4. Réglementations des émissions RFID
4.3. Réglementations liées aux performances des systèmes
Cette fréquence est utilisée depuis longtemps; et les niveaux de perturbation à respecter sont sensiblement les mêmes aux USA via la réglementation FCC 47 part 15, au Japon au travers de l’ARIB, en Europe via l’ETSI 300 330 et en France via l’Arcep. La réglementation impose des valeurs de champ rayonné maximum de + 42 dBµA/m à 10 m ou valeur équivalente en dbµV/m à 30 m partout dans le monde et un rapport cyclique de 100%, avec le même gabarit. Cela permet de fabriquer et fournir un produit pouvant circuler librement dans le monde entier. De plus, depuis janvier 2004, en Europe (ERC 70 03) une extension de cette valeur est possible à + 60 dBµA/m (voir prochain paragraphe).
Remarque
A la différence des bandes UHF/SHF, à 13,56 MHz on ne spécifie pas de puissance maximale à émettre mais seulement des niveaux de champ rayonné RF à respecter, le tout à une certaine distance.
En respectant ces niveaux, il est aisé de pouvoir faire fonctionner, en mode continu (rapport cyclique 100%), des produits conformément aux normes ISO 15 693 et ISO 18 000 - 3 à des distances :
• d’environ 90 cm à 1,2 m avec des antennes circulaires ou rectangulaires simples ; • de 1,2 à 1,5 m avec des antennes bobinées en « 8 » ;
• de couvrir des volumes de 2 m à 2,5 m de large avec des systèmes disposés en « portiques » ;
• et même des volumes bien plus importants (quelques dizaines de m3) avec d’autres systèmes bâtis en portique, sans directivité excessive ni réflexions parasites, en englobant un large volume physiquement bien défini.
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Contraintes spécifiques dues à la norme ETSI 300 330 à 13,56 MHz
Comme nous l’avons déjà évoqué plus haut, la législation française, via l’Arcep, impose certaines contraintes concernant l’usage des dispositifs à courte portée dits « non spécifiques » tels que ceux que l’on utilise dans les applications « RFID » fonctionnant dans la bande ISM (industriel, scientifique et médical) de 13,56 MHz. Parmi ces contraintes, celle qui traite de la perturbation du spectre radiofréquences est très importante. La norme ETSI 300 330 stipulait, sous des conditions de mesures spécifiques (méthodes de mesures, respect de gabarits, etc.), quelle que soit la puissance rayonnée, que le champ magnétique rayonné à 10 m par la station de base ne devait pas excéder 42 dBµA/m. Or, depuis janvier 2004, la norme ERC 70 03 / ETSI indique que la valeur maximale du champ magnétique rayonné passe de 42 dBµA/m à 60 dBµA/m et ce, toujours mesuré dans les mêmes conditions de mesures à 10 m. Ceci correspond à une augmentation de 18 dB. Avec la nouvelle valeur autorisée de +60 dBµA/m, une distance opérationnelle de fonctionnement d’environ 2,8 m peut être obtenue avec une antenne unique et 4 m environ avec un portique.
En conclusion, en Europe, la distance de fonctionnement opérationnelle à 13,56 MHz (environ 2,8 m) avec une antenne unique (avec un rapport cyclique de 100% et une très faible directivité) est sensiblement équivalente à la distance opérationnelle en UHF (avec une distance théorique « espace libre » d’environ 4,10 m et une antenne beaucoup plus directive, avec une puissance ERP de 500 mW et un rapport cyclique limité de 10%).
Cependant, si l’on examine le gabarit en fréquence, seule la valeur maximale a augmenté et les valeurs maximales autorisées des bandes latérales définies dans l’ETSI 300 330 n’ont, elles, pas été modifiées. Cela implique certaines restrictions d’usage à l’emploi du niveau de + 60 dBµA/m. Afin que les bandes latérales du signal rayonné par la station de base continuent à satisfaire le gabarit autorisé, il faut principalement réduire le débit de la communication, ce qui n’est pas défini dans les normes ISO 15693 et ISO 18000-3. Cependant, la voie de retour de l’étiquette vers l’interrogateur peut continuer de fonctionner à des débits ISO plus élevés, car les signaux renvoyés par modulation de charge de l’étiquette sont très faibles. Cette particularité définit les usages spécifiques suivants :
• en courtes distances, à débits rapides : identification de produits sur ligne de production ;
• en courtes distances, à débits lents : identification d’objets sur des présentoirs de rayons (champs magnétiques de formes bien définis) ;
• en moyennes ou longues distances, à débits rapides : suivi de palettes, emballages primaires et secondaires, de volumes importants (en m3) conformes aux normes ISO 15693 / 18000-3 et à la puissance de 42 dBµA/m ;
• en longues distances, à débits lents, hors ISO, en utilisant la puissance de + 60 dBµA/m : détection EAS (Electronic Alarm Surveillance) en sortie de caisses de magasins, à longue distance.
Pour résumer, en France, les solutions à 13,56 MHz en portiques et UHF avec des stations de base mono-statiques donnnent des résultats opérationnels de distance sensiblement identiques. Il faut toutefois garder à l’esprit que ces valeurs doivent être pondérées en fonction des types de matériaux constituant les objets présents dans le champ (air, plastic, eau, métal, etc.), occasionnant des atténuations spécifiques aux deux bandes de fréquence.
4.3.2 Distances et performances en UHF (autour de 900 MHz)
Comme évoqué précédemment, les bandes de fréquences UHF utilisables ne sont pas les mêmes dans le monde entier (aux USA = 902 à 928 MHz, en Europe = autour de 868 MHz, au Japon = 952 à 954 MHz). D’autre part :
o USA = 4 W EIRP (FHSS et DSSS autorisés), rapport cyclique = 100% intérieur et extérieur
o Europe = 500 mW ERP = 820 mW EIRP, rapport cyclique = 10% intérieur et extérieur = 2 W ERP = 3,82 W EIRP, LBT intérieur et extérieur
• les rapports cycliques « on/off » autorisés sont également différents :
o USA = 100 % @ 4 W EIRP
o Europe = 100 % @10 mW ERP
o Europe = 10 % @ 500 mW ERP
o France = 10 % @ 500 mW ERP
o Europe = LBT19 @ 2W ERP
o France = 500 mW ERP et rapport cyclique =10 % = LBT @ 2W ERP
• le fait d’effectuer des transmissions en UHF et d’avoir des antennes fréquemment accordées en demi longueur d’onde confère une directivité à la transmission, dont le lobe principal a une ouverture d’environ +/- 30 à 40°, p ris à partir de l’axe de l’antenne. Ceci rend « aveugle » une partie du volume situé au devant de l’antenne UHF, et oblige souvent à reculer les objets afin de pouvoir les lire dans l’angle du cône de directivité. Cet effet est encore accentué lors de l’emploi d’une antenne de gain élevé, la directivité augmentant de la même façon
• en ce qui concerne les circuits d’émission et de réception :
o aux USA et dans d’autres pays, il est possible d’utiliser des systèmes fonctionnant selon des techniques d’étalement de spectre (FHSS ou DSSS), ce qui améliore fortement les possibilités d’extraction du signal du bruit et les plages de distances de fonctionnement ;
o en Europe et en France, ces techniques ne sont pas autorisées : il est obligatoire de fonctionner en mode de bande « canalisée » dit « bande étroite» ou en mode « LBT » dans les pays où cela est permis ;
• réglementations à satisfaire pour les valeurs de champs rayonnés : en général elles ne représentent pas le point bloquant, critique ou sensible des applications.
Ces paramètres permettent d’obtenir, à une date donnée, pour une même technologie de composant, pour les mêmes fonctionnalités (lecture ou lecture/écriture), en accord avec les réglementations en vigueur, des distances théoriques (en champ libre), hors tolérances de fonctionnement - sur l’axe de l’antenne Ces distances doivent toutefois être adaptées en fonction de la directivité de l’antenne utilisée, des tolérances, réflexions, absorptions, etc.
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Distances théoriques et non opérationnelles20 :
UHF aux USA :
de l’ordre de 7à 8 m (avec 4 W EIRP 100 % + FHSS)
UHF en Europe :
• de l’ordre de 0,6 m (avec 10 mW et rapport cyclique =100%) ;
• de l’ordre de 4 m (avec 500 mW ERP et rapport cyclique = 10%) ;
• de l’ordre de 7 à 8 m (avec 2 W ERP LBT)(*). En France :
• de l’ordre de 4 m (avec les 500 mW ERP et rapport cyclique = 10%) ;
• de l’ordre de 8 m pour 2W LBT.
4.3.3 Distances et performances en SHF (2,45 et 5,8 GHz)
Les conclusions des paragraphes précédents sont pratiquement les mêmes pour la bande de fréquences autour de 2,45 GHz, non pas pour sa valeur qui est ici assez bien définie, mais en ce qui concerne les sous bandes et puissances pouvant être émises, les restrictions suivant les pays, les dérogations possibles et leurs conditions de délivrance ainsi que les distances de lecture et d’écriture dans le cas de transpondeurs passifs, sans batterie à leurs bords. De plus de nombreuses autres applications utilisent cette fréquence, par exemple les dispositifs Bluetooth, Wireless LAN Wi-Fi, etc.