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:
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 khơng 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
thơng 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 vơ tuyến (RFID);
hiện tượng hỗ cảm; tối ưu bầy đàn

I.

H. 1

Chiều dài của slot và tần số cộng hưởng tạo ra bởi slot
đó được tính gần đúng như sau [4]:

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 cơng 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 khơng 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.

ISBN: 978-604-80-5076-4

Cấu trúc của bộ cộng hưởng slot

𝑐𝐵 𝐴

𝑓ℎ

𝐿 = 2𝑓 [𝐵 − ln ( 𝑟𝑐 )]
𝑟

(1)

Trong đó 𝑐 là vận tốc ánh sáng trong mơi 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 mơi 𝜀𝑟 .
Từ cơng 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 khơng sẽ
tương ứng với dữ liệu bit ‘1’ hoặc bit ‘0’, và điều này
phụ thuộc hồn tồn vào việc có hay khơng 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].

240


Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)

H. 2

(a)

(b)

(c)

(d)

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 hố
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 khơng 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.

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 thơng qua đáp ứng của thơng 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
khơng chip phân tích trong miền tần số.

II.

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 hố được nhiều bit dữ liệu với một kích thước

thẻ tag nhỏ
• Dữ liệu mã hố khơng 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. 4
H. 3

Đáp ứng RCS của cấu trúc mã hóa sử dụng slot
dạng ký tự C

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 mơ 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.

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

ISBN: 978-604-80-5076-4

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

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
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 khơng cịn
đúng nữa. Ngồi 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.

-19

RCS (dBsm)

-21
-23

-25
-27
-29
-31
-33
3.5

H. 5

4.5 Tần số (GHz)
5.5

6.5

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

-17

RCS (dBsm)

-22
-27
-32
-37
-42

-47
3.5

4
H. 6

4.5

5
Tần số (GHz)

5.5

6

6.5

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 tốn lại
thơng 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 khơng chip sẽ làm tăng kích thước của
thẻ tag đồng nghĩa với việc giảm khả năng mã hóa dữ
liệu dẫn đến khơng thỏa mãn được tiêu chí kỹ thuật đầu
tiên của việc thiết kế là giảm kích thước của thẻ tag.

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 tốn tối ưu hóa trên một
khơng gian tìm kiếm nào đó, là một dạng của các thuật
tốn tiến hóa quần thể, với sự tương tác giữa các cá thể
trong một quần thể để khám phá một khơng gian tìm
kiếm. Thuật tốn 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 + 𝑐1 𝑟1 (𝑃𝑏𝑒𝑠𝑡 − 𝑋𝑖𝑘 ) + 𝑐2 𝑟2 (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

Từ các phân tích trên, tác giả đã nghiên cứu và đề xuất
một phương pháp thiết kế mới khả thi hơn, khơng 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
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
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

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 thơng
số kích thước và khoảng cách giữa các slot khác nhau.
Tiến hành mơ 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 tốn PSO rồi lặp lại q trình mơ
phỏng và đánh giá. Quá trình này chỉ kết thúc khi tìm
ra được một cấu trúc với thơng 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 q 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 mơ phỏng và triển khai thuật tốn PSO, tính tốn
đề xuất thơng số thiết kế mới, và hai phần mềm này
phải có khả năng truyền thơng số cho nhau một cách tự
động. Từ yêu cầu đó tác giả lựa chọn sử dụng phần
mềm CST Studio Microwave và Matlab

H. 7

L3
32.0
S34
3.0

L4
30.6
S45
3.0

∆𝑓4

∆𝑓5

RCS (dBsm)

∆𝑎21

∆𝑎321 ∆𝑎
4321

-35

-40
-45

H. 8

𝐹1

𝐹2

𝐹3

𝐹4 𝐹

5
4.2
4.6
5
Tần số (GHz)
Đáp ứng mã hóa dữ liệu 11111 so với các tần số
cộng hưởng riêng

3.8

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 ngun tắc mã hóa sẽ khơng 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)

L5
29.2

𝑂𝑓 = ∑5𝑖=1 ∆𝑓𝑖 (𝑓𝑖 − 𝐹𝑖 )4 − ∑4𝑗=1 ∆𝑎𝑗2

(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.

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

ISBN: 978-604-80-5076-4

∆𝑎1

-30

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

L2
33.4
S23
3.0

∆𝑓3

-25

Để rút ngắn thời gian tính tốn 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
L1
35.2
S12
3.0

∆𝑓2

-20

III. Triển khai phương pháp và đánh giá

Chiều
dài
Khoảng
cách

∆𝑓1

-15

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

243

Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2020)

tốn 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 tốn 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. Ngồi ra để tìm kiếm kết quả là tối ưu nhất có
thể đạt được thì sẽ khơng 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

𝑅𝐶𝑆𝑡𝑎𝑔 = (
𝑡𝑎𝑔

𝑡𝑎𝑔

𝑖𝑠𝑜
𝑆11 −𝑆11
𝑟𝑒𝑓
𝑖𝑠𝑜
𝑆11 −𝑆11

2

) 𝑅𝐶𝑆 𝑟𝑒𝑓

(5)

𝑟𝑒𝑓

𝑖𝑠𝑜
Trong đó 𝑆11 , 𝑆11
và 𝑆11 là hệ số phản xạ 𝑆11 thu
được được khi có thẻ tag, khơng có thẻ tag và có một
thẻ tag tham chiếu bằng kim loại có cùng kích thước.
𝑅𝐶𝑆 𝑟𝑒𝑓 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)

𝑅𝐶𝑆 𝑟𝑒𝑓 = 4𝜋

𝑎 2 𝑏2

(6)

𝜆2

Kết quả đáp ứng thông số RCS của cấu trúc thẻ tag mã
hóa 5 bit 11111 với thơng 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.
-15

∆𝑓1

∆𝑓2

𝐹1

𝐹

∆𝑓3 ∆𝑓4 ∆𝑓5

-20

H. 9

RCS (dBsm)

-25
Đồ thị hội tụ của 𝑂𝑓 sau 40 vòng lặp

-30

Ứng với giá trị nhỏ nhất của 𝑂𝑓 ta có được bảng thông
số thiêt kế mới tối ưu như bảng B. 2

-35
-40

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

Chiều
dài
Khoảng
cách

L1
34.66
S12
2.48

L2
29.67
S23
1.0

L3
31.38
S34
1.37

L4
29.99
S45
1.05

-45

L5
33.16

3.8

𝐹4 𝐹5 5

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 khơng. Ngồi 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.

Từ bảng thông số mới này, thẻ tag mẫu được chế tạo
và tiến hành đo đạc (H. 10)

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 khơng cịn tin cậy
tác giả đã đề xuất một phương pháp thiết kế mới sử

dụng thuật tốn 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

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

Giá trị RCS được tính tốn gián tiếp thông qua hệ số
phản xạ 𝑆11 theo biểu thức (5) [15]
ISBN: 978-604-80-5076-4

𝐹

3
2
4.2
4.6
Tần số (GHz)

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

[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 19421948,.
[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 StripBased Chipless RFID tags IEEE Antennas and
Wireless Propagation Letters

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 cơng cụ phần
mềm tính tốn và mơ 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 khơng chỉ áp dụng cho một dạng cấu
trúc mã hóa với bộ cộng hưởng slot, mà cịn có thể áp
dụng để thiết kế tối ưu cho bất kỳ dạng thẻ tag RFID
khơng 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