La simulation des antennes des tags RFID UHF passifs

La simulation des antennes des tags RFID UHF passifs

Introduction générale

Antennes UHF et ULB multistandards pour des application RFID passives 1 Depuis la nuit de temps, il a toujours été une préoccupation pour l’homme d’identifier, de localiser et de suivre des objets en utilisant d’abord l’identification visuelle puis remplacée par des équipements électroniques. Plusieurs systèmes pratiques ont été utilisés au cours des années, de motifs uniques ont été placés sur des objets, et des appareils de reconnaissances pouvaient identifier ces codes et par la même voie l’objet sur lequel ils sont collés. De là est né le système de codes à barres qui, pendant plusieurs années, a permis de réaliser ce rêve d’identification des objets. Cependant les codes à barres présentent plusieurs lacunes, notamment le manque de stockage de données, la nécessité de scanner, etc. Ces déficits ont continuellement poussé l’homme à la recherche d’une meilleure solution pour pallier à ce manque, et voilà pourquoi est née très récemment la technologie RFID. Actuellement, le code à barres est progressivement remplacé par des puces RFID (pour Radio-Frequency Identification) ou « étiquettes» communicantes ayant lapossibilité de stocker de l’information de nmanière dynamique et de communiquer sans fil avec leur l’environnement ambiant. Or depuis quelques années, bon nombre de chercheurs et industriels ont montré que l’on pouvait tirer parti de cette « instrumentation des produits » via ces technologies.

Des apports ont été démontrés dans des domaines tels que la traçabilité, la lutte contre les « contre-façons », le pilotage de la production, la domotique, etc. La prolifération de ces puces semble aujourd’hui très importante. On cherche à les attacher à des produits usuels, tels les passeports pour augmenter la sécurité, par exemple. Il suffit de présenter un « passe » à une borne de métro pour valider et compter ses trajets. Il n’est presque plus nécessaire de patienter pour valider son identité dans bon nombre d’endroits. On a vu même des puces sous-cutanées qui peuvent identifier des humains. Il y a donc des questions d’éthique sérieuses quant à leur application dans le monde actuel. Techniquement, on peut lire désormais les puces incorporées dans des vêtements et produits ordinaires sans que celui qui porte avec lui ces puces le sente.

Normalisation EAN

L’EAN ou European Article Number est une norme garantissant que le code à barres d’un article sera reconnu dans tous les pays de l’Union Européenne. L’EAN assure aussi une compatibilité avec les codes UPC utilisés en Amérique du nord. Le mot codé est constitué de 8 ou 13 caractères repartis entre trois zones comme présentées sur les figures 1.1 et 1.2. La lecture se fait de gauche à droite.
 Le « drapeau » codant sur deux caractères et qui exprime le pays d’origine du code
 La « zone utile de codage » qui comprend 10 caractères dont les 4 premiers représentent le fabricant et les 6 derniers l’article (cas d’un code sur 13 chiffres).
 Le dernier caractère est le « code de contrôle » qui détermine la validité du code

Définition RFID

Le terme « RFID », acronyme de l’expression anglo-saxonne « Radiofrequency Identification » Identification (à l’aide d’ondes) Radiofréquences, elle fait partie des technologies d’identification automatique (AIDC, Automatic Identification and Data Capture) [6], au même titre que le code à barres, la reconnaissance de caractères, la reconnaissance de formes, ou les cartes à pistes magnétiques. [7] C’est un terme générique qui désigne un vaste ensemble d’applications pour l’identification «d’objets » au sens large, d’en suivre le cheminement et de tirer des informations sur l’objet en question à distance grâce à une étiquette à radiofréquence, au moyen d’une communication par ondes radio, c’est-à-dire « sansfil ». Tout (personnes, objets, végétaux, etc.) est a priori identifiable et le terme « RF » couvre tous les types de liaisons « sans fil » ou « sans contact » réalisées à l’aide d’ondes électromagnétiques, des très basses fréquences (TBF) aux infra-rouges et jusqu’à la lumière visible. [7]

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Table des matières

Dédicace
Remerciement
Résumé
Abstract
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Acronymes & Abréviation
Introduction générale
Chapitre I : l’identification par radio fréquence RFID
I.1 Présentation du chapitre
I.2 Les différents types de technologies d’identifications automatiques
I.2.1 Bref aperçu sur les codes a barres
I.2.2 Lecture d’un code à barres
I.2.3 Impression d’un code à barres
I.2.4 Normalisation EAN
I.2.5 Quelques exemples de codes à barres
I.3 L’Identification par Radiofréquence
I.3.1 Historique
I.3.2 Définition RFID
I.3.3 La technologie
I.3.3.1 Les systèmes qui fonctionnent par couplage magnétique
I.3.3.2 Les systèmes qui fonctionnent par couplage électrique en champ lointain
I.4 Présentation d’un système RFID (Composants de base)
I.4.1 Le tag (étiquette)
I.4.2 Le lecteur
I.4.3 Communication lecteur-étiquette
I.4.3.1 Protocoles de communication – Collisions
I.4.3.1.a Protocole TTF
I.4.3.1 .b Protocole RTF
I.5 Les différents types de tags et leurs spécificités techniques
I.5.1 Les systèmes RFID UHF et Micro-ondes
I.5.1.1 Les systèmes sans puces
I.5.1.2 Les systèmes avec puces
I.5.1.2.1 Tags passifs (sans batterie)
I.5.1.2.2 Tags semi-passif
I.5.1.2.3 Tags actifs
I.5.2 La RFID BLU
I.6 Traitement et stockage des données
I.7 Problèmes de collision
I.8 Nécessité d’un numéro unique
I.9 Le problème des fréquences
I.9.1 Description des bandes de fréquences utilisées en RFID
I.10 Normes des systèmes RFID
I.11 Applications
I.12 Avantages et inconvénients
I.12.1 Avantages
I.12.2 Inconvénients
I.13 Conclusion
Chapitre II : Les antennes RFID
II.1 Introduction
II.2 Qu’est ce qu’un champ électromagnétique ?
II.3 Caractéristiques des antennes
II.3.1 Caractéristiques de rayonnement
II.3.1.1 Diagramme de rayonnement
II.3.1.1.a Directivité
II.3.1.1.b. Gain
II.3.1.1.c Lobes et zéros secondaires
II.3.1.2. Puissance rayonnée
II.3.1.3 Résistance de rayonnement
II.3.2 Caractéristiques électriques
II.3.2.1 Coefficient de réflexion S11
II.3.2.2 Impédance d’entrée
II.3.2.3 Bande ou fréquences d’utilisation
II.3.2.4 Rendement
II.4 Classification des antennes
II.4.1 Antennes Omnidirectionnelles
II.4.2 Antennes Sectorielles
II.4.3 Antenne Directionnelle (directives)
II.5 Choix de la technologie des antennes imprimées
II.6 Domaine d’utilisations
II.7 Description de l’antenne imprimée
II.7.1 Le substrat
II.7.2 Les éléments rayonnants (Patchs)
II.7.3 Méthodes d’alimentation
II.8 Antennes dans les applications RFID
II.8.1 Antenne ultra large bande
II.8.2 Types d’antennes ULB
II.8.3 Les principaux types d’antennes de tags RFID UHF passifs
II.14 Conclusion
Chapitre III :Simulation d’antennes imprimées UHF et ULB
III.1 Introduction
III.2 La méthodologie de conception d’antennes de tags RFID UHF passifs
III.3 La simulation des antennes des tags RFID UHF passifs
III.3.1 Antenne Quasi Log-Périodique
III.3.1.1 Design de l’antenne
III.3.1.2 Simulation
III.3.1.3 L’adaptation l’antenne à la puce
III.3.1.4 Interprétation des résultats
III.3.2 Antenne T-Match du dipôle planaire
III.3.2.1 Design de l’antenne
III.3.2.2 Simulations sous le logiciel CST Studio
III.3.2.3 Détermination de l’impédance de l’antenne
III.3.2.4 Interprétation des résultats
III.3.3 Antenne IFA
III.3.3.1 Résultats obtenus par le simulateur CST MWS
III.3.3.2 Interprétation des résultats
III.3.4 Antenne PIFA
III.3.4.1 Simulations et résultats
III.3.5 Antenne dipôle replié et antenne méandre
III.3.5.1 Antenne dipôle replié
III.3.5.1.1 Antenne dipôle replié avec du substrat FR4
III.3.5.1.2 Antenne dipôle replié avec un substrat du polyamide
III.3.5.1.3 Antenne dipôle replié avec un substrat du papier
III.3.5.1.4 Interprétation générale
III.3.5.2 Cas d’une ligne méandre
III.3.5.2.1 Ligne méandre avec du substrat FR4
III.3.5.2.2 Antenne ligne méandre avec un substrat du polyamide
III.3.5.2.3 Antenne ligne méandre avec un substrat du papier
III.3.5.2.4 Interprétation générale
III.3.6 Antenne IFA fonctionne à la fréquence 2.4 GHz
III.3.6.1 Géométrie d’antenne IFA
III.3.6.2 Simulation et résultat
III.3.7 Antenne MFNSPA (Minkowski Fractal Nested-Slot Patch Antenna)
III.3.7.1 Simulation et résultat
III.4 Antennes ultra large bande
III.4.1 Antenne sans encoches
III.4.2 Antenne BLU avec encoches
III.4.3 Antenne BLU avec fentes
III.5 Conclusion
Conclusion générale
Annexe
Bibliographie