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

Nous représentons sur la Figure II.8, la réponse d’un tag SAW reçue par le lecteur.

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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.

Figure II.12 : Résonateurs proposés par Vena et al. [II.8-9]

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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). conventionnels. Nous présentons dans cette section, quelques exemples de capteurs basés sur ce principe. Nous distinguerons les capteurs conçus selon une approche basée sur la variation d’amplitude et ceux fonctionnant selon une approche basée sur une variation fréquentielle.

II.1- La RFID conventionnelle

II.1.1- Approche basée sur une variation d’amplitude a- Détection du niveau d’eau

En 2011, un capteur capable de détecter le niveau d’eau à l’intérieur d’un récipient est présenté par Capdevila et al. [II.10]. Il consiste à intégrer plusieurs tags (à 868 MHz) dans un récipient d’eau, comme nous pouvons le voir dans la Figure II.13 (a).

a) b)

Figure II.13: a) Récipient d'eau contenant plusieurs tags, b) Réponse des six tags en fonction du temps de vidange du récipient

Deux situations se présentent :

 Lorsqu’un tag est entouré d’air, il fonctionne normalement.