Tag IC antenna
圖2-28 被動式標籤天線 (資料來源：本研究整理)
諸如表面建材、柱子、中空隔板都有其本來固有的材料特性，塑膠或多種聚合物多 多少少對天線都有頻偏的影響，其中金屬材質對特定天線有建設性幫助，如：微代平面 型天線，平面倒F天線，這兩種款式皆能作用在金屬材質還不受其影響，理由為金屬材 質為天線的一部分─天線的地參考電位，然而此也為金屬標籤天線的設計理念，藉由在 離天線特定距離加金屬反射面，對天線的前後比有提升的效果，也可以間接提升其最大 增益。
射頻標籤天線系統功能因素在於天線設計，其為RFID系統中一個很重要的角色，
RFID Tag IC的輸入阻抗必須和標籤天線達到共軛匹配，以得到最好的功率轉移，配合
上天線功率攔截面積(RCS)能大就大。由於射頻標籤天線的應用環境多元且複雜，如導 體、氧化物、介電質、溼度等，都將對RFID天線在操作上產生影響，以上物質對電容 性天線有較大的影響，故選用電感性天線對我们有建設性的幫助。
（二）門牌標籤天線分類
（A）線性極化微帶矩型標籤天線
微帶天線有低側剖面、低成本、製做容易等優點，一般在設計微帶天線時，其寬長 比之比值通常為 1 至 2 之間，經由多次調整寬長比，本設計採用 1:1 寬長比，圖 2-29 為微帶天線之基本結構，在天線基板部份，是由一片厚度為0.4mm 玻璃纖維基板(FR4)、
一片銅箔及一片高度為10mm 的 poly-propylene (pp)板，其中玻璃纖維基板之相對介電 係數(Relative Dielectric Constant)為 4.4，損失正切(Loss Tangent)為 0.02，及南亞 聚 丙 烯 板 其 相對介電係數(Relative Dielectric Constant)為 2.32，損失正切(Loss Tangent)為 0.0002，此款設計有別於大部分雙偶極似的標籤天線設計理念，有特定匹配機制可達到 阻抗匹配，然而，最重要為因應導盲系統其讀取器天線因有尺寸上的限制，故其最大增 益及其供給功率都有上限，為了填補其讀取端缺陷，我們使用高增益特色的微帶方型標 籤天線
本門牌標籤之設計目的是使用於貼附在混泥土牆施工時所需要的版片之金屬表面 上。由於 MEGA House 所需之版片框架為鋼鐵金屬，標籤黏貼位置在用來掛外飾板之 牆上，為了避免此金屬表面影響到標籤之正常使用，所以客製化設計一款適用於金屬材 質上的標籤。利用金屬標籤能正常黏貼使用於金屬表面之夾層，可將版片與標籤結合應 用，取代文字紀錄，儲存門牌資訊，再應用RFID 讀取器之讀/寫，進行導盲系統整合應 用，另外，也可藉由讀取標籤天線之資訊，當作建築物維護的依據。
圖 2-29為本次設計之金屬標籤天線之初始模擬架構圖，其中橘色部份為金屬，淺
紫色部分為參考地電位金屬面，基板採用厚度為10mm 的 PP，PP 之材料成本低廉且介 電損失小（Loss tangent 僅為 0.0002），其介電係數εr 大約介於 2.2 到 2.4 之間，此金屬 標籤天線使用之IC 為 Gen2Higgs3IC。標籤天線本體部分位於 PP 上方之 FR4 板上，厚 度為0.4mm，另外，將門牌標籤鑲嵌在壓克力板中，用以放入一般門牌文字訊息，此種 結構會造成些微天線的作用頻段往低頻偏，模擬時已加上其作用考量入內。
正視圖
10 10
側視圖
圖2-29 門牌標籤之初始架構圖 (資料來源：本研究整理)
圖 2-30 為本計畫製作金屬標籤天線的流程，首先將裁好的 PP 板背面貼上銅箔貼
紙，接著把本計畫自行設計的金屬標籤天線主體經過IC 連接參考地電位金屬面，確保 不會因短路而正常使用，最後將上述完成之兩部分重疊經由接著劑黏合就完成了金屬標 籤天線。
圖 2-30 金屬標籤天線製作流程 (資料來源：本研究整理)
（B）圓極化微帶圓型標籤天線
由前一款線性單方向的極化，由於能將電場較單純集中在單一特定分量，故其讀取 距離有較佳的表現。然而，有鑑於上述天線為單一極化方向，對於盲人之使用有其使用 上之限制，在導盲仗上的讀取器天線並不像明眼人能以正確的極化方向對準標籤天線擺 放電場，因此本計畫另外設計一款具圓極化效果之標籤，以改善上述標籤之單一讀取方 向之缺點。
以下為本計畫所提出之客製化的圓極化圓型微帶標籤天線，圖 2-31(a)、(b)、(c)分 別為上視圖、下視圖及側視圖，其天線尺寸200×170mm2約略小於門牌之面積。第一層 為一般圓型極化的微帶天線，經由第二層的天線金屬接地面上之電路走線產生兩個相位 差90°之激發源而造產生圓極化效果。還有經由此種孔徑耦合會造成寬頻及對天線饋入 端有阻絕功用，不會對下層電路有場干擾現象，但是其缺點為有稍微耦合能量損失到路 徑中。圖 2-32 為天線之反射損失，以10dB 以上反射損失為標準，其頻寬為 0.82~1.11 GHz，其包括了 RFID 0.922~0.928 GHz 之頻率範圍。圖 2-33為此圓極化天線之圓極化 軸比，以3dB 之圓極化軸比為標準，其圓極化頻寬為 0.868~0.965 GHz。圖 2-34為圓極 化天線之遠場增益，其圓極化增益可達6.93dBc。
Aperture coupling IC
Aperture coupling IC
(a)天線上視圖 (b)天線下視圖
Air 15mm Air 10mm FR4 0.4mm
(c)天線側視圖
圖2-31 門牌圓極化圓微帶型金屬標籤之初始架構圖 (資料來源：本研究整理)
圖2-32 門牌圓極化圓微帶型金屬標籤之反射損失 (資料來源：本研究整理)
圖2-33 門牌圓極化圓微帶型金屬標籤之圓極化軸比 (資料來源：本研究整理)
圖2-34 門牌圓極化圓微帶型金屬標籤之遠場天線增益 (資料來源：本研究整理)
（三）初步室內導盲系統構思
因為UHF 與 HF 相比，有比較短的電氣長度，故本階段採用 UHF 系統作為使用系 統，有以下的考量因素：
1. 不會因標籤擺放位置過近而產生讀取器誤判
2. 讀取距離較長導致埋入標籤大量減少，使得花費減低，系統分佈簡單 3. 門牌資訊希望 5 米以上的遠距離傳輸運用
首先，本計畫預先在地面板片下鋪設Alien-9540 squiggle 標籤做為語音定點標示。
人導盲仗讀取器做解調變訊號，配合本計畫之前已寫入在標籤的資料庫，對應撥放預先 錄製好的語音給盲人聽，以達到導盲效果。
其次，針對使用地面板片埋入標籤為線性極化，故在讀取器天線部份與門牌標籤也 使用線性極化的天線，如此對於電場的傳播分量才有集中的效果，以達到較大的讀取距 離。圖 2-35 為本計畫初步提出之室內導盲系統架構，未來將持續針對本階段研究進行 深入探討，包括硬體使用構思－讀取器天線改良與語音撥放系統的實作，將在未來提出 做報告。
圖2-35 導盲系統之初始架構圖 (資料來源：本研究整理) 貳、開放式建築於使用維護階段變更行為之確立
開放式建築主要特性之一即其構件之可動性，而此一特性讓建物於使用維護階段之 變更更具彈性，因此，因應變更設計之需求，建物之原始設計資訊(Original Design Data) 將經常需要被擷取採用，作為新用途之設計基礎。但因原始建物資訊需向建管單位申 請，過程冗長費時，而且建物使用需求日益增加及變化，導致使用維護階段之變更行為，
無法依據需求很快速容易的進行再設計／再分析，造成使用維護上之困擾。
本計畫於開放式建築構件中，應用RFID 技術進行辨識讀取，再以後端資料庫儲存 結合導盲杖
建物變更時，結構分析及重新設計所需之設計參數(Desing Data)，亦即在變更需求發生
行為之發生，詳細說明如下：
(a) 供給不足：一般主要為使用單元空間及面積不足，或缺少儲存空間等因素，如家 庭成員增加、室內儲存空間太少等。
(b) 供給不符：一般主要為格局不符合使用者需求，如內部空間隔局不符、動線不佳、
採光不足等。
(c) 供給變化：一般主要為用途變更或遷址，如辦公室空間改變為圖書閱覽室、渡假 屋搬遷等。
(d) 設施水準：一般主要為硬體設備老化或管線損毀，如冷氣性能低劣、水管破損等。
變更因素
供給不足 供給不符 供給變化 設施水準
圖2-37 開放式建築變更因素 (資料來源：本研究整理)
（B）變更需求
根據上述變更因素，本階段依據相關參考文獻[1][2]，彙整出以下變更需求，如圖 2-38所示，以解決上述不同之供給問題。
(a) 變更平面格局配置：因空間用途變化而變動全部或局部平面配置方式，如隔間牆 變動、商業店面裝潢等。
(b) 用途變更：指新用途使用或載重變更，如工作室改造為實驗儀器儲存室等。
(c) 修改室內元素：因使用者喜好變化而改變室內元素，如改變形狀及尺寸、家具、
燈光、天花板等。
(d) 擴增空間：因空間不足而向外或向上擴充空間，如陽台增建、屋頂加蓋等。
(e) 構造設備更新或修繕：因建築設施需提升品質水準或老化及損壞而進行更新或修 繕，如更換中央空調系統、修補牆壁龜裂等。
(f) 搬遷：指移動建物所在位置。如渡假屋搬遷、農舍遷移。
變更需求
變更平面
格局配置 用途變更 修改室內元素 構造/設備
維修/升級 遷址
構造/設備 維修/升級
圖2-38 開放式建築變更需求 (資料來源：本研究整理)
（C）變更工程類別
開放式建築之可變性，可解決使用者多元的使用需求，因此，根據上述變更需求，
並參考相關文獻[1][2]，歸納出開放式建築使用維護階段各種變更行為之變更工程類 別，共分為七大類別，如圖 2-39所示，並說明如下。
(a) 增建：係指於原建築增加其面積或高度者。
(b) 改建：係指將建築物之一部份拆除，於原建築基地範圍內改造，而不增加其高度 或面積者。
(c) 修建：係指建築物之基礎、梁柱、承重牆、樓地版、屋架或屋頂，其中任何一種 有過半之修理或變更者。
(d) 使用變更：係指建築物使用內容項目等有所變更者。
(e) 構造／設備之維修／更新：係指建築物構造或設備，進行維修及更新者。
(f) 室內裝修：係指建築物室內裝修係指固著於建築物構造體之天花板、內部牆面或 高度超過一點二公尺固定於地板之隔屏或兼作櫥櫃使用之隔屏之裝修施工或分
(f) 室內裝修：係指建築物室內裝修係指固著於建築物構造體之天花板、內部牆面或 高度超過一點二公尺固定於地板之隔屏或兼作櫥櫃使用之隔屏之裝修施工或分