Antennes RFID pour des applications off-body

La technologie des antennes RFID

L’intérêt de la technologie RFID

La technologie RFID a été proposée pour des besoins de traçabilité définit sous la norme IS08402 comme « l’aptitude à retrouver l’historique, l’utilisation ou la localisation d’une entité au moyen d’une identification enregistrée» (ISO 8402). L’entité peut désigner une activité, un processus, un produit, un organisme ou une personne. Historiquement, ce domaine a commencé avec de simples étiquettes écrites à la main. Par la suite, 1 es codes à barres imprimés ont vu le jour pour rem pl ac er ces étiquettes.
Cependant, l’utilisation de ces codes à barres nécessite une visibilité directe et à courte distance [2]. Cette technologie présente des contraintes à savoir, une limite de stockage et facile à détériorer en plus du fait qu’elle ne soit pas modifiable.
Les codes à barres sont passifs, ce qui les rend inadéquat pour un grand nombre des différents scénarios de traçabilité [3]. De ce fait, le développement d’une solution électronique sans contact, flexible et à longue portée est nécessaire. Donc, la technologie RFID a été proposée pour une meilleure alternative aux codes à barres.

 Domaine d’application

Le marché de la technologie RFID est en pleine expansion : 126 puces RFID sont vendues chaque seconde, soit 3,98 milliards d’étiquettes RFID par année. Un marché de 7,5 milliards de dollars qui sera multiplié par 4 d’ici 2022 [4]. Ce chiffre de vente est dû essentiellement à l’intégration de la technologie RFID à la technologie habilitante « enabling technology » [5]. Cette dernière offre aux entreprises l’opportunité de déployer cette technologie selon leur besoin tel que; achat, vente, commercialisation, marketing et communication etc.
La technologie RFID peut être déployée dans plusieurs domaines à savoir :
~ Logistique : C’est l’un des secteurs d’activités principales de la technologie RFID. Les codes à barres ont été remplacés par les tags. C’est en repérant plusieurs tags en temps réels que la RFID était employée dans les grands conteneurs. On peut la trouver aussi dans différentes applications comme les médicaments et les marchandises.
~ La traçabilité : C’est une dérivation de la précédente application. Les informations sur l’historique de déplacement et le temps de stockage peuvent être transmise grâce aux tags installés sur les différents produits. Cette technique est utilisée dans les hôpitaux pour suivre le processus de soin ainsi que le déplacement des patients.
~ Paiement : Les cartes de crédit et de débit qui permettent d’effectuer des paiements sans contact avec le terminal de paiement, utilisent la RFID.
~ Implant et systèmes intelligents : La RFID peut être implémentée sous forme de puce ou petite antenne intégrée directement dans un corps humain ou animal pour assurer une identification en temps réels. En outre, une antenne RFID accompagnée d’un système d’acquisition de données forme un capteur intelligent capable de récupérer des informations sur l’environnement qui 1′ entoure ou bien un sujet spécifique sur lequel il est implanté.

 Topologie RFID

Le système RFID est une technologie d’identification automatique qui exploite le rayonnement radiofréquence pour identifier les objets porteurs d’étiquettes lorsqu’ils passent à proximité d’un interrogateur [5]. D’après cette définition, on peut diviser le système RFID en deux grandes catégories à savoir l’étiquette (TAG) et l’interrogateur (Reader). La communication sans fil entre ces deux composants est assurée par une émission d’ondes radios. La communication suit une séquence de commandes d’envoie et de réception et elle est établie suivant plusieurs fréquences et différent types de système RFID.

Types de système RFID

Il est à noter qu’il existe plusieurs bandes de fréquences dédiées à la technologie RFID. C’est toute une gamme de fréquence allant des basses fréquences (LF Low frequencey) jusqu’à des fréquences très élevées (SHF Super High Frequencies).
Pour le système de communication RFID, la transmission et la réception de l’information entre l’interrogateur et l’étiquette est assurée via le transfert d’ondes électromagnétiques. L’implémentation des systèmes RFID tag se fait de différentes manières : passive, semi-active et active.
~ Passive: les étiquettes sont alimentées par les ondes émises de l’interrogateur. Ces ondes sont captées et transformées en signal électrique. Les étiquettes RFID passives sont basées sur la technique de rétro-module « backscattering ».
~ Active : Les étiquettes sont alimentées par une source d’énergie embarquée (une batterie ou une pile). Ce qui permet aux étiquettes d’envoyer ou de recevoir des informations en temps continue.
~ Semi-active : également appelé semi-passifs, l’étiquette est alimentée par une source non continue d’énergie embarquée. Différemment à l’étiquette active, les semi passifs envoient ou reçoivent les informations à des intervalles du temps réguliers et  programmables.
Outre la communication à champ proche qui est basée sur un couplage inductif , la communication entre l’interrogateur et l’étiquette est assurée par le champ magnétique induit. La distance entre les deux composants est très petite, elle est largement utilisée pour les basses fréquences.
Le centre Auto-ID [7] a bien séparé les systèmes RFID suivant des classes basées
sur leurs fonctionnalités.

RFID Passif

Caractéristiques

Présentement, les tags RFID passifs sont les plus utilisés dans le marché [4]. Les principaux critères de choix d’un tag RFID sont la taille et les performances. En fonction de ces caractéristiques, le prix des RFID passif tags varie entre quelque centime jusqu’à une dizaine de dollars [ 4]. Les domaines d’utilisation des systèmes RFID passifs sont très variés, à savoir, la gestion de stock, le suivi des colis, l’identification des animaux, la traçabilité … etc.
Les caractéristiques des tags passifs peuvent aussi différer par rapport à la fréquence (ex. Pour les basses fréquences (125 et 132khz), la portée typique est de 0.5 rn [4]). Ces tags sont relativement chers, mais ils ont une bonne performance en milieu métallique ou liquide [ 4]. De même, les caractéristiques en termes de coût et portée sont presque les mêmes en HF (13.54 MHZ avec une portée de 1 rn).
La bande de fréquence, des tags RFID passifs, la plus demandé sur le marché, est de 860 960MHz. Ce type de tags a eu sa grande réputation grâce à sa longue portée allant de 3 rn à 6 m.
Elles ont été adaptées à la lecture en volume à des longues distances, cependant, leurs performances peuvent être dégradées en milieu métallique, liquide ou humain . Pour la bande ISM de 2.4GHz et 5.8 GHz, les caractéristiques sont similaires à celle de 1 ‘UHF sauf qu’elles ont une portée de 1 rn seulement. Cette bande de
fréquence est très utilisée dans le domaine médical .
En résumé, les antennes tags RFID passifs offrent de meilleures performances dans l’espace libre, néanmoins, la présence d’objets ou de milieu différent limite et dégrade considérablement leurs performances.

 Limitations

Comme indiqué précédemment, les performances d’un tag RFID passif dépendent de l’objet auquel elle est attachée et le milieu où ces tags rayonnent. Ses pertes de performance sont dues aux caractéristiques du matériel en question qui peuvent affecter les propriétés de 1′ antenne en termes de substrat, diélectrique, tangente de perte, l’impédance, la radiation et l’efficacité..
Par exemple, dans un milieu souterrain tel que la mine, le niveau trop élevé d’humidité peut affecter le matériau de 1 ‘antenne (diélectrique et tangente de perte) d’où un changement et décalage de la fréquence de résonance de l’antenne [8]. En outre, les antennes peuvent être attachées à un corps humain (un minier) qui a une permittivité diélectrique très élevée causant des pertes significatives et affectant ainsi les performances de 1 ‘antenne. Aussi, la présence de métaux et de 1’ eau dans les mines peut affecter la réponse de l’antenne. Pour contrer ce problème, l’utilisation de matériaux en mousse (foams) ou plastic est envisagée.

Table des matières

Liste des figures
Liste Des Tableaux
Liste des abréviations
Résumé
CHAPITRE 1 Introduction Générale 
1.1 Contexte de l’étude
1.2 Problématique du projet
1.3 Solutions proposées
CHAPITRE 2. La technologie des antennes RFID
2.1 L’intérêt de la technologie RFID
2.2 Domaine d’application
2.3 Topologie RFID
2.4 Types de système RFID
2.5 RFID Passif
2.5.1 Caractéristiques
2.5.2 Limitations
CHAPITRE 3. Antennes RFID (Étiquettes) 
3.1 Théorie de la RFID
3 .1.1 Paramètres du circuit
3.1.2 Paramètres de rayonnement
3.2 Types des tags RFID passifs
3.2.1 Tag en boucle
3.2.2 L’antenne Tag dipôle
3.2.3 Patch Tags
3.2.4 Mécanisme d’alimentation du patch
3.3 Les puces RFID
CHAPITRE 4. Substrat LCP et Capteurs CNT
4.1 Polymère à cristaux liquide (Liquid Crystal polymer)
4.1.1 Définition du LCP
4.1.2 Propriétés chimiques de LCP
4.1.3 Propriétés électriques du LCP
4.1.4 Propriété du substrat LCP
4.1.5 Application du substrat LCP
4.2 Les Nanotubes de Carbon
4.2.1 Définition
4.2.2 Types de nanotubes de carbone
4.2.3 Propriétés électriques
4.2.4 Les capteurs à base de la technologie RFID
4.3 Étiquettes RFID pour détection de gaz
4.3.1 Conception
4.3.2 Résultats
4.4 Étiquette RFID entièrement conçue en CNT
4.4.1 Conception
Figure 4.16 : Vue d’ensemble de l’antenne tag CNT-RFID passive
4.4.2 Résultats
4.5 Synthèse
CHAPITRE 5. Antennes RFID pour des applications off-body
5.1 Le travailleur minier et son environnement
5.2 Les propriétés électriques du corps humain
5.3 Équations électromagnétiques dans le corps humain
5.4 Taux d’absorption spécifique (Specifie Absorption rate, SAR)
5.5 L’antenne tag RFID imprimée sur un substrat LCP mince
5.5.1 Conception
5.5.2 Résultats
5.5.3 Effet des encoches
5.5.4 Effet du plan de masse étendu
5.6 L’antenne RFID tag en contact avec le corps humain
5.6.1 Modèle du corps humain (Gustave)
5.6.2 Résultats
5.6.3 Conclusion
CONCLUSION
RÉFÉRENCES

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