La technologie RFID sans puce ( Chipless )

Dans un système RFID sans puce, le tag ne présente aucun circuit ou composant

électronique. Aucun protocole de communication n’est donc envisageable à la

différence des technologies RFID conventionnelles. Les approches utilisées sont

temporelles ou fréquentielles. La diminution des coûts de réalisation des tags peut être

Chapitre II : Concept des capteurs basés sur la technologie

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considérée comme étant la première clef ayant initiée le développement de cette

technologie sans puce. En effet, le prix d’un tag RFID classique, comprend : le coût de

la puce, le coût de l’antenne et de son support et le coût lié à la connexion précise de

l’antenne avec la puce. Alors que le prix d’un tag sans puce est uniquement lié au dépôt

métallique et à son support. Cependant, comme nous le décrirons dans la suite, ce

critère n’est fondamental dans notre choix de considérer cette technologie chipless.

I.4.1- Tags temporels

Les systèmes RFID sans puce basés sur une approche temporelle codent

l’information dans le temps. La démarche consiste à acheminer l’onde incidente du

lecteur vers une ligne à retard sur laquelle des discontinuités sont disposées afin de

réfléchir une partie du signal à des instants bien précis.

a-Tag SAW

Comme le montre la Figure II.7, les tags SAW (Surface Acoustic Wave) sont

composés d’une antenne directement connectée à un transducteur électro-acoustique.

Pour cela, l’utilisation de substrats SAW permet la génération d’une onde acoustique de

surface qui se propage ensuite à vitesse lente dans le substrat. Des réflecteurs

positionnés tout au long de son chemin permettent de générer des réflexions en direction

de l’antenne. Ces réflexions sont ensuite converties en ondes électromagnétiques et

re-rayonnées vers le lecteur. La présence de plusieurs réflecteurs entraine la réémission de

trains d’impulsions formant le code d’identification.

Figure II.7: Schéma illustratif d'un tag SAW

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Figure II.8: Réponse d'un tag SAW

b-Tag basé sur une ligne de transmission à retard

D’autres solutions sont également proposées dans le domaine temporel. Le principe

de lecture reste identique puisque le lecteur envoie une onde ultra courte et le tag répond

par des réflexions multiples. Par exemple, en 2006, Zhang et al. [II.5] proposent une

ligne à retard sur laquelle des discontinuités sont induites par des éléments localisés ou

distribués afin de créer des réflexions (Figure II.9 (a)). La ligne à retard, de type

micro-ruban, présentée sur la Figure II.9 (b), forme des méandres de manière à réduire au

maximum la surface totale du tag. Une antenne doit être connectée à cette ligne à retard

pour réaliser le tag. Les discontinuités sont apportées par des éléments capacitifs

localisés. En fonction de leur présence, une réflexion existe ou pas.

a) ^b)

Figure II.9: a) Principe de fonctionnement de la ligne à retard b) Photo de la ligne

à retard avec des capacités localisées

I.4.2- Tags fréquentiels

La seconde approche de la technologie RFID chipless repose sur l’aspect

fréquentiel du tag pour coder des informations. Ce type de tags est, à l’inverse des tags

temporels et des tags de la technologie RFID conventionnelle, non commercialisé

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actuellement. L’approche spectrale ou fréquentielle consiste à coder l’information en

créant des pics de résonance à certaines fréquences. Ainsi la présence ou l’absence

d’une résonance à une fréquence particulière constitue un élément de codage.

Nous nous intéressons dans cette section au tag formé par deux antennes et un

circuit passif filtrant. Ce concept a été présenté par Preradovic et al. à partir de 2008

[II.6]. Le système proposé consiste à utiliser le principe de la rétrodiffusion du signal

d’interrogation. En effet, comme nous pouvons le voir sur la Figure II.10, l’antenne Tx

du lecteur envoie une onde électromagnétique qui va être reçue par l’antenne Rx du tag.

Ce signal est ensuite transmis vers le circuit filtrant puis renvoyé vers le lecteur. En

fonction de la configuration choisie, le filtre va permettre de générer une signature

électromagnétique « unique ».

Figure II.10: Architecture de base proposée par Preradovic et al.

Le filtre multi-bandes est réalisé à partir d’éléments distribués en utilisant une ligne

de transmission micro-ruban [II.6] ou coplanaire [II.7]. Pour réaliser un numéro

d’identification (codage binaire), des résonateurs en forme de spirale sont placés au

niveau de la ligne de transmission. Le numéro d’identification d’un tag particulier

dépend de la présence / absence de la réjection à une fréquence bien particulière (0 ou

1). Pour varier la signature spectrale d’un tag à un autre, il suffit donc d’ajouter ou de

retirer des résonateurs ; ceci est réalisé soit en plaçant des courts circuits métalliques sur

les spirales (Figure II.11(a)) soit en effectuant une coupure au niveau de la spirale

(Figure II.11(b)), afin de repousser la fréquence de résonance en dehors de la bande

passante du système de détection. Le codage utilisé dans ce cas permet simplement

d’associer un bit à chaque résonateur.

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a) ^b)

Figure II.11: Décalage fréquentiel dû a) au rajout d'un court-circuit métallique, b) à une coupure

au niveau de la spirale

Les antennes du tag, utilisées par Preradovic et al. [II.6], sont des antennes

monopôles conçues pour travailler à des fréquences allant de 2 GHz à 4.5 GHz. En

effet une large bande fréquentielle est nécessaire pour la réalisation de ce type de

codage. Ceci implique l’utilisation de cette technologie dans la bande UWB (Ultra Wide

Band). Dans ce contexte, étant donné les faibles puissances disponibles, les tags ne

peuvent fonctionner qu’à une faible distance de lecture. Notons, également l’importance

de l’isolation Tx/Rx du lecteur dans l’architecture choisie. Ceci est assuré par

l’utilisation des antennes en polarisation croisée (Figure II.10).

Récemment, un autre exemple d’étiquette RFID chipless, dédiée à la réalisation

d’un numéro d’identification, a été élaboré par le groupe de S. Tedjni [II.8-9]. Ce type

de tag vise à diminuer la taille du tag et à éliminer le plan de masse du système.

L’avantage des structures métallique proposé est de jouer à la fois le rôle de l’antenne

émettrice, du résonateur et de l’antenne réceptrice.

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Les tags proposés sont constitués de résonateurs comme le montre la Figure II.12

(a). Pour réaliser le codage, le résonateur est modifié pour créer le Bit = ‘0’. La Figure

II.12 (b) présente les codes obtenus pour les 3 tags présentés sur la Figure II.12 (a).

Notons l’absence d’antennes dans cette architecture.

Dans le document Développement de résonateurs hyperfréquences pour la réalisation de capteurs sans puce dédiés à la maintenance prédictive des infrastructures (Page 63-68)