電磁最佳化實驗室EM Optimization Lab陳晏笙研究團隊

Chipless RFID tag根據編碼的方式可以分為三種：time domain reflectometry (TDR)-based chipless RFID tags、spectral signature-based chipless RFID tags、Amplitude/Phase backscatter modulation-based chipless RFID tags。第一種為在時域上藉由控制時間延遲的長短來編碼；第二種為藉由在標籤上放上一些共振結構，造成讀取端收到來自標籤回傳之訊號，其頻譜上的曲線在一些我們預先決定好的特定頻率點上產生明顯的峰或谷，每一個峰或谷都代表一個資料位元；第三種則是在標籤天線之後接上一些電抗性負載，用來改變散射回讀取機的訊號的相位與振幅，並以此來編碼。其中又以後兩種最常見，而Spectral signature-based chipless RFID tags依實現方法又可分為兩種：一種為結合天線與共振機制，即天線本身負責資料編碼同時也擔任輻射元件；另一為分開天線與共振機制，即天線僅負責輻射，共振機制負責針對訊號的特定頻率成分做振幅的衰減。我們根據論文的原理與架構設計出一個8-bit的標籤天線，參數與板材皆先完全比照論文給的去設定。此論文採用Spectral signature-based的編碼方式，並以結合天線與共振結構的方式實現。最終標籤天線的幾何結構為半波長開槽(half-wave slot-line resonator)的方式，讓標籤對特定頻率點產生共振，造成散射回讀取端天線的RCS曲線在特定頻率點會有陷落的情形，並以此特性來編碼。利用半波長開槽方式編碼的優點為，若需增加編碼位元數，僅需在內部增加slot的數量，換句話說，標籤的面積並不會隨著編碼位元數的增加而增加，在單位資料密度上具有很大優勢。
讀取端的部分，我們首先撰寫一個解調程式，可以讀取量測數據並判斷出正確的編碼。程式判讀的標準為：RCS曲線發生明顯陷落的地方，該位元即判讀為1，而低頻至高頻分別為碼的MSB至LSB。我們以代表11111111的情況做為判斷標準，若在八個共振頻率點中，有任一頻率點未發生RCS曲線下陷之情形，則該位置的bit即判讀為0。我們利用matlab撰寫程式，並將模擬結果的數據引入程式，交由程式判讀。
在傳統RFID標籤已經無法再壓低成本時，「利用無晶片式RFID標籤編碼」這個主題可以說是頗具發展性，而本專題也證實了此技術的確是可行的。由於此主題屬於近幾年才興起，有關操作頻率範圍與相關材料的使用也尚未有明確規範，因此，有關這方面的文獻多是以不同角度切入，而本專題提供了一種高容量、可印刷的頻率編碼無晶片式RFID標籤的設計方法，以及讀取端解調程式的演算法，有關編碼與解調方式及原理皆已在前頁詳述，未來的研究方向可以從降低錯誤率、提高解讀距離等等下手，或是繼續著重在如何增加資料密度，也可以探討不同環境對標籤散射回讀取機的RCS的影響，或是在標籤的製作上選用不同材質做比較，並逐漸將銅箔替換成導電墨水以符合現實上的需求，畢竟這項技術發展至今仍處在雛形階段，距離實際應用在現實生活上、全面汰換掉條碼還有很長一段路要努力，但也代表著許多變因都可以再調整，具有非常大的彈性。