau đó kết quả trả về được đưa vào phần mềm Matlab để triển khai thuật toán tối ưu, đề xuất thông số mới tốt hơn và tiếp tục được phần mềm CST sử dụng để mô phỏng và đánh giá. Quá trình này được thực hiện một cách tự động cho đến khi thông số thiết kế đạt được tiêu chí yêu cầu về độ thay đổi tần số cộng hưởng mong muốn. Kết quả mô phỏng và đo đạc với cấu trúc mẫu đã chứng minh được tính đúng đắn của phương pháp đề xuất. Từ khóa – định danh bằng tần số vô tuyến (RFID); hiện tượng hỗ cảm; tối ưu bầy đàn H. 1 Cấu trúc của bộ cộng hưởng slot Chiều dài của slot và tần số cộng hưởng tạo ra bởi slot I. Giới thiệu đó được tính gần đúng như sau [4]: Thẻ tag RFID không sử dụng chip (IC) để lưu trữ dữ 𝑐𝐵 𝐴 𝑓ℎ liệu có ưu điểm là giá thành thấp và độ bền cao trong 𝐿 = 2𝑓 [𝐵 − ln ( 𝑟𝑐 )] (1) 𝑟 quá trình hoạt động khi so sánh với thẻ tag RFID truyền thống, vì vậy công nghệ này đang được đánh giá là có Trong đó 𝑐 là vận tốc ánh sáng trong môi trường làm khả năng thay thế mã barcode trong tương lai bởi vì việc, 𝐿 là tổng chiều dài của slot, 𝑓𝑟 là tần số cộng bên cạnh chi phí sản xuất thấp là khả năng định danh hưởng sinh ra bởi slot, A là tham số phụ thuộc vào độ không cần thẳng hàng với đầu đọc, định danh xuyên rộng của slot 𝑑, hằng số điện môi 𝜀𝑟 và độ dày ℎ của qua vật liệu và có thể định danh nhiều đối tượng với vật liệu nền, B là là tham số chỉ phụ thuộc vào hằng số một lần quét [1]. Công nghệ mã hóa dữ liệu trong thẻ điện môi 𝜀𝑟 . tag RFID không chip dựa trên việc phân tích tín hiệu Từ công thức (1) có thể thấy rằng với một tần số cộng phản hồi về đầu đọc trong miền thời gian, tần số hoặc hưởng mong muốn sẽ tính được chiều dài tương ứng phase. Trong các phương pháp đó thì phân tích trong của slot. Đây là nguyên lý để đề xuất các cấu trúc RFID miền tần số có khả năng mã hóa được nhiều dữ liệu với không chip sử dụng nhiều dạng slot khác nhau nhằm một kích thước bé nên được nhiều nhà khoa học tập mã hóa dữ liệu nhiều bit, mà ở đó tại mỗi tần số định trung nghiên cứu. Nguyên lý cơ bản của phương pháp trước có xảy ra hiện tượng cộng hưởng hay không sẽ này là xác định các tần số cộng hưởng trong một giải tương ứng với dữ liệu bit ‘1’ hoặc bit ‘0’, và điều này tần định trước để suy ra mã định danh. [2] phụ thuộc hoàn toàn vào việc có hay không có slot Một trong các thiết kế cơ bản của thẻ tag RFID tương ứng với tần số đó. Các nghiên cứu gần đây đã không chip sử dụng nguyên lý định danh này đó là sử giới thiệu một số dạng cấu trúc RFID không chip sử dụng các bộ cộng hưởng slot [3] – là một dải trống của dụng nhiều kiểu slot khác nhau trong (H. 2) [5-8]. lớp kim loại trên bề mặt chất điện môi được thể hiện ở hình H. 1. ISBN: 978-604-80-5076-4 240
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) hưởng riêng được hiểu là tần số cộng hưởng tương ứng của một slot khi cấu trúc được thiết kế với duy nhất slot đó. Hiện tượng này là kết quả của sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các bộ cộng hưởng cạnh nhau hay còn gọi là hiện tượng hỗ cảm (Mutual Coupling). Vấn đề này ảnh hưởng trực tiếp đến tính đúng đắn của dữ liệu mã hoá của cấu trúc, vì khi tần số cộng hưởng bị lệch thì sẽ dẫn (a) (b) đến hai trường hợp: • Thứ nhất là không phát hiện được sự cộng hưởng tại tần số cộng hưởng riêng của slot đó đẫn đến việc hiểu dữ liệu mã hóa là bit 0 trong khi có tồn tại slot (mã hóa bit 1). • Thứ hai là tần số cộng hưởng của slot này bị lệch sang tần số cộng hưởng riêng của slot khác, dẫn đến việc thể hiện dữ liệu mã hóa không đúng với (c) (d) cấu trúc mã hóa được thiết kế. H. 2 Các cấu trúc RFID không chip sử dụng slot dạng ký Như vậy vấn đề sai lệch các tần số cộng hưởng này cần tự U, L, I, C được khảo sát, phân tích và đề xuất giải pháp để hiệu chỉnh thì khi đó cấu trúc mã hóa mới có ý nghĩa thực Dữ liệu mã hóa của cấu trúc sử dụng dạng slot ký tự C tế, và đây là vấn đề được tác giả tập trung nghiên cứu được thể hiện ở H. 3 thông qua đáp ứng của thông số và trình bày trong nội dung bài báo này. RCS, mà ở đó mỗi điểm cực tiểu của biên độ thể hiện một tần số cộng hưởng do một slot tạo ra, do vậy bằng II. Khảo sát và đề xuất phương pháp việc thay đổi tính chất tồn tại của các slot sẽ thay đổi Để khảo sát sự sai lệch tần số cộng hưởng, tác giả thiết các tính chất cộng hưởng tại các tần số cộng hưởng kế cấu trúc mã hóa dữ liệu 20 bit sử dụng các bộ cộng tương ứng của slot, đây chính là cách thức để mã hóa hưởng slot có dạng ký tự I với chiều rộng 0.5mm, chiều các dữ liệu khác nhau của cấu trúc, và cũng là nguyên dài phù hợp trong dải tần số hẹp từ 3.5GHz đến 6.5GHz lý chung về cách mã hóa dữ liệu cho các cấu trúc RFID với vật liệu nền có tính dẻo là Polymide (𝜀𝑟 = 3.5) và không chip phân tích trong miền tần số. kích thước thẻ tag là 40x40mm, là kích thước đủ nhỏ phù hợp với chiều dài lớn nhất của slot (H. 4). Mỗi slot Các thiết kế mới được đề xuất hiện nay thường hướng có vị trí và chiều dài xác định, tương ứng với một tần đến mục tiêu thỏa mãn được các tiêu chí kỹ thuật quan số cộng hưởng riêng duy nhất, nên với 20 slot sẽ có 20 trọng sau: tần số cộng hưởng riêng tương ứng với 20 cấu trúc thẻ • Mã hoá được nhiều bit dữ liệu với một kích thước tag được thiết kế với duy nhất slot đó, các tần số này là thẻ tag nhỏ các điểm cực tiểu của các đường đồ thị nét đứt thể thiện • Dữ liệu mã hoá không bị ảnh hưởng khi thay đổi ở H. 6 góc giữa thẻ tag và đầu đọc • Thu hẹp dải tần số làm việc của thẻ tag • Sử dụng vật liệu, công nghệ phù hợp cho việc sản xuất hàng loạt với chi phí thấp H. 4 Các cấu trúc RFID không chip 20 bit sử dụng slot dạng ký I H. 3 Đáp ứng RCS của cấu trúc mã hóa sử dụng slot Bằng việc bỏ đi 10 slot xen kẽ để được hai cấu trúc thẻ dạng ký tự C tag mã hóa hai dữ liệu lần lượt là 10101010101010101010 và 01010101010101010101 Tuy nhiên các nghiên cứu này hầu hết mới chỉ ra khả rồi tiến hành mô phỏng, phân tích kết quả thu được (H. năng đáp ứng mã hóa với một vài mã dữ liệu cụ thể mà 5), có thể thấy đáp ứng giá trị RCS theo tần số đã thể chưa đi sâu giải quyết vấn đề quan trọng đó là: Tần số hiện các tần số cộng hưởng là các điểm cực tiểu của cộng hưởng riêng của mỗi slot bị thay đổi khi thẻ tag biên độ xuất hiện xen kẽ nhau tương ứng với vị trí mã mã hoá các dữ liệu khác nhau. Trong đó tần số cộng hóa bit 1 của hai mã dữ liệu. ISBN: 978-604-80-5076-4 241
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Tuy nhiên khi phân tích đáp ứng tần số của mã dữ liệu -19 gồm 20 bit 1 là đường nét liền (H. 6) với các tần số -21 cộng hưởng riêng của các slot thì đáp ứng tần số này có sự sai lệch rất lớn, đặc biệt là hai tần số cộng hưởng -23 thể hiện cho mã hóa bit 1 thứ nhất và bit 1 thứ hai mươi. RCS (dBsm) -25 Vì vậy nếu căn cứ vào các tần số cộng hưởng của cấu -27 trúc và so sánh với cộng hưởng riêng của các slot để khẳng định dữ liệu mã hóa là 0 hay 1 sẽ không còn -29 đúng nữa. Ngoài ra, từ đồ thị ta có thể nhận giá trị biên -31 độ tại các điểm cực trị không chênh lệch quá nhiều, dẫn -33 đến khó khăn trong việc đặt ngưỡng để xác định có xảy 3.5 4.5 Tần số (GHz) 5.5 6.5 ra cộng hưởng hay không. H. 5 Đáp ứng tần số hai mã dữ liệu mã hóa bit 1 xen kẽ -17 -22 -27 RCS (dBsm) -32 -37 -42 -47 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 Tần số (GHz) H. 6 Đáp ứng tần số mã hóa dữ liệu 20 bit 1 so với các tần số cộng hưởng riêng Hiện tượng sai lệch này là do ảnh hưởng hỗ cảm lẫn tối ưu bầy đàn (PSO), là một trong những thuật toán nhau giữa các slot làm cho trở kháng của mỗi slot thay xây dựng dựa trên khái niệm trí tuệ bầy đàn để tìm kiếm đổi dẫn đến thay đổi tần số cộng hưởng của mỗi slot. kết quả tốt nhất cho các bài toán tối ưu hóa trên một Các phương trình thể hiện tính chất điện từ phụ thuộc không gian tìm kiếm nào đó, là một dạng của các thuật lẫn nhau giữa các slot được trình bày trong bài báo [9], toán tiến hóa quần thể, với sự tương tác giữa các cá thể và khảo sát về mức độ ảnh hưởng bởi các tham số kích trong một quần thể để khám phá một không gian tìm thước và khoảng cách giữa các slot đến độ lệch tần số kiếm. Thuật toán này được giới thiệu vào năm 1995 bởi cộng hưởng riêng được trình bày trong bài báo [10]. Đo hai tác giả là James Kennedy và Russell C. Eberhart vậy để khắc phục hiện tượng này, cần phải tính toán lại [13] và đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh thông số kích thước của các slot và khoảng cách giữa vực [14]. PSO được khởi tạo bằng một nhóm cá thể chúng, tuy nhiên hướng tiếp cận này yêu cầu giải các ngẫu nhiên và sau đó tìm nghiệm tối ưu bằng cách cập phương trình lý thuyết rất phức tạp đặc biệt khi có nhật các thế hệ. Mỗi cá thể trong quần thể cập nhật vị nhiều bộ cộng hưởng ảnh hưởng lẫn nhau. Hướng tiếp trí của nó cho thế hệ tiếp thep theo vị trí tốt nhất của nó cận khác khả thi hơn là làm giảm ảnh hưởng của hiện và của cả quần thể tính tới thời điểm hiện tại với giá trị tượng này bằng cách sử dụng các cấu trúc thụ động có các tham số phù hợp (2) (3) chức năng cách ly các bộ cộng hưởng [11-12]. Tuy nhiên nếu áp dụng phương pháp này đối với cấu trúc 𝑉𝑖𝑘+1 = 𝜔𝑉𝑖𝑘 + 𝑐1 𝑟1 (𝑃𝑏𝑒𝑠𝑡 − 𝑋𝑖𝑘 ) + 𝑐2 𝑟2 (𝐺𝑏𝑒𝑠𝑡 − 𝑋𝑖𝑘 ) mã hóa RFID không chip sẽ làm tăng kích thước của (2) thẻ tag đồng nghĩa với việc giảm khả năng mã hóa dữ 𝑋𝑖𝑘+1 = 𝑋𝑖𝑘 + 𝑉𝑖𝑘+1 (3) liệu dẫn đến không thỏa mãn được tiêu chí kỹ thuật đầu Trong đó: tiên của việc thiết kế là giảm kích thước của thẻ tag. 𝑋𝑖𝑘 : Vị trí cá thể thứ i tại thế hệ thứ k 𝑉𝑖𝑘 : Vận tốc cá thể thứ i tại thế hệ thứ k Từ các phân tích trên, tác giả đã nghiên cứu và đề xuất 𝑋𝑖𝑘+1: Vị trí cá thể thứ i tại thế hệ thứ k+1 một phương pháp thiết kế mới khả thi hơn, không làm tăng kích thước của thẻ tag mà có thể đưa ra được kích 𝑉𝑖𝑘+1 : Vận tốc cá thể thứ i tại thế hệ thứ k+1 thước và khoảng cách tối ưu của các bộ cộng hưởng 𝑃𝑏𝑒𝑠𝑡 : Vị trí tốt nhất của cá thể thứ i slot với tần số cộng hưởng mới sai lệch so với tần số 𝐺𝑏𝑒𝑠𝑡 : Vị trí tốt nhất trong quần thể cộng hưởng riêng của các slot đó trong giới hạn mong 𝜔: Hệ số quán tính muốn đặt trước. Phương pháp này sử dụng thuật toán 𝑐1 , 𝑐2 : Các hệ số gia tốc, giá trị từ 1.5 đến 2.5 ISBN: 978-604-80-5076-4 242
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) 𝑟1 , 𝑟2 : Các số ngẫu nhiên, giá trị trong khoảng [0,1] riêng của mỗi slot lần lượt là 𝐹1 , 𝐹2 , 𝐹3 , 𝐹4 , 𝐹5 có giá trị xác định. Độ lệch tần số cộng hưởng của bit dữ liệu 1 Như vậy để áp dụng thuật toán này vào tối ưu cấu trúc trong mã dữ liệu 11111 so với tần số cộng hưởng riêng thẻ tag, cần tạo ra một quần thể (bầy đàn) là tập hợp tương ứng được thể hiện bằng chiều rộng của các các thiết kế cho một mã dữ liệu mã hóa với cá bộ thông khung hình chữ nhật với các giá trị ∆𝑓1 , ∆𝑓2 , ∆𝑓3 , ∆𝑓4, số kích thước và khoảng cách giữa các slot khác nhau. ∆𝑓5 , và độ phân biệt về biên độ giữa điểm cực tiểu và Tiến hành mô phỏng các thẻ tag đó để có được các kết điểm cực đại kế tiếp được thể hiện bằng các giá trị ∆𝑎1 , quả tương ứng của mỗi cấu trúc về độ sai lệch so với ∆𝑎2 , ∆𝑎3 , ∆𝑎4 tần số cộng hưởng riêng, đây cũng chính là các phần tử của bầy đàn. Sau đó cập nhật lại thông số thiết kế cho ∆𝑓1 ∆𝑓2 ∆𝑓3 ∆𝑓4 ∆𝑓5 -15 các phần tử theo thuật toán PSO rồi lặp lại quá trình mô phỏng và đánh giá. Quá trình này chỉ kết thúc khi tìm -20 ra được một cấu trúc với thông số thiết kế xác định thỏa mãn được độ sai lệch tần số riêng mong muốn, hoặc -25 RCS (dBsm) khi số lần lặp đạt đến giới hạn đặt trước, khi đó cấu trúc ∆𝑎1 cần tìm là cấu trúc có kết quả tốt nhất của quá trình lặp -30 ∆𝑎21 ∆𝑎321 ∆𝑎 đó. Do vậy cần phải có hai phần mềm để triển khai 4321 phương pháp này, một phần mềm thiết kế cấu trúc thẻ -35 tag và chạy mô phỏng điện từ, một phần mềm nhận kết -40 quả mô phỏng và triển khai thuật toán PSO, tính toán đề xuất thông số thiết kế mới, và hai phần mềm này -45 phải có khả năng truyền thông số cho nhau một cách tự 𝐹1 𝐹2 𝐹3 𝐹4 𝐹 5 3.8 4.2 4.6 5 động. Từ yêu cầu đó tác giả lựa chọn sử dụng phần Tần số (GHz) mềm CST Studio Microwave và Matlab H. 8 Đáp ứng mã hóa dữ liệu 11111 so với các tần số cộng hưởng riêng III. Triển khai phương pháp và đánh giá Có thể nhận thấy độ lệch tần số là không đều nhau đồng Để rút ngắn thời gian tính toán mô phỏng của hai phần nghĩa với việc ảnh hưởng của hiện tượng hỗ cảm lên mềm đồng thời không mất đi tính tổng quát của của các slot là không giống nhau, và ∆𝑓5 vượt quá một nửa phương pháp đề xuất, tác giả áp dụng để tối ưu cho một khoảng cách giữa hai tần số cộng hưởng cạnh nhau, nên cấu trúc thẻ tag mã hóa 5 bit sử dụng các slot dạng ký về nguyên tắc mã hóa sẽ không xác nhận có cộng tự I như đã khảo sát ở phần trước, với mã dữ liệu cần hưởng ở tần số thứ 5 này dẫn đến hiểu sai dữ liệu mà tối ưu thiết kế là 11111. Bảng thông số khởi tạo cho thẻ tag này mã hóa. Như vậy cần áp dụng phương pháp kích thước chiều dài và khoảng cách giữa các slot được thiết kế đề xuất để thay đổi lại tham số của các slot thể hiện ở B. 1, hình ảnh 3D của tag thiết kế bởi phần nhằm giảm thiểu sự sai lệch tần số riêng (∆𝑓𝑖 ) đồng thời mềm CST thể hiện ở hình H. 7 làm tăng độ phân biệt giữa các điểm cực tiểu và cực đại liên tiếp của biên độ (∆𝑎𝑗 ). Để thực hiện điều này, đầu B. 1 Bảng thông số khởi tạo của thẻ tag 5 bit (mm) tiên cần đề xuất được hàm mục tiêu cho thuật toán PSO Chiều L1 L2 L3 L4 L5 (4) dài 35.2 33.4 32.0 30.6 29.2 Khoảng S12 S23 S34 S45 𝑂𝑓 = ∑5𝑖=1 ∆𝑓𝑖 (𝑓𝑖 − 𝐹𝑖 )4 − ∑4𝑗=1 ∆𝑎𝑗2 (4) cách 3.0 3.0 3.0 3.0 Trong biểu thức hàm mục tiêu này 𝑓𝑖 là tần số cộng hưởng mới của slot thứ 𝑖 sau khi điều chỉnh kích thước và khoảng cách với slot kế tiếp. Độ sai lệch tần số được lũy thừa bậc bốn đồng thời giá trị sai lệch ban đầu ∆𝑓𝑖 được sử dụng làm hệ số để thể hiện sự quan trọng của thành phần này đối với kết quả trả về cho giá trị 𝑂𝑓 , hay đồng nghĩa với việc làm cho thuật toán PSO phải đề xuất các tham số với xu hướng ưu tiên đáp ứng được yếu tố giảm thiểu sai lệch tại các tần số cộng hưởng riêng, và tại mỗi tần số sẽ có mức độ ưu tiên tỷ lệ thuận với mức độ sai lệch ban đầu. Có thể thấy rằng với giá trị 𝑂𝑓 nhỏ nhất tìm được sẽ thể hiện cho độ sai lệch tần H. 7 Thiết kế cấu trúc thẻ tag 5 bit sử dụng các slot dạng ký tự I số nhỏ nhất và độ phân biệt giữa điểm cực tiểu và điểm cự đại lớn nhất. Đáp ứng tần số của cấu trúc này được thể hiện bằng đường nét liền trong đồ thị H. 8, trong đó các điểm cực Sau khi đã có được hàm mục tiêu, bước tiếp theo sẽ tiểu của các đường nét đứt là các tần số cộng hưởng triển khai khởi tạo quần thể và cài tham số cho thuật ISBN: 978-604-80-5076-4 243
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) 2 toán PSO. Số lượng phần tử được lựa chọn phải đủ lớn 𝑡𝑎𝑔 𝑖𝑠𝑜 𝑆11 −𝑆11 để có thể đưa ra được kết quả tối ưu đồng thời phù hợp 𝑅𝐶𝑆𝑡𝑎𝑔 = ( 𝑟𝑒𝑓 𝑖𝑠𝑜 ) 𝑅𝐶𝑆 𝑟𝑒𝑓 (5) 𝑆11 −𝑆11 với thời gian hai phần mềm mô phỏng và tình toán cho ra kết quả vì vậy tác đã lựa chọn số lượng phần tử là 35 𝑖𝑠𝑜𝑡𝑎𝑔 𝑟𝑒𝑓 Trong đó 𝑆11 , 𝑆11 và 𝑆11 là hệ số phản xạ 𝑆11 thu đồng nghĩa với việc tạo ra 35 bộ tham số thiết kế cho được được khi có thẻ tag, không có thẻ tag và có một các slot. Ngoài ra để tìm kiếm kết quả là tối ưu nhất có thẻ tag tham chiếu bằng kim loại có cùng kích thước. thể đạt được thì sẽ không đặt ra giá trị ngưỡng dành 𝑂𝑓 𝑅𝐶𝑆 𝑟𝑒𝑓 là giá trị RCS của thẻ tag tham chiếu được tính để kết thúc vòng lặp, và cũng để phù hợp với thời gian theo kích thước chiều rộng (𝑎), chiều dài (𝑏) và bước đưa ra kết quả, số vòng lặp được lựa chọn là 40. Kết sóng (𝜆) theo biểu thức (6) quả hội tụ giá trị 𝑂𝑓 được thể hiện ở hình H. 9 𝑎 2 𝑏2 𝑅𝐶𝑆 𝑟𝑒𝑓 = 4𝜋 𝜆2 (6) Kết quả đáp ứng thông số RCS của cấu trúc thẻ tag mã hóa 5 bit 11111 với thông số kích thước và khoảng cách giữa các slot tối ưu được thể hiện trên H. 11 bằng đường nét liền, các đường nét đứt với các điểm cực tiểu 𝐹𝑖 là các tần số cộng hưởng riêng ban đầu. ∆𝑓1 ∆𝑓2 ∆𝑓3 ∆𝑓4 ∆𝑓5 -15 -20 -25 RCS (dBsm) H. 9 Đồ thị hội tụ của 𝑂𝑓 sau 40 vòng lặp -30 Ứng với giá trị nhỏ nhất của 𝑂𝑓 ta có được bảng thông -35 số thiêt kế mới tối ưu như bảng B. 2 -40 B. 2 Bảng thông số tối ưu của thẻ tag 5 bit (mm) -45 Chiều L1 L2 L3 L4 L5 𝐹1 𝐹 2 𝐹 3 𝐹4 𝐹5 5 3.8 4.2 4.6 dài 34.66 29.67 31.38 29.99 33.16 Tần số (GHz) Khoảng S12 S23 S34 S45 H. 11 Đáp ứng mã hóa dữ liệu 11111 của thẻ tag đã tối ưu cách 2.48 1.0 1.37 1.05 Có thể nhận thấy các sai lệch của tần số cộng hưởng Từ bảng thông số mới này, thẻ tag mẫu được chế tạo mới so với tần số cộng hưởng riêng của bit dữ liệu 1 và tiến hành đo đạc (H. 10) tương ứng được thu hẹp và đồng đều nhau, nhỏ hơn độ sai lệch nhỏ nhất của đáp ứng tần số cho thẻ tag khởi tạo ban đầu (H. 8), đồng thời bé hơn 1/6 khoảng cách giữa hai tần số cộng hưởng riêng liên tiếp, đây là là kết quả rất tốt để đầu đọc xác định được có xảy ra cộng hưởng tại tần số cộng riêng đó hay không. Ngoài ra, đáp ứng của cấu trúc được tối ưu đồng đều về các giá trị cực đại và cực tiểu, độ phân biệt trung bình giữa hai điểm cực tiểu và cực đại liên tiếp cũng tốt hơn cấu trúc khởi tạo ban đầu, giúp cho việc đặt ngưỡng RCS để xác định tính chất cộng hưởng cũng dễ dàng hơn đối với đầu đọc. IV. Kết luận Thông qua việc khảo sát, phân tích vấn đề ảnh hưởng của hiện tượng hỗ cảm khi mã hóa các dữ liệu khác nhau làm cho thay đổi tần số cộng hưởng so với tần số cộng hưởng của thẻ tag khi chỉ có một slot tương ứng đó, làm cho dữ liệu xác định được không còn tin cậy H. 10 Đo đáp ứng RCS theo tần số của thẻ tag tác giả đã đề xuất một phương pháp thiết kế mới sử dụng thuật toán tối ưu hóa bầy đàn (PSO) để đề xuất Giá trị RCS được tính toán gián tiếp thông qua hệ số thông số thiết kế mới không những làm giảm độ sai phản xạ 𝑆11 theo biểu thức (5) [15] lệch tần số cộng hưởng mà còn là tăng độ đồng đều của ISBN: 978-604-80-5076-4 244
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) các điểm cực tiểu và cực đại của đáp ứng RCS, thuận [12] Jeet Ghosh, Debasis Mitra, Shouvick Das (2019) lợi cho đầu đọc xác định dữ liệu mã hóa với độ tin cậy Mutual Coupling Reduction of Slot Antenna Array by cao. Controlling Surface Wave Propagation IEEE Transactions on Antennas and Propagation Phương pháp được triển khai sau khi phân tích đánh [13] J. Kennedy, and R.C. Eberhart. (1995) Particle swarm optimization. In Proceedings of the IEEE International giá lý thuyết về điện từ, lý thuyết về thuật toán tối ưu, Joint Conference on Neural Networks, pages 1942- kết hợp kỹ thuật lập trình và sử dụng các công cụ phần 1948,. mềm tính toán và mô phỏng hiện đại là Matlab và CST [14] R. Poli. (2007) Analysis of the publications on the Microwave, đã cho ra bộ thông số của cấu trúc mã hóa applications of particle swarm optimization tối ưu với đáp ứng đầu ra tốt hơn nhiều so với cấu trúc applications. Artificial Evolution and Applications ban đầu, thể hiện tính đúng đắn của phương pháp mà [15] Milan Polivka, Jaroslav Havlicek, Milan Svanda, Jan tác giả đề xuất. Machac (2016) Improvement in Robustness and Recognizability of RCS Response of U-Shaped Strip- Phương pháp này không chỉ áp dụng cho một dạng cấu Based Chipless RFID tags IEEE Antennas and trúc mã hóa với bộ cộng hưởng slot, mà còn có thể áp Wireless Propagation Letters dụng để thiết kế tối ưu cho bất kỳ dạng thẻ tag RFID không chip nào mà tín hiệu được phân tích trong miền tần số, sử dụng các tần số cộng hưởng riêng để mã hóa dữ liệu. Tài liệu tham khảo [1] S. Preradovic, N. C. Karmakar (2010) Chipless RFID: Barcode of the future IEEE Microw. Mag., vol. 11, no. 7, pp. 87–97, Dec. 2010. [2] Ali Hashemi, Amir Hossein Sarhaddi, Hossein Emami (2013) A Review on Chipless RFID tag Design. Majlesi Journal of Electrical Engineering [3] S. B. Cohn (1969) Slot line on a dielectric substrate. IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. MTT-17, no. 10, pp. 768–778 [4] T. Dissanayake, K. P. Esselle (2007) Prediction of the notch frequency of slot loaded printed UWB antennas. IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 11, pp. 3320–3325 [5] Md. Aminul Islam, Nemai Karmakar (2011) Design of a 16-bit Ultra-Low Cost Fully Printable Slot-Loaded Dual-Polarized Chipless RFID tag. Proceedings of the Asia-Pacific Microwave Conference [6] Vijay Sharma, Sambhav Malhotra, Mohammad Hashmi (2019) Slot Resonator Based Novel Orientation Independent Chipless RFID tag Configurations IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 19, NO. 13 [7] Md. Aminul Islam, Nemai Karmakar (2015) A Compact Printable Dual-Polarized Chipless RFID tag Using Slot Length Variation in ‘I’ Slot Resonators Proceedings of the 45th European Microwave Conference [8] Iqra Jabeen, Asma Ejaz, Adeel Akram, Yasar Amin, Hannu Tenhunen (2019) Miniaturized Slot Based Chipless RFID tag for IoT Applications International Symposium on Recent Advances in Electrical Engineering (RAEE) [9] George V. Eleftheriades, Gabriel M. Rebeiz (1993) Self and mutual admittance of slot antennas on a dielectric half-space International Journal of Infrared and Millimeter Waves [10] S. S. Kakatkar, K. P. Ray (2009) Evaluation of mutual coupling between slots from dipole expressions Progress In Electromagnetics Research M [11] Qi-Chun Zhang, Jin-Dong Zhang, Wen Wu (2014) Reduction of Mutual Coupling between Cavity-Backed Slot Antenna Elements Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 53 ISBN: 978-604-80-5076-4 245