碎型圖碼及其產生方法

2023-06-29 09:07:06

專利名稱：碎型圖碼及其產生方法
技術領域：
本發明涉及一種碎型圖碼及其產生方法。
背景技術：
射頻識別4支術，簡稱RFID (Radio Frequency Identification),是一項 新的無線通信應用，又稱感應式電子晶片或感應卡，目標是全面取代光學識 別系統(例如Hologram的識別標籤)，以及朝更多元化發展如生產線自動 化、物料管理、停車管理、自動收費、門禁管理、汽車防盜/防撞、醫療監控 與動物晶片等。
請參照圖1,圖1是傳統射頻識別系統10的系統方塊圖。射頻識別系統 10包括讀取裝置101 (reader)與標籤102 (tag),讀取裝置101更可以與計算 機103耦接。讀取裝置101會先送出感應載波(sense carrier)給巻標102， 巻標102在收到感應載波後會傳送電子識別碼(ID code)給讀取裝置101，以 作為識別的鎖鑰。通常，射頻的頻段是介於lMHz-1000MHz。
一般而言，讀取裝置101與巻標102的通聯，由無線通信達成，而無線 通信系統主要由收發機(transceiver)與天線組成。其中，天線的應用十分廣 泛，從雷達系統中的收發天線，飛彈上的控制天線，衛星廣播電視的大小耳 朵天線，通信系統中的線型天線，電視機的八木天線，收音機的鞭型天線， 測速雷達的喇叭天線到無線遙控的接收天線等，隨時可以看到它的身影。
最近廣為大家所探討與研究的碎型天線，其主要特性有連續頻語、多重 頻段、高指向性、高輻射效率等，可以有效提升傳統天線的性能。碎型天線 的碎型結構大致可以區分為線形、三角形、方形及圓形等結構，人們將這些 結構應用在天線上，稱之為Triadic Koch、 Sierpinski gasket、 Minkowski island與Lotus-pods碎型天線等。圓形結構有典型Lotus-pods碎型天線與 CPW Lotus-pods碎型天線，天線的碎型比例為(l/3)n， n是碎型次數，碎型 維度值D約等於1.63;以及根據狄氏圓定理(Descartes circle theorem)用 四相切圓圖型系發展而得的碎型天線等。然而，傳統的射頻識別系統雖有採用碎型天線，但卻只單純當作天線， 其識別方法依然是採用時域上的電子識別碼。另外，光學的識別系統，主要
是利用幾何排列的條形碼(bar code)來做識別，基本上也是時域上的識別碼。

發明內容
依據本發明的一範例提供一種碎型圖碼，利用幾何排列的碎型多樣性， 造成頻譜的變化，設計出頻域上的識別碼；此碎型圖碼具有與寬頻、多重頻 帶與頻寬具有周期性等性質，可應用在RFID系統。
依據本發明的 一 範例提供一種碎型圖碼的產生方法，利用此方法產生的 碎型圖碼，可產生多樣性的頻域識別碼，以應用在RFID系統。
依據本發明的一範例提供一種碎型圖碼，此碎型圖碼包括基底與頻率選 擇面。其中，頻率選擇面具有碎型結構，碎型結構設置在基底表面。碎型結
構則是由多個圓形碎型圖所構成，這些圓形碎型圖依特定碎型比例遞減半徑， 以呈現自我相似特性，進而達成多頻頻鐠的特性並能產生頻域上的識別碼。 碎型圖碼是由遞歸設計法設計，因此可以操作於預定的頻段，並達成識別的 功能。
依據本發明的一範例，上述的多個圓形碎型圖是多個Lotus-pods圖形或 多個四相切圓圖形，此碎型圖碼具有至少四十種以上的變化。其中，上述的 多個Lotus-pods圖形的碎型比例是1/3，且此多個Lotus-pods圖形的碎型 維度約為1.631。另外，上述的多個四相切圓圖形是根據狄氏圓定理 (Descartes circle theorem)得到，且此多個四相切圓圖形的石卒型維度值約 為1. !306。
依據本發明的一範例提供一種碎型圖碼產生方法，使用此方法產生的碎 型圖碼具有識別功能。此方法包括以下步驟(l)設置基底；(2)設置頻率選 擇面，頻率選擇面具有碎型結構，碎型結構配置在基底上；(3)利用遞歸設計 法設計多個圓形碎型圖，並用這些圓形碎型圖構成碎型結構。其中，這些圓 形碎型圖依特定碎型比例遞減半徑，以呈現自我相似特性，進而達成多頻頻 譜的特性。
本發明的一範例將碎型結構採空間饋入法，設計成具反射與穿透特性的 結構，稱之為頻率選擇面。此碎型結構有唯一的頻譜特徵，此即為一組有識 別特性的碎型圖碼，且此「碎型圖碼」可依據幾何圖型與頻譜特徵作識別。此碎型圖碼可以輕易印製，價格低廉，且可用於產品標誌與巻標設計，可通 過其頻語特徵來辨識產品的真偽。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉範例，並配合附 圖，作詳細i兌明如下。


圖1是傳統射頻識別系統1 0的系統方塊圖。
圖2是本發明的一範例所提供的碎型圖碼20的圖碼示意圖。 圖3是不同碎型結構的頻譜特性圖。
圖4A-4G是本發明的一範例所提供的圓形基底的各種不同碎型圖碼 40 ~ 46。
圖5A 5G是本發明的一範例所提供的方形基底的各種不同碎型圖碼 50 ~ 56。
圖6A 6F是本發明的一範例所提供的矩形基底的各種不同碎型圖碼 60 ~ 65。
圖7A~7F是本發明的一範例所提供的三角形基底的各種不同碎型圖碼 70 ~ 75。
圖8A-8H是本發明的一範例所提供的菱形基底的各種不同碎型圖碼 80 87。
圖9A-9F是本發明的一範例所提供的各種形狀之基底的各種不同碎型 圖碼90 ~ 95。
圖10是本發明的一範例提供的具有射頻識別的碎型圖碼產生方法的流 程示意圖。
附圖符號說明
10:射頻識別系統
101:讀取裝置
102:標籤
2 0:;爭型圖碼
201:基底
2 02:頻率選擇面
2 03:碎型結構301 - 305:頻率選捧面 311-315:頻譜特性圖 z)0 46:石卒型圖碼 400、 410、 420、 430、 440 401~ 403、 411、 421、 431 50~56:碎型圖碼
500、 510、 520、 530、 540
501、 511、 521、 531、 541 60~65:碎型圖碼 70~75:碎型圖碼 80~87:碎型圖碼 90 - 95:碎型圖碼 S01 S03:步驟流程。
具體實施例方式
本發明的範例主要提供了設計碎型反射與穿透結構的方法，例如 CPW(coplanar waveguide)結構，稱之為頻率選4奪面。此頻率選擇面具有連續 頻譜、多重頻帶與頻寬等特性，可作為標籤，又稱之為碎型標籤。在讀取裝 置中，可依據碎型標籤的頻語特性作識別。因此，巻標的碎型結構，用以構 成碎型圖碼。本發明的範例藉由餅圖形遞歸設計法，設計出可操作於預定的 頻段的碎型圖碼，以達成識別的功能。
換言之，範例所提供的碎型圖碼，如光學識別的條形碼一樣，是依據幾 何圖型作識別的。簡言之，碎型標籤可以是被動式(passive)巻標，且其結構 簡單、不需天線與電源，同時，又有價格低廉的優勢。
請參照圖2，圖2是本發明的一範例所提供的碎型圖碼20的圖碼示意圖。 此碎型圖碼20包括基底201與頻率選擇面202。其中，碎型結構203配置在 基底201上。頻率選擇面202具有碎型結構203,碎型結構203則是由多個 圓形碎型圖(圖2中，頻率選擇面202內多個大小相切的餅圖)所構成，這些 圓形碎型圖依特定碎型比例遞減半徑，以呈現自我相似特性，進而達成多頻 頻傳的特性。而碎型圖碼20是由遞歸設計法設計，因此可達到操作於預定的 頻段的目的，並達成識別的功能。其原理為頻率選擇202的碎型結構'203會
8
、450、 460:基底
、441、 461:初始圓
、550、 560:基底
、551、 561:初始圓對某些特定的頻率形成共振腔，因此會有特定的頻語。
請參照圖3,圖3是不同碎型結構的頻語特性圖。如同前面所述，碎型
圖碼由遞歸設計法設計。在初始狀態時，頻率選^r面301的碎型結構為一個 圓，其對應的頻譜為311。經過第一次遞歸後，頻率選擇面302的碎型結構 是初始狀態的頻率選擇面301再挖出6個相切的圓所構成的碎型結構，其6 個相切的圓的半徑為初始狀態的大圓的半徑的1/3倍。此時，頻率選4奪面302 所對應的頻譜為312。因為頻率選擇面301與302所構成的碎型結構不同， 所以產生的頻譜311與312也不相同。接著，經過第二次遞歸後，頻率選擇 面303的碎型結構為第一次遞歸的碎型結構上再挖出6個相切的圓所構成的 碎型結構，其6個相切的圓的半徑為第一次遞歸的的六個相切的圓的半徑的 1/3倍。此時，頻率選擇面303所對應的頻譜為313。
藉由上述的遞歸設計法，可以獲得第三次遞歸所產生頻率選擇面304及 其對應的頻i普314與第四次遞歸所產生的頻率選糹奪面305及其對應的頻i普 315。藉由上述的設計法，可以獲得不同的碎型圖碼，每一種碎型圖碼所產生 的頻傳不同。所以可以針對其頻i普的特性來識別碎型圖碼的碎型結構，以達 到識別的功能。簡單地說，上述的碎型圖碼具有一組頻域上的識別碼，可以 利用此頻域上的識別碼來達到識別的功能。
碎型圖碼若應用於射頻識別系統，則可以將此碎型圖碼當作讀取裝置 (reader)與識別巻標(tag)的天線，且因為碎型圖碼具有對應的頻譜，因此更 能當作識別標籤的識別碼。另外，因為碎型圖碼可操作於各種不同的頻段， 因此上述的應用也適用於微波(Microwave, 1GHz ~ 1 OOGHz)通信系統上，並作 為接收多頻段與寬頻信號的天線。且上述的碎型圖碼的結構面的曲型可以包 括平面、拋物面與曲面等。且上述的基底與頻率選擇面可以由印刷電路技術 簡單印製在電質層，因此具有低成本的優勢。
請參照圖4A 4G,圖4A 4G是本發明的一範例所提供的圓形基底的各 種不同碎型圖碼40~46。圖4A 4G的基底為圓形基底，其基底又用以當作 頻率選擇面，其每一個頻率選擇面的碎型結構是由不同圓形碎型圖所構成。 在此，先定義碎型唯度的計算方式，碎型唯度是每次遞歸增加的子圖的數目 的自然對數與碎型比例的倒數的自然對數的比值。也就是說，
〃W，其中，^是次遞歸增加的子圖的數目，rs〃o是碎 型的比例。另外，在圖4A 4G,其圓形碎型圖是以白色來表示，此白色代表挖空的圓形碎型圖，而黑色部分表示非挖空的部份。
如圖4A與4F所示，圖4A與4F的碎型比例為1/3,也是圓形碎型圖的 半徑以l/3的比率遞減。圖4A是在圓形基底400內，以l/3比例先行設定7 個圓401與402,之後，以遞歸法設計法，在7個圓401與402外圍的6個 圓402附近，再以1/3的比例再設定7個圓。每遞歸一次，得到的圓越小， 稱之Lotus-pods Type-outward圓形碎型圖。圖4F則是先於圓形基底450設 置6個圓403,之後再以1/3的比例再設定6個圓。每遞歸一次，得到的圓 越小，稱之Lotus-pods圓形碎型圖，其碎型唯度/ =^ W力""，D約為1. 631。
如圖4B 4E與4G所示，其多個圓形^淬型圖是以多個四相切圓圖形。所 謂的四相切圓圖形是由《火氏圓定理(Descartes circle theorem)發展而得， 而狄氏相切圓定理的數學式如下
6, + c, + 、 6, 、 c, ; A " / = 7， 2，...
其.中，a,、&、c,與《分別是四個相切圓的半徑的倒數。
如果，四個圓滿足上述的數學式，則四個圓彼此是相切的(mutually tangent)。簡言之，對三個已知的相切圓，只要從上述的數學式，就能算出 第四個圓。算好之後，再以第二、三與四個圓為已知，又可算出它們的相切 圓。每一次計算，稱之為遞歸(iterative)—次。如在同一平面遞歸下去，所 呈現的圓形相切，便能組合成一種碎型結構。圖4B是在圓形基底410中，預 設2個初始圓411;圖4C是在圓形基底420中，預設3個初始圓421;圖4D 是在圓形基底430中，預設4個初始圓431;圖4E是在圓形基底440中，預 設5個初始圓441;而圖4G是在圓形基底460中，預設7個初始圓461。當 初始圓預設完畢後，藉由遞歸的設計方法便可以達到如圖4B 4E與4G所示 的碎型圖碼41 ~ 44與46。其中，上述的四相切圓圖形的碎型唯度約為1. 306。 請參閱圖5A 5G,圖5A 5G是本發明的一範例所提供的方形基底的各 種不同碎型圖碼50 - 56。圖5A~ 5G的基底為方形基底，其基底上有一圓形 的頻率選擇面，其每一個頻率選擇面的碎型結構是由不同圓形碎型圖所構成。 圖5A是在方形基底500內，設置頻率選擇面501，其頻率選擇面501 為挖空的穿透面，頻率選擇面501所具有的碎型結構是Lotus-pods Type-outward圓形碎型圖，其碎型結構與圖4A相同。但是，圖5A的圓形碎 型圖型是貼上去的，並非挖空的部^f分，因此以黑色來表示。圖5F是在方形基 底550內，設置頻率選擇面551，其頻率選擇面551為挖空的穿透面，頻率選擇面551所具有的碎型結構是Lotus-pods圓形碎型圖，其碎型結構與圖 4F相同。但是，圖5F的圓形碎型圖型是貼上去的，並非挖空的部份，因此 以黑色來表示。上述的碎型圖碼50與56的碎型唯度/^"W力/ r", D約為 1. 631。
如圖5B~ 5E與5G所示，其多個圓形碎型圖是以多個四相切圓圖形。圖 5B是在圓形基底510中的頻率選#^面511,預設2個初始圓；圖5C是在圓形 基底520中的頻率選擇面521，預設3個初始圓；圖5D是在圓形基底530中 的頻率選擇面531，預設4個初始圓；圖5E是在圓形基底540中的頻率選擇 面541，預設5個初始圓；而圖5G是在圓形基底560中的頻率選擇面561， 預設7個初始圓。當初始圓預設完畢後，藉由遞歸的設計方法便可以達到如 圖5B~ 5E與5G所示的碎型圖碼51 ~ 54與56。其中，上述的四相切圓圖形 的碎型唯度約為1. 306。。
請參閱圖6A~6F，圖6A-6F是本發明的一範例所提供的矩形基底的各 種不同碎型圖碼60~65。圖6A 6D的基底為矩形基底，其頻率選擇面為其 基底，其每一個頻率選擇面的碎型結構是由不同圓形碎型圖所構成。圖6E-6F的基底為矩形基底，其具有2個頻率選擇面，且頻率選擇面為圓形挖空的 穿透面，其每一個頻率選擇面的碎型結構是由不同圓形碎型圖所構成。圖6A-6F的圓形碎型圖皆是四相切圓圖形。
圖6A與6C皆是在頻率選擇面上設置2個初始圓，而圖^與60則是設 置6個初始圓。圖6E中兩個頻率選擇面所設置的初始圓的數目不同，其中一 個頻率選捧面設置2個初始圓，另一個則設置3個初始圓。換言之，若基底 有2個以上的頻率選擇面，其設置的初始圓的數目可以不同。圖卯則是在其 2個頻率選擇面上分別設置3個初始圓。
請參閱圖7A-7F，圖7A 7F是本發明的一範例所提供的三角形基底的 各種不同碎型圖碼70~ 75。圖7A 7F的基底為三角形基底，其頻率選擇面 為其基底，其每一個頻率選擇面的碎型結構是由不同圓形碎型圖所構成，圖 7A~ 7F的圓形碎型圖皆是四相切圓圖形。
請參閱圖8A-8H,圖8A-8H是本發明的一範例所提供的菱形基底的各 種不同碎型圖碼80~87。圖8A~ 8H的基底為菱形基底，其頻率選擇面為其 基底，其每一個頻率選擇面的碎型結構是由不同圓形碎型圖所構成。圖8A 8H的圓形碎型圖皆是四相切圓圖形。請參閱圖9A~9F，圖9A 9F是本發明的一範例所提供的各種形狀之基 底的各種不同碎型圖碼9Q~ 95。圖9A 9C的基底分別為圓形基底、方形基 底與三角形基底，其頻率選擇面為其基底，其每一個頻率選擇面的碎型結構 是由不同圓形碎型圖所構成。其中，圖9A-9C內頻率選擇面所預設的初始圓 的半徑比例不相同，其圓形碎型圖皆是四相切圓圖形。另外，圖9D 9F與圖 9A~ 9C的原理相似，其差異僅在於頻率選擇面是挖空或非挖空的穿透面與圓 形碎型圖是非挖空與挖空的部份。
其它結構，如圖4B~ 4E與4G、圖5B~ 5E與5G與圖6A 8H,同樣可採 不等半徑的初始圓的設計方式。只要相切圓滿足狄氏相切圓定理，便可設計 出更多的頻率選擇面，以得到所需的各式碎型圖碼。
請參照圖10,圖10是本發明的一範例提供的具有識別功能的碎型圖碼 產生方法的流程示意圖。此方法包括以下步驟(S01)設置基底；(S02)設置 頻率選擇面，頻率選擇面具有碎型結構，碎型結構配置在基底上；(S03)利用 遞歸設計法設計多個圓形碎型圖，並用這些圓形碎型圖構成碎型結構。其牛， 這些圓形碎型圖依特定碎型比例遞減半徑，以呈現自我相似特性，進而達成 多頻頻譜的特性。
利用此方法所產生的碎型圖碼亦具有前述的碎型圖碼的特性與相關的應 用，在此便不再贅述。
綜上所述，本發明的範例所提供的碎型圖碼產生方法主要是研製出以基 底與頻率選擇面建構的碎型圖碼。使用此方法所產生的碎型圖碼具有寬頻、 多重頻帶與頻寬具有周期性等性質，可應用在RFID等系統。且碎型圖碼的響 應能適用於射頻與微波頻段範圍；故為一實用型RFID標籤。且在一般應用上， 此碎型圖碼可用於相關微波通信裝置上，作為接收多頻段與寬頻信號的天線。 此碎型圖碼具有與頻率無關、多重頻帶、頻寬與周期性等性質，因此適於應 用在衛星接收與超寬頻(Ultra Wide Band, UWB)系統的天線。另外，此碎型 圖碼可以輕易印製，價格低廉，且可用於產品標誌與巻標設計，可通過其頻 譜特徵來辨識產品的真偽。
雖然本發明已以範例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技 術領域中具有通賞知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的 更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視本發明的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1. 一種碎型圖碼，其特徵在於包括基底；以及頻率選擇面；其中，該頻率選擇面具有碎型結構，該碎型結構設置在該基底，該碎型結構由多個圓形碎型圖所構成，該些圓形碎型圖依特定碎型比例遞減半徑，以呈現自我相似特性，並形成識別碼。
2. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該些圓形碎型圖是 多個Lotus-pods圖形或多個四相切圓圖形，該石爭型圖碼具有至少四十種以上 的變化。
3. 如權利要求2所迷的碎型圖，其特徵在於其中，該些Lotus-pods圖形 的石爭型比例是1/3,該些Lotus-pods圖形的石爭型p舉度約為1. 631。
4. 如權利要求2所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該些四相切圓圖形 是根據狄氏圓定理得到，該些四相切圓圖形的碎型維度值約為1.306。
5. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該碎型圖碼應用於 射頻識別系統，該碎型圖碼作為該射頻識別系統的射頻識別巻標的識別圖碼。
6. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該碎型圖碼的響應 頻率範圍為射頻頻段與微波頻段。
7. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該碎型圖碼應用於 射頻識別系統，該碎型圖碼做為該射頻識別系統中的讀取裝置與巻標的天線。
8. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該碎型圖碼應用於 微波通信裝置上，該碎型圖碼作為接收多頻段與寬頻信號的天線。
9. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該碎型圖碼的結構 面的曲型包含平面、 一勉物面與曲面。
10. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該識別碼採空間饋 入法應用在頻域，因此，無線信號在該頻率選面上以反射或穿透的方式操作。
11. 如權利要求l所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該碎型圖碼是由遞 歸設計法設計，適合操作於預定頻段，進而達成識別的功能。
12. 如權利要求1所述的碎型圖碼，其特徵在於其中，該基底包括圓形、 方形、矩形、菱形或三角形。
13. —種碎型圖碼產生方法，其特徵在於該方法包括 設置基底；.設置頻率選擇面，該頻率選擇面具有碎型結構於該基底上；以及 利用遞歸設計法設計多個圓形碎型圖，並用該些圓形碎型圖構成該碎型 結構；其中，該些圓形碎型圖依特定碎型比例遞減半徑，以呈現自我相似特性， 進而達成多頻頻語的特性與形成識別碼。 '
14. 如權利要求13所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該些圓 形碎型圖是多個Lotus-pods圖形或多個四相切圓圖形，該石爭型圖碼具有至少 四十種以上的變^匕。
15. 如權利要求14所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該些 Lotus-pods圖形的石卒型比例是1/3,該些Lotus-pods圖形的石爭型唯度約為 1. 631。
16. 如權利要求14所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該些四 相切圓圖形是根據狄氏圓定理得到，該些四相切圓圖形的碎型維度值約為 1. 306 。
17. 如權利要求13所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該碎型 圖碼應用於射頻識別系統，該碎型圖碼作為該射頻識別系統的射頻識別巻標 的識別圖碼。
18. 如權利要求13所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該碎型 圖碼的響應頻率範圍為射頻頻率的頻段至微波頻率的頻段。
19. 如權利要求13所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該碎型 圖碼應用於射頻識別系統，該碎型圖碼做為該射頻識別系統中的讀取裝置與 巻標的天線。
20. 如權利要求13所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該碎型 圖碼應用於微波通信裝置上，該碎型圖碼作為接收多頻段與寬頻信號的天線。
21. 如權利要求13所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該碎型 圖碼的結構面的曲型包含平面、拋物面與曲面。
22. 如權利要求13所述的碎型圖碼產生方法，其特徵在於其中，該基底 包含圓形、方形—、矩形、菱形或三角形。
23.如權利要求n所述的碎頻碼產生方法，其特徵在於其中， 碼採空間饋人法應用在頻域'因此,無線信號在該頻率選擇面上以反勝牙 透的方式操作。
全文摘要
本發明揭露一種碎型圖碼，此碎型圖碼包括基底與頻率選擇面。其中，頻率選擇面具有碎型結構，是由遞歸設計法設計，設置在基底上。碎型結構則是由多個圓形碎型圖所構成，這些圓形碎型圖依特定碎型比例遞減半徑，以呈現自我相似特性，進而達成多頻頻譜的特性並產生頻域上的識別碼。此頻域上的識別碼在應用上是採空間饋入(space feed)法，因此無線信號能以反射或穿透兩種方式操作於預定的頻段，並達成識別的功能。
文檔編號H01Q1/38GK101499140SQ200810003240
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月28日 優先權日2008年1月28日
發明者劉智群, 張忠繼, 張立光, 陳麗惠 申請人:財團法人工業技術研究院