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

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.

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 Cường 1 , Đào Trung Kiên 2 , Nguyễn Thanh Hường 1,2 , Phạm Thị Ngọc Yến 1,2

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

I Giới thiệu

Thẻ tag RFID không sử dụng chip (IC) để lưu trữ dữ

liệu có ưu điểm là giá thành thấp và độ bền cao trong

quá trình hoạt động khi so sánh với thẻ tag RFID truyền

thống, vì vậy công nghệ này đang được đánh giá là có

khả năng thay thế mã barcode trong tương lai bởi vì

bên cạnh chi phí sản xuất thấp là khả năng định danh

không cần thẳng hàng với đầu đọc, định danh xuyên

qua vật liệu và có thể định danh nhiều đối tượng với

một lần quét [1] Công nghệ mã hóa dữ liệu trong thẻ

tag RFID không chip dựa trên việc phân tích tín hiệu

phản hồi về đầu đọc trong miền thời gian, tần số hoặc

phase Trong các phương pháp đó thì phân tích trong

miền tần số có khả năng mã hóa được nhiều dữ liệu với

một kích thước bé nên được nhiều nhà khoa học tập

trung nghiên cứu Nguyên lý cơ bản của phương pháp

này là xác định các tần số cộng hưởng trong một giải

tần định trước để suy ra mã định danh [2]

Một trong các thiết kế cơ bản của thẻ tag RFID

không chip sử dụng nguyên lý định danh này đó là sử

dụng các bộ cộng hưởng slot [3] – là một dải trống của

lớp kim loại trên bề mặt chất điện môi được thể hiện ở

hình H 1

H 1 Cấu trúc của bộ cộng hưởng slot

Chiều dài của slot và tần số cộng hưởng tạo ra bởi slot

đó được tính gần đúng như sau [4]:

𝐿 =𝑐𝐵

2𝑓𝑟[𝐴

𝐵− ln (𝑓𝑟 ℎ

𝑐 )] (1) Trong đó 𝑐 là vận tốc ánh sáng trong môi trường làm việc, 𝐿 là tổng chiều dài của slot, 𝑓𝑟 là tần số cộng

hưởng sinh ra bởi slot, A là tham số phụ thuộc vào độ

rộng của slot 𝑑, hằng số điện môi 𝜀𝑟 và độ dày ℎ của

vật liệu nền, B là là tham số chỉ phụ thuộc vào hằng số

điện môi 𝜀𝑟

Từ công thức (1) có thể thấy rằng với một tần số cộng hưởng mong muốn sẽ tính được chiều dài tương ứng của slot Đây là nguyên lý để đề xuất các cấu trúc RFID không chip sử dụng nhiều dạng slot khác nhau nhằm

mã hóa dữ liệu nhiều bit, mà ở đó tại mỗi tần số định trước có xảy ra hiện tượng cộng hưởng hay không sẽ tương ứng với dữ liệu bit ‘1’ hoặc bit ‘0’, và điều này phụ thuộc hoàn toàn vào việc có hay không có slot tương ứng với tần số đó Các nghiên cứu gần đây đã giới thiệu một số dạng cấu trúc RFID không chip sử dụng nhiều kiểu slot khác nhau trong (H 2) [5-8]

(a) (b)

H 2 Các cấu trúc RFID không chip sử dụng slot dạng ký

tự U, L, I, C

Dữ liệu mã hóa của cấu trúc sử dụng dạng slot ký tự C

được thể hiện ở H 3 thông qua đáp ứng của thông số

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

việc thay đổi tính chất tồn tại của các slot sẽ thay đổi

các tính chất cộng hưởng tại các tần số cộng hưởng

tương ứng của slot, đây chính là cách thức để mã hóa

các dữ liệu khác nhau của cấu trúc, và cũng là nguyên

lý chung về cách mã hóa dữ liệu cho các cấu trúc RFID

không chip phân tích trong miền tần số

Các thiết kế mới được đề xuất hiện nay thường hướng

đến mục tiêu thỏa mãn được các tiêu chí kỹ thuật quan

trọng sau:

• Mã hoá được nhiều bit dữ liệu với một kích thước

thẻ tag nhỏ

• Dữ liệu mã hoá không bị ảnh hưởng khi thay đổi

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 3 Đáp ứng RCS của cấu trúc mã hóa sử dụng slot

dạng ký tự C

Tuy nhiên các nghiên cứu này hầu hết mới chỉ ra khả

năng đáp ứng mã hóa với một vài mã dữ liệu cụ thể mà

chưa đi sâu giải quyết vấn đề quan trọng đó là: Tần số

cộng hưởng riêng của mỗi slot bị thay đổi khi thẻ tag

mã hoá các dữ liệu khác nhau Trong đó tần số cộng

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 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 cấu trúc mã hóa được thiết kế

Như vậy vấn đề sai lệch các tần số cộng hưởng này cần 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

tế, và đây là vấn đề được tác giả tập trung nghiên cứu

và trình bày trong nội dung bài báo này

II Khảo sát và đề xuất phương pháp

Để khảo sát sự sai lệch tần số cộng hưởng, tác giả thiết

kế cấu trúc mã hóa dữ liệu 20 bit sử dụng các bộ cộng hưởng slot có dạng ký tự I với chiều rộng 0.5mm, chiều dài phù hợp trong dải tần số hẹp từ 3.5GHz đến 6.5GHz với vật liệu nền có tính dẻo là Polymide (𝜀𝑟= 3.5) và kích thước thẻ tag là 40x40mm, là kích thước đủ nhỏ phù hợp với chiều dài lớn nhất của slot (H 4) Mỗi slot

có vị trí và chiều dài xác định, tương ứng với một tần

số cộng hưởng riêng duy nhất, nên với 20 slot sẽ có 20 tần số cộng hưởng riêng tương ứng với 20 cấu trúc thẻ tag được thiết kế với duy nhất slot đó, các tần số này là các điểm cực tiểu của các đường đồ thị nét đứt thể thiện

ở H 6

H 4 Các cấu trúc RFID không chip 20 bit sử dụng slot

dạng ký I

Bằng việc bỏ đi 10 slot xen kẽ để được hai cấu trúc thẻ tag mã hóa hai dữ liệu lần lượt là

10101010101010101010 và 01010101010101010101 rồi tiến hành mô phỏng, phân tích kết quả thu được (H 5), có thể thấy đáp ứng giá trị RCS theo tần số đã thể hiện các tần số cộng hưởng là các điểm cực tiểu của biên độ xuất hiện xen kẽ nhau tương ứng với vị trí mã hóa bit 1 của hai mã dữ liệu

H 5 Đáp ứng tần số hai mã dữ liệu mã hóa bit 1 xen kẽ

Tuy nhiên khi phân tích đáp ứng tần số của mã dữ liệu gồm 20 bit 1 là đường nét liền (H 6) với các tần số 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 thể hiện cho mã hóa bit 1 thứ nhất và bit 1 thứ hai mươi

Vì vậy nếu căn cứ vào các tần số cộng hưởng của cấu 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 đúng nữa Ngoài ra, từ đồ thị ta có thể nhận giá trị biên

độ tại các điểm cực trị không chênh lệch quá nhiều, dẫn đến khó khăn trong việc đặt ngưỡng để xác định có xảy

ra cộng hưởng hay không

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

nhau giữa các slot làm cho trở kháng của mỗi slot thay

đổi dẫn đến thay đổi tần số cộng hưởng của mỗi slot

Các phương trình thể hiện tính chất điện từ phụ thuộc

lẫn nhau giữa các slot được trình bày trong bài báo [9],

và khảo sát về mức độ ảnh hưởng bởi các tham số kích

thước và khoảng cách giữa các slot đến độ lệch tần số

cộng hưởng riêng được trình bày trong bài báo [10] Đo

vậy để khắc phục hiện tượng này, cần phải tính toán lại

thông số kích thước của các slot và khoảng cách giữa

chúng, tuy nhiên hướng tiếp cận này yêu cầu giải các

phương trình lý thuyết rất phức tạp đặc biệt khi có

nhiều bộ cộng hưởng ảnh hưởng lẫn nhau Hướng tiếp

cận khác khả thi hơn là làm giảm ảnh hưởng của hiện

tượng này bằng cách sử dụng các cấu trúc thụ động có

chức năng cách ly các bộ cộng hưởng [11-12] Tuy

nhiên nếu áp dụng phương pháp này đối với cấu trúc

mã hóa RFID không chip sẽ làm tăng kích thước của

thẻ tag đồng nghĩa với việc giảm khả năng mã hóa dữ

liệu dẫn đến không thỏa mãn được tiêu chí kỹ thuật đầu

tiên của việc thiết kế là giảm kích thước của thẻ tag

Từ các phân tích trên, tác giả đã nghiên cứu và đề xuất

một phương pháp thiết kế mới khả thi hơn, không làm

tăng kích thước của thẻ tag mà có thể đưa ra được kích

thước và khoảng cách tối ưu của các bộ cộng hưởng

slot với tần số cộng hưởng mới sai lệch so với tần số

cộng hưởng riêng của các slot đó trong giới hạn mong

muốn đặt trước Phương pháp này sử dụng thuật toán

tối ưu bầy đàn (PSO), là một trong những thuật toán xây dựng dựa trên khái niệm trí tuệ bầy đàn để tìm kiếm kết quả tốt nhất cho các bài toán tối ưu hóa trên một không gian tìm kiếm nào đó, là một dạng của các thuật toán tiến hóa quần thể, với sự tương tác giữa các cá thể trong một quần thể để khám phá một không gian tìm kiếm Thuật toán này được giới thiệu vào năm 1995 bởi hai tác giả là James Kennedy và Russell C Eberhart [13] và đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực [14] PSO được khởi tạo bằng một nhóm cá thể ngẫu nhiên và sau đó tìm nghiệm tối ưu bằng cách cập nhật các thế hệ Mỗi cá thể trong quần thể cập nhật vị trí của nó cho thế hệ tiếp thep theo vị trí tốt nhất của nó

và của cả quần thể tính tới thời điểm hiện tại với giá trị các tham số phù hợp (2) (3)

𝑉𝑖𝑘+1= 𝜔𝑉𝑖𝑘+ 𝑐1𝑟1(𝑃𝑏𝑒𝑠𝑡− 𝑋𝑖𝑘) + 𝑐2𝑟2(𝐺𝑏𝑒𝑠𝑡− 𝑋𝑖𝑘) (2)

𝑋𝑖𝑘+1= 𝑋𝑖𝑘+ 𝑉𝑖𝑘+1 (3) Trong đó:

𝑋𝑖𝑘: Vị trí cá thể thứ i tại thế hệ thứ k

𝑉𝑖𝑘: Vận tốc cá thể thứ i tại thế hệ thứ k

𝑋𝑖𝑘+1: Vị trí cá thể thứ i tại thế hệ thứ k+1

𝑉𝑖𝑘+1: Vận tốc cá thể thứ i tại thế hệ thứ k+1

𝑃𝑏𝑒𝑠𝑡: Vị trí tốt nhất của cá thể thứ i

𝐺𝑏𝑒𝑠𝑡: Vị trí tốt nhất trong quần thể

𝜔: Hệ số quán tính

𝑐1, 𝑐2: Các hệ số gia tốc, giá trị từ 1.5 đến 2.5

-33

-31

-29

-27

-25

-23

-21

-19

Tần số (GHz)

-47

-42

-37

-32

-27

-22

-17

Tần số (GHz)

𝑟1, 𝑟2: Các số ngẫu nhiên, giá trị trong khoảng [0,1]

Như vậy để áp dụng thuật toán này vào tối ưu cấu trúc

thẻ tag, cần tạo ra một quần thể (bầy đàn) là tập hợp

các thiết kế cho một mã dữ liệu mã hóa với cá bộ thông

số kích thước và khoảng cách giữa các slot khác nhau

Tiến hành mô phỏng các thẻ tag đó để có được các kết

quả tương ứng của mỗi cấu trúc về độ sai lệch so với

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

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

ra được một cấu trúc với thông số thiết kế xác định thỏa

mãn được độ sai lệch tần số riêng mong muốn, hoặc

khi số lần lặp đạt đến giới hạn đặt trước, khi đó cấu trúc

cần tìm là cấu trúc có kết quả tốt nhất của quá trình lặp

đó Do vậy cần phải có hai phần mềm để triển khai

phương pháp này, một phần mềm thiết kế cấu trúc thẻ

tag và chạy mô phỏng điện từ, một phần mềm nhận kết

quả mô phỏng và triển khai thuật toán PSO, tính toán

đề xuất thông số thiết kế mới, và hai phần mềm này

phải có khả năng truyền thông số cho nhau một cách tự

động Từ yêu cầu đó tác giả lựa chọn sử dụng phần

mềm CST Studio Microwave và Matlab

III Triển khai phương pháp và đánh giá

Để rút ngắn thời gian tính toán mô phỏng của hai phần

mềm đồng thời không mất đi tính tổng quát của của

phương pháp đề xuất, tác giả áp dụng để tối ưu cho một

cấu trúc thẻ tag mã hóa 5 bit sử dụng các slot dạng ký

tự I như đã khảo sát ở phần trước, với mã dữ liệu cần

tối ưu thiết kế là 11111 Bảng thông số khởi tạo cho

kích thước chiều dài và khoảng cách giữa các slot được

thể hiện ở B 1, hình ảnh 3D của tag thiết kế bởi phần

mềm CST thể hiện ở hình H 7

B 1 Bảng thông số khởi tạo của thẻ tag 5 bit (mm)

Chiều

dài

35.2 33.4 32.0 30.6 29.2

Khoảng

cách

S12 S23 S34 S45

3.0 3.0 3.0 3.0

H 7 Thiết kế cấu trúc thẻ tag 5 bit sử dụng các slot dạng

ký tự I

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

tiểu của các đường nét đứt là các tần số cộng hưởng

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 trong mã dữ liệu 11111 so với tần số cộng hưởng riêng tương ứng được thể hiện bằng chiều rộng của các khung hình chữ nhật với các giá trị ∆𝑓1, ∆𝑓2, ∆𝑓3, ∆𝑓4,

∆𝑓5, và độ phân biệt về biên độ giữa điểm cực tiểu và điểm cực đại kế tiếp được thể hiện bằng các giá trị ∆𝑎1,

∆𝑎2, ∆𝑎3, ∆𝑎4

H 8 Đáp ứng mã hóa dữ liệu 11111 so với các tần số

cộng hưởng riêng

Có thể nhận thấy độ lệch tần số là không đều nhau đồng nghĩa với việc ảnh hưởng của hiện tượng hỗ cảm lên các slot là không giống nhau, và ∆𝑓5 vượt quá một nửa khoảng cách giữa hai tần số cộng hưởng cạnh nhau, nên

về nguyên tắc mã hóa sẽ không xác nhận có cộng hưởng ở tần số thứ 5 này dẫn đến hiểu sai dữ liệu mà thẻ tag này mã hóa Như vậy cần áp dụng phương pháp thiết kế đề xuất để thay đổi lại tham số của các slot nhằm giảm thiểu sự sai lệch tần số riêng (∆𝑓𝑖) đồng thời 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 tiên cần đề xuất được hàm mục tiêu cho thuật toán PSO (4)

𝑂𝑓 = ∑5 ∆𝑓𝑖(𝑓𝑖− 𝐹𝑖)4

𝑗=1 (4) 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

số nhỏ nhất và độ phân biệt giữa điểm cực tiểu và điểm

cự đại lớn nhất

Sau khi đã có được hàm mục tiêu, bước tiếp theo sẽ triển khai khởi tạo quần thể và cài tham số cho thuật

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15

∆𝑓3 ∆𝑓4 ∆𝑓5

𝐹2 𝐹3 𝐹4 𝐹5 Tần số (GHz)

∆𝑓2

∆𝑎1

∆𝑎21

∆𝑎321 ∆𝑎

4321

𝐹1

∆𝑓1

toán PSO Số lượng phần tử được lựa chọn phải đủ lớn

để có thể đưa ra được kết quả tối ưu đồng thời phù hợp

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

đồng nghĩa với việc tạo ra 35 bộ tham số thiết kế cho

các slot Ngoài ra để tìm kiếm kết quả là tối ưu nhất có

thể đạt được thì sẽ không đặt ra giá trị ngưỡng dành 𝑂𝑓

để kết thúc vòng lặp, và cũng để phù hợp với thời gian

đưa ra kết quả, số vòng lặp được lựa chọn là 40 Kết

quả hội tụ giá trị 𝑂𝑓 được thể hiện ở hình H 9

H 9 Đồ thị hội tụ của 𝑂𝑓 sau 40 vòng lặp

Ứng với giá trị nhỏ nhất của 𝑂𝑓 ta có được bảng thông

số thiêt kế mới tối ưu như bảng B 2

B 2 Bảng thông số tối ưu của thẻ tag 5 bit (mm)

Chiều

dài

34.66 29.67 31.38 29.99 33.16

Khoảng

cách

S12 S23 S34 S45

2.48 1.0 1.37 1.05

Từ bảng thông số mới này, thẻ tag mẫu được chế tạo

và tiến hành đo đạc (H 10)

H 10 Đo đáp ứng RCS theo tần số của thẻ tag

Giá trị RCS được tính toán gián tiếp thông qua hệ số

phản xạ 𝑆11 theo biểu thức (5) [15]

𝑅𝐶𝑆𝑡𝑎𝑔= (𝑆11𝑡𝑎𝑔−𝑆11𝑖𝑠𝑜

𝑆11𝑟𝑒𝑓−𝑆11𝑖𝑠𝑜)

2 𝑅𝐶𝑆𝑟𝑒𝑓 (5)

Trong đó 𝑆11𝑡𝑎𝑔, 𝑆11𝑖𝑠𝑜 và 𝑆11𝑟𝑒𝑓 là hệ số phản xạ 𝑆11 thu được được khi có thẻ tag, không có thẻ tag và có một thẻ tag tham chiếu bằng kim loại có cùng kích thước 𝑅𝐶𝑆𝑟𝑒𝑓 là giá trị RCS của thẻ tag tham chiếu được tính theo kích thước chiều rộng (𝑎), chiều dài (𝑏) và bước sóng (𝜆) theo biểu thức (6)

𝑅𝐶𝑆𝑟𝑒𝑓= 4𝜋𝑎2𝑏2

𝜆 2 (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

H 11 Đáp ứng mã hóa dữ liệu 11111 của thẻ tag đã tối ưu

Có thể nhận thấy các sai lệch của tần số cộng hưởng mới so với tần số cộng hưởng riêng của bit dữ liệu 1 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 tác giả đã đề xuất một phương pháp thiết kế mới sử dụng thuật toán tối ưu hóa bầy đàn (PSO) để đề xuất thông số thiết kế mới không những làm giảm độ sai lệch tần số cộng hưởng mà còn là tăng độ đồng đều của

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15

∆𝑓1 ∆𝑓2 ∆𝑓3 ∆𝑓4 ∆𝑓5

𝐹1 𝐹2 𝐹3 𝐹4 𝐹5

Tần số (GHz)

các điểm cực tiểu và cực đại của đáp ứng RCS, thuận

lợi cho đầu đọc xác định dữ liệu mã hóa với độ tin cậy

cao

Phương pháp được triển khai sau khi phân tích đánh

giá lý thuyết về điện từ, lý thuyết về thuật toán tối ưu,

kết hợp kỹ thuật lập trình và sử dụng các công cụ phần

mềm tính toán và mô phỏng hiện đại là Matlab và CST

Microwave, đã cho ra bộ thông số của cấu trúc mã hóa

tối ưu với đáp ứng đầu ra tốt hơn nhiều so với cấu trúc

ban đầu, thể hiện tính đúng đắn của phương pháp mà

tác giả đề xuất

Phương pháp này không chỉ áp dụng cho một dạng cấu

trúc mã hóa với bộ cộng hưởng slot, mà còn có thể áp

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

[12] Jeet Ghosh, Debasis Mitra, Shouvick Das (2019)

Mutual Coupling Reduction of Slot Antenna Array by Controlling Surface Wave Propagation IEEE

Transactions on Antennas and Propagation [13] J Kennedy, and R.C Eberhart (1995) Particle swarm optimization In Proceedings of the IEEE International

Joint Conference on Neural Networks, pages 1942- 1948,

[14] R Poli (2007) Analysis of the publications on the applications of particle swarm optimization applications Artificial Evolution and Applications [15] Milan Polivka, Jaroslav Havlicek, Milan Svanda, Jan

Machac (2016) Improvement in Robustness and Recognizability of RCS Response of U-Shaped Strip-Based Chipless RFID tags IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters