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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/327834060 Augmentation de la Portée des Tags RFID Passifs en UHF: Un Bref Etat de l’Art Conference Paper · June 2018 CITATIONS 0 READS 369 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Machine Learning for Optimizing Power Management in Enegy Harvesting Wireless Sensors Networks (EHWSN) View project Behavioral Modeling of Analog and Mixed-Signal (AMS) Circuits in High Temperature View project Sahbi Baccar Groupe Cesi 15 PUBLICATIONS 30 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Sahbi Baccar on 23 September 2018. The user has requested enhancement of the downloaded file. Augmentation de la Portée des Tags RFID Passifs en UHF: Un Bref Etat de l’Art Sahbi BACCAR E.I CESI Rouen, Parc de La Vatine, 1 Rue G. Marconi, 76130 Mont-Saint-Aignan dr.sahbi.baccar@ieee.org Abstract— Cet article résume les facteurs limitant la portée d’une communication entre un lecteur et un tag passif RFID en UHF. Un bref état de l’art de quelques réalisations de la littérature visant l’amélioration cette portée est présenté aussi. Mots Clefs—RFID, UHF, Portée, Tag, Passif, Puissance, Antenne, Polarisation, Diversité, Adaptation, Sensibilité, Gain I. INTRODUCTION La Technique d’identification par radiofréquence RFID est de plus en plus utilisée dans des applications diverses (industrielles, civiles, santé, etc.). Elle a permis de mieux gérer l’identification de produits, de marchandises, etc. mais aussi d’offrir de nouveaux services quand elle est utilisée avec des capteurs. L’identité est alors associée à d’autres types d’informations telles que la position, la température, etc. Avec l’avènement d’une nouvelle ère de réseaux d’objets connectés, il est attendu que l’utilisation des tags RFID continuera à connaitre une croissance considérable pour connecter ces tags aux réseaux d’IoT [1]. Les étiquettes RFID devraient être idéalement passifs car il ne sera pas pratique d’alimenter un très grand nombre de tags RFID par des batteries dans un milieu industriel par exemple. Le remplacement des batteries ou piles, en effet, chaque fois épuisées, ne représente une alternative ni économique, ni écologique. Toutefois, le défaut majeur des tags passifs est leur portée est assez limitée. Afin de l’améliorer, plusieurs solutions ont été proposés dans la littérature, jouant sur plusieurs paramètres, comme le niveau de puissance émise, les gains des antennes, la forme des signaux émis, etc. Dans ce travail, nous classifions et nous résumons ces travaux selon le type de solution envisagée et les facteurs limitant la portée RFID en UHF. L’article est organisé comme suit : le paragraphe II donne une estimation théorique de la portée. Le paragraphe III liste les facteurs de limitation de la portée et donne quelques solutions de la littérature. II. ESTIMATION THEORIQUE DE LA PORTEE L’équation de Friis et l’équation de la surface équivalente du radar définissent une première expression pour estimer les portées du tag et du lecteur rtag et rreader. La communication tag-lecteur n’est pas symétrique avec la communication lecteur-tag. Cette dissymétrie est due au principe-même du fonctionnement de l’identification par RFID. En fait, le lecteur, alimenté par des batteries, génère un signal modulé, souvent en ASK. Il interroge après le tag qui s’alimente grâce au signal reçu et utilise une partie de la puissance reçue pour répondre au lecteur qui démodule alors le signal reçu [2], [3]. (où λ: longueur d’onde K : coefficient caractérisant les pertes, Gread, Gtag : gain des antennes respectifs du lecteur et tag, Ptag,T, Pread,T ; puissances transmises respectives du tag et du lecteur et SENtag, SENread, : sensibilités respectives du tag et du lecteur). 1/4 , 2 2 . 4 tag T tag read tag read P r K G G SEN          (1) 1/2 , 2 2 . 4 read T reader read tag tag P r K G G SEN            (2) III. FACTEURS LIMITANT LA PORTEE ET SOLUTIONS A. Puissance apparennte rayonnée émise D’après l’équation (1) et (2), la portée croît quand la puissance émise croît. On pourrait penser qu’il suffit juste d’augmenter la puissance émise pour augmenter rtag et rreader. Malheureusement, cette déduction n’est pas tout à fait précise. En effet, même si le lecteur est alimenté, et qu’il pourra augmenter suffisamment sa puissance transmise, la réglementation prévoit des niveaux d’émission maximaux. Du coté tag, l’augmentation de la puissance n’est pas toujours possible comme il utilise toute son énergie de fonctionnement et de rayonnement à partir de l’énergie qu’il récupère du tag, elle-même relativement limitée. Par contre, ce qui compte réellement dans le budget de liaison est la puissance apparente rayonnée EIRP. Cette dernière peut être exprimée à l’aide du gain de l’antenne et des pertes. ( ) ( ) ( ) ( ); , i i TX i i EIRP dBW P dBW L dB G dBi i reader tag     En jouant sur les gains des antennes, la puissance effective rayonnée, les deux portées peuvent alors être améliorées. B. Gain des antennes Le gain de l’antenne du tag est souvent variable [4]. Cette variation est due à l’effet des matériaux auxquels les tags sont attachés. En outre, un changement dans les caractéristiques de rayonnement de l’antenne (directivité, diagramme de rayonnement, etc.) est aussi souvent observé à cause de l’apparition de courants induits dans ces matériaux. Pour remédier à ce problème, il faut utiliser des antennes à gain élevés. C. Impédance de l’antenne et adaptation L’adaptation de l’impédance de l’antenne à celle du chip est un des facteurs principaux causant une dégradation dans la puissance reçue et émise par le tag et le lecteur. Cette mauvaise adaptation s’explique par plusieurs facteurs tels que la variabilité de cette impédance, la présence d’obstacles et notamment les obstacles métalliques dans l’environnement, etc. D. Polarisation de l’Antenne Les polarisations des antennes du tag et du lecteur jouent un rôle important dans la limitation de portée. Quand l’orientation des deux antennes est connue à l’avance, il est possible de choisir une même polarisation linéaire. Par contre, quand l’orientation des antennes n’est pas connue à l’avance, il est préférable d’avoir une diversité de polarisation avec une polarisation croisée circulaire. E. Sensibilité La sensibilité est définie comme les niveaux de puissances minimales permettant respectivement au lecteur de lire le code envoyé par le tag et au tag de s’alimenter. La sensibilité du lecteur est plus faible que celle du tag. Plus ce paramètre est faible, plus les deux portées sont grandes. La sensibilité du lecteur dépend de son architecture interne, de son implémentation matérielle, du protocole de communication adopté et du rapport signal à bruit définissant le taux d’erreur binaire maximal dépendant lui- même du type de modulation utilisé. F. Pertes différentes (insertion,câbles,isolation RX/TX) Les adaptateurs ou les câbles ajoutent des pertes supplémentaires dégradant la portée. D’autre part, les lecteurs possédant souvent une seule antenne à la fois émettrice et réceptrice, il existe une isolation le Tx et le Rx grâce à un circulateur ou un coupleur. Un défaut dans cette isolation pourra augmenter les interférences entre les signaux reçu et transmis et réduire la portée. Proposer de nouvelles architectures de circulateurs avec une bonne isolation pour les lecteurs pourrait contribuer dans l’amélioration de la portée du lecteur ainsi que sa sensibilité. G. Temps cyclique d’envoi Le temps cyclique d’envoi est le temps pendant lequel le lecteur interroge le tag. Un temps cyclique plus important permet d’émettre plus longtemps et augmentera donc la portée. La référence [5] a établi un modèle analytique dans lequel l’impact du temps cyclique sur la portée est évalué. H. Detuning de l’antenne du tag et absorption Les matériaux ou les objets présents au voisinage des tags RFID n’ont pas seulement un impact sur le gain des antennes des tags, mais aussi sur la valeur de leurs impédances. Les objets métalliques perturbent particulièrement plus que d’autres types d’objets les antennes RFID. La présence d’obstacles pourrait causer aussi une absorption d’une partie de la puissance [4]. I. Affaiblissement de parcours, fading et effet de masque Comme le prévoit le modèle de propagation dans l’espace libre et l’équation de Friis, l’affaiblissement de parcours est le premier responsable sur la décroissance rapide de la puissance. Le fading ou évanouissement est dû à l’interférence destructive des signaux suivant des trajets différents résultant des mécanismes de propagation. L’évanouissement est une atténuation à très court terme qui s’accompagne avec une autre à moyenne échelle : l’effet de masque. Il se produit quand un obstacle masque le Tx. J. Interférences et signaux parasites Les interférences se produisent quand d’autres signaux tombent accidentellement dans la bande UHF. Ces signaux peuvent être des signaux parasites générées par d’autres équipements par mauvais respect des normes de compatibilité électromagnétique ou des signaux provenant d’autres tags et/ou lecteurs. Les applications où on utilise plusieurs lecteurs et/ou plusieurs tags sont de plus en plus nombreuses. Placer, en particulier, des tags de façon très proche les uns aux autres produit des effets de proximité réduisant la portée de l’émission du lecteur. Maitriser cet emplacement permettra d’augmenter la portée. K. Circuits/systèmes répteurs uploads/Litterature/ article-augmentation-portee-tags-rfid-passifs-sahbi-baccar-colloque-gdr-soc2-2018.pdf