Conception et simulation de tags RFID

Historique de la RFID

   L’origine de la technologie de RFID (Radio Frequency Identification) est largement controversée selon différentes sources, La technologie RFID selon l’approche échafaudée sur base du principe de fonctionnement, a vu le jour vers les années 1920 et en 1945 un ingénieur russe Léon Theremin mis au point un dispositif passif d’écoute à fréquence radio et non une étiquette d’identification.Selon[1] nous pouvons échelonner l’évolution de la technologie RFID comme suit : > Vers les années 40 : La technologie du système RFID avait été utilisée pour la reconnaissance des avions. Les radars étaient le système de lecture qui avait pour rôle d’envoyer un signal questionnant les étiquettes des transpondeurs placés sur les avions afin de distinguer les alliés des ennemis. Et on peut considérer que le système IFF (Identity : Friend or Foe) fût la première forme d’utilisation de la technologie RFID. Au cours des années, la technologie a pris de l’ampleur, et en particulier vers les années 70 où elle fut une technologie protégée et à l’usage principalement militaire. Les états développés utilisaient cette technologie pour la sécurité et la protection de sites stratégiques et sensibles (secteurs nucléaires et armements lourds). Vers la fin des années des années 70 cette technologie fut utilisée par le secteur privé et la première application commerciale fut la traçabilité (identification) du bétail dans le continent européen. Durant les années 80, l’évolution technologique avec l’invention des microsystèmes utilisant les circuits intégrés conduisit à l’usage des étiquettes passives. Et on remarquera à cette époque une grande diversité de types des étiquettes. Le début des années 90 fut l’époque de la problématique de la standardisation et de la normalisation des équipements de systèmes de la technologie RFID (étiquettes et lecteurs). Depuis lors, la technologie RFID est utilisée dans plusieurs domaines d’applications, en passant par l’identification, la traçabilité et l’analyse de données. Pour identifier ou suivre de produits, l’on pourra utiliser d’autres technologies notamment le code à barres, les cartes intelligentes. Ces technologies se compétitionnent les unes des autres, voyons en grandes lignes quelles sont leurs différences[2].

Les systèmes RFID à couplage inductif

   Cette famille de système RFID comprend les systèmes BF et HF et une des techniques de couplage en champ proche. Leurs transpondeurs utilisent des antennes magnétiques. Ils sont constitués d’une bobine inductive d’inductance L réalisant le rôle d’antenne, d’une puce électronique contenant l’identifiant du tag et réalisant les opérations de communication, et enfin d’une capacité C permettant de faire résonner le circuit LC à la fréquence de travail. Pour les systèmes BF la distance d’opération est limitée à quelques centimètres, dans la boucle magnétique du lecteur. L’avantage principal vient de l’habilité des ondes BF à se propager à travers les tissus biologiques. Ces systèmes sont donc particulièrement appropriés pour des applications RFID médicale ou vétérinaire. La Figure (Fig.I 7) illustre deux tags BF. Le premier est constitué d’une bobine en fil de cuivre connectée à un circuit, lui-même constitué d’une puce et d’une capacité. Il est usuellement moulé dans un matériau plastique. Le second est constitué d’une bobine enroulée sur une ferrite afin de réduire sa taille, d’une puce et d’une capacité, le tout encapsulé dans du verre pour une application vétérinaire [6].

La RFID ULB

   On a decrit au part avant la technologie ULB mais dernières années la communauté scientifique a assisté à un intérêt croissant pour les systèmes de télécommunication ULB. Au lieu d’utiliser des signaux modulés, comme dans les systèmes basés sur une porteuse, une autre possibilité consiste à émettre des impulsions de durée inférieure à la nanoseconde, afin d’occuper un spectre de plusieurs GHz. Les systèmes adoptant ces solutions fournissent donc des signaux caractérisés par une densité spectrale de puissance très petite, sur une bande spectrale très large. Ces signaux sont donc confondus avec le bruit de fond par les systèmes de communication traditionnels et n’interagissent pas avec eux. L’ULB est une technologie de communication qui permettrait d’atteindre des débits de l’ordre du Gbit/s. Cette technologie offre la perspective de nouveaux services comme l’intégration de fonctions de localisation en plus de celles de transmission. Un système ULB est défini comme un dispositif utilisant une largeur de bande relative supérieure à 20% ou occupant une bande de 500 MHz ou plus, la FCC (Federal Communications Commission) a alloué la bande de fréquence 3,1-10,6 GHz. Elle a imposé également les masques d’émission représentés sur la désignent respectivement la fréquence supérieure et la fréquence inférieure des points à -10 dB par rapport au plus haut point d’émission du signal. Figure Fig.I 10. Il faut noter que la densité spectrale de puissance doit être très faible, < -41,3 dBm/MHz, ce qui la situe dans le niveau de bruit électromagnétique non intentionnel [6].

Contrôle d’accès

  Les cartes à puce ont été utilisées dans le contrôle d’accès depuis plusieurs décennies. Pourtant, l’arrivée du sans contact sur le marché a rendu possible une facilité d’utilisation inconnue jusque-là. En effet, le contrôle d’accès s’effectuait en premier avec des passes infrarouges, puis avec des cartes à bande magnétique, et finalement avec des cartes à puce avec contact. Le principal inconvénient de ces dernières est que l’utilisateur doit insérer sa carte dans le lecteur, ce qui représente une perte de temps significative, en particulier dans le contrôle d’accès de masse. De plus, la maintenance des lecteurs peut s’avérer lourde, les lecteurs étant directement accessibles et souvent vandalisés. La technologie RFID offre la possibilité de réduire ces problèmes et de faciliter le contrôle d’accès en intégrant le tag dans une carte, une clé ou encore un bracelet. Ainsi, les utilisateurs ont simplement besoin de passer l’objet devant le lecteur RFID qui gère le contrôle d’accès.

Identification animale

   L’introduction de la RFID pour l’identification animale remonte aux années 80. La technologie est utilisée pour l’inventaire, le contrôle de production et l’automatisation de l’alimentation animale. Les tags sont attachés aux oreilles des animaux ou encore incorporés dans des bagues ou colliers, en fonction du type et de la taille de l’animal. La RFID peut servir à tracer l’origine d’un animal pour réaliser des contrôles de qualité ou de santé, par exemple pour contenir des épidémies.
– la plus fameuse étant la maladie de la vache folle ou, plus récemment, la grippe porcine. Une telle utilisation de la RFID nécessite une interopérabilité complète entre les différentes compagnies de production. C’est pour cela que certains standards ont été créés, en particulier l’ISO/IEC 11784 et l’ISO/IEC 11785 qui reposent sur la bande de fréquence LF 134,2 kHz.

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Table des matières

Résumé
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Introduction générale
Chapitre I : La technologie RFID
I.1-Introduction
I.2-Présentation générale de la RFID
I.2.1-Historique de la RFID
I.2.2 – Qu’est-ce que la RFID ?
I.2.3-Principe de fonctionnement d’un tag RFID
I.3 – Architecture d’un système RFID
I.4 – Caractéristiques des tags RFID
I.5 – Type et classification des tags RFID
I.5.1 – Les critères de classification des tags RFID
I.5.2 – Classement des technologies RFID en fonction des fréquences d’utilisation
I.5.3 – Les systèmes RFID à couplage inductif
I.5.4 – Les systèmes RFID UHF et Micro-ondes
I.5.5 – La RFID ULB
I.6 – standard et normes des systèmes RFID
I.6.1 – STANDARD
I.6.2 – NORMES
I.7 – Application et marché de la RFID
I.7.1-Le marché mondial de la technologie RFID
I.7.2-Les applications
I.8 – Avantages et inconvénients de la technologie RFID
I.9 -La fabrication des antennes RFID
I.10 – conclusion
Chapitre II : Les antennes appliquées dans la RFID
II.1 – Introduction
II.2 – Les paramètres fondamentaux d’une antenne
II.2.1 – L’impédance
II.2.2 – Le coefficient de réflexion
II.2.3 – Les régions du champ électromagnétique
II.2.4 – Polarisation
II.2.5 – La distance de lecture
II.3 – Les motifs de base des antennes de tag RFID
II.3.1 – Antenne dipolaire
II.3.2 – Antenne a fente
II.3.3 – Antenne microruban
II.3.4 – Antenne en F inverse (IFA)
II.4 – La méthodologie de conception d’antenne des tags RFID UHF passif
II.4.1 – contraintes pour la conception du tag RFID
II.5 – Techniques d’adaptation d’impédance pour les tags RFID UHF passifs 
II.5.1 – T-match Structure
II.5.2 – adaptation avec boucle à couplage inductif
II.5.3 – Structure de Nested-Slot
II.5.4 – Tip-loading
II.5.5 – Dipôle replié
II.6 – Conclusion
Chapitre III Conception et résultats de simulation
III.1 – introduction
III.2 – Simulation des antennes de tags RFID
III.2.1 – Antenne Dipôle
III.2.2 – Les antennes dipôles repliées
III.2.3 – Antenne ULB
III.2.4 – Antenne quasi log périodique
III.3 – Conclusion
Références

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