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Solutions novatrices pour lrsquoameacutelioration du taux delecture de tags RFID UHF dans des environnements

complexesRafael Antonio Quiroz Moreno

To cite this versionRafael Antonio Quiroz Moreno Solutions novatrices pour lrsquoameacutelioration du taux de lecture de tagsRFID UHF dans des environnements complexes Electronique Universiteacute Paris-Est 2014 FranccedilaisNNT 2014PEST1037 tel-01133479

UNIVERSITE PARIS-EST

ECOLE DOCTORALE MSTIC

THESE

Preacutesenteacutee par

Rafael Antonio QUIROZ MORENO

Pour obtenir le grade de

Docteur de lrsquoUniversiteacute Paris-Est

Speacutecialiteacute Electronique

Solutions novatrices pour lrsquoameacutelioration du taux de

lecture de tags RFID UHF dans des environnements

complexes

Thegravese dirigeacutee par le Professeur Jean-Marc LAHEURTE

Date de la soutenance 4 mars 2014

Rapporteurs

Thierry MONEDIERE Professeur agrave lrsquoUniversiteacute de Limoges

Philippe PANNIER Professeur agrave lrsquoEcole Polytechnique Universitaire de Marseille

Examinateurs

Thierry ALVES Ingeacutenieur agrave lrsquoONERA

Jean-Marc LAHEURTE Professeur agrave lrsquoUPEM

Catherine LEPERS Professeur agrave Teacuteleacutecom SudParis

Odile PICON Professeur agrave lrsquoUPEM

Deacutedicaces

A ma megravere

Remerciements

Je tiens tout particuliegraverement agrave remercier les Professeurs Philippe Pannier et Thierry

Monediegravere drsquoavoir accepteacute de rapporter sur cette thegravese

Ce travail ainsi que ma vie pendant ces quatre derniegraveres auraient bien diffeacuterents si je

nrsquoavais pas eu lrsquoopportuniteacute de faire mon master recherche agrave lrsquouniversiteacute Paris-Est Marne-la-

Valleacutee Pour cela je remercie Mme Catherine Lepers directrice du master EOE agrave Teacuteleacutecom

Sud Paris et Mme Odile Picon responsable du master SCHF Elles ont rendu possible ma

participation au programme de double diplocircme

A mon directeur de thegravese Jean-Marc Laheurte pour mrsquoavoir donneacute lrsquoopportuniteacute de

deacutecouvrir le monde de la recherche en mrsquoouvrant les portes du laboratoire ESYCOM drsquoabord

avec mon stage de master puis avec ce grand projet qui heureusement arrive agrave bon terme

aujourdrsquohui Son soutien tregraves opportun et son savoir mrsquoont beaucoup aideacute

A toute lrsquoeacutequipe du laboratoire ESYCOM qui pendant ces anneacutees a participeacute drsquoune

faccedilon ou drsquoune autre agrave ce projet les maicirctres de confeacuterence les ingeacutenieurs et les techniciens

A la socieacuteteacute TAGSYS RFID qui a bien voulu nous precircter une partie du mateacuteriel dont

nous avions besoin pour faire et tester nos antennes

Je voudrais remercier tregraves sincegraverement Thierry Alves avec qui jrsquoai eu la chance de

travailler et drsquoapprendre pendant presque toute la dureacutee de la thegravese Il a les connaissances et

les capaciteacutes drsquoun bon encadrant ainsi que la gentillesse et la cordialiteacute drsquoun ami Crsquoest

justement ce meacutelange qui mrsquoa permis de partager beaucoup avec lui toujours en avanccedilant dans

les projets proposeacutes Je nrsquoaurais sincegraverement jamais pu reacuteussir sans son aide Je tiens aussi agrave

remercier M Hakim Takhedmit qui a toujours eacuteteacute lagrave pour reacutepondre agrave mes questions et me

donner ses sages conseils

A M Beacuterenger Ouattara qui sans le savoir a preacutecieusement contribueacute dans une petite

partie de ce travail

Le format et la mise en page de ce manuscrit ont eacuteteacute faits avec lrsquoaide de mon ami

David Abi-Saab agrave qui je dois aussi remercier

A tous mes collegravegues doctorants du laboratoire avec qui jrsquoai partageacute plein de

connaissances ainsi que des moments de convivialiteacute et camaraderie Ces deux derniers

mrsquoont permis de continuer avec mes efforts de la meilleure maniegravere

Je dois remercier speacutecialement Nadia Haddadou pour sa preacutesence et son soutien Elle

mrsquoa montreacute qursquoon peut trouver des vrais amis mecircme si on est loin de ses racines

A Caroline Verpilleux qui a eacuteteacute la premiegravere personne agrave lire une grande partie de ce

manuscrit et corriger mes phrases penseacutees en espagnol et eacutecrites en franccedilais Je remercie aussi

son soutien constant qui mrsquoa permis de prendre conscience de mes compeacutetences afin de

donner le meilleur de moi-mecircme dans les moments ougrave jrsquoavais le plus besoin

Au football et agrave la musique deux passions qui me permettent de mrsquoeacutevader et oublier

les difficulteacutes pour retrouver agrave nouveau mon souffle et continuer de plus belle

A mon amie mon colocataire et aussi le fregravere que la vie mrsquoa offert agrave mon arriveacute en

France Hamlet Medina avec qui jrsquoai partageacute plein de moments de bonheur ainsi que les

difficulteacutes ensemble on est un binocircme parfait

A ma megravere qui mrsquoa toujours soutenu et encourageacute agrave aller plus loin Pour chacun des

succegraves dans ma vie elle a eacuteteacute preacutesente Mama a ti agradezco mi vida y todo lo que en ella he

logrado mis triunfos son tuyos Gracias a tu enorme esfuerzo como madre soy lo que soy hoy

dia Quiero que sepas que te amo y que eres lo mas importante para mi

Finalement je remercie Dieu pour avoir toujours eu la foi en lui Cela mrsquoa permis de

rester calme mecircme quand je me suis approcheacute de la laquo valleacutee de lrsquoombre de la mort raquo dans

plusieurs moments de ma vie

Reacutesumeacute

Lrsquoidentification par radio freacutequence (RFID) est une technologie utilisant les ondes

radio pour deacutetecter localiser et identifier des objets sur lesquels on place des eacutetiquettes

eacutelectroniques ou tags Cette technologie avec des fonctionnaliteacutes de deacutetection supeacuterieures agrave

2m est destineacutee agrave remplacer le code-barre existant depuis les anneacutees 1970 Durant la derniegravere

deacutecennie le deacuteveloppement de la RFID UHF a permis drsquoeacutelargir le domaine des applications

qui compte entre autres le marquage drsquoobjets le controcircle drsquoaccegraves la traccedilabiliteacute la logistique

lrsquoinventaire et mecircme les transactions financiegraveres Avec cette augmentation de la demande de

services drsquoidentification les preacutevisions pour le marcheacute de la RFID (actuellement dans les

12MM drsquoeuros) montrent une augmentation de 3MM drsquoeuros par an dans les 10 prochaines

anneacutees

Actuellement la RFID UHF preacutesente plusieurs limitations technologiques fortes

expliquant que son deacuteveloppement est moins rapide que ce qui avait eacuteteacute envisageacute il y a une

vingtaine drsquoanneacutees Deux probleacutematiques industrielles importantes sont abordeacutees dans ce

travail Tout drsquoabord la varieacuteteacute des supports sur lesquels les eacutetiquettes RFID sont placeacutees

cette variabiliteacute des supports entraicircnant un deacutereacuteglage des antennes des tags agrave cause du

changement de la permittiviteacute eacutelectrique etou de la conductiviteacute du milieu Dans ce contexte

des solutions sont proposeacutees au niveau de tags UHF pour une application sur surfaces en

plastique ou en meacutetal La deuxiegraveme probleacutematique est lieacutee au couplage entre antennes lorsque

la densiteacute de tags est forte ou aux perturbations de diagramme (masquage) dues agrave

lrsquoenvironnement proche des antennes Afin drsquoameacuteliorer le taux de lecture dans ces conditions

une antenne lecteur miniaturiseacutee agrave quatre IFAs inteacutegrant de la diversiteacute drsquoespace de

polarisation et de diagramme a eacuteteacute deacuteveloppeacutee et testeacutee dans un sceacutenario agrave forte densiteacute de

tags

Mots cleacutes RFID UHF RFID Tags UHF RFID Tags Antenne Lecteur UHF

RFID Lecture de tags RFID Taux de lecture RFID

Abstract

Radio Frequency Identification (RFID) is a technology designed to use the

electromagnetic waves backscattering to establish detection and identification for different

types of articles Due to its longer coverage range this technology seeks to replace the bars

code existing since 1970 Recently RFID developments allow the growth in the number of

applications including access control tracking and logistic inventory and even electronic

contactless payment between others With this growing in the RFID services demand the

market value previsions (currently in 12MM euros) show an increase of 3MM euros per year

during the next 10 years

Nowadays the RFID has many technical limitations that could explain the fact of the

slow growth different of the initial estimation twenty years ago Two main issues in RFID

field are treated in this work Initially the variety of supports where the tags are placed on

fact that produce an antenna mismatch due to the electrical permittivity variation For this

problem some UHF tags solutions are developed and proposed to enhance the antennas

performance for plastic and metallic supports applications The second issue which is the low

detection rate is clearly linked to the antennas coupling when the tags density is high or to the

perturbations in the readerrsquos radiation pattern due to the environment next to the antenna In

order to improve the detection-identification rate in these conditions a four IFA miniaturized

reader antenna with diversity is developed and tested

Keywords RFID UHF RFID Tags UHF RFID Reader Antenna UHF RFID tags

detection RFID read rate RFID

Table des matiegraveres

CHAPITRE 1

INTRODUCTION 1

11 HISTOIRE DE LA RFID 1

12 LIDENTIFICATION ELECTRONIQUE ET LA RFID 4

13 LE MARCHE DE LA RFID 6

14 BANDES DE FREQUENCES ET REGULATIONS 7

15 COUPLAGE INDUCTIF ET COUPLAGE RADIATIF 8

16 DOMAINES APPLICATIFS 10

17 PROBLEMATIQUE DE LA THESE 14

18 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DU CHAPITRE 1 17

CHAPITRE 2

ETUDE ET REALISATION DE TAGS POUR APPLICATIONS SUR SURFACES EN

PLASTIQUE 21

21 ETAT DE LrsquoART DES TAGS RFID UHF EN PRESENCE DE MATERIAUX

DIELECTRIQUES 21

22 MODULE MUTRAK 26

221 Chip Monza4 26

222 Boucle de couplage 28

223 Association du module Mutrak agrave un eacuteleacutement filaire rayonnant 30

23 CONCEPTION DE LrsquoANTENNE TAG 32

231 Analyse du dipocircle agrave enroulements 32

232 Couplage magneacutetique dipocircle ndash module Mutrak 35

233 Etude de lrsquoeacutecartement entre la boucle drsquoexcitation et le dipocircle 36

234 Etude des effets du glissement de la boucle drsquoexcitation le long du dipocircle 38

24 TAG COMBINANT DES DIPOLES ENROULES ET LA BOUCLE

DrsquoEXCITATION ndash REALISATION ET MESURES DE FREQUENCE DE RESONANCE

39

241 Reacutealisation de lrsquoantenne tag 39

2411 Meacutethode de mesure de la freacutequence de reacutesonance drsquoune antenne par couplage

de proximiteacute 40

2412 Module Mutrak ndash Deacutetermination expeacuterimentale de la reacutesonance 41

2413 Tag sur reacutecipient plastique ndash Reacuteglage de la reacutesonance 42

2414 Tag sur reacutecipient plastique rempli drsquoeau ndash Reacuteglage de la reacutesonance 42

2415 Antenne Combineacutee pour reacutecipient plastique vide ou rempli drsquoeau 43

2416 Tag combinant des dipocircles enrouleacutes et le Mutrak ndashMesures de distance de la

lecture 44

25 CONCEPTION ET REALISATION DrsquoUN TAG LARGE BANDE 50

251 Tag (T1) Premiegravere topologie de tag large bande agrave 2 dipocircles enrouleacutes 53

252 Tag (T2) Deuxiegraveme topologie de tag large bande agrave 2 dipocircles enrouleacutes 56

253 Performance de tags large bande en preacutesence de support plastique 58

2531 Influence du support plastique dans le cas du tag (T1) 58


26 REALISATION ET MESURE DU TAG (T2) 62

27 CONCLUSION DU CHAPITRE 2 64


CHAPITRE 3

CONCEPTION DE TAGS RFID UHF FONCTIONNANT AU VOISINAGE DE

SURFACES METALLIQUES 69

31 ETAT DE LrsquoART POUR LES TAGS RFID EN PRESENCE DE SURFACES

METALLIQUES 69

32 INFLUENCE DrsquoUNE SURFACE METALLIQUE SUR UN DIPOLE

HORIZONTAL COUPLE AU MUTRAK 81

33 PATCH ALIMENTE PAR UNE FENTE 83

331 Influence de Lslot 85

332 Influence de Wslot 86

333 Influence de lrsquoeacutepaisseur du substrat (h) 87

334 Influence des dimensions du patch 88

335 Influence des dimensions du plan meacutetallique 89

34 INSERTION DU MUTRAK DANS LA FENTE DrsquoEXCITATION 90

341 Influence de lrsquoemplacement du Mutrak 92

342 Influence de la largeur de fente Wslot 94

35 REALISATION ET MESURES 96

36 MINIATURISATION DE LrsquoANTENNE PATCH EXCITEE PAR UNE FENTE 98

361 Modification des dimensions W et L 99

362 Ajustement des dimensions de la fente 104

363 Variation de Lslot 104

364 Variation de Wslot 106

365 Deacuteplacement de la fente 108

366 Optimisation du tag avec fente ouverte 110

3661 Reacuteduction de la longueur reacutesonante du patch (L) 110

3662 Reacuteduction de la longueur de la fente Lslot 111

3663 Reacuteglage conjoint de L et Lslot pour lrsquoantenne agrave fente ouverte 113

367 Reacutealisation et mesures de lrsquoantenne miniaturiseacutee 115

37 MODIFICATION DE LA STRUCTURE POUR UTILISATION DANS LA

BANDE AMERICAINE 117


39 REacuteFEacuteRENCES BIBLIOGRAPHIQUES DU CHAPITRE 3 120

CHAPITRE 4

DIVERSITE DrsquoANTENNES APPLIQUEE AU CONTEXTE DE LA RFID 125

41 CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE DE LA DIVERSITE DrsquoANTENNES 125

42 CONCEPTION DrsquoUN MODULE DrsquoANTENNE MINIATURE

RECONFIGURABLE FOURNISSANT DE LA DIVERSITE DE DIAGRAMME ET DE

POLARISATION GRACE A DES COMMUTATEURS 128

421 Antenne miniature de base pour le module agrave diversiteacute antenne IFA 128

422 Reacuteseau drsquoantennes IFA agrave diversiteacute drsquoespace de diagramme et de polarisation 132

4221 Effet des fentes sur lrsquoadaptation et lrsquoisolation des ports 134

4222 Reacuteduction du rayonnement arriegravere (Leakage) 135

4223 Diversiteacute espace diagramme et polarisation 137

43 FABRICATION DE LrsquoANTENNE ET MESURES DES PARAMETRES S 139

431 Le coefficient de correacutelation drsquoenveloppe 140

432 Mesures du taux de reconnaissance des tags UHF et comparaison avec des

antennes commerciales 141

433 Influence de lrsquoenvironnement de mesures 146



CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES 151

ANNEXE 157

A-I IMPEDANCE ET RESULTATS DES DIPOLES D1 ET D2 POUR LE TAG T1 157

A-II IMPEDANCE ET RESULTATS DES DIPOLES D1 ET D2 POUR LE TAG T2 159

Liste des figures

Figure 1-1 Modegravele didentification par radio freacutequence deacuteveloppeacute par Crump [DOB13] 2

Figure 1-2 Systegraveme RFID par couplage magneacutetique [DOB13] 2

Figure 1-3 Systegraveme drsquoidentification deacuteveloppeacute par Sandia National Laboratories [DOB13] 3

Figure 1-4 Exemples de Tags HF agrave 1356 MHz 5

Figure 1-5 Exemples de Tags UHF Alien 5

Figure 1-6 Principe de la reacutetromodulation du champ incident rayonneacute en RFID UHF 6

Figure 1-7 Eacutevolution du marcheacute mondial de la RFID 7

Figure 1-8 Bandes de freacutequences de la RFID (LF HF UHF et micro-ondes) 8

Figure 1-9 Principe du couplage inductif en RFID LF et HF 9

Figure 1-10 Principe du couplage radiatif en RFID UHF 9

Figure 1-11 RFID pour le controcircle drsquoaccegraves 11

Figure 1-12 RFID pour inventaire manuel 11

Figure 1-13 Principe drsquoune chaicircne logistique complegravete controcircleacute par RFID 12

Figure 1-14 Principe de la traccedilabiliteacute drsquoobjets dans le cadre de la reacuteception drsquoun camion 12

Figure 1-15 Exemples de marquage RFID drsquoanimaux 13

Figure 1-16 Lecture en mouvement avec les tags statiques et lrsquoantenne du lecteur en

mouvement 15

Figure 1-17 (a) Cage de Faraday permettant de reacuteduire la lecture des tags placeacutes en dehors de

la cage (b) Convoyeur permettant drsquoassurer le suivi de bagages 15

Figure 2-1 Exemple drsquoarticles plastique 21

Figure 2-2 Tags testeacutes sur un reacutecipient plastique [FUC12] 22

Figure 2-3 Performance des tags sur reacutecipient plastique [FUC12] 23

Figure 2-4 Tags utiliseacutes dans une chaicircne de fabrication et transport de reacutecipients plastiques

[BOR10] 23

Figure 2-5 Tag (a) fixeacute au reacutecipient 24

Figure 2-6 Tag (b) fixeacute au reacutecipient rempli drsquoeau 24

Figure 2-7 Tag testeacute pour diffeacuterentes valeurs de permittiviteacute [DEL10] 24

Figure 2-8 Variation de la distance de lecture avec єr 25

Figure 2-9 Distance de lecture pour diffeacuterents types de mateacuteriaux 25

Figure 2-10 Module Mutrak [TAGSYS] 26

Figure 2-11 Modeacutelisation HFSS du module incluant une vue de la boucle et du chip monza 4

26

Figure 2-12 Circuit parallegravele eacutequivalent du chip Monza4 27

Figure 2-13 Circuit seacuterie eacutequivalent du chip Monza4 27

Figure 2-14 Impeacutedance seacuterie du chip 28

Figure 2-15 Module Mutrak (chip+petite boucle) 28

Figure 2-16 Circuit eacutequivalent de la boucle 28

Figure 2-17 Impeacutedance de la petite boucle et du chip en fonction de la freacutequence 29

Figure 2-18 Illustration du couplage magneacutetique entre une petite boucle et un conducteur

lineacuteaire placeacute au voisinage 30

Figure 2-19 Circuit eacutelectrique modeacutelisant le couplage inductif entre la boucle et le dipocircle 30

Figure 2-20 Antenne dipocircle agrave enroulements 32

Figure 2-21 Dipocircle enrouleacute exciteacute par une source 35

Figure 2-22 Impeacutedance drsquoun dipocircle enrouleacute 35

Figure 2-23 Structure du tag proposeacute 36

Figure 2-24 Evolution de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne en fonction de lrsquoeacutecartement entre le

dipocircle et la boucle 36

Figure 2-25 Evolution de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne en fonction de la position de la boucle le

long du dipocircle 38

Figure 2-26 Dipocircle enrouleacute accordeacute dans lrsquoair incluant le module Mutrak 39

Figure 2-27 Boucle de King blindeacutee agrave proximiteacute du dipocircle agrave mesurer 40

Figure 3-1 Dipocircles magneacutetique et eacutelectrique en preacutesence drsquoune surface meacutetallique 69

Figure 3-2 Tag RFID conventionnels testeacutes en preacutesence de meacutetal 70

Figure 3-3 Evolution de la performance de diffeacuterents tags avec la proximiteacute drsquoun plan

meacutetallique [DOB05] 71

Figure 3-4 Variation de lrsquoadaptation en fonction de la distance lsquolsquodrsquorsquo entre lrsquoantenne et le plan

meacutetallique [HAS11] 72

Figure 3-5 Patchs exciteacutes avec une ligne micro-ruban par couplage de proximiteacute [JEO09]

[SON06] 72

Figure 3-6 Exemples drsquoantennes PIFA utiliseacutees sans la RFID 73

Figure 3-7 Antennes patchs utiliseacutees dans la RFID 74

Figure 3-8 Impeacutedance drsquoentreacutee en fonction des paramegravetres geacuteomeacutetriques [KIM08] 74

Figure 3-9 Utilisation de patchs parasites [MIN10] 75

Figure 3-10 Antenne tag agrave polarisation circulaire [CHE12] 76

Figure 3-11 Tag flexible avec deux fentes [SON12] 76

Figure 3-12 Impeacutedance et adaptation de lrsquoantenne 76

Figure 3-13 Antenne agrave 2 patchs sur les ports du chip et son adaptation [DU13] 77

Figure 3-14 RR obtenu par Du [DU13] 77

Figure 3-15 Patch tag proposeacute par Xi [XIJ13] 78

Figure 3-16 RR par rapport agrave h substrat 78

Figure 3-17 Tag large bande pour applications sur meacutetal [RAO08] 78

Figure 3-18 RR pour deux tailles du mecircme tag sous diffeacuterentes conditions [RAO08] 79

Figure 3-19 Exemple de dipocircle imprimeacute testeacute face agrave une surface meacutetallique avec ses

dimensions 81

Figure 3-20 Comparaison de performance du dipocircle imprimeacute face agrave la surface meacutetallique et

en espace libre 83

Figure 3-21 Patch conventionnel exciteacute par une fente 84

Figure 3-22 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec Lslot 85

Figure 3-23 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec Wslot 86

Figure 3-24 Variation de limpeacutedance de lantenne avec leacutepaisseur du substrat 87

Figure 3-25 Variation de leacutefficaciteacute de lantenne avec leacutepaisseur 87

Figure 3-26 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec L 88

Figure 3-27 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec W 89

Figure 3-28 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec la surface du plan meacutetallique 89

Figure 3-29 Impeacutedance et gain de lantenne avec le Mutrak 91

Figure 3-30 Adaptation du tag et read range 91

Figure 3-31 Deacuteplacement du Mutrak au long de la fente drsquoexcitation avec les 3 positions

consideacutereacutees 92

Figure 3-32 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne vis agrave vis lrsquoemplacement du Mutrak 93

Figure 3-33 Evolution des caracteacuteristiques et performances du tag en fonction de

lrsquoemplacement du Mutrak 94

Figure 3-34 Evolution de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec la variation de Wslot 94

Figure 3-35 Evolution des caracteacuteristiques et performances du tag en fonction de la variation

de Wslot 95

Figure 3-36 Patch reacutealiseacute sans Mutrak Figure 3-37 Patch reacutealiseacute avec Mutrak

96

Figure 3-38 Montage du tag sur une surface meacutetallique 97

Figure 3-39 Comparaison entre les distances de lecture (theacuteorie et mesure) en fonction de la

puissance 97

Figure 3-40 Comparaison theacuteorie vs mesure de la distance de lecture en fonction de la

freacutequence 98


Figure 3-42 Variations des performances de lrsquoantenne en fonction de la reacuteduction du

paramegravetre W 100

Figure 3-43 Variation de lrsquoimpeacutedance avec la reacuteduction de W et la correction de la longueur

reacutesonante L 101

Figure 3-44 Variation des performances avec la reacuteduction de W et la correction de la

longueur reacutesonante L 102

Figure 3-45 Tag miniaturiseacute agrave lrsquoissue de la reacuteduction de W et L 104

Figure 3-46 Variation de lrsquoimpeacutedance avec lrsquoaugmentation de Lslot et correction de la

longueur L 105

Figure 3-47 Variation des performances avec lrsquoaugmentation de Lslot et la correction de L

106

Figure 3-48 Variation de lrsquoimpeacutedance avec la reacuteduction de Wslot et la correction de la

longueur L 107

Figure 3-49 Variation des performances avec la reacuteduction de Wslot et la correction de la


Figure 3-50 Deacuteplacement de la fente selon la largeurW du patch 108

Figure 3-51 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec le deacuteplacement (dx) de la fente 109

Figure 3-52 Variation des performances avec le deacuteplacement lsquolsquodxrsquorsquo (fente et Mutrak) vers le

bord du patch 110

Figure 3-53 Patch avec fente ouverte Variations des performances de lrsquoantenne apregraves

reacuteduction de L 111

Figure 3-54 Variation des performances avec lrsquoaccord en freacutequence produit par la reacuteduction

de Lslot 112

Figure 3-55 Comparaison de gains les modifications reacutealiseacutees afin de minimiser le patch 113

Figure 3-56 Comparaison des performances avec lrsquoaugmentation de L et la reacuteduction de Lslot

114

Figure 3-57 Evolution du RR avec lrsquoaugmentation de L et la reacuteduction de Lslot 114

Figure 3-58 Antenne miniature reacutealiseacutee 115

Figure 3-59 Antenne incluant le Mutrak 115

Figure 3-60 Comparaison des dimensions des antennes 115

Figure 3-61 Antenne tag reacuteduite attacheacutee agrave une surface meacutetallique 116

Figure 3-62 Distance de lecture theacuteorique et mesureacutee en fonction de la freacutequence 116

Figure 3-63 Impeacutedance de lrsquoantenne avec celle du chip 117

Figure 3-64 Performances simuleacutees du tag modifieacute pour la bande ameacutericaine 118

Figure 4-1 Systegraveme RFID drsquoinventaire drsquoobjets sur palette [1] 125

Figure 4-2 Systegraveme RFID de traccedilabiliteacute drsquoun ensemble de cartons sur des eacutetagegraveres 125

Figure 4-3 Illustration drsquoun scenario multi-trajets de communication entre un lecteur et un

carton de tags 126

Figure 4-4 Les diffeacuterentes techniques de diversiteacute drsquoantennes 127

Figure 4-5 Modegravele dantenne ILA 129

Figure 4-6 Circuit dadaptation pour une antenne ILA 129

Figure 4-7 Antenne IFA 130

Figure 4-8 Circuit repreacutesentatif de lrsquoantenne IFA 130

Figure 4-9 Paramegravetre S11 de lrsquoantenne IFA 131

Figure 4-10 Diagramme de lrsquoantenne IFA en 3D (a) et pour sa polarisation dans le plan φ=0deg

(b) Antenne placeacutee au centre du plan de masse 131


(b) Antenne placeacutee dans un coin du plan de masse 132

Figure 4-12 Geacuteomeacutetrie du reacuteseau drsquoIFA agrave diversiteacute drsquoespace de polarisation et de diagramme

133

Figure 4-13 Paramegravetres S du reacuteseau IFA sans fentes et avec fentes 134

Figure 4-14 Rayonnement champ proche de lrsquoantenne (a) sans reacuteflecteur (b) avec reacuteflecteur

135

Figure 4-15 Geacuteomeacutetrie du reacuteseau drsquoantenne avec corrugations 136

Figure 4-16 Rayonnement en champ proche de lrsquoantenne avec corrugations 136

Figure 4-17 Diversiteacute de diagramme 137

Figure 4-18 Diversiteacute de polarisation 138

Figure 4-19 Prototype drsquoantenne lecteur fabriqueacute de lrsquoantenne agrave diversiteacute 139

Figure 4-20 Comparaisons des paramegravetres S simuleacutes et mesureacutes 140

Figure 4-21 Coefficient de correacutelation drsquoenveloppe 141

Figure 4-22 Carton de 38 produits avec tags disposeacutes de faccedilon arbitraire 142

Figure 4-23 Dispositif expeacuterimental pour eacutevaluer le taux de reconnaissance des tags

1(vert) antenne agrave diversiteacute 2(bleu) carton de tags 142

Figure 4-24 Lecteur Impinj Speedway R420 [CISP] 143

Figure 4-25 Connexion entre lantenne reacutealiseacutee et le lecteur (a) cable coaxial (b) Connecteur

RP-TNC Femelle 143

Figure 4-26 Antennes commerciales de reacutefeacuterence utiliseacutees dans les applications RFID 144

Figure 4-27 Taux de reconnaissance des tags en salle de mesure eacutelectronique (a) antenne agrave

diversiteacute (b) antenne agrave polarisation circulaire (CP) (c) antenne agrave polarisation lineacuteaire(LP) 145

Figure 4-28 Taux de reconnaissance des tags en salle informatique (a) antenne agrave diversiteacute (b)

antenne agrave polarisation lineacuteaire (LP) 146

Liste des tableaux

Tableau 1-1 Bandes de freacutequence et puissance maximale autoriseacutee pour diffeacuterentes zones du

monde 10

Tableau 2-1 Impeacutedance du chip pour les diffeacuterentes bandes de freacutequences 28 Tableau 2-2 Effet de la reacuteduction de lrsquoeacutecartement entre les segments L1 et L5 33 Tableau 2-3 Effet de la reacuteduction de lrsquoeacutecartement entre les segments L2 et L6 33 Tableau 2-4 Effet de la reacuteduction de lrsquoeacutecartement entre les segments L3 et L7 34 Tableau 2-5 Dimensions de lrsquoantenne proposeacutee 34 Tableau 2-6 Variation des paramegravetres de lrsquoantenne en fonction de lrsquoeacutecartement entre boucle

et dipocircle 37 Tableau 2-7 Variation des paramegravetres de lrsquoantenne (dipocircle+boucle) en fonction de la distance

x 38 Tableau 2-8 Dimensions de lrsquoantenne tag avec dipocircle enrouleacute 39 Tableau 2-9 Distance de lecture pour les diffeacuterentes antennes 48 Tableau 2-10 Dimensions du dipocircle enrouleacute imprimeacute 51 Tableau 2-11 Dimensions des diffeacuterents segments des dipocircles (D1) et (D2) dans (T1) 54 Tableau 2-12 Dimensions des diffeacuterents segments des dipocircles (D1) et (D2) dans (T2) 56 Tableau 2-13 Evolution du gain du tag avec la variation de la permittiviteacute 59 Tableau 2-14 Evolution de la distance de lecture du tag (T1) en fonction de la permittiviteacute

relative dans les bandes Europe et US 60 Tableau 2-15 Evolution de la distance de lecture du tag (T2) en fonction de la permittiviteacute

relative dans les bandes Europe et US 61

Tableau 3-1 Caracteacuteristiques et performances des diffeacuterents tags dans la litteacuterature 80 Tableau 3-2 Caracteacuteristiques du patch nominal alimenteacute par fente 85 Tableau 3-3 Influence des diffeacuterents paramegravetres de la structure proposeacutee sur lrsquoimpeacutedance et fr

90 Tableau 3-4 Geacuteomeacutetrie de lrsquoantenne Tag 91 Tableau 3-5 Caracteacuteristiques de lantenne reacutealiseacutee et ses performances theacuteoriques et mesureacutees

99 Tableau 3-6 Reacutesultats obtenus avec la variation de W 101 Tableau 3-7 Paramegravetres du tag apregraves miniaturisation de W et L 104 Tableau 3-8 Reacutesultats de lrsquoantenne avec la correction de la freacutequence de reacutesonance pour les

diffeacuterentes valeurs de Wslot 108 Tableau 3-9 Dimensions de lantenne miniaturiseacutee 108 Tableau 3-10 Dimensions de lantenne miniature 115 Tableau 3-11 Caracteacuteristiques et performances des antennes tag reacutealiseacutees 116

Tableau 4-1 Dimensions de lrsquoantenne en longueur drsquoonde () 130 Tableau 4-2 Reacutecapitulatif des performances de lantenne proposeacutee 141

Chapitre 1

Introduction

Chapitre 1 Introduction

1

Chapitre 1

Introduction

11 Histoire de la RFID

Au XXegraveme siegravecle la deuxiegraveme guerre mondiale a eacuteteacute le terrain drsquoune bataille

technologique incluant pour la premiegravere fois la deacutetection drsquoobjets (avions) par ondes

eacutelectromagneacutetiques Si la localisation le radar remplissait bien sa fonction il eacutetait en revanche

deacutelicat de savoir agrave quelles forces correspondaient les reacuteponses radar

Un bon exemple de ce problegraveme drsquoidentification est la deacutetection en 1941 des avions

par les militaires ameacutericains de la base Pearl Harbor lorsque le lieutenant Kermit Tyler a

ignoreacute le danger en pensant qursquoil srsquoagissait de lrsquoarriveacutee programmeacutee de six bombardiers B-17

Finalement et malheureusement pour lui il srsquoagissait des premiegraveres uniteacutes des Nakajima B5N

de lrsquoarmeacutee japonaise [PEHAR] Pour distinguer leurs appareils des appareils britanniques les

escadrons allemands effectuaient simultaneacutement la mecircme manœuvre sur ordre de lrsquoartillerie

au sol Crsquoest un des premiers cas drsquoidentification des eacuteleacutements passifs mobiles qui est connu

[DOB13] Assez rapidement cependant le principe de la RFID est utiliseacute pour la premiegravere

fois pour identifierauthentifier des appareils en vol (IFF Identifie Friendly Foe) Il sagissait

de compleacuteter la signature RADAR des avions en lisant un identifiant fixe permettant

lauthentification des avions allieacutes

Dans les anneacutees 60 les premiers exemples drsquoidentification par radio freacutequences

(RFID) ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes et breveteacutes Crump (Figure 1-1) propose un reacutecepteur

laquo transponder raquo ou laquo tag raquo utilisant lrsquoeacutenergie RF une fois rectifieacutee pour alimenter

lrsquooscillateur et retourner un signal de freacutequence diffeacuterente de celle reccedilue


2

Figure 1-1 Modegravele didentification par radio freacutequence deacuteveloppeacute par Crump [DOB13]

Ces premiers prototypes travaillaient agrave tregraves basses freacutequences (dizaines de KHz

jusqursquoagrave 10MHz) la distance de deacutetection laquo read range raquo ne deacutepassant pas le megravetre Les

systegravemes RFID par couplage magneacutetique ont alors eacuteteacute privileacutegieacutes principalement pour la

simpliciteacute et le faible coucirct de circuits tels que celui de la Figure 1-2 reacutealiseacute par Charles

Walton qui a aussi breveteacute drsquoautres tags inductifs au deacutebut des anneacutees 70

Figure 1-2 Systegraveme RFID par couplage magneacutetique [DOB13]

Ces tags baseacutes sur un circuit reacutesonateur LC ont conduit agrave la premiegravere grande

impleacutementation commerciale de la RFID par Schlage Lock Company (USA) dans les anneacutees

1972-1973

Au niveau de lrsquoUHF le travail reacutealiseacute par les Sandia National Laboratories agrave la fin

des anneacutees 70 [KOE75] (Figure 1-3) a abouti agrave un systegraveme proche des caracteacuteristiques

actuelles de la RFID Le systegraveme de la figure 1-3 travaillait agrave 1 GHz avec une puissance

drsquoeacutemission eacutegale agrave 4W en incluant le principe de rectification des ondes RF eacutemise par le

lecteur et lrsquoutilisation de la tension DC convertie pour activer le circuit du tag On retrouve

eacutegalement le concept de la modulation de charge de lrsquoantenne et de la reacutetro-modulation du

signal reacutefleacutechi vers lrsquoantenne lecteur


3

Figure 1-3 Systegraveme drsquoidentification deacuteveloppeacute par Sandia National Laboratories [DOB13]

La geacuteneacuteration drsquoun code pour eacutetablir lrsquoidentification de lrsquoobjet eacutetait le point sensible

puisqursquoagrave lrsquoeacutepoque la complexiteacute du design des circuits limitait le nombre de bits agrave transmettre

(3) Avant les anneacutees 1980 les systegravemes RFID restent donc une technologie confidentielle agrave

usage militaire pour le controcircle daccegraves aux sites sensibles notamment dans le nucleacuteaire

Dans les anneacutees 1980 les avanceacutees technologiques permettent lapparition du tag

passif qui saffranchit de source deacutenergie embarqueacutee sur leacutetiquette reacuteduisant de ce fait son

coucirct et sa maintenance Le tag RFID reacutetromodule londe rayonneacutee par linterrogateur pour

transmettre des informations Les anneacutees1990 voient le deacutebut de la normalisation pour une

interopeacuterabiliteacute des eacutequipements RFID Les dates cleacutes suivantes sont

1999 Fondation par le MIT (Massachusetts Institute of Technology) de l Auto-ID

center centre de recherches speacutecialiseacute en identification automatique (entre autre RFID)

2004 Lauto-ID du MIT devient EPCglobal une organisation chargeacutee de

promouvoir la norme EPC (Electronic Product Code) extension du code barre agrave la RFID

A partir de 2005 Les technologies RFID sont aujourdrsquohui largement reacutepandues dans

quasiment tous les secteurs industriels (aeacuteronautique automobile logistique transport santeacute

vie quotidienne etc) LrsquoISO (International Standard Organisation) a largement contribueacute agrave la

mise en place de normes tant techniques qursquoapplicatives permettant drsquoavoir un haut degreacute

drsquointeropeacuterabiliteacute voire drsquointerchangeabiliteacute


4

12 Lidentification eacutelectronique et la RFID

Lrsquoidentification eacutelectronique se divise classiquement en deux branches

lrsquoidentification laquo agrave contact raquo et lrsquoidentification laquo sans contact raquo Dans lrsquoidentification agrave

contact on a des dispositifs comportant un circuit eacutelectronique dont lalimentation et la

communication sont assureacutees par des contacts eacutelectriques Les deux principaux exemples

didentification agrave contact sont les circuits laquo meacutemoire raquo comportant des fonctions meacutemoire

embarqueacutes sur des modules de formes et de tailles varieacutees et les cartes agrave puces telles que les

cartes bancaires la carte vitale ou la carte SIM

Dans lrsquoidentification sans contact on distingue trois sous-branches principales

La vision optique ce type de liaison neacutecessite une vision directe entre

lidentifiant et le lecteur (laser camera CCD) La technologie la plus reacutepandue

est le code agrave barre lineacuteaire et les codes 2D (PDF417 QR Code etc) La

technologie OCR (Optical Character Recognition) est eacutegalement largement

utiliseacutee (scan MRZ (Machine Readable Zone) sur les passeports ou Carte

National drsquoIdentiteacute)

La liaison infrarouge Ce type de liaison assure un grand deacutebit dinformation

une grande directiviteacute quune bonne distance de fonctionnement Ces systegravemes

neacutecessitent eacutegalement une visibiliteacute directe

Les liaisons Radiofreacutequences Ce type de liaison permet la communication entre

lidentifiant et un interrogateur sans neacutecessiteacute de visibiliteacute directe De plus il est

eacutegalement possible de geacuterer la preacutesence simultaneacutee de plusieurs identifiants dans

le champ daction du lecteur (anticollisions)

Cette derniegravere sous-branche constitue la Radio Frequency IDentification ou RFID

dont on peut donner la deacutefinition suivante Technologie didentification automatique qui

utilise le rayonnement radiofreacutequence pour identifier les objets porteurs deacutetiquettes lorsquils

passent agrave proximiteacute dun interrogateur Ceci dit la RFID ne peut pas se reacutesumer agrave une seule

technologie En effet il existe plusieurs freacutequences radio utiliseacutees par la RFID et plusieurs

types drsquoeacutetiquettes ayant diffeacuterents types de mode de communication et drsquoalimentation

(Figure 1-4)


5

Figure 1-4 Exemples de Tags HF agrave 1356 MHz

Lrsquointerrogateur ou lecteur est un dispositif actif eacutemetteur de radiofreacutequences activant

les transpondeurs (ou tags) qui passent devant lui en leur fournissant agrave courte distance

lrsquoeacutenergie dont ceux-ci ont besoin

Pour transmettre des informations agrave lrsquointerrogateur (encore appeleacute station de base ou

plus geacuteneacuteralement lecteur) un tag RFID est geacuteneacuteralement muni drsquoune puce eacutelectronique

associeacutee agrave une antenne Cet ensemble appeleacute inlay est ensuite packageacute pour reacutesister aux

conditions dans lesquelles il est ameneacute agrave vivre Lrsquoensemble ainsi formeacute est appeleacute tag label

ou encore transpondeur

Figure 1-5 Exemples de Tags UHF Alien

Les tags passifs (sans pile) ne sont pas eacutenergeacutetiquement autonomes Leur unique

source drsquoeacutenergie provient de lrsquoonde eacutelectromagneacutetique eacutemise par le lecteur

La porteacutee de ces tags varie de quelques centimegravetres agrave quelques megravetres La

communication pour les tags passifs et semi-passifs repose sur le principe de la reacutetro-

modulation Le tag reccediloit du lecteur une porteuse non-moduleacutee qursquoil reacutefleacutechit en la modulant

(modulation ASK) afin de transmettre les donneacutees contenues dans la meacutemoire de la puce

Cette modulation de la quantiteacute de puissance renvoyeacutee vers le lecteur est baseacutee sur la variation

de la surface eacutequivalente radar de lrsquoantenne (Figure 1-6)


6

Figure 1-6 Principe de la reacutetromodulation du champ incident rayonneacute en RFID UHF

Les informations contenues dans la puce eacutelectronique drsquoun tag RFID deacutependent de

lrsquoapplication Il peut srsquoagir drsquoun identifiant unique (UII Unique Item Identifier ou code EPC

Electronic Product Code etc) Une fois eacutecrit dans le circuit eacutelectronique cet identifiant ne

peut plus ecirctre modifieacute mais uniquement lu (WORM Write Once Read Multiple) Certaines

puces eacutelectroniques disposent drsquoune autre zone meacutemoire dans laquelle lrsquoutilisateur peut eacutecrire

modifier effacer ses propres donneacutees La taille de ces meacutemoires varie de quelques bits agrave

quelques dizaines de kilobits

13 Le marcheacute de la RFID

Le marcheacute de la RFID en France a progresseacute de 10 entre 2001 et 2005 et en 2010

IBM a estimeacute agrave 30 milliards le nombre drsquoeacutetiquettes produites dans le monde (Figure 1-7)

Depuis son apparition le marcheacute mondial de la RFID est en constante progression Il se

chiffre aujourdrsquohui en vingtaine de milliards de dollars [19] Les technologies BF et HF ont

pris pied sur des marcheacutes matures aujourdrsquohui mais limiteacutes agrave des applications de niches La

distance de lecture est limiteacutee agrave quelques dizaines de centimegravetres de porteacutee ce qui impose une

infrastructure de lecture automatique adapteacutee

La technologie UHF sous lrsquoimpulsion de Walmart le geacuteant de la grande distribution

aux Etats-Unis se deacuteploie sur des marcheacutes encore immatures mais agrave tregraves fort potentiel La

distance de lecture est de quelques megravetres ce qui rend possible la lecture automatique au

passage des quais de chargementdeacutechargement En 2010 plus de 1200 millions drsquoeacutetiquettes

RFID UHF ont eacuteteacute produites dans de tregraves nombreux domaines drsquoapplications au niveau des

cartons et des palettes mais aussi au niveau des objets eux-mecircmes


7

Figure 1-7 Eacutevolution du marcheacute mondial de la RFID

14 Bandes de freacutequences et reacutegulations

La freacutequence utiliseacutee deacutepend du type drsquoapplication viseacute et les performances

rechercheacutees On distingue 4 reacutegions freacutequentielles deacutedieacutees agrave la RFID (Figure 1-8)

Basses freacutequences (LF) de 125 kHz agrave 135 kHz 1342 kHz pour la charge du

transpondeur 1342 kHz pour un bit 0 et 1232 kHz pour un bit 1 pour la

reacuteponse du transpondeur dans le cas drsquoune transmission FSK (Texas Instruments

Series 2000)

Hautes freacutequences (HF) agrave 1356 MHz (ISO 14443A 1-4 ISO 14443B 1-4

ISO 15693-3 et ISO 18000-3)

Ultra-Hautes freacutequences (UHF) de 902 agrave 928MHz aux USA de 865 MHz agrave

868 MHz dans lrsquoUnion europeacuteenne (EPCglobal et ISO 18000-6c les freacutequences

et les puissances drsquoeacutemission deacutependent des leacutegislations en vigueur 2Werp en

Europe 4Weirp aux USA)

245 GHz ou 58 GHz (micro-ondes)

Une freacutequence plus eacuteleveacutee preacutesente lrsquoavantage de permettre un eacutechange

drsquoinformations (entre lecteur et marqueur) agrave des deacutebits plus importants qursquoen basse freacutequence

Les deacutebits importants permettent lrsquoimpleacutementation de nouvelles fonctionnaliteacutes au sein des

marqueurs (cryptographie meacutemoire plus importante anti-collision) Par contre une freacutequence

plus basse beacuteneacuteficiera drsquoune meilleure peacuteneacutetration dans la matiegravere


8

Lrsquoanti-collision est la possibiliteacute pour un lecteur de dialoguer avec un marqueur

lorsque plus drsquoun marqueur se trouvent dans son champ de deacutetection Plusieurs algorithmes

drsquoanti-collision sont deacutecrits par les normes (ISO 14443 ISO 15693 et ISO 18000)

Figure 1-8 Bandes de freacutequences de la RFID (LF HF UHF et micro-ondes)

15 Couplage inductif et couplage radiatif

Le principe de communication des systegravemes RFID est diviseacute en deux grands groupes

Le premier se base sur le couplage inductif entre le lecteur et le tag Lrsquoencombrement des

antennes est alors beaucoup plus petit que la longueur drsquoonde Le deuxiegraveme groupe se base

sur le principe de couplage radiatif La longueur de lrsquoantenne du tag est comparable agrave la

longueur drsquoonde

En LF et HF la communication srsquoeacutetablit majoritairement par couplage inductif

(Figure 1-9) Les tags geacuteneacuteralement en forme de boucle ont une porteacutee de quelques dizaines

de centimegravetres En effet presque toute lrsquoeacutenergie disponible est contenue dans la reacutegion situeacutee agrave

proximiteacute de lrsquoantenne lecteur Ces tags sont deacutedieacutes aux applications en champ proche tels

que les badges pour le controcircle drsquoaccegraves ou les passeports biomeacutetriques


9

Figure 1-9 Principe du couplage inductif en RFID LF et HF

En UHF les tags sont de formes deacuteriveacutees du dipocircle Ils fonctionnent en champ

lointain (Figure 1-10) et leurs porteacutees peuvent aller jusqursquoagrave quelques dizaines de megravetres Ils

sont surtout utiliseacutes pour la traccedilabiliteacute des palettes et conteneurs dans les entrepocircts

Il est important de noter que lrsquoutilisation de la RFID deacutepend directement des

reacuteglementations des autoriteacutes publiques de chaque pays Ces reacuteglementations pour ce qui est

la bande de freacutequence 860MHz - 960MHz bande de freacutequence eacutetudieacutee dans cette thegravese

respectent le protocole EPC (Tableau 1-1)

Figure 1-10 Principe du couplage radiatif en RFID UHF


10

Tableau 1-1 Bandes de freacutequence et puissance maximale autoriseacutee pour diffeacuterentes zones du monde

16 Domaines applicatifs

La qualiteacute ainsi que lrsquoauthentification et la seacutecuriteacute des objets acheteacutes des

transactions financiegraveres mais aussi de leur transport physique est un enjeu de plusieurs

milliards drsquoEuros pour lrsquoindustrie La technologie RFID est agrave ce jour le moyen le plus utiliseacute

pour reacutesoudre cette partie de lrsquoeacutequation que ce soit sous forme de controcircle drsquoaccegraves

(HF14443) de seacutecurisation bancaire (NFC) ou bien drsquoAuthentification (HF15693 UHF

Gen2) La technologie RFID permet drsquoassocier une quantiteacute drsquoinformation personnelle agrave

chaque objet et ce de faccedilon unique Les origines et le cheminement ainsi que les preuves de

qualiteacute et drsquoauthenticiteacute peuvent deacutesormais faire partie inteacutegrante de la fiche signaleacutetique des

objets On liste ci-dessous des domaines applicatifs dans lesquels la RFID a deacutemontreacute tout son

inteacuterecirct

Marquage drsquoobjets Systegraveme implanteacute didentification et meacutemorisation pour maintenance et

suivi Identification de containers de substances chimiques de meacutedicament de mobilier

urbain jeux publics darbres dornement La traccedilabiliteacute dobjets tels que des livres dans les

librairies et les bibliothegraveques ou la localisation des bagages dans les aeacuteroports utilisent plutocirct

la classe haute freacutequence (1356 MHz)

Controcircle drsquoaccegraves il se fait par badge de laquo proximiteacute raquo ou laquo mains-libres raquo Le controcircle

drsquoaccegraves agrave des bacirctiments sensibles est un domaine ougrave le systegraveme de radio-identification

remplace les badges magneacutetiques permettant lrsquoauthentification des personnes sans contact


11

(Figure 1-11) La radio-freacutequence de la plupart des badges daccegraves ne permet quune utilisation

agrave quelques centimegravetres mais ils ont lrsquoavantage de permettre une lecture-eacutecriture dans la puce

pour meacutemoriser des informations (biomeacutetriques par exemple) Certaines laquocleacute electroniquesraquo

daccegraves permettent la protection laquo sans serrures raquo de bacirctiments ou portiegraveres automobiles Les

badges mains-libres permettent une utilisation jusqursquoagrave 150 cm (selon le type drsquoantenne

utiliseacutee) Ils peuvent contenir une Identiteacute numeacuterique ou un certificat eacutelectronique ou y reacuteagir

et permettent laccegraves agrave un objet communicant ou son activation Utiliseacute par exemple pour le

controcircle daccegraves agrave des systegravemes de transports en commun (exemple Passe Navigo)

Inventaires Saisie automatique drsquoune liste de produits acheteacutes ou sortis du stock (Figure 1-

12) Une analyse effectueacutee chez Wal-Mart a deacutemontreacute que la radio-identification peut reacuteduire

les ruptures drsquoinventaire de 30 pour les produits ayant un taux de rotation entre 01 et

15 uniteacutesjour

Figure 1-11 RFID pour le controcircle drsquoaccegraves

Figure 1-12 RFID pour inventaire manuel

Logistique La technologie RFID permet le controcircle des flux en temps reacuteel entre les sites de

la chaicircne de valeur et drsquoapprovisionnement apportant une traccedilabiliteacute au niveau des objets

optimisant les processus de fabrication mais aussi de distribution et drsquoapprovisionnement

(Figure 1-13) Elle apporte eacutegalement la traccedilabiliteacute des services en donnant les preuves que la

chaicircne de distribution a respecteacute les conditions deacutetermineacutees pour le stockage et le transport

(chaicircne du froid par exemple)


12

Figure 1-13 Principe drsquoune chaicircne logistique complegravete controcircleacute par RFID

Traccedilabiliteacute distante dobjets (fixes ou mobiles) Par exemple des palettes et conteneurs

peuvent ecirctre suivis dans des entrepocircts ou sur les docks via des tags UHF (Figure 1-14) Des

tags actifs micro-ondes (245 GHz) permettent le controcircle daccegraves agrave longue distance de

veacutehicules comme par exemple sur de grandes zones industrielles Dans la chaicircne du froid des

aliments peuvent theacuteoriquement ecirctre suivis par une puce enregistrant les variations de

tempeacuterature

Figure 1-14 Principe de la traccedilabiliteacute drsquoobjets dans le cadre de la reacuteception drsquoun camion

Marquage decirctres vivants Identification de plantes (arbres de la ville de Paris) danimaux

deacutelevage (suivi dun cheptel nourriture lactation poids) drsquoanimaux de compagnie ou

sauvages gracircce agrave une puce installeacutee sous la peau dans le cou drsquoanimaux sauvages (Figure 1-

15) Ce sont geacuteneacuteralement des puces basse freacutequence (125 agrave 135 kHz)


13

Figure 1-15 Exemples de marquage RFID drsquoanimaux

Transactions financiegraveres Carte de creacutedit permettant le paiement sans contact ou titre de

transport

Releveacutes scientifiques des tags sont aussi des moyens de communication pour la collecte des

donneacutees issues des releveacutes scientifiques (monitoring) produits dans un organisme ou par des

stations de mesure isoleacutees et autonomes (stations meacuteteacuteorologiques volcaniques ou polaires)

Chez lHomme Combineacutes agrave des capteurs sensibles aux fonctions principales du corps

humain ces systegravemes sont aussi proposeacutes comme solution inteacutegreacutee de supervision de leacutetat de

santeacute dun patient Implants corporels

Autres applications Teacuteleacutepeacuteages dautoroutes (58 GHz) controcircle des forfaits de remonteacutee

meacutecanique suivis industriels en chaicircne de montage antivols utiliseacutes dans les magasins

gestion des parcs de Veacutelib agrave Paris eacutepreuves populaires de course agrave pied eacutechange de cartes de

visites lors deacutevegravenementshellip


14

17 Probleacutematique de la thegravese

La RFID UHF preacutesente aujourdrsquohui plusieurs limitations technologiques fortes


vingtaine drsquoanneacutees

Tout drsquoabord la varieacuteteacute des supports sur lesquels les eacutetiquettes RFID sont placeacutees On

peut positionner des tags sur des supports de carton de papier de verre dont lrsquoeacutepaisseur et la

permittiviteacute sont variables Ces supports peuvent constituer des contenants remplis de liquides

dont la permittiviteacute est en geacuteneacuteral tregraves eacuteleveacutee On trouve eacutegalement des supports partiellement

ou complegravetement meacutetalliseacutes (fucircts de biegraveres containers) La variabiliteacute de ces supports entraicircne

un deacutereacuteglage des antennes des tags Si lrsquoantenne a eacuteteacute conccedilue pour une adaptation parfaite agrave

lrsquoimpeacutedance du chip dans lrsquoair alors lrsquoadaptation sera deacutegradeacutee en preacutesence de dieacutelectrique ou

de conducteur car lrsquoantenne ne preacutesente plus la mecircme impeacutedance De surcroicirct la preacutesence de

matiegravere diminue lrsquoefficaciteacute de lrsquoantenne et modifie la forme du diagramme de rayonnement

voire la polarisation de lrsquoantenne

Lrsquoimpact du support se traduit par une reacuteduction de la distance de lecture du tag Si

on suppose un tag commercial dont le distance de lecture initiale est de 10m dans lrsquoair on a

typiquement une reacuteduction agrave 95m sur du carton alveacuteoleacute 8m sur 1mm de plastique 50 cm sur

une bouteille remplie drsquoeau et quelques centimegravetres si le tag est placeacute agrave quelques mm drsquoune

plaque meacutetallique Une parade peut consister agrave deacutevelopper un tag speacutecifique pour chaque

support ou famille de supports Crsquoest ce que font les fabricants de tags avec lrsquoinconveacutenient du

surcoucirct lieacute agrave la conception et agrave la multipliciteacute des produits Le premier objectif de cette thegravese

est de proposer des topologies de tags aussi insensibles que possible au support sur une

surface reacuteduite drsquoinlay eacutequivalente agrave celle des tags commerciaux On proposera dans ce

contexte au chapitre 2 des tags bi-bande ou large bande pour des applications sur plastique et

sur eau Dans le chapitre 3 on srsquointeacuteressera plus particuliegraverement aux supports meacutetalliques

Tous les prototypes preacutesenteacutes seront construits autour drsquoun module commercial le Mutrak

commercialiseacute par la socieacuteteacute Tagsys combinant le chip UHF RFID Monza4 et une boucle de

couplage


15

Une deuxiegraveme limitation forte de la RFID est lrsquoimpossibiliteacute drsquoune lecture statique

(cest-agrave-dire pour laquelle ni le lecteur ni les objets taggeacutes ne se deacuteplacent) Ceci est

notamment lieacute au couplage entre antennes lorsque la densiteacute de tags est forte ou aux

perturbations de diagramme (masquage) dues agrave lrsquoenvironnement proche des antennes support

ou objets La parade consiste alors agrave lire en mouvement soit en rendant mobile le lecteur

(Figure 1-16) soit en rendant mobile les tags par exemple en placcedilant sur un convoyeur des

cartons drsquoobjets taggeacutes (Figure 1-17) Mais cette neacutecessiteacute de mouvement preacutesente un surcoucirct

et une reacuteduction de temps de lecture

Figure 1-16 Lecture en mouvement avec les tags statiques et lrsquoantenne du lecteur en mouvement

(a)

(b)

Figure 1-17 (a) Cage de Faraday permettant de reacuteduire la lecture des tags placeacutes en dehors de la cage (b)

Convoyeur permettant drsquoassurer le suivi de bagages

Une derniegravere limitation est lrsquoimpossibiliteacute de localiser les tags lus cest-agrave-dire de

distinguer des tags laquo lointains raquo qui ne devraient pas ecirctre lus des tags agrave identifier Les parades

consistent alors agrave creacuteer une zone de deacutegagement de 50m2 autour de la zone de lecture ou de

blinder la zone de lecture (cage de Faraday)


16

Le 4egraveme chapitre de la thegravese sera consacreacute agrave lrsquoameacutelioration du taux de lecture

statique dans des sceacutenarios agrave forte densiteacute de tags en estimant lrsquoapport de la diversiteacute

drsquoantennes agrave cette probleacutematique Une antenne lecteur miniaturiseacutee agrave quatre IFAs sera

deacuteveloppeacutee et testeacutee dans cette optique


17

18 Reacutefeacuterences bibliographiques du chapitre 1

[PEHAR] httpenwikipediaorgwikiAttack_on_Pearl_Harbor

[DOB13] DOBKIN Daniel M The RF in RFID UHF RFID in Practice Newnes 2012

[KOE75] KOELLE Alfred R DEPP S W FREYMAN R W Short-range radio-

telemetry for electronic identification using modulated RF backscatter

Proceedings of the IEEE 1975 vol 63 no 8 p 1260-1261


18

Chapitre 2

Etude et reacutealisation des tags pour applications sur

surfaces en plastique

Chapitre 2 Etude et reacutealisation des tags pour applications sur surfaces en plastique Chapitre 4 Diversiteacute drsquoantennes appliqueacutee au contexte de la RFID

21

Chapitre 2

Etude et reacutealisation de tags pour applications sur surfaces en

plastique

21 Etat de lrsquoart des tags RFID UHF en preacutesence de mateacuteriaux

dieacutelectriques

La RFID est utiliseacutee dans une grande varieacuteteacute de domaines un des plus importants

eacutetant le suivi de marchandises durant le transport et au moment du stockage agrave lrsquoarriveacutee Un

problegraveme majeur freinant le deacuteveloppement de la RFID UHF est que les mateacuteriaux comme le

bois le meacutetal et le plastique ont des caracteacuteristiques eacutelectriques diffeacuterentes (permittiviteacute

relative εr et conductiviteacute δ) Cette variabiliteacute modifie le milieu lsquolsquoeacutequivalentrsquorsquo occupeacute par le

tag donc la longueur drsquoonde effective λg=c(fradicεr) En conseacutequence la longueur reacutesonante de

lrsquoeacuteleacutement rayonnant utiliseacute (dipocircle patch slot) est modifieacutee Il en reacutesulte un deacutecalage de la

freacutequence de reacutesonance de lrsquoantenne donc une variation de son impeacutedance et la deacutegradation

de lrsquoadaptation entre le chip et lrsquoantenne La distance maximale de lecture est donc

neacutecessairement reacuteduite

Figure 2-1 Exemple drsquoarticles plastique

Drsquoautre part certains dieacutelectriques preacutesentent plus de pertes que drsquoautres et peuvent

reacuteduire lrsquoefficaciteacute de lrsquoantenne Lrsquoeau en particulier est un milieu agrave pertes Enfin le

diagramme de rayonnement est alteacutereacute du fait de lrsquoabsorption du signal du cocircteacute du support

Chapitre 2 Etude et reacutealisation des tags pour applications sur surfaces en plastique

22

Le support plastique est le support le plus commun pour les tags RFID comme

lrsquoindique la Figure 2-1 avec de fortes diffeacuterences dans lrsquoeacutepaisseur la formule chimique de la

composition et eacutevidemment la forme de lrsquoobjet Les diffeacuterents types de plastique (PVC

polythegravene propylegravene hellip) possegravedent une constante dieacutelectrique (єr) allant de 2 agrave 62 La

reacutesistance de surface Ωcmsup2 des plastiques preacutesente des valeurs supeacuterieures agrave 1013

dans le cas

du polypropylegravene par exemple De plus lorsqursquoil srsquoagit drsquoun reacutecipient ou drsquoun emballage

plastique (boicircte bouteille barquette) il faut prendre en compte le contenu (eau shampoing

aliment etchellip) qui modifie la permittiviteacute effective vue par le tag

Une eacutetude comparative a eacuteteacute reacutealiseacutee sur un reacutecipient en plastique dans [FUC12] en

choisissant 4 tags UHF diffeacuterents (Figure 2-2) fonctionnant en champ proche car tous baseacutes

sur des boucles de petites dimensions

Figure 2-2 Tags testeacutes sur un reacutecipient plastique [FUC12]

Les performances des tags sont compareacutees dans la Figure 2-3 On peut observer que

les distances de lecture sont faibles (toutes infeacuterieures agrave 40cm) Le tag le plus performant est

le tag (b) avec une distance de lecture (ou read range RR) de 34cm Le moins performant est

le tag (c) avec seulement 10cm Les tags (a) et (d) ont une distance de lecture moyenne de

15cm Ces performances augmentent avec la surface de la boucle qui capte un flux plus ou

moins important de champ magneacutetique Le tag (b) plus performant combine une boucle et un

stub agrave meacuteandres pour lrsquoadaptation


23

Figure 2-3 Performance des tags sur reacutecipient plastique [FUC12]

Une deuxiegraveme impleacutementation de tags sur reacutecipients plastiques [BOR10] compare

les 2 tags de la Figure 2-4 Le tag (a) a une surface de 178mm x 18mm et est reacutealiseacute sur un

substrat de polypropylegravene de 20m drsquoeacutepaisseur Le tag (b) a une taille de 94mm x 8 mm avec

un substrat de polyteacutereacutephtalate deacutethylegravene (PET) de 80m drsquoeacutepaisseur Tous les deux ont une

distance de lecture de 2m environ

Figure 2-4 Tags utiliseacutes dans une chaicircne de fabrication et transport de reacutecipients plastiques [BOR10]

Les tags ont eacuteteacute soumis aux proceacutedeacutes de fabrication lavage et reacutefrigeacuteration de

reacutecipients en plastique et finalement testeacutes avec plusieurs types de contenus comme des fruits

des œufs des sauces et de lrsquoeau Les diffeacuterents tests sont montreacutes dans les Figures 1-5 et 1-6

Lorsqursquoon remplit progressivement drsquoeau le reacutecipient on constate que la distance de lecture

deacutecroicirct lorsque le niveau drsquoeau deacutepasse la partie basse du tag


24

Figure 2-5 Tag (a) fixeacute au reacutecipient

Figure 2-6 Tag (b) fixeacute au reacutecipient rempli drsquoeau

Lrsquoinfluence du plastique sur les performances des tags a aussi eacuteteacute eacutetudieacutee dans

[DEL10] La Figure 2-7 montre le tag deacuteveloppeacute et testeacute pour diffeacuterentes valeurs de la

permittiviteacute relative du dieacutelectrique

Figure 2-7 Tag testeacute pour diffeacuterentes valeurs de permittiviteacute [DEL10]

On deacutetermine par simulation la distance de lecture du tag placeacute sur un bloc

dieacutelectrique rectangulaire drsquoeacutepaisseur t=2 cm en fonction de la freacutequence pour une

permittiviteacute relative variant entre 1 et 5 (Figure 2-8) Puis la distance maximale de lecture est

donneacutee pour diffeacuterents types de mateacuteriaux (Figure 2-9)


25

Figure 2-8 Variation de la distance de lecture avec

єr

Figure 2-9 Distance de lecture pour diffeacuterents

types de mateacuteriaux

Dans la Figure 2-8 on note que la performance du tag reste stable dans toute la plage

de freacutequence analyseacutee pour chaque valeur de єr eacutetudieacutee Cependant la distance de lecture

deacutecroit lorsque la permittiviteacute relative augmente Le deuxiegraveme graphique montre les distances

de lecture mesureacutes sur diffeacuterents mateacuteriaux tels que carton bois plastique bouteille en verre

remplie avec de lrsquoeau et finalement une bouteille plastique vide ou remplie drsquoeau Aucun

mateacuteriau nrsquoest lsquolsquotransparentrsquorsquo Le tag eacutetant conccedilu pour un fonctionnement optimal dans lrsquoair

ses performances sur mateacuteriau sont toujours infeacuterieures agrave celles obtenues en espace libre On

remarque en particulier la tregraves forte influence de lrsquoeau et lrsquoimpact plus fort de la bouteille en

verre par rapport agrave la bouteille en plastique

Le premier objectif de ce chapitre sera de concevoir des designs de tags aussi

insensibles que possible aux modifications de lrsquoenvironnement proche En lrsquooccurrence on

deacuteveloppera drsquoabord un tag double freacutequence pouvant fonctionner sur une bouteille avec et

sans eau Un deuxiegraveme prototype consistera en un tag tregraves large bande capable de couvrir les

bandes Europe et US tout en eacutetant robuste vis-agrave-vis de variations modeacutereacutees du support Tous

ces prototypes de tag sont baseacutes sur le module Mutrak [TAGSYS] qui va tout drsquoabord ecirctre

deacutecrit


26

22 Module Mutrak

Les solutions qui seront preacutesenteacutees dans ce travail ont comme facteur commun

lrsquoutilisation du module Mutrak deacuteveloppeacute par la socieacuteteacute TAGSYS (Figure 2-10) Ce module

est un boicirctier en FR4 qui contient un chip combinant le IC et une petite boucle inductive

(Figure 2-11) Cette boucle permet de compenser la capaciteacute drsquoentreacutee du chip mais constitue

eacutegalement un capteur de champ magneacutetique pour les applications en champ proche Elle sera

utiliseacutee dans nos applications comme la source primaire drsquoantennes de type dipocircle pour

fonctionner en champ lointain

Figure 2-10 Module Mutrak

[TAGSYS]

Figure 2-11 Modeacutelisation HFSS du module incluant une vue de

la boucle et du chip monza 4

Les dimensions du module carreacute sont de 7mm x 7mm x 09mm Les eacuteleacutements qui

composent le module seront deacutecrits plus loin

221 Chip Monza4

Fabriqueacute par la socieacuteteacute Impinj [IMPINJ] le circuit inteacutegreacute Monza4 contient le code

produit eacutelectronique (ou EPC pour Electronic product code) sur 96 bits qui est un identifiant

unique Selon la version choisie (4D 4E ou 4QT) une meacutemoire ROM ou NVM

compleacutementaire dite EPrivate EPC peut ecirctre rajouteacutee Il est possible drsquoutiliser un port pour

une utilisation classique ou deux ports pour un tag agrave 2 antennes La sensibiliteacute annonceacutee est de

-15dBm pour toutes les freacutequences drsquoutilisation 866 MHz 915 MHz et 956 MHz Ce chip est

caracteacuteriseacute par une impeacutedance drsquoentreacutee constitueacutee drsquoune capacitance Cp et drsquoune reacutesistance Rp

en parallegravele comme montreacute dans la Figure 2-12


27

Figure 2-12 Circuit parallegravele eacutequivalent du chip Monza4

La transformation du circuit parallegravele en un circuit seacuterie permet une analyse plus

simple de lrsquoadaptation de lrsquoantenne au chip en fonction de la freacutequence La Figure 2-13

illustre le circuit seacuterie associeacute constitueacute drsquoune reacutesistance Rs en seacuterie avec un condensateur Cs

Figure 2-13 Circuit seacuterie eacutequivalent du chip Monza4

Lrsquoimpeacutedance Zchip calculeacutee avec les eacuteleacutements parallegravele de la Figure 2-12 est donneacutee

par lrsquoeacutequation suivante

pp2

pp

Pchip RjC1

CR1

RZ

(1)

drsquoougrave on extrait lrsquoexpression de la reacutesistance seacuterie Rs et la reacuteactance seacuterie Xs du chip

2pp

p

chipsCR1

R]ZRe[R

(2)

2pp

2

pp

s

chipsCR1

RjC

C

j]ZIm[X

(3)

Les variations de Rs et Xs en fonction de la freacutequence sont donneacutees dans la Figure 2-

14 On note que Rs et - Xs sont des fonctions deacutecroissantes de la freacutequence


28

Figure 2-14 Impeacutedance seacuterie du chip

On donne dans le Tableau 2-1 les valeurs drsquoimpeacutedance du chip agrave 868MHz 915MHz

et 956MHz (Bande Europe US et Asie)

Freacutequence Re[Zchip seacuterie] (Ω) Im[Zchip seacuterie] (Ω)

868 MHz 6-7 -86

915 MHz 55-65 -81

956 MHz 51-62 -77

Tableau 2-1 Impeacutedance du chip pour les diffeacuterentes bandes de freacutequences

222 Boucle de couplage

Afin de compenser la reacuteactance capacitive drsquoentreacutee des chips RFID lrsquointroduction

drsquoun eacuteleacutement inductif est neacutecessaire Dans le cas de la solution de la socieacuteteacute Tagsys il srsquoagit

drsquoune petite boucle connecteacutee agrave lrsquoun des ports du chip Lrsquoimplantation de la boucle dans le

module Mutrak est donneacutee dans la Figure 2-15

Figure 2-15 Module Mutrak (chip+petite boucle)

Figure 2-16 Circuit eacutequivalent de la boucle

800 825 850 875 900 925 950-100

-80

-60

-40

-20

0

20

Freacutequence (MHz)

Imp

eacuted

an

ce

seacute

rie

du

ch

ip (

)

Re[Zchip serie]

Im[Zchip serie]


29

Avec un diamegravetre exteacuterieur L=6mm et une largeur du fil W de 300μm cette petite

boucle est encapsuleacutee dans le boicirctier de FR4 (єr=43 et tanδ=001) de 7mm x 7mm de surface

Le circuit eacutequivalent de la petite boucle est preacutesenteacute dans la Figure 2-16 et la deacutependance

freacutequentielle de son impeacutedance dans la Figure 2-17

(a) Reacutesistance

(b) Reacuteactance

Figure 2-17 Impeacutedance de la petite boucle et du chip en fonction de la freacutequence

La simulation du module Mutrak a eacuteteacute faite agrave lrsquoaide de HFSS pour prendre en compte

lrsquoencapsulation et les fils de bondings La taille de la boucle permet de syntheacutetiser une valeur

drsquoinductance pouvant compenser la capaciteacute du chip En revanche sa reacutesistance est tregraves faible

(ltlt1) dans toute la bande de freacutequence Cette faible reacutesistance rend le module peu

fonctionnel pour une distance de lecture au-delagrave de quelques cm On donne eacutegalement sur la

Figure 2-17 lrsquoeacutevolution de lrsquoimpeacutedance seacuterie conjugueacutee du chip Rs-jXs On note que les

parties imaginaires se compensent agrave environ 940 MHz freacutequence de reacutesonance du module

On verra plus loin que la valeur expeacuterimentale de la reacutesonance est plutocirct autour de 920 MHz

Notre modegravele HFSS est en effet baseacute sur les valeurs fournies par le constructeur de la puce

Monza 4 et des donneacutees Tagsys pour lrsquoencapsulation et les bondings Or une mesure sous

pointe de la puce avec fils de connexion drsquoune part une estimation de la permittiviteacute de

lrsquoencapsulation dieacutelectrique drsquoautre part permettraient drsquoaffiner le modegravele

En couplant magneacutetiquement la boucle agrave un eacuteleacutement rayonnant de plus grandes

dimensions reacutesonant dans la bande UHF RFID on peut espeacuterer augmenter la reacutesistance de

rayonnement agrave quelques Ohms ou dizaines drsquoOhms Ainsi lrsquoadaptation entre antenne et chip

sur les parties reacuteelles drsquoimpeacutedance va ecirctre ameacutelioreacutee en rapprochant le module drsquoun dipocircle Ce

couplage va eacutegalement permettre drsquoaugmenter le gain de la structure

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance (

)

Re[boucle]

Re[chip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100060

65

70

75

80

85

90

95

Freacutequence (MHz)R

eacuteacta

nce (

)

Im[boucle]

-Im[chip]


30

223 Association du module Mutrak agrave un eacuteleacutement filaire rayonnant

On propose ici un scheacutema eacutequivalent pour lrsquoassociation (boucle+eacuteleacutement rayonnant)

On sait que le champ magneacutetique B agrave une distance r drsquoun conducteur 1 parcouru par un

courant I1 est deacutecrit par la loi de Biot-Savart

C 2

10

r

rldI

4B

(4)

Ce champ B produit par le conducteur 1 induit un courant magneacutetique I2 dans un

deuxiegraveme conducteur placeacute agrave proximiteacute Ce processus appliqueacute au cas du Mutrak est illustreacute

dans la Figure 2-18 ougrave le champ magneacutetique Bm creacuteeacute par le courant I1 parcourant le dipocircle

induit un courant I2 dans la boucle

Figure 2-18 Illustration du couplage magneacutetique entre une petite boucle et un conducteur lineacuteaire placeacute

au voisinage

Le couplage inductif a eacuteteacute utiliseacute dans la conception de petites antennes [CHO03] et

le deacuteveloppement de tags RFID [SON05] Ces deux travaux srsquoappuient sur le circuit de la

Figure 2-19 modeacutelisant le couplage inductif par un transformateur

Figure 2-19 Circuit eacutelectrique modeacutelisant le couplage inductif entre la boucle et le dipocircle

Dans la Figure 2-19 la partie gauche correspond au circuit de la boucle de la Figure

2-16 La partie droite est le circuit eacutequivalent de lrsquoeacuteleacutement rayonnant assimileacute agrave dipocircle demi-


31

onde fonctionnant autour de sa reacutesonance seacuterie Le transformateur est constitueacute de

lrsquoinductance de la petite boucle LBoucle et de lrsquoinductance du dipocircle LDip Lrsquoinductance

mutuelle M du transformateur deacutepend des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques de la boucle et du

dipocircle ainsi que de leur proximiteacute [SON05] exprime lrsquoimpeacutedance Za rameneacutee par

lrsquoassociation (boucle+dipocircle) aux bornes du chip selon

dip

2

boucleaaaZ

fM2ZjXRZ

(5)

Ougrave

Za= Impeacutedance drsquoentreacutee de lrsquoantenne (boucle+ chip)

Zboucle Impeacutedance de la boucle

Zdip Impeacutedance de lrsquoeacuteleacutement rayonnant dans ce cas du dipocircle

f freacutequence

M Inductance mutuelle entre lrsquoeacuteleacutement rayonnant et la boucle

En analysant (5) on constate que la preacutesence drsquoun terme en 1ZDip proportionnel agrave

lrsquoadmittance au second membre va transformer la reacutesonance seacuterie ZDip drsquoun dipocircle λ2 en une

reacutesonance parallegravele aux bornes du chip Le coefficient de reacuteflexion entre le chip et lrsquoantenne

srsquoexprime [NIK05]

achip

achip

ZZ

ZZ

(6)

Lrsquoadaptation est obtenue si lrsquoimpeacutedance drsquoentreacutee Za est eacutegale agrave la conjugueacutee de

lrsquoimpeacutedance du chip soit Ra=Rs=Rchip et Xa=-Xs=-Xchip

Le fait de travailler avec un eacuteleacutement filaire (dipocircle) nous ramegravene agrave la probleacutematique

de sa longueur reacutesonante de 17 cm agrave 900 MHz et agrave la recherche de solutions pour reacuteduire son

encombrement Une technique usuelle pour la miniaturisation des antennes 2D est lrsquoutilisation

de meacuteandres qui agissant comme des stubs en court-circuit permettent drsquoaugmenter

lrsquoinductance lineacuteique de lrsquoantenne donc de diminuer sa freacutequence de reacutesonance (MLA

Meander Line Antennas en anglais) Plusieurs eacutetudes [MAR03] [MAR08] [KWO05]


32

eacutetudient lrsquoimpact de lrsquoutilisation de meacuteandres sur les antennes filaires miniaturiseacutees

notamment en termes de reacuteduction de lrsquoefficaciteacute

Une autre technique est drsquoenrouler les extreacutemiteacutes du dipocircle ce qui produit plus

drsquoinductance agrave taille identique que dans le cas des meacuteandres [GUH11] Augmenter

lrsquoinductance de lrsquoantenne permet non seulement de conserver sa freacutequence de reacutesonance pour

une taille identique mais aussi de compenser la capaciteacute du chip La contrepartie est

lrsquoaugmentation du facteur de qualiteacute de lrsquoantenne donc la reacuteduction de sa bande passante

Nous allons dans la partie suivante utiliser des antennes filaires laquo enrouleacutees raquo pour

les tags deacuteveloppeacutes sur des reacutecipients en plastique pouvant contenir des liquides

23 Conception de lrsquoantenne tag

231 Analyse du dipocircle agrave enroulements

Lrsquoantenne agrave enroulements utiliseacutee dans cette partie est repreacutesenteacutee sur la Figure 2-20

avec les dimensions correspondantes Comme on traite des eacuteleacutements filaires tregraves fins et afin

de reacuteduire le temps de simulation nous avons choisi dans cette partie le logiciel libre 4NEC2

[NEC02] pour eacutetudier le dipocircle Ce logiciel libre est conccedilu speacutecifiquement pour des structures

filaires et est drsquoutilisation facile tout en donnant des reacutesultats proches de la reacutealiteacute Nous avons

deacutecideacute drsquoutiliser 4NEC2 plutocirct que le simulateur HFSS pour la raison suivante le modegravele

HFSS du module Mutrak nrsquoeacutetant pas disponible en deacutebut de thegravese nous avons initialement

favoriseacute le reacuteglage expeacuterimental de lrsquoantenne puisque de toutes faccedilons la simulation

rigoureuse du couplage entre le module et antenne nrsquoeacutetait pas possible

Figure 2-20 Antenne dipocircle agrave enroulements


33

Les longueurs L1 L7 correspondent aux plis reacutealiseacutes Le nombre de plis peut varier

en fonction du degreacute de miniaturisation choisi Ces plis et leurs longueurs sont autant de

paramegravetres de reacuteglage

Pour modifier la structure du dipocircle agrave enroulements on doit prendre en compte

lrsquoeacutecartement entre les segments car la proximiteacute de deux courants opposeacutes en phase diminue

le rayonnement et lrsquoefficaciteacute Comme pour tout eacuteleacutement filaire autour de sa premiegravere

reacutesonance le maximum de courant est au centre du dipocircle et diminue vers les extreacutemiteacutes Le

segment L1 est donc le plus influent sur la performance en rayonnement de la structure Le

pliage a eacuteteacute reacutealiseacute en conseacutequence en laissant une bonne partie de la longueur L1 eacuteloigneacutee du

segment le plus proche de lrsquoenroulement Lrsquoeacutecartement entre lrsquoeacuteleacutement principal et les

segments lsquorsquovoisinsrsquorsquo (L1 et L5 dans la Figure 2-20) est donc plus important que ceux entre les

autres segments On simule le dipocircle par une source de tension ideacuteale placeacutee en son milieu

Les reacutesultats de lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecartement entre les segments sont donneacutes dans les Tableau 2-2

1-3 1-4

Ecart Re[Zant] Ω Im[Zant] Ω Efficaciteacute () Gain (dB)

0001λ 686 6326 31 -031

0002λ 631 6253 31 -004

0003λ 6 6258 315 -001

0004λ 578 6236 32 -001

0005λ 551 6189 322 -001

0006λ 54 6365 34 -005

0007λ 535 6213 328 -003

0008λ 527 6207 329 -002

0009λ 53 6326 34 -004

001λ 519 635 34 -004

Tableau 2-2 Effet de la reacuteduction de lrsquoeacutecartement entre les segments L1 et L5


0001λ 495 634 2875 -035

0002λ 5 636 327 -022

0003λ 502 623 306 -014

0004λ 508 625 319 -008

0005λ 512 632 356 -005

0006λ 51 626 3304 -003

0007λ 504 621 328 -003

0008λ 502 619 327 -003

0009λ 516 634 320 -0

001λ 512 619 328 -002



34


0001λ 51 6203 299 -004

0002λ 54 6374 307 -013

0003λ 53 622 322 -024

0004λ 52 632 342 -026

0005λ 511 633 349 -026

0006λ 51 624 343 -023

0007λ 51 629 352 -023

0008λ 51 627 3515 -022

0009λ 51 633 359 -021

001λ 52 627 353 -019


On constate dans tous les cas une chute de lrsquoefficaciteacute de quelques avec la

diminution de lrsquoeacutecart entre les segments Drsquoautre part lrsquoimpact sur lrsquoimpeacutedance est faible

Pour les dimensions du Tableau 2-5 et la structure de la Figure 2-21 on trace ensuite

la reacuteponse freacutequentielle de lrsquoimpeacutedance sur la Figure 2-22

Paramegravetre Dimension (mm)

L1 40

L2 20

L3 135

L4 165

L5 10

L6 135

L7 7

Rayon du fil 0125

Mateacuteriel Cuivre

Tableau 2-5 Dimensions de lrsquoantenne proposeacutee


35

Nous observons une reacutesonance seacuterie situeacutee environ agrave 868MHz avec une impeacutedance

eacutegale agrave 634+j 0 Ω Notre dipocircle a une longueur totale de 202mm (un peu plus de λ2) mais

nrsquooccupe qursquoune longueur physique de 40mm En comparaison un dipocircle droit de mecircme

largeur et de longueur 202mm preacutesente une reacutesonance seacuterie agrave 712MHz et une impeacutedance

142+j252 Ω agrave 868MHz Pour avoir un dipocircle droit reacutesonant agrave 868MHz une longueur de

166mm est neacutecessaire lrsquoimpeacutedance valant alors 73+j0 Ω

On note une forte reacuteduction de la reacutesistance rayonnement par rapport au dipocircle

classique comme conseacutequence de lrsquoopposition de phase des courants dans les enroulements

aux extreacutemiteacutes Une conseacutequence directe reacutesulte de lrsquoeacutequation (5) ougrave on observe que

lrsquoimpeacutedance Za de lrsquoantenne deacutepend de 1Zdip Donc plus lrsquoimpeacutedance du dipocircle est faible et

plus son impact sur Za sera eacuteleveacute ce qui explique lrsquointeacuterecirct drsquoutiliser des dipocircles enrouleacutes de

faible reacutesistance pour augmenter la reacutesistance vue par le chip

232 Couplage magneacutetique dipocircle ndash module Mutrak

Une fois deacutetermineacutees les dimensions du dipocircle agrave enroulement λ2 on introduit un

modegravele approcheacute 4NEC2 de la boucle du module Mutrak et on veacuterifie si lrsquoimpeacutedance

rameneacutee au port drsquoentreacutee de la boucle permet lrsquoadaptation du chip Monza4 La structure

proposeacutee est modeacutelisable par le circuit de la Figure 2-19 et lrsquoeacutequation (5) La Figure 2-23

montre lrsquoemplacement des deux eacuteleacutements dans la structure du tag

Figure 2-21 Dipocircle enrouleacute exciteacute par une

source

Figure 2-22 Impeacutedance drsquoun dipocircle enrouleacute


36

Figure 2-23 Structure du tag proposeacute

La boucle est positionneacutee agrave proximiteacute du centre du dipocircle lagrave ougrave le courant est

maximum Une eacutetude portera plus loin sur la position donnant le couplage optimal Pour

effectuer la simulation nous allons remplacer le chip par un port drsquoexcitation correspondant agrave

lrsquoemplacement et agrave la longueur du chip On neacuteglige lrsquoencapsulation PVC pour des raisons de

simpliciteacute et de limitations du logiciel Les simulations sont donc faites en espace libre

233 Etude de lrsquoeacutecartement entre la boucle drsquoexcitation et le dipocircle

En premier lieu nous faisons varier lrsquoeacutecartement entre le segment principal du dipocircle

(L1) et la boucle Trois eacutecartements en lsquolsquoyrsquorsquo ont eacuteteacute choisis 15 5 et 10 mm (distance entre le

centre de la boucle et le bord adjacent du dipocircle) Les variations de reacutesistance et de reacuteactance

correspondantes sont donneacutees dans la Figure 2-24(a) et la Figure 2-24(b) respectivement

(a) Reacutesistance de lrsquoantenne

(b) Reacuteactance de lrsquoantenne

Figure 2-24 Evolution de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne en fonction de lrsquoeacutecartement entre le dipocircle et la boucle

800 820 840 860 880 900 820 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

-Im[Zchip]


37

On note les caracteacuteristiques suivantes

- la reacutesonance seacuterie du dipocircle enrouleacute se transforme en une reacutesonance parallegravele

- lrsquoinductance de la boucle impose le comportement global de la reacuteactance de

lrsquoantenne Lrsquoinfluence du dipocircle est nette autour de la freacutequence de reacutesonance En

dehors on retrouve la reacuteponse de la boucle

Les pics de reacutesistance et de reacuteactance sont drsquoautant plus importants que lrsquoeacutecartement

est faible entre la boucle et le dipocircle donc que le couplage est important La Figure 2-24(a)

montre la hausse significative de la reacutesistance de la boucle avec la proximiteacute du dipocircle Ceci

favorise drsquoune part le rayonnement de lrsquoantenne (reacutesistance de rayonnement forte devant les

reacutesistances de pertes) qui voit son efficaciteacute augmenter Drsquoautre part lrsquoadaptation est

ameacutelioreacutee car la valeur Re[Za] se rapproche de Re[Zchip] On note que si lrsquoadaptation est

obtenue sur la partie reacuteelle elle ne lrsquoest pas sur les parties imaginaires Le Tableau 2-6 reacutesume

les impeacutedances les efficaciteacutes et les gains observeacutes agrave 868 MHz

Ecart y (mm) Impeacutedance 868 MHz Efficaciteacute Gain (dBi)

15 83+ j688 Ω 0483 -16

5 14+ j636 Ω 0206 -078

10 04+ j63 Ω 0079 -224

-15 681+ j646 Ω 0361 -08

Tableau 2-6 Variation des paramegravetres de lrsquoantenne en fonction de lrsquoeacutecartement entre boucle et dipocircle

On a eacutegalement consideacutereacute dans le Tableau 2-6 un eacutecartement -15mm correspondant

agrave la boucle placeacutee de lrsquoautre coteacute du segment L1 entre les 2 segments L4 (Figure 2-23)

Lrsquoimpeacutedance et le gain ont un comportement similaire agrave celui obtenu pour y=15mm

Neacuteanmoins lrsquoefficaciteacute chute agrave cause du couplage avec les segments L4 adjacents aux cocircteacutes

de la boucle dans lesquels des courants en opposition de phase vont circuler


38

234 Etude des effets du glissement de la boucle drsquoexcitation le long du dipocircle

Un deuxiegraveme deacuteplacement de la boucle est effectueacute selon lsquolsquoxrsquo le long drsquoun des 2

bras du dipocircle La boucle est positionneacutee en x=0mm (centre) 5 et 10mm pour lrsquoeacutecartement en

lsquolsquoyrsquorsquo optimal fixeacute agrave 15mm



Figure 2-25 Evolution de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne en fonction de la position de la boucle le long du dipocircle

Sur les Figures 1-25(a) et 1-25(b) on constate que lrsquooptimum de couplage est bien au

centre du dipocircle pour lequel on a les valeurs les plus eacuteleveacutees en reacutesistance et reacuteactance

valeurs qui srsquoapprochent le plus de lrsquoimpeacutedance du chip Nous allons donc conserver une

position centrale de la boucle Le Tableau 2-7 reacutesume les performances pour chaque position

en x

Position en x (mm) Impeacutedance 868 MHz Efficaciteacute Gain (dBi)

Centre x=0 83+ j688 Ω 0483 -16

13 27+ j653 Ω 0317 -438

20 13+ j634 Ω 0188 -21

Tableau 2-7 Variation des paramegravetres de lrsquoantenne (dipocircle+boucle) en fonction de la distance x

Pour la position centrale de la boucle drsquoexcitation les valeurs de reacutesistance et de

reacuteactance atteignent un maximum autour de 868 MHz La valeur maximum de la partie reacuteelle

de lrsquoimpeacutedance drsquoantenne permet drsquoeacutegaler la valeur de la reacutesistance du chip On observe en

revanche un eacutecart drsquoenviron 20Ω entre la reacuteactance maximale de lrsquoimpeacutedance drsquoantenne et la

reacuteactance conjugueacutee du chip

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce d

e la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

-Im[Zchip]


39

Dans la partie suivante on deacutecrit les eacutetapes de reacutealisation du tag et les mesures de

distance de lecture reacutealiseacutees sur le reacutecipient plastique avec de lrsquoeau

24 Tag combinant des dipocircles enrouleacutes et la boucle drsquoexcitation ndash

Reacutealisation et mesures de freacutequence de reacutesonance

241 Reacutealisation de lrsquoantenne tag

Le prototype de dipocircle enrouleacute est reacutealiseacute agrave partir drsquoun fil de cuivre de diamegravetre

025mm Le Tableau 2-8 reacutesume les dimensions des diffeacuterents segments du dipocircle Le Mutrak

est positionneacute au centre du dipocircle (x=0mm) avec un eacutecartement y=15mm

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 diamegravetre gap mateacuteriel

40 mm 20 mm 135 mm 165 mm 10 mm 135 mm 7 mm 025mm 15mm cuivre

Tableau 2-8 Dimensions de lrsquoantenne tag avec dipocircle enrouleacute

Pour assurer la fixation du fil de cuivre une base en papier millimeacutetreacute (εr=3 δ=0 Sm)

a eacuteteacute utiliseacutee Elle permet drsquoapprocher au mieux les dimensions du Tableau 2-8 Le dipocircle et

le module Mutrak sont fixeacutes sur le papier avec de la colle Le prototype de tag est repreacutesenteacute

sur la Figure 2-26

Figure 2-26 Dipocircle enrouleacute accordeacute dans lrsquoair incluant le module Mutrak

Comme la simpliciteacute du logiciel 4NEC2 ne permet pas drsquoinclure les diffeacuterents types

de mateacuteriaux dieacutelectriques (encapsulation de la boucle papier) lrsquoantenne a eacuteteacute simuleacutee en

espace libre On srsquoattend donc agrave mesurer une freacutequence de reacutesonance plus basse que celle

estimeacutee en simulation Le reacuteglage de la freacutequence de reacutesonance de lrsquoantenne sera reacutealiseacute


40

expeacuterimentalement en reacuteduisant sa longueur selon la proceacutedure deacutecrite dans le paragraphe

suivant Il en sera de mecircme pour le reacuteglage de lrsquoantenne une fois placeacutee sur le reacutecipient en

plastique

2411 Meacutethode de mesure de la freacutequence de reacutesonance drsquoune antenne par

couplage de proximiteacute

Lrsquoideacutee est de deacuteterminer expeacuterimentalement la variation de freacutequence de reacutesonance

du dipocircle agrave lrsquoaide drsquoune petite boucle placeacutee agrave son voisinage [KIN69] En effet la sortie de

lrsquoanalyseur de reacuteseau vectoriel (VNA) ne pouvant pas ecirctre directement connecteacutee au port

drsquoentreacutee du dipocircle enrouleacute (cest-agrave-dire aux bornes du chip encapsuleacute dans le module Mutrak)

on recreacuteeacute un couplage inductif similaire agrave celui existant entre le Mutrak et le dipocircle

Cette petite boucle dite de King est blindeacutee afin drsquoeacuteviter les courants de gaine Il est

important de noter que la boucle de King ne donne pas les mecircmes valeurs drsquoimpeacutedance

drsquoentreacutee que la boucle du Mutrak son diamegravetre eacutetant bien plus important Mais la reacutesonance

seacuterie du dipocircle sera bien observeacutee agrave la mecircme freacutequence Dans la photo de la Figure 2-27 on

deacutecrit la proceacutedure de test qui permet un reacuteglage fin de la longueur du dipocircle pour peu que la

boucle blindeacutee soit assez proche du dipocircle pour eacutetablir le couplage

Figure 2-27 Boucle de King blindeacutee agrave proximiteacute du dipocircle agrave mesurer

La boucle est reacutealiseacutee agrave partir drsquoun segment de cacircble coaxial plieacute en cercle avec un

diamegravetre approximatif de 7mm Afin de limiter les courants de gaine une moitieacute de la boucle

est agrave deacutecouvert lrsquoautre conserve son blindage exteacuterieur Le conducteur central de la boucle est

soudeacute agrave lrsquoacircme centrale du connecteur SMA drsquoun cocircteacute au blindage exteacuterieur de lrsquoautre Le

blindage exteacuterieur lui-mecircme est soudeacute agrave la masse du connecteur SMA Pour mesurer la

freacutequence de reacutesonance du dipocircle on utilise la transformation de la reacutesonance seacuterie en


41

reacutesonance parallegravele au niveau de la boucle On observe sur la Figure 2-28 lrsquoapparition drsquoune

petite boucle traduisant le couplage en preacutesence du dipocircle La freacutequence de reacutesonance du

dipocircle est alors la freacutequence pour laquelle on observe le maximum de la partie reacuteelle de

lrsquoimpeacutedance

Figure 2-28 Impeacutedance de la boucle de King en lrsquoabsence (agrave gauche) et au voisinage (agrave droite) du dipocircle

2412 Module Mutrak ndash Deacutetermination expeacuterimentale de la reacutesonance

La reacutesonance du Mutrak est deacutetermineacutee en rapprochant la boucle de King du Mutrak

(Fig 1-29) On observe une reacutesonance agrave 920 MHz tregraves infeacuterieure agrave la freacutequence de 1000 MHz

preacutedite par la simulation 4NEC2 Cela est du agrave la non prise en compte de lrsquoencapsulation FR4

et de la connectique flip chip entre la boucle et le chip

Figure 2-29 Caracteacuteristique dimpeacutedance du Mutrak


42

2413 Tag sur reacutecipient plastique ndash Reacuteglage de la reacutesonance

Lrsquoantenne dipocircle enrouleacutee a eacuteteacute fixeacutee sur un reacutecipient plastique (εr=2 =0 Sm)

drsquoeacutepaisseur 16mm et de dimensions 155cm x 235cm x 145cm Comme le plastique modifie

la valeur de la longueur drsquoonde effective [λg = c (f radicεr)] en augmentant la permittiviteacute relative

du milieu la freacutequence de reacutesonance mesureacutee est deacutecaleacutee de 60MHz vers les basses

freacutequences agrave 828MHz par rapport agrave la reacutesonance mesureacutee dans lrsquoair

Nous avons donc accordeacute lrsquoantenne manuellement en coupant les segments inteacuterieurs

L7 et L6 La nouvelle antenne accordeacutee avec le reacutecipient en plastique des Figures 1-30 et 1-31

peut ecirctre compareacutee agrave celle de la Figure 2-26 qui fonctionne dans lrsquoespace libre Une longueur

totale de 18mm a eacuteteacute enleveacutee (9mm de chaque cocircteacute) pour retrouver la freacutequence de travail

(868 MHz) La nouvelle valeur de L6 est eacutegale agrave 6mm et L7 est supprimeacute Les dimensions

finales du tag sont 60mm x 40mm On note que lrsquoespace entre les segments L6 et L2 est plus

faible qursquoentre les segments L5 et L1 afin de limiter le couplage avec le segment L1 partie

rectiligne du dipocircle

Figure 2-30 Dipocircle accordeacute pour le reacutecipient

plastique


plastique avec le module Mutrak

Une fois ajusteacute notre tag pour les reacutecipients plastiques nous allons remplir le

reacutecipient avec de lrsquoeau et deacuteterminer le nouveau reacuteglage neacutecessaire agrave lrsquoadaptation

2414 Tag sur reacutecipient plastique rempli drsquoeau ndash Reacuteglage de la reacutesonance

Pour cette partie notre reacutecipient a eacuteteacute rempli drsquoeau (εr=80 =001 Sm) de faccedilon agrave

atteindre le niveau du tag et le recouvrir complegravetement Le volume agrave lrsquoarriegravere du tag est

constitueacute maintenant par une premiegravere couche de plastique de 17mm drsquoeacutepaisseur puis drsquoun


43

volume drsquoeau qui peut ecirctre consideacutereacute comme une couche infinie car le reacutecipient fait 155cm

de profondeur dans lrsquoaxe de la lecture

Le dipocircle accordeacute dans le cas du plastique (Fig 1-29) a eacuteteacute reacuteutiliseacute pour cette

nouvelle mesure Une freacutequence de reacutesonance a eacuteteacute deacutetecteacutee agrave 550MHz agrave lrsquoaide du VNA

Lrsquoeau avec une permittiviteacute de 80 altegravere donc profondeacutement la permittiviteacute effective du

milieu Nous avons ensuite reacuteduit la longueur totale du dipocircle de 19mm soit une reacuteduction

totale de 41mm si nous comparons au dipocircle initial simuleacute Les Figures 1-32 et 1-33 montrent

le dipocircle et le tag respectivement apregraves cette deuxiegraveme reacuteduction de longueur


plastique rempli drsquoeau


plastique rempli drsquoeau avec le module Mutrak

Au final la longueur L4 est eacutegale agrave 12mm et les segments L5 L6 L7 ont disparu

Notons que ce tag est uniquement utilisable sur des reacutecipients remplis drsquoeau et utilise la mecircme

surface que celui qui fonctionne seulement sur reacutecipient plastique vide

Deux tags de surfaces similaires ont eacuteteacute reacutealiseacutes chacun accordeacute en freacutequence pour

un milieu speacutecifique reacutecipient plastique vide ou rempli Lrsquoideacutee est agrave preacutesent de proposer un

tag qui puisse fonctionner dans lrsquoun ou lrsquoautre des 2 cas en combinant les deux antennes

proposeacutees

2415 Antenne Combineacutee pour reacutecipient plastique vide ou rempli drsquoeau

Notre tag combine les deux antennes et un seul module Mutrak Seul le dipocircle

fonctionnant sur sa reacutesonance seacuterie propre sera coupleacute agrave la boucle lrsquoautre eacutetant agrave priori

invisible car hors reacutesonance Comme notre sceacutenario est binaire (reacutecipient rempli ou vide) les

antennes ne seront pas accordeacutees simultaneacutement agrave 868 MHz La Figure 2-34 montre le tag

proposeacute


44

Figure 2-34 Tag fonctionnant avec un reacutecipient plastique vide ou rempli drsquoeau

Le tag de la Figure 2-34 a une surface totale de 60mm x 60mm Lrsquoeacutecart entre le

Mutrak et chacun des dipocircles est identique En raison de la condition de remplissage (du bas

vers le haut) lrsquoantenne accordeacutee avec lrsquoeau (dipocircle 2 ) a eacuteteacute placeacutee en bas de la structure alors

que le dipocircle 1 accordeacute avec le plastique a eacuteteacute placeacute en haut

Les mesures de distance de lecture sont ensuite effectueacutees en respectant le protocole

preacutesenteacute dans la prochaine partie

2416 Tag combinant des dipocircles enrouleacutes et le Mutrak ndashMesures de

distance de la lecture

Les mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees selon le scheacutema de la Figure 2-35

Figure 2-35 Montage pour les mesures de distance de lecture

Lrsquoenvironnement de mesure est du type lsquorsquobureaursquorsquo avec des chaises et du mateacuteriel

autour du montage Pour srsquoaffranchir de lrsquoinfluence de lrsquoenvironnement en particulier de la


45

reacuteflexion par le sol on va reacuteduire la puissance eacutemise par lrsquoantenne lecteur et positionner le tag

en limite de distance de lecture en un point ougrave le trajet reacutefleacutechi est neacutegligeable

Drsquoapregraves le scheacutema de la Figure 2-35 on peut eacutecrire cosθ sous la forme suivante

2

1

R

Rcos (7)

et on va fixer arbitrairement R1 de faccedilon agrave ce que le rapport entre le trajet direct et le reacutefleacutechi

soit

R2 = 3R1 (8)

Lrsquoideacutee est de veacuterifier en fin de calcul que pour ce rapport on a bien un trajet reacutefleacutechi

neacutegligeable par rapport au trajet direct et que les mesures seront donc valides Avec le rapport

fixeacute en (8) lrsquoeacutequation (7) devient

31Cos soit 5470 (9)

Consideacuterons agrave preacutesent lrsquoeacutequation de transmission en espace libre pour les deux trajets

direct R1 et reacutefleacutechi R2

tag)0(t1

t

directr GGR4

log20P

P

(10)

tag)70(t2

t

reacutefleacutechirGG

R4log20

P

P

(11)

Ougrave

- Prdirect Puissance reccedilue au niveau du tag par le trajet direct (R1)

- Prreacutefleacutechi Puissance reccedilue au niveau du tag par le trajet reacutefleacutechi (R2)

- Pt Puissance transmise par le lecteur

- λ Longueur drsquoonde

- Gt (θ=0deg)=Gt Gain de lrsquoantenne lecteur dans lrsquoaxe (θ=0deg)

- Gt (θ=70deg) Gain de lrsquoantenne lecteur agrave θ=70deg en dessous de lrsquoaxe


46

- Gtag Gain de lrsquoantenne tag

On a supposeacute dans le calcul de Prreacutefleacutechi que le coefficient de reacuteflexion du sol est eacutegal

agrave 1 alors qursquoil est neacutecessairement infeacuterieur agrave 1 en pratique On majore donc leacutegegraverement

Prreacutefleacutechi On calcule ensuite la diffeacuterence ΔPr des puissances reccedilues entre le trajet direct et le

trajet reacutefleacutechi

)70(t)0(t

1

2reacutefleacutechirdirectrr GG

R

RLog20PPP (12)

Le gain de lrsquoantenne agrave polarisation circulaire utiliseacutee expeacuterimentalement (PATCH-

A0025 de Poynting Europe) [POYN] est eacutegal agrave -8dBi agrave θ=70deg drsquoapregraves les donneacutees

constructeur alors qursquoil est de 3 dBi dans lrsquoaxe (θ=0deg) La diffeacuterence entre les deux gains est

de -11dB Notons que le gain de lrsquoantenne agrave polarisation circulaire est de 7 dBic soit 4 dBi en

polarisation lineacuteaire En utilisant les donneacutees de gain drsquoantenne du constructeur et en fixant R2

= 3R1 on obtient

dB5420)dB8(dB3)3(Log20Pr (13)

On obtient donc en lineacuteaire un rapport entre les puissances PrdirectPrreacutefleacutechi=1132 Ainsi pour

un rapport de distances R2=3R1 la puissance reccedilue par le trajet indirect apregraves reacuteflexion sur le

sol correspond agrave un centiegraveme de celle reccedilue par le trajet direct La puissance reacutefleacutechie est donc

neacutegligeable ce qui permet de neacutegliger aussi lrsquoinfluence de la phase du signal reacutefleacutechi En

revenant aux eacutequations initiales nous obtenons la formule suivante

2R

htan

1

(14)

soit

tan

h2R1

(15)

En positionnant les antennes agrave h=13m dans la Figure 2-35 nous obtenons pour

θ=70deg une distance R1=212m entre antennes Nous fixerons donc agrave R1=212m dans nos

mesures la distance entre antenne lecteur et tag afin de srsquoaffranchir de lrsquoinfluence du sol


47

La meacutethode de mesure consiste alors pour une distance R1=212m entre antennes agrave

augmenter progressivement la puissance du lecteur jusqursquoagrave deacutetecter le tag Si Ptmin est la

puissance minimum transmise par le lecteur neacutecessaire pour deacutetecter le tag alors Ptmin et R1

sont relieacutes par la formule de Friis selon

th

tagtmint

1P

GGP

4R

(16)

avec


- 2

1 coefficient de transmission de puissance exprimeacute en fonction de

lrsquoadaptation Γ entre lrsquoantenne et le chip

- Pth Puissance minimale de reacuteveil du chip

La distance de maximale de lecture RR (Read Range) est deacutetermineacutee agrave partir de la

puissance maximale EIRP autoriseacutee en Europe soit 328 W ou 351 dBm Cette puissance

correspond agrave PtGt=328W drsquoougrave

th

tag

P

G283

4RR

(17)

soit en combinant (16) et (17)

mintt

1PG

283RRR (18)

A partir de la mesure de Ptmin on accegravede donc agrave RR sans connaicirctre la puissance de

reacuteveil du chip le gain de lrsquoantenne tag et la valeur du coefficient de reacuteflexion Seule la

connaissance du gain de lrsquoantenne lecteur est neacutecessaire Le dispositif expeacuterimental est

preacutesenteacute sur la Figure 2-36 Les eacutequipements utiliseacutes sont

- Antenne Poynting

- Emetteur RF Impinj

- Support pour lrsquoantenne et le reacutecipient

- Cacircbles SMA


48

Figure 2-36 Mesure de la distance de lecture

Figure 2-37 Antenne combineacutee dans la condition

lsquolsquoreacutecipient remplirsquorsquo

Dans la Figure 2-36 le tag est placeacute face agrave lrsquoaxe de rayonnement de lrsquoantenne lecteur

de faccedilon agrave avoir le maximum de puissance reccedilue la puissance de transmission de lrsquoeacutemetteur a

eacuteteacute fixeacutee agrave Ptmin= 20dBm pour atteindre R1 Le lecteur fonctionne uniquement sur la plage de

freacutequence Europe (865-868 MHz) Nous avons fait des mesures de RR sur les 3 tags suivants

attacheacutes au reacutecipient vide puis rempli (Figure 2-37)

- Tag laquo Plastique raquo Figure 2-31

- Tag laquo Eau raquo Figure 2-33

- Tag laquo Combineacute raquo Figure 2-34

Les reacutesultats sont reacutesumeacutes dans le Tableau 2-9

Condition Tag laquo Plastique raquo Tag laquo Eau raquo Tag laquo Combineacute raquo

Reacutecipient vide 37m 0 m 38m

Reacutecipient rempli 0 m 035m 05m

Tableau 2-9 Distance de lecture pour les diffeacuterentes antennes

On constate que les tags laquoPlastique raquo et laquo Eau raquo ne sont opeacuterationnels que srsquoils sont

utiliseacutes sur le support pour lequel ils ont eacuteteacute conccedilus alors que le tag laquo Combineacute raquo fonctionne

dans les deux cas La distance de lecture du tag laquo Eau raquo ou du tag laquo Combineacute raquo en preacutesence de


49

lrsquoeau est tregraves reacuteduite (35 cm et 50 cm respectivement) agrave cause des pertes dans lrsquoeau qui est un

milieu partiellement conducteur Le tag laquo Eau raquo a donc intrinsegravequement une plus faible porteacutee

que le tag laquo Plastique raquo On note qursquoune fois combineacutees les 2 antennes ont des performances

proches de celles observeacutees individuellement

On complegravete ces mesures par des mesures du RR en fonction de la freacutequence obtenues

agrave lrsquoaide du dispositif Tagformance de Voyantic (Figures 1-38 et 1-39) pour le cas du plastique

et de lrsquoeau respectivement Ce dispositif expeacuterimental a eacuteteacute acheteacute en fin de thegravese et nrsquoeacutetait

pas disponible au moment ougrave le tag a eacuteteacute conccedilu On constate un pic de reacutesonance agrave 868 MHz

pour le tag plastique Le fait que la reacuteponse en preacutesence drsquoeau soit perturbeacutee vient

essentiellement de la sensibiliteacute du dispositif de mesure vis-agrave-vis des reacuteflexions environnantes

pour les niveaux faibles de reacuteponse de tag

Figure 2-38 Distance de lecture du tag laquo Plastique raquo

sur reacutecipient plastique vide

Figure 2-39 Distance de lecture du tag laquoEau raquo sur

reacutecipient plastique rempli drsquoeau

On observe une bonne correacutelation avec les mesures du Tableau 2-9 dans la bande

Europe ce qui valide le dispositif expeacuterimental utilisant un lecteur avec une distance entre

antennes de 2m Le read-range mesureacute pour le tag laquo Combineacute raquo en fonction de la freacutequence

est donneacute dans les Figures 1-40 et 1-41

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)

850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950

03

032

034

036

038

04

042

044

046


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


50

Figure 2-40 Distance de lecture du tag laquo Combineacute raquo



sur reacutecipient plastique rempli drsquoeau

Ces reacutesultats confirment un bon fonctionnement agrave la freacutequence de travail dans les deux

cas On retrouve lrsquoordre de grandeur des valeurs trouveacutees dans le Tableau 2-9 En terme de

bande passante notre solution peut ecirctre utiliseacutee dans la bande ameacutericaine mais avec une

distance de lecture maximale de 2m dans lrsquoair et 35 cm dans lrsquoeau

Le tag large bande qui va ecirctre preacutesenteacute dans la suite utilise le mecircme principe de

couplage inductif agrave deux eacuteleacutements ougrave chacun reacutesonne agrave une freacutequence diffeacuterente Il va ecirctre

simuleacute et reacutealiseacute gracircce agrave un modegravele HFSS du Module Mutrak et une technologie de

fabrication plus rigoureuse afin drsquooptimiser la largeur de bande et de rendre le tag insensible agrave

des variations modeacutereacutees de permittiviteacute du support plastique

25 Conception et reacutealisation drsquoun tag large bande

Nous avons valideacute dans la partie 14 une configuration de tag agrave deux dipocircles

reacutesonants coupleacutes inductivement au module Mutrak On va reacutealiser agrave preacutesent un tag par

gravure de cuivre sur un substrat fin et souple pouvant fonctionner dans lrsquoair ou sur des

surfaces en plastique avec des distances de lecture aussi longues que possible Le design aura

pour objectif lrsquoadaptation de lrsquoantenne au chip dans lrsquoair sur une bande passante maximale

vers les freacutequences eacuteleveacutees afin de contrecarrer la chute de la freacutequence de reacutesonance une fois

sur le plastique

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

800 825 850 875 900 925 950025

03

035

04

045

05

055


Read R

ange (

m)


51

On va commencer par analyser une structure agrave un seul dipocircle agrave proximiteacute du module

Mutrak La Figure 2-42 montre le tag de base simuleacute cette fois ci sous Ansoft HFSS avec un

modegravele rigoureux du module

Figure 2-42 Structure tag de base agrave un dipocircle enrouleacute imprimeacute pour la reacutealisation large bande

La structure est simuleacutee pour un dieacutelectrique Kapton (єr=34 tanδ=0006) drsquoeacutepaisseur

05mm Les dimensions associeacutees agrave la Figure 2-42 sont donneacutees dans le Tableau 2-10


L1 51

L2 21

L3 21

L4 11

L5 14

L6 4

Largeur 1

Tableau 2-10 Dimensions du dipocircle enrouleacute imprimeacute

La distance entre la boucle et lrsquoantenne est telle que le bord du module Mutrak colle

le segment meacutetallique L1 On a limiteacute la proximiteacute entre les segments afin drsquooptimiser

lrsquoefficaciteacute

Lrsquoensemble des reacutesultats pour cette structure est donneacute dans la Figure 2-43 La

Figure 2-43(a) montre lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne vue depuis le chip On constate la

transformation de la reacutesonance seacuterie du dipocircle enrouleacute en une reacutesonance parallegravele agrave travers

lrsquoinductance mutuelle entre dipocircle et boucle La Figure 2-43(b) indique que la valeur de gain

maximale (-037 dB) est similaire agrave celle du tag reacutealiseacute en technologie filaire On note la forte

seacutelectiviteacute en gain de la structure (Bande passante agrave -3dB de 50 MHz) La distance de lecture

en espace libre atteint environ 425m en simulation avec une puissance maximal drsquoeacutemission

de 31dBm


52

(a) Impeacutedance de lrsquoantenne et du chip (b) Gain de lrsquoantenne

(c) Adaptation entre lrsquoantenne et le chip (d) Distance de lecture

Figure 2-43 Simulation HFSS du tag baseacute sur un dipocircle enrouleacute dans lrsquoair

Comme on peut noter dans la Figure 2-43(d) la bande de lecture est eacutetroite et

maximale dans la bande europeacuteenne autour de 868 MHz La distance de lecture est de 17m

dans la bande ameacutericaine On retrouve donc bien le comportement de la structure filaire colleacutee

sur papier

Lrsquoadaptation maximale (-325 dB) est obtenue agrave 868 MHz gracircce agrave lrsquoeacutegalisation de

Re[Za] et Re[Zchip] et la proximiteacute de Im[Za] et - Im[Zchip] (Figure 2-43(a)) Un autre optimum

drsquoadaptation est obtenu agrave 947MHz gracircce agrave la compensation des reacuteactances du dipocircle et du

chip Ce deuxiegraveme minimum nrsquoest pas associeacute agrave un pic de lecture agrave cause du faible gain de -

85 dB agrave 947MHz (Figure 2-43(b))

On va agrave preacutesent introduire un deuxiegraveme dipocircle agrave proximiteacute du module Mutrak Dans

le cas preacutesenteacute au 14 les freacutequences de reacutesonance de chaque dipocircle eacutetaient tregraves eacuteloigneacutees afin

de faire fonctionner lrsquoun ou lrsquoautre des 2 dipocircles en fonction du milieu environnant (reacutecipient

plastique ou reacutecipient plastique rempli drsquoeau) le 2deg dipocircle eacutetant alors non fonctionnel Ici le

800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)


53

plastique ayant un effet moins perturbant il va plutocirct srsquoagir de rapprocher les deux reacutesonances

afin drsquoeacutelargir la bande passante Cette proximiteacute de reacutesonance conduit agrave un eacutelargissement de

bande passante de la reacuteponse dans lrsquoair Cette reacuteponse sera translateacutee vers les freacutequences plus

basses lorsque des supports plastiques de permittiviteacute etou drsquoeacutepaisseur croissante seront

introduits agrave lrsquoarriegravere du tag Si la reacuteponse est suffisamment large on aura donc une relative

insensibiliteacute du tag aux variations de permittiviteacute ou drsquoeacutepaisseur du plastique dans une bande

de freacutequence donneacutee Europe ou US voire les 2 bandes en fonction du type de support

concerneacute

On va donc rajouter dans la suite une deuxiegraveme reacutesonance agrave celle observeacutee dans la

Figure 2-43(a) Celle-ci doit ecirctre supeacuterieure en freacutequence et correspondra agrave un deuxiegraveme

dipocircle de dimensions proches de celles du Tableau 2-10 Deux topologies de tags (T1) et (T2)

vont ecirctre analyseacutees

251 Tag (T1) Premiegravere topologie de tag large bande agrave 2 dipocircles enrouleacutes

On introduit un deuxiegraveme dipocircle enrouleacute (D2) dans la structure de reacutefeacuterence de la

Figure 2-42 comme indiqueacute sur la Figure 2-44 Ce dipocircle est plus large et possegravede une

freacutequence de reacutesonance plus eacuteleveacutee que celle du dipocircle (D1) afin de couvrir la bande US et

au-delagrave

Figure 2-44 Tag large bande (T1) combinant deux dipocircles (D1) et (D2)

Les dimensions de cette nouvelle structure sont reacutesumeacutees dans le Tableau 2-11 la

numeacuterotation des segments des dipocircles est la mecircme utiliseacutee dans la figure 2-42 La surface

totale du tag est 825mmx3425mm ce qui repreacutesente une diminution drsquoencombrement par

rapport au tag baseacute sur des fils Lrsquoensemble des reacutesultats est reacutesumeacute dans la Figure 2-45

Les reacutesonances naturelles des 2 dipocircles cest-agrave-dire les reacutesonances obtenues quand

un seul des 2 dipocircles est preacutesent sont respectivement 900 MHz pour (D1) et 1000 MHz pour


54

(D2) comme indiqueacute dans lrsquoAnnexe 1 Du fait du couplage entre dipocircles les 2 reacutesonances

(pics de Re(Za)) se deacuteplacent vers les freacutequences basses autour de 868 MHz et 975 MHz

observeacute sur la Figure 2-45a

Paramegravetre D1 (mm) D2 (mm)

L1 51 7625

L2 21 2225

L3 21 95

L4 13 195

L5 10 6

L6 0 1525

Largeur 1 25

Tableau 2-11 Dimensions des diffeacuterents segments des dipocircles (D1) et (D2) dans (T1)

En comparant avec la Figure 2-43a on constate agrave 868MHz une remonteacutee du pic de

reacuteactance du dipocircle (D1) lieacute au couplage inductif produit par lrsquoinclusion du dipocircle (D2) Ceci

reacuteduit lrsquoeacutecart entre Xa et -Xchip (Figure 2-45(a)) Drsquoautre part au-delagrave de 900 MHz on a une

remonteacutee de la reacuteponse de Ra gracircce agrave la double reacutesonance (Ra ne tend pas vers 0 au-delagrave de

900 MHz contrairement au 1-43a) et une compensation parfaite des reacuteactances agrave 948 MHz

Lrsquoadaptation preacutesente donc un double pic en dessous de -10dB

un pic eacutetroit agrave 868 MHz correspondant agrave la reacutesonance de lrsquoantenne (D1)

un pic plus large agrave 948 MHz qui correspond agrave la compensation de Xa et -Xchip Cette

compensation est due agrave la reacutesonance de la boucle avec le chip pas agrave la reacutesonance de

(D2) qui apparaicirct agrave 970 MHz comme lrsquoindique le maximum de partie reacuteelle

800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Z[ant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)


55



Figure 2-45 Simulation HFSS du tag (T1)

On observe drsquoautre part une forte remonteacutee agrave -2 dB agrave 900 MHz entre les pic

drsquoadaptation Le positionnement de la reacutesonance de (D2) autour de 970MHz permet drsquoassurer

un gain relativement stable autour de 0 dB de 875 MHz agrave 1000 MHz (Figure 2-45(b)) Ceci

explique la largeur de bande en terme de distance de lecture sur la bande haute (bande US)

La distance de lecture preacutesente finalement 2 pics associeacutes aux 2 minima drsquoadaptation

avec un caractegravere large bande en freacutequence haute (43m agrave 868 MHz et 56m autour de

950MHz) La chute de gain en dessous de 875 MHz explique la distance de lecture plus faible

sur la freacutequence basse la moins bonne adaptation qursquoen freacutequence haute nrsquoeacutetant pas la cause

principale Dans la bande ameacutericaine la distance de lecture atteint 4m ce qui repreacutesente une

augmentation de 23m par rapport au cas du dipocircle simple Au final on note qursquoune distance

de lecture supeacuterieure agrave 3m est obtenue entre 864 MHz et 1008 MHz comme le montre la

Figure 2-45(d)

En conclusion cette structure permet drsquoavoir une bande de freacutequence avec un gain

constant en laissant comme seule contrainte lrsquoadaptation avec le chip La distance de lecture

reste stable pour le cas de la bande europeacuteenne et augmente dans la bande US On propose

dans la partie suivante un autre dimensionnement pour la mecircme topologie en eacutelargissant la

bande vers 1000 MHz

800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


56

252 Tag (T2) Deuxiegraveme topologie de tag large bande agrave 2 dipocircles enrouleacutes

Afin de tester la structure et ses proprieacuteteacutes dans la bande US le tag de la Figure 2-46

est proposeacute Ce tag possegravede agrave preacutesent un ruban meacutetallique de mecircme largeur pour le dipocircle

(D1) mecircme si on a constateacute que cet eacutelargissement ne permet pas une augmentation de la

bande passante pour la bande basse Ceci est lieacute au fait que lrsquoaugmentation ne devient plus

significative au-delagrave drsquoune certaine largeur de ruban comme deacutemontreacute dans [DOB07] La

forme des extreacutemiteacutes des dipocircles sont modifieacutees afin de deacutecaler les freacutequences de reacutesonance

vers le haut pour un fonctionnement large bande dans la bande US et au-delagrave Les reacutesonances

naturelles des 2 dipocircles sont respectivement 915 MHz pour (D1) et 1100 MHz pour (D2)

comme indiqueacute dans lrsquoAnnexe 1


Les dimensions des diffeacuterents segments montreacutes dans la figure 2-46 peuvent ecirctre

observeacutees dans le tableau 2-12 La numeacuterotation des segments correspond agrave celle utiliseacutee

dans la figure 2-42


L1 53 76

L2 23 23

L3 23 65

L4 14 19

L5 12 65

L6 0 175

Largeur 3 3



57




En comparant avec la Figure 2-45 on note les points suivants

2 pics drsquoadaptation rapprocheacutes pour lesquelles Im[Za]=-Im[Zchip] le premier lieacute agrave la

reacutesonance du dipocircle (D1) le deuxiegraveme lieacute agrave la reacutesonance entre la boucle et le chip

restant inamovible autour de 950 MHz

Remonteacutee de lrsquoadaptation agrave seulement -8 dB entre les reacutesonances La bande passante agrave

-3dB est comprise entre 892 et 990 MHz ce qui couvre la bande US et la bande

asiatique (951-955 MHz)

Gain constant autour de 0 dB jusqursquoagrave 1100 MHz du fait du deacutecalage vers 1025 MHz

de la reacutesonance de (D2)

En combinant la proximiteacute en freacutequence des deux pics drsquoadaptation et le gain

constant dans une bande eacutetendue plus haute que pour le tag (T1) on obtient une distance de

lecture supeacuterieure agrave 3m entre 898 MHz et 1044 MHz (146 MHz) comme le montre la Figure

2-47(d) En revanche lrsquoeacutelargissement du dipocircle (D1) ne conduit pas agrave lrsquoameacutelioration de la

800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


58

bande passante en gain vers les freacutequences basses La chute brutale de gain entraicircne la forte

pente observeacutee dans la courbe de distance de lecture en dessous de 900 MHz

On va agrave preacutesent estimer par simulation HFSS lrsquoinfluence du support plastique sur les

performances des 2 tags (T1) et (T2)

253 Performance de tags large bande en preacutesence de support plastique

Les tags large bande (34mmx77mm) sont placeacutes au centre drsquoun support plastique

supposeacute sans pertes drsquoeacutepaisseur 16mm de surface 300mmx200mm et de permittiviteacute relative

r variable entre 1 et 3 ce qui correspond aux gammes de valeurs de plastique donneacutees en

deacutebut de chapitre

2531 Influence du support plastique dans le cas du tag (T1)

La Figure 2-48 montre lrsquoinfluence de la permittiviteacute relative r sur lrsquoimpeacutedance et le

gain On constate un deacutecalage vers les freacutequences basses des reacutesonances des 2 dipocircles sur la

Figure 2-48a La reacutesonance de la boucle avec le chip est quant agrave elle indeacutependante de la

permittiviteacute agrave 950 MHz

(a) Reacutesistance de lrsquoantenne et du chip (b) Reacuteactance de lrsquoantenne et du chip

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 100 1050 110040

50

60

70

80

90

100

110


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]


59

(c) Gain de lrsquoantenne

Figure 2-48 Variations de lrsquoimpeacutedance et du gain avec r pour le tag (T1)

La courbe de gain quasi-constante entre 850 MHz et 1000 MHz est deacutecaleacutee vers les

basses freacutequences avec une deacutegradation de la largeur de bande quand r augmente A 900

MHz le gain du tag Gtag varie comme suit

r=1 r=2 r=3

Gtag=-1dB Gtag=-32 dB Gtag=0 dB

Tableau 2-13 Evolution du gain du tag avec la variation de la permittiviteacute

Le gain est donc relativement stabiliseacute Les figures 1-49(a) et 1-49(b) montrent la

variation de lrsquoadaptation et de la distance de lecture

(a) Adaptation entre lrsquoantenne et le chip (b) Distance de lecture

Figure 2-49 Variation de lrsquoadaptation et de la distance de lecture avec r pour le tag (T1)

On constate que le niveau drsquoadaptation reste correct uniquement autour de 950 MHz

car Im[Za]=-Im[Zchip] La deacutegradation de lrsquoadaptation agrave cette freacutequence quand r augmente est

due agrave la diminution de la reacutesistance de rayonnement puisque les reacutesonances des 2 dipocircles

srsquoeacuteloignent vers les freacutequences basses

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

Freacutequence (MHz)G

ain

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


60

Dans la bande europeacuteenne 865-868 MHz et la bande US 901-928 MHz on relegraveve les

distances de lecture RR donneacutees dans le Tableau 2-12 On voit que dans le pire des cas on a

21m de distance de lecture dans la bande US

r=1 r=2 r=3

Bande Europe RR=44m RR=25m RR=25m

Bande US RR=35m RR=44m RR=21m

Tableau 2-14 Evolution de la distance de lecture du tag (T1) en fonction de la permittiviteacute relative dans

les bandes Europe et US



gain On constate agrave nouveau un deacutecalage vers les freacutequences basses des reacutesonances des 2

dipocircles sur la Figure 2-50a La reacutesonance de la boucle avec le chip est toujours quasi

indeacutependante de la permittiviteacute autour de 950 MHz (Figure 2-50b)




700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30

35


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 110050

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Espace libre

r=2

r=3


61

On note la remarquable stabiliteacute du gain dans la bande US (entre 0 dB et -1dB) pour

toutes les permittiviteacutes et lrsquoameacutelioration dans la bande Europe pour r=2 et r=3 Ceci est

directement lieacute agrave la reacutesonance du dipocircle (D2) qui descend en freacutequence quand r augmente en

emmenant son gain eacuteleveacute et sa large bande passante Les figures 1-51(a) et 1-51(b) montrent

la variation de lrsquoadaptation et de la distance de lecture Lrsquoadaptation se deacutegrade agrave nouveau

autour de la reacutesonance de la boucle mais moins nettement que pour le tag (T1)




distances de lecture RR donneacutees dans le Tableau 2-13 On voit que la distance de lecture dans

la bande US srsquoeacutetale entre 42 et 49 m quelque soit la valeur de permittiviteacute

r=1 r=2 r=3

Bande Europe RR=20cm RR=22m RR=3m

Bande US RR=49 RR=48m RR=42m



Une fois analyseacute le comportement de nos 2 tags nous allons reacutealiser le prototype

(T2) sur Kapton et mesurer ses performances en distance de lecture

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


62

26 Reacutealisation et mesure du tag (T2)

La Figure 2-52 montre une photo du tag imprimeacute sur Kapton combinant le module Mutrak et

les deux dipocircles enrouleacutes imprimeacutes Le module Mutrak est placeacute agrave mi-distance entre les deux

dipocircles

Figure 2-52 Prototype de tag reacutealiseacute pour la bande (T2)

Les mesures de distance de lecture sont effectueacutees agrave lrsquoaide du systegraveme Tagformance

de Voyantic Le tag est drsquoabord mesureacute dans lrsquoair puis il est attacheacute sur un reacutecipient plastique

de dimensions 160mm x 235mm x 140mm et drsquoeacutepaisseur 16mm Le montage utiliseacute et

lrsquoemplacement du tag sur le reacutecipient sont indiqueacutes dans les figures 1-53 et 1-54

Figure 2-53 Modegravele de reacutecipient plastique utiliseacute

avec le tag attacheacute

Figure 2-54 Montage avec lrsquooutil Voyantic

Les mesures de distance de lecture du tag dans lrsquoair et dans le plastique sont donneacutees

respectivement dans la Figure 2-55 et la Figure 2-56 et compareacute aux simulations HFSS


63

Figure 2-55 Distance de lecture mesureacutee et simuleacutee pour le tag (T2) dans lrsquoair

Figure 2-56 Distance de lecture mesureacutee et simuleacutee pour le tag (T2) sur le plastique

On observe une tregraves bonne correacutelation entre simulation et mesure en termes de

comportement freacutequentiel et de distance de lecture dans tous les cas Dans lrsquoair le tag atteint

RR=6m dans la bande US et un maximum de 76m agrave 935MHz pour la freacutequence drsquoadaptation

naturelle entre la boucle du Mutrak et le chip En preacutesence du reacutecipient de plastique (r=2) le

RR augmente jusqursquoagrave 76m agrave 940 MHz et varie entre 67m agrave 72m dans la bande US On

observe une sur-estimation du RR estimeacute de 1 m alors que la reacuteponse en freacutequence est

parfaitement preacutedite

A lrsquoissue de cette partie il apparaicirct donc que la modeacutelisation HFSS du module et les

valeurs drsquoimpeacutedance et de sensibiliteacute de la puce Monza4 sont suffisamment preacutecises pour

permettre une bonne preacutediction des distances de lecture

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Read R

ange (

m)

Espace libre (Mesure)

Espace libre (Calcul)

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Read R

ange (

m)

Plastique r=2 (Calcul)

Plastique (Masure)


64

27 Conclusion du chapitre 2

Dans ce chapitre deux types drsquoantennes tags ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes reacutealiseacutes et mesureacutes

Un type est baseacute sur des structures filaires colleacutees sur papier lrsquoautre sur des structures

imprimeacutees sur substrat Kapton mince Les simulations HFSS ont eacuteteacute compareacutees agrave des mesures

en utilisant un lecteur UHF RFID Europe et en appliquant la formule de Friis ou agrave lrsquoaide du

dispositif Tagformance de Voyantic entre 800MHz et 1000 MHz

Les structures sont toutes baseacutees sur le couplage inductif entre le module Mutrak

contenant une boucle de couplage associeacutee agrave la puce RFID Monza 4 et le ou les dipocircles Les

dipocircles reacutesonants permettent drsquoaugmenter la distance de lecture tregraves limiteacutee du module

Mutrak dont la reacutesistance de rayonnement est de lrsquoordre du dixiegraveme drsquoohm On recherche le

maximum drsquoadaptation boucleantenne par des topologies de dipocircles enrouleacutes Ces topologies

miniaturiseacutees font apparaicirctre une reacutesonance parallegravele aux bornes de la boucle et une reacutesistance

de rayonnement suffisamment eacuteleveacutee pour assurer lrsquoadaptation sur les parties reacuteelles

drsquoimpeacutedance Il est en revanche deacutelicat drsquoassurer la condition drsquoadaptation sur les parties

imaginaires mecircme sur une bande passante reacuteduite Ceci est inheacuterent au couplage de la puce au

dipocircle agrave travers une boucle La reacuteponse reacutesultante en impeacutedance de lrsquoantenne est globalement

celle de la boucle sur laquelle se superpose la reacutesonance atteacutenueacutee du dipocircle Comme la

reacutesonance du Mutrak apparaicirct vers 920 MHz soit 50 MHz au dessus de la bande europeacuteenne

la structure ne peut pas parfaitement ecirctre adapteacutee agrave 868 GHz

Pour la structure filaire on a conccedilu un tag agrave deux dipocircles pouvant fonctionner sur un

reacutecipient plastique vide ou rempli drsquoeau Chacun des dipocircles reacutesonne pour lrsquoun ou lrsquoautre cas

ce qui permet un fonctionnement correct en preacutesence drsquoeau avec une distance de lecture de 50

cm alors que cette distance est nulle pour un tag conccedilu pour fonctionner dans lrsquoair ou sur du

plastique La mecircme topologie drsquoantenne combineacutee a ensuite eacuteteacute utiliseacutee sur un tag imprimeacute

lrsquoideacutee eacutetant plutocirct drsquoeacutelargir la bande passante afin de limiter la sensibiliteacute vis agrave vis de

variabiliteacute de la permittiviteacute dieacutelectrique du support Plusieurs prototypes ont eacuteteacute reacutealiseacutes

montrant une bonne reacutesistance agrave la preacutesence de support plastique de quelques mm drsquoeacutepaisseur

Le modegravele HFSS du module Mutrak est suffisamment preacutecis pour obtenir

globalement un excellent accord simulationmesures dans ce chapitre


65


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RFID Journal June 18 2009

[POYN] httpwwwpoyntingcommercialcomindexphpq=catalogue|productinfo26

Chapitre 3

Conception des tags RFID UHF fonctionnant au

voisinage de surfaces meacutetalliques

Chapitre 3 Conception de tags RFID UHF fonctionnant au voisinage de surfaces meacutetalliques

69

Chapitre 3

Conception de tags RFID UHF fonctionnant au voisinage de

surfaces meacutetalliques

31 Etat de lrsquoart pour les tags RFID en preacutesence de surfaces meacutetalliques

Dans les systegravemes de communication mobile ou indoor les antennes sont

geacuteneacuteralement placeacutees dans des environnements perturbants tels que le corps humain Lorsque

les dispositifs communicants sont au voisinage drsquoobjets dont les caracteacuteristiques eacutelectriques

(permittiviteacute conductiviteacute) sont tregraves diffeacuterentes de lrsquoair les variations drsquoimpeacutedance drsquoentreacutee

de freacutequence de reacutesonance drsquoefficaciteacute et de diagramme de lrsquoantenne peuvent ecirctre

consideacuterables et deacutegrader le bilan de liaison Dans le domaine de la RFID la conception

drsquoantennes tag performantes en preacutesence drsquoobjets meacutetalliques (eacutetagegraveres de bureau boites

containers poutreshellip) constitue eacutegalement un chalenge [FOS99] drsquoautant plus que les

supports ne sont pas toujours constitueacutes des mecircmes mateacuteriaux et ne sont pas placeacutes agrave une

distance fixe du tag

On sait que le meacutetal preacutesente une source de deacutereacuteglage majeure pour les eacuteleacutements

rayonnants [STU98] La proximiteacute drsquoun dipocircle avec une surface meacutetallique plane geacutenegravere sur

cette surface des courants qui vont creacuteer un champ srsquoadditionnant au champ du dipocircle

[WAN06] Le problegraveme du dipocircle en preacutesence drsquoune surface parfaitement conductrice peut

ecirctre modeacuteliseacute agrave lrsquoaide de la theacuteorie des images comme reacutesumeacute sur la Figure 3-1 pour les deux

types de dipocircles eacutelectrique et magneacutetique placeacutes verticalement et horizontalement par rapport

agrave la surface meacutetallique (PEC)

En terme de champs rayonneacutes les deux meilleures solutions au voisinage immeacutediat

drsquoune surface meacutetallique sont le courant eacutelectrique vertical (dipocircle eacutelectrique perpendiculaire

JePEC PEC

Je

Jm Jm

Jm Jm

Je

Je

Figure 3-1 Dipocircles magneacutetique et eacutelectrique en preacutesence drsquoune surface meacutetallique


70

agrave la surface) et le courant magneacutetique horizontal (dipocircle magneacutetique parallegravele agrave la surface)

car les dipocircles et leurs images rayonnent alors en phase Ces deux solutions preacutesentent

toutefois des inconveacutenients le dipocircle eacutelectrique vertical est encombrant alors que le tag doit

ecirctre une surface planaire de faible eacutepaisseur le dipocircle magneacutetique mecircme srsquoil est compatible

avec des structures imprimeacutees planes et qursquoil est moins sensible agrave lrsquoenvironnement

dieacutelectrique possegravede une reacutesistance de rayonnement tregraves eacuteleveacutee

On deacuteduit de ce qui preacutecegravede que le dipocircle agrave meacuteandres utiliseacute en RFID UHF est court-

circuiteacute par la surface meacutetallique et que lrsquoadaptation avec le chip nrsquoest plus reacutealiseacutee En

revanche il est possible drsquoutiliser le support meacutetallique du tag comme plan de masse drsquoune

antenne patch qui constitue une antenne magneacutetique On peut ainsi agrave priori avoir une structure

de dimensions reacuteduites avec une faible eacutepaisseur de substrat simple agrave fabriquer

[DOB05] a eacutetudieacute lrsquoimpact drsquoune surface meacutetallique (Figure 3-2a) agrave proximiteacute de tags

RFID conventionnels conccedilus pour fonctionner en espace libre le substrat utiliseacute eacutetant du FR4

(εr=44) avec une eacutepaisseur de 100μm

(a) Exemple des tags utiliseacutes par [DOB05] (b) Exemple des tags utiliseacutes par [HAS11]

Figure 3-2 Tag RFID conventionnels testeacutes en preacutesence de meacutetal

La figure 3-3 montre les reacutesultats obtenus par [DOB05] avec agrave droite les performances

des diffeacuterents tags en espace libre (I-tag Small M Large M X et Squiggle) et agrave gauche les

performances des tags en preacutesence du meacutetal Les reacutesultats sont normaliseacutes par rapport au RR

du I-tag en espace libre La distance de lecture chute fortement lorsque la distance entre les


71

tags et la surface meacutetallique (gap) diminue A proximiteacute du meacutetal la porteacutee des tags est

presque nulle Il apparaicirct que Large M et Small M reacutesistent mieux agrave la preacutesence du meacutetal Les

auteurs observent une stabiliteacute relative de lrsquoimpeacutedance en preacutesence du meacutetal pour ces 2 tags

contrairement aux 3 autres Ils ne donnent pas drsquointerpreacutetation agrave cette influence moindre par

rapport au meacutetal On peut supposer que le meacutecanisme de rayonnement essentiel eacutetant celui

drsquoune fente (antenne magneacutetique) avec un champ eacutelectrique confineacute alors lrsquoimpact du plan de

masse est moindre En revanche la deacutegradation drsquoefficaciteacute nrsquoest pas analyseacutee

Figure 3-3 Evolution de la performance de diffeacuterents tags avec la proximiteacute drsquoun plan meacutetallique

[DOB05]

Des antennes dipocircles agrave meacuteandres ou replieacutes graveacutees sur des substrats agrave faible

permittiviteacute εr=35 et faible eacutepaisseur h=005mm (Figure 3-2b) ont eacuteteacute testeacutees agrave proximiteacute des

meacutetaux [HAS11] La Figure 3-4 preacutesente lrsquoinfluence de la hauteur au-dessus du plan

meacutetallique pour les deux types drsquoantennes montreacutees dans 3-2b les dimensions des deux

antennes eacutetant ajusteacutees pour modifier lrsquoimpeacutedance drsquoentreacutee et atteindre les niveaux

drsquoadaptation neacutecessaires avec le chip On observe une reacuteduction de lrsquoadaptation et un deacutecalage

en freacutequence avec RL=2dB pour une hauteur de 2 cm


72

(a) Variations de S11 Antenne dipocircle plieacute (b) Variations de S11 Antenne dipocircle meacuteandre

Figure 3-4 Variation de lrsquoadaptation en fonction de la distance lsquolsquodrsquorsquo entre lrsquoantenne et le plan meacutetallique

[HAS11]

Des tests ont aussi eacuteteacute faits dans la bande RFID UHF ameacutericaine (902-928MHz)

[SON06] et [JEO09] ont utiliseacute des patchs rayonnants pour la reacutealisation de tags large bande

La structure est baseacutee sur un patch replieacute autour drsquoun substrat de mousse (εr=11 tanδ= 0001)

drsquoeacutepaisseur totale H eacutegale 32mm alimenteacute par couplage de proximiteacute agrave lrsquoaide drsquoune ligne

micro ruban imprimeacutee sur PTFE drsquoeacutepaisseur 1mm (εr=35 tanδ= 00018) La partie haute du

patch replieacute sert drsquoeacuteleacutement rayonnant la partie basse de plan de masse (Figure 3-5)

Figure 3-5 Patchs exciteacutes avec une ligne micro-ruban par couplage de proximiteacute [JEO09] [SON06]

Une large bande passante est obtenue mais le gain et la distance de lecture sont faibles

Drsquoun autre coteacute ces structures sont compliqueacutees agrave reacutealiser

Dans lrsquooptique de la miniaturisation les antennes PIFA ont eacuteteacute proposeacutees par

[KWO05] et [HIR04] comme indiqueacute sur les Figures 3-6a et 3-6b Son [SON08] toujours

dans la bande ameacutericaine a proposeacute un autre tag composeacute de deux patches court-circuiteacutes sur

un substrat FR4 de 19mm drsquoeacutepaisseur accompagneacutes de deux autres couches superposeacutees

(scotch double face et PTFE) comme indiqueacute sur la Figure 3-6c


73

(a) Antenne PIFA [KWO05]

(b) Antenne PIFA par [HIR04]

(c) Antenne proposeacutee par [SON08]

Figure 3-6 Exemples drsquoantennes PIFA utiliseacutees sans la RFID

Dans son article [SON08] Son fait la comparaison entre son antenne de la figure 3-6c

et la PIFA traditionnelle [HIR04] de la Figure 7b Les eacutetudes se sont concentreacutees sur

lrsquoefficaciteacute de rayonnement et le gain de lrsquoantenne La structure preacutesenteacutee par Son montre un

rendement moyen de 175 dans la bande 860-960 MHz contre 75 pour la PIFA et une

ameacutelioration du gain de 2 dB

Deux autres exemples baseacutes sur des patchs ont eacuteteacute proposeacutes autour de 900 MHz Le

premier [KIM08] est constitueacute par un dipocircle plieacute (en forme de fourchette) sur FR4 avec des

eacuteleacutements parasites comme le montre la Figure 3-7a Avec une dimension consideacuterable

(120x30x32mm) cette antenne permet une distance de lecture de 4m avec une surface

meacutetallique de 200x200mm2

agrave lrsquoarriegravere Cette distance diminue de 02m en doublant la surface


74

(a) Antenne patch replieacute [KIM08]

(b) Antenne HIS [CHE09]

Figure 3-7 Antennes patchs utiliseacutees dans la RFID

Kim maicirctrise lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne en jouant sur la dimension drsquoun eacuteleacutement ou la

distance entre la structure principale et ses eacuteleacutements parasites On peut observer sur la Figure

3-8 les variations drsquoimpeacutedance drsquoentreacutee en fonction des dimensions Lp (longueur de lrsquoeacuteleacutement

parasite) dp (distance de lrsquoeacuteleacutement parasite au dipocircle) et wr (largeur de lrsquoextreacutemiteacute du dipocircle)

Figure 3-8 Impeacutedance drsquoentreacutee en fonction des paramegravetres geacuteomeacutetriques [KIM08]

Sur la Figure 3-8 on observe qursquoune adaptation de lrsquoantenne agrave lrsquoimpeacutedance du chip est

possible et que le reacuteglage de la freacutequence drsquoadaptation deacutepend des paramegravetres geacuteomeacutetriques

Lrsquoantenne de la Figure 3-7b proposeacutee par [CHE09] permet une importante reacuteduction

des dimensions (65x20x15mm) La structure est baseacutee sur le concept de HIS ou surface haute

impeacutedance [YAN09] avec 2 patchs en regard connecteacutes au chip et court-circuiteacutes au plan de

masse avec des vias La structure a eacuteteacute testeacutee sur un plan meacutetallique de 400x400mm2 avec une


75

distance de lecture eacutegale agrave 31m valeur eacutequivalente agrave lrsquoantenne de Kim avec des dimensions

reacuteduites [YAN09] que la taille du tag a une influence consideacuterable sur la distance de lecture

ainsi que la dimension du plan meacutetallique

Des techniques classiques drsquoeacutelargissement de bande pour antennes patch ont aussi eacuteteacute

appliqueacutees dans le domaine de la RFID Ainsi lrsquoutilisation drsquoeacuteleacutements rayonnants parasites

qui permettent lrsquoaugmentation du gain de lrsquoantenne [MIN10] a eacutetudieacute une antenne large

bande incluant la bande RFID europeacuteenne (868 MHz) Dans son travail MingYin montre

deux antennes (Figure 3-9) une de petite taille (43x85mm) incluant un seul eacuteleacutement parasite

et une deuxiegraveme un peu plus grande (70x85mm) avec deux eacuteleacutements parasites toutes les deux

avec un fonctionnement bi bande (867 et 915 MHz) Le substrat est du FR4 avec une

eacutepaisseur de 16mm

Figure 3-9 Utilisation de patchs parasites [MIN10]

Les tests ont eacuteteacute reacutealiseacutes sur une surface meacutetallique de 400mmx400mm Les distances

de lecture sont meilleures pour des antennes en preacutesence du meacutetal ou avec une largeur plus

grande (2 eacuteleacutements parasites) qursquoen espace libre notamment en bande basse Ces reacutesultats

confirment que les structures de dimensions plus importantes sont les plus performantes et

que le travail de miniaturisation reste un chalenge

Des structures plus complexes ont eacuteteacute directement attacheacutees sur une plaque meacutetallique

[CHE12] a proposeacute une antenne tag agrave polarisation circulaire (Figure 3-10(a)) agrave base de ligne

microstrip coudeacutee connecteacutee au chip qui excite le patch par couplage de proximiteacute Reacutealiseacutee

sur FR4 drsquoeacutepaisseur 16mm cette antenne possegravede aussi un via en court-circuit entre le chip et

le plan de masse


76

Figure 10(a) Scheacutema de lrsquoantenne Figure 10(b) Gain pour diffeacuterentes tailles du plan

meacutetallique

Figure 3-10 Antenne tag agrave polarisation circulaire [CHE12]

Dans le graphique de droite on note que lrsquoaugmentation de la taille du plan de masse

est accompagneacutee par une monteacutee de la valeur du gain sur toute la plage de freacutequence eacutetudieacutee

Le gain converge vers une valeur fixe pour les surfaces supeacuterieures agrave 200x200mm2 Pour ce

tag une distance de lecture de 2m est obtenue en espace libre Elle est de 34m avec une

surface de 100x100mm2 puis de 4m avec une surface de 400x400mm

2

Une autre caracteacuteristique rechercheacutee dans certains tags est la flexibiliteacute qui permet

drsquoattacher des antennes agrave des surfaces meacutetalliques qui peuvent avoir une forme courbeacutee

(bouteilles canettes rouleaux) Deux exemples sont donneacutes dans les figures 3-11(a) et 3-13

reacutealiseacutes en PVC (εr= 262 tanδ=0018) par [SON12] et en polypropylegravene (PP) (εr=24

tanδ=002) par [DU12] respectivement

Figure 3-11 Tag flexible avec deux fentes [SON12]

Figure 3-12 Impeacutedance et adaptation de lrsquoantenne


77

Le tag reacutealiseacute par [SON12] (Figure 3-11) avec une eacutepaisseur de 21mm et une surface

de 100x40mmsup2 fonctionne avec deux fentes transversales (l1 et l2) qui modifient de faccedilon

indeacutependante la reacutesistance et la reacuteactance qui compensent lrsquoimpeacutedance du chip Les reacutesultats

peuvent ecirctre observeacutes dans la figure 3-12 On observe que lrsquoimpeacutedance du chip est conjugueacutee

de celle de lrsquoantenne agrave deux freacutequences 900 et 940 MHz (dans la bande US) Le maximum du

RR est eacutegal agrave 9 et 10m pour les freacutequences mentionneacutees Les performances pour la bande

europeacuteenne sont drsquoenviron 15m

Le deuxiegraveme tag de la Figure 3-13 [DU12] est aussi flexible mais avec des dimensions

LxW=90x30mmsup2 plus faibles que celles de [SON12] Il est graveacute sur un substrat

polypropylegravene de 550 m drsquoeacutepaisseur Ce tag est constitueacute de 2 reacuteseaux de deux patchs (A12

et B12) A1 et A2 sont connecteacutes aux deux terminaux du port 1 du chip Monza4 [MON04] B1

et B2 sont connecteacutes aux deux terminaux du port 2 Les patchs sont tous court-circuiteacutes agrave la

masse comme indiqueacute sur la Figure 3-13 A12 fonctionnent agrave 866MHz et B12 agrave 915MHz En

jouant sur les dimensions des fentes on regravegle lrsquoimpeacutedance vue par le chip aux 2 freacutequences

avec une distance de lecture maximale de 35m (Figure 3-14) obtenue lorsque le tag est

attacheacute agrave sur une surface meacutetallique de 150x150mmsup2 Lrsquoavantage de cette derniegravere antenne est

son fonctionnement simultaneacute dans la bande ameacutericaine et europeacuteenne

Figure 3-13 Antenne agrave 2 patchs sur les ports du chip et son adaptation [DU13]

Figure 3-14 RR obtenu par Du [DU13]


78

Lrsquoantenne patch proposeacutee sur la Figure 3-15 avec des dimensions 100x45mm et un

substrat en plastique PET (εr= 262 tanδ=00068) a eacuteteacute placeacutee sur une surface meacutetallique de

300x200mmsup2 [XIJ13] Son RR est preacutesenteacute dans la graphique de la Figure 3-16 en fonction de

la hauteur h du substrat

Figure 3-15 Patch tag proposeacute par Xi [XIJ13]

Figure 3-16 RR par rapport agrave h substrat

Cet eacutetat de lrsquoart srsquoachegraveve par un patch formeacute par une ligne drsquoalimentation coplanaire

asymeacutetrique et un court-circuit lsquolsquovirtuelrsquorsquo reacutealiseacute par lrsquoanneau rectangulaire autour [RAO08]

Le substrat de cette structure est du plastique (polycarbonate) avec plan de masse agrave lrsquoarriegravere

Figure 3-17 Tag large bande pour applications sur meacutetal [RAO08]

La figure 3-17 montre la vue de dessus et la vue de profil des deux versions du tag

(long et court) La surface du tag long est de 155x32mmsup2 celle du court de 79x31mmsup2 Les

deux ont une eacutepaisseur de 1cm Le RR de la figure 3-18 montre un maximum de 853m pour

le tag long performance reacuteduite agrave 38m pour le tag court comme conseacutequence de la reacuteduction

de la surface de lrsquoantenne


79

Figure 3-18 RR pour deux tailles du mecircme tag sous diffeacuterentes conditions [RAO08]

La surface meacutetallique utiliseacutee est de 300x300mmsup2 Au niveau de la bande passante on

remarque que cette solution commerciale produite par Intermec [INTAG] possegravede une plage

de freacutequence drsquoenviron 80MHz permettant une utilisation en Ameacuterique ainsi qursquoen Europe

Cette antenne est eacutegalement fonctionnelle sur le plastique

On reacutesume finalement dans le Tableau 3-1 les diffeacuterentes performances et

caracteacuteristiques des antennes afin de pouvoir reacutealiser agrave lrsquoissue de ce chapitre une comparaison

avec nos propres antennes


80

Tableau 3-1 Caracteacuteristiques et performances des diffeacuterents tags dans la litteacuterature

Antenne Mateacuteriel Dimensions

(mm)

Freq

(MHz)

BP RR Chip

sensibiliteacute

Polyimide

εr = 35

110x30x005 866 675 MHz

(lt-10dB)

Polyimide

εr = 35

68x28x005 866 25 MHz

(lt-

10dB)

Mousse

εr = 1

60x50x4 911 25 MHz

(lt-3dB)

4m

FR4

εr = 46

120x30x32 920 33 MHz

(lt-3dB)

38m -14dBm

FR4

εr = 42

65x20x15 920 31m

(1mm gap)

Alien Higgs

strap

-18 dBm

FR4

εr = 44

85x56x16 868 133 MHz

(lt-3dB)

62m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

855x73x16 868 153 MHz

(lt-3dB)

64m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

70x70x16 925 4m

Alien

Higgs

-14dBm

PVC

εr = 262

100x40x21 915 70 MHz

(lt-3dB)

10m Alien Higgs

3

-18dBm

PP

εr = 24

90x30x055 866 et

915

53 MHz

(lt-20dB)

36

866MHz

36

915MHz

Monza 4

-174 dBm

PET

εr = 262

100x45x0855 930 79m Alien Higgs

3

-18dBm

Polycarbonate

εr = 44

150x32x10

79x31x10

915

915

70 MHz

70 MHz

853m

381m

Impinj

-12 dBm


81

Toutes les antennes RFID deacutecrites plus haut ont eacuteteacute conccedilues pour travailler agrave proximiteacute

ou directement sur le meacutetal et sont graveacutees sur un substrat conventionnel On note les effets

suivants

Lrsquoaugmentation de la taille du support meacutetallique (plan de masse) nrsquoest pas toujours

beacuteneacutefique

Lrsquoaugmentation du volume drsquoantenne ameacuteliore la distance de lecture et la bande

passante

Il est deacutelicat de comparer ces structures entre elles car les auteurs ne donnent pas

forceacutement agrave la fois les performances en efficaciteacute en adaptation et en RR de leur tag

Drsquoautre par les sensibiliteacutes de puce ne sont pas forceacutement les mecircmes

32 Influence drsquoune surface meacutetallique sur un dipocircle horizontal coupleacute

au Mutrak

Dans les exemples preacuteceacutedents le chip est connecteacute directement aux antennes Dans

nos tags le chip est inteacutegreacute agrave une boucle dans le module Mutrak qui sera coupleacute

magneacutetiquement agrave lrsquoeacuteleacutement rayonnant Dans cette partie on va estimer lrsquoinfluence du plan de

masse dans le cas drsquoun dipole horizontal imprimeacute coupleacute agrave un Mutrack en preacutesence drsquoune

surface meacutetallique

Consideacuterons un dipocircle imprimeacute sur 1mm de substrat FR4 La Figure 3-19 montre

lrsquoantenne simuleacutee sur HFSS et ses caracteacuteristiques

Figure 3-19 Exemple de dipocircle imprimeacute testeacute face agrave une surface meacutetallique avec ses dimensions

Comme il a deacutejagrave eacuteteacute montreacute au chapitre II la proximiteacute du Mutrak au dipocircle est la

garantie drsquoun bon niveau de couplage avec un niveau de partie reacuteelle de lrsquoimpeacutedance de

lrsquoantenne similaire agrave celle du chip

Paramegravetre Dimensions

Ldipocircle 854 mm

Wdipocircle 5 mm

Lsubstrat 120 mm

Wsubstrat 50 mm

Epaisseur h 1 mm

Plaque meacutetallique derriegravere 250mm x 480mm


82

Les reacutesultats en terme drsquoimpeacutedance de gain et de distance de lecture sont montreacutes sur

la Figure 3-20 On observe une reacutesonance agrave 868 MHz avec une faible reacutesistance mecircme avec

le Mutrak situeacute agrave proximiteacute du dipocircle Dans le couplage au dipocircle on retrouve le problegraveme de

la reacuteactance associeacutee agrave la boucle du Mutrak il nrsquoest pas possible drsquoaugmenter les pics de

reacuteactance de faccedilon agrave eacutegaliser ndashIm[Zchip] Ceci interdit une bonne adaptation comme observeacute

dans la Figure 3-20(d) De plus du fait de la proximiteacute du plan de masse et des pertes dans le

dieacutelectrique le gain du dipocircle simple ne deacutepasse pas -14dB avec une tregraves faible valeur

drsquoefficaciteacute eacutegale agrave 11 Par conseacutequent la distance de lecture est tregraves faible Dans cette

simulation la puissance du lecteur est fixeacutee agrave 28dBm

(a) Reacutesistance du dipocircle (b) Reacuteactance du dipocircle

(c) Gain du dipocircle (d) Adaptation du dipocircle au chip

800 820 840 860 880 900 9200

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Dipole sur meacutetal

Dipole espace libre

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 92055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)


Dipole espace libre

-Im[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)


Dipocircle espace libre

800 820 840 860 880 900 920-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)




83

(e) RR du tag

Figure 3-20 Comparaison de performance du dipocircle imprimeacute face agrave la surface meacutetallique et en espace

libre

On compare les reacutesultats preacuteceacutedents obtenus pour un dipocircle optimiseacute en preacutesence du

plan de masse avec le mecircme dipocircle sans plan de masse mais en preacutesence du dieacutelectrique On

observe un deacutecalage de la reacutesonance et de la courbe drsquoimpeacutedance de 20 MHz vers les hautes

freacutequences agrave 888 MHz freacutequence pour laquelle le gain est augmenteacute de 4dB Notons le faible

gain du dipocircle (-10 dB) avec du FR4 agrave pertes A 888 MHz les courbes de reacuteactance et de

reacutesistance du chip et du dipocircle se rapprochant on a eacutegalement une meilleure adaptation

Du fait drsquoun meilleur gain et drsquoune deacutesadaptation moins prononceacutee le RR est

quasiment deux fois plus eacuteleveacute sans plan de masse (94cm) agrave 888 MHz qursquoavec plan de masse

(50cm) agrave 868 MHz Il nrsquoest plus que de 20 cm agrave 888 MHz avec plan de masse soit une

division par plus de 4 de la distance de lecture

Inversement si le tag avait eacuteteacute conccedilu pour fonctionner agrave 868 MHz sans plan de masse

on retrouverait ce mecircme ratio de 4 avec plan de masse

Le dipocircle imprimeacute est donc tregraves perturbeacute par le voisinage de la surface meacutetallique et

ses performances sont tregraves infeacuterieures agrave celles observeacutees dans lrsquoespace libre Une solution

alternative utilisant un patch va ecirctre deacuteveloppeacutee

33 Patch alimenteacute par une fente

Le premier prototype drsquoantenne est deacutecrit sur la Figure 3-21 Son fonctionnement est

celui drsquoun patch conventionnel avec une longueur L et une largeur W Pour lrsquoalimentation du

patch lrsquoideacutee est de graver une fente drsquoexcitation dans le patch et pas dans le plan de masse

800 820 840 860 880 900 9200

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1


Read R

ange (

m)




84

Cette fente induit un mode reacutesonant selon la longueur L du patch On utilisera un substrat

FR4 drsquoeacutepaisseur 16 mm

Figure 3-21 Patch conventionnel exciteacute par une fente

Les dimensions nominales du patch W=106mm et L=83mm ont eacuteteacute calculeacutees en

suivant la proceacutedure de conception conventionnelle deacutecrite dans [BAL12] Lrsquoantenne a eacuteteacute

simuleacutee avec une plaque meacutetallique lsquolsquoperfect Ersquorsquo agrave lrsquoarriegravere drsquoune taille quatre fois plus

grande que les dimensions du patch (320mmx424mm) ulteacuterieurement une eacutetude portera sur la

variation des dimensions de cette plaque agrave lrsquoarriegravere Dans cette partie on eacutevalue lrsquoinfluence

des paramegravetres geacuteomeacutetriques suivants sur lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne et sa freacutequence de

reacutesonance

Longueur de la fente (Lslot)

Largueur de la fente (Wslot)

Epaisseur h

Dimensions L et W du patch

Dimensions du plan de masse

Les premiegraveres simulations se feront en lrsquoabsence de Mutrak Le port drsquoexcitation

HFSS (Lumped port) est placeacute au milieu de la fente deacutecrite dans la Figure 3-21 Les eacutetudes

porteront ensuite sur lrsquoemplacement optimal du Mutrak dans la fente pour permettre un bon

niveau de couplage


85

331 Influence de Lslot

Les variations de la longueur Lslot de la fente sont reacutealiseacutees pour les dimensions

nominales indiqueacutees dans le Tableau 3-2

Paramegravetre Dimension

L 83 mm

W 106 mm

Lslot 10 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm

FR4 Єr=44 tan δ=002

Tableau 3-2 Caracteacuteristiques du patch nominal alimenteacute par fente

La reacutesistance et la reacuteactance simuleacutees sont donneacutees dans les Figures 3-22(a) et 3-22(b)

respectivement avec Lslot variant entre 10 et 40 mm par paliers de 10mm On constate une

diminution de la freacutequence de reacutesonance lorsque Lslot augmente Cela reacutesulte de

lrsquoaugmentation de la longueur moyenne parcourue par le courant sur le patch lieacutee agrave

lrsquoallongement de la fente La valeur maximale de reacutesistance augmente avec Lslot ainsi que les

valeurs extrecircmes prises par la reacuteactance On a donc une intensiteacute de couplage qui augmente

avec la longueur de fente (surcouplage) On note que la reacuteactance est purement inductive pour

des longueurs de fente eacutegales agrave 10 et 20mm respectivement

(a) Reacutesistance de lrsquoantenne (b) Reacuteactance de lrsquoantenne

Figure 3-22 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec Lslot

700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 9000

20

40

60

80

100

120

140


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm

700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900-50

0

50

100


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm


86

332 Influence de Wslot

Afin de travailler dans la bande europeacuteenne 865-868 MHz on fixe Lslot agrave 20mm et L

est diminueacutee agrave 797mm On fait varier Wslot entre 3 et 9mm par pas de 3mm et on observe

lrsquoinfluence sur les courbes drsquoimpeacutedance sur la Figure 3-23 Lrsquoallongement des lignes de

courant avec lrsquoaugmentation de Wslot produit un deacutecalage en freacutequence moins flagrant que

pour Lslot (5MHz pour chaque valeur) Lrsquoaugmentation de Wslot et donc de la surface totale de

la fente produit une hausse de la valeur reacutesistive comme le montre la Figure 3-23(a) variation

similaire agrave celle observeacutee preacuteceacutedemment dans lrsquoeacutetude de Lslot Les valeurs extrecircmes prises par

la reacuteactance augmentent avec Wslot La reacuteactance devient plus inductive avec lrsquoaugmentation

de Wslot et conserve une valeur positive dans toute la plage eacutetudieacutee

On note finalement une augmentation de la reacutesistance et de la reacuteactance de lrsquoantenne et

une diminution de la freacutequence de reacutesonance avec lrsquoaugmentation de la surface de la fente

Pour les ajustements fins du niveau de reacuteactance le paramegravetre Wslot sera utiliseacute Cette largeur

de fente aura aussi un impact sur le couplage avec le module Mutrak dans la partie suivante



Figure 3-23 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec Wslot

750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm

750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm


87

333 Influence de lrsquoeacutepaisseur du substrat (h)

On fixe Lslot=20mm et Wslot=5mm Les eacutepaisseurs sont comprises entre 1 et 25mm

par paliers de 05mm Nous voyons sur la Figure 3-24 que lrsquoinfluence de lrsquoeacutepaisseur du

substrat sur la freacutequence de reacutesonance est assez faible avec un deacutecalage de 14 MHz dans la

gamme de variation de h La reacutesistance augmente de seulement 5Ω et la reacuteactance drsquoune

dizaine drsquoohms quand h passe de 1 agrave 25mm Physiquement ce dernier changement srsquoexplique

par le fait que la capaciteacute est inversement proportionnelle agrave lrsquoeacutepaisseur entre les plaques En

revanche agrave freacutequence fixe les variations drsquoimpeacutedance peuvent ecirctre tregraves sensibles (facteur 2)



Figure 3-24 Variation de limpeacutedance de lantenne avec leacutepaisseur du substrat

Figure 3-25 Variation de leacutefficaciteacute de lantenne avec leacutepaisseur

La Figure 3-25 donne lrsquoefficaciteacute pour diffeacuterentes valeurs de h On observe une

augmentation quasi lineacuteaire de lrsquoefficaciteacute avec la freacutequence et avec lrsquoeacutepaisseur pour la

gamme de variation de h eacutetudieacutee A 900 MHz lrsquoefficaciteacute chute de 35 agrave 10 lorsque

lrsquoeacutepaisseur de FR4 passe de 25mm agrave 05mm Pour nos eacutetudes nous allons conserver une

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035

04

045


Eff

icaciteacute

h=05mm

h=1mm

h=15mm

h=2mm

h=25mm


88

valeur lsquolsquomoyennersquorsquo parmi celles donneacutees ci-dessus correspondant agrave une valeur existante dans

le commerce (h=16mm)

334 Influence des dimensions du patch

On fait varier la longueur L et la largeur W Les reacutesultats attendus sont eacutevidemment

connus mais cette eacutetude permet de fixer les ideacutees pour un reacuteglage ulteacuterieur de la structure

incluant le module Mutrak Pour la longueur L la Figure 3-26 indique qursquoune variation de

plusmn4mm autour de la longueur nominale correspond agrave une variation de plusmn25MHz de la freacutequence

de reacutesonance Une reacuteduction du pic de reacutesistance est aussi observeacutee avec lrsquoaugmentation de L

ainsi qursquoune diminution des extrema de la partie reacuteactive le niveau inductif moyen restant le

mecircme Drsquoautre part la Figure 3-27 indique que le deacutecalage en freacutequence produit par une

variation importante plusmn4mm du paramegravetre W est faible (quelques ohms et quelques MHz) donc

que la toleacuterance par rapport agrave cette dimension est forte



Figure 3-26 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec L

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm


89



Figure 3-27 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec W

335 Influence des dimensions du plan meacutetallique

Dans notre approche on suppose que le tag est meacutetalliseacute sur sa face arriegravere Cette

meacutetallisation constitue le plan de masse limiteacute de lrsquoantenne tag Le tag sera ensuite placeacute sur

une surface meacutetallique (eacutetagegravere poutre container) qui constituera une extension du plan de

masse du tag Il est preacutefeacuterable que le tag soit insensible aux dimensions de son support Par

exemple dans lrsquohypothegravese ougrave le tag serait placeacute dans lrsquoangle du support Ou si la meacutetallisation

la surface totale ou la distance au support sont variables On controcircle donc ici que le plan de

masse de lrsquoantenne est suffisamment grand pour limiter les perturbations du support



Figure 3-28 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec la surface du plan meacutetallique

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacutesis

tance

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm


90

Dans la Figure 3-28 la surface du plan de masse est eacutelargie en consideacuterant que sa

valeur nominale est celle du patch (patch et plan de masse de mecircmes dimensions

79mmx106mm) Nous voyons que lrsquoeacutelargissement du plan meacutetallique a peu drsquoinfluence sur la

freacutequence de reacutesonance de lrsquoantenne Avec lrsquoeacutelargissement agrave 440x440mm le pic de reacutesistance

augmente drsquoenviron 6 Ω les extrema de reacuteactance chutent de 6 Ω tandis que la reacuteactance reste

constante agrave la freacutequence de reacutesonance (une vingtaine drsquoohms agrave 868 MHz) On conclut donc

que les dimensions reacuteelles du support meacutetallique pourront ecirctre prises en compte pour affiner

la conception mais que les valeurs drsquoimpeacutedance drsquoun tag entiegraverement meacutetalliseacute agrave lrsquoarriegravere sont

une bonne estimation des valeurs en preacutesence drsquoun support

On reacutesume dans le Tableau 3-3 lrsquoinfluence des paramegravetres geacuteomeacutetriques sur la

freacutequence de reacutesonance et lrsquoimpeacutedance pour les gammes de variation consideacutereacutees

Paramegravetre variation fr Impeacutedance

Lslot 10-40mm Forte Forte

Wslot 2-9mm Moyenne Moyenne

Epaisseur h 1-25mm Moyenne Moyenne

L 75-83mm Forte Forte

W patch 102-110mm Faible Faible

Plan meacutetallique 79x106mm-400x400mm Nulle Faible

Tableau 3-3 Influence des diffeacuterents paramegravetres de la structure proposeacutee sur lrsquoimpeacutedance et fr

34 Insertion du Mutrak dans la fente drsquoexcitation

Une fois analyseacutee lrsquoinfluence des paramegravetres geacuteomeacutetriques de base lrsquoeacutetape suivante

est drsquoinseacuterer le Mutrak dans la fente drsquoexcitation et drsquooptimiser le couplage avec lrsquoantenne En

plus de lrsquoimpeacutedance que preacutesente la structure boucle+antenne sur les accegraves du chip on

srsquointeacuteressera au gain de lrsquoantenne agrave lrsquoadaptation et surtout agrave la distance de lecture (RR) qui est

lrsquoindicateur ultime de performance

Comme point de deacutepart le Mutrak est placeacute au centre de la fente (comme le lsquolsquolumped

portrsquorsquo de la partie preacuteceacutedente) Les dimensions de lrsquoantenne sont fixeacutees arbitrairement comme

indiqueacute dans le Tableau 3-4


91


L 797 mm

W 106 mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm


Plan meacutetallique 320mm x 424mm

Tableau 3-4 Geacuteomeacutetrie de lrsquoantenne Tag

Les reacutesultats en terme drsquoimpeacutedance gain adaptation et RR sont donneacutes dans les

figures suivantes

(a) Impeacutedance de lrsquoantenne et impeacutedance

conjugueacutee du chip

(b) Gain de lrsquoantenne

Figure 3-29 Impeacutedance et gain de lantenne avec le Mutrak

(a) Adaptation entre lrsquoantenne et le chip

(b) RR du tag

Figure 3-30 Adaptation du tag et read range

800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Imp

eacuteda

nce

de

la

nte

nne

(

)

Re[Zant]

Im[Zant]

Re[Zchip]

-Im[Zchip]

800 850 900 950-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

Frequency (MHz)

Gain

(dB

)

800 850 900 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeffic

ient de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035


Read R

ange (

m)


92

Au niveau de lrsquoimpeacutedance on retrouve essentiellement la reacuteponse de la boucle du

Mutrak Le couplage avec lrsquoantenne est limiteacute puisque lrsquoimpeacutedance de la boucle est tregraves peu

modifieacutee par la preacutesence de lrsquoantenne Il en reacutesulte une forte dispariteacute entre lrsquoimpeacutedance

preacutesenteacutee au chip et lrsquoimpeacutedance conjugueacutee du chip donc une tregraves mauvaise adaptation Le

gain du tag a un maximum de -148dB agrave 858MHz Combineacutee agrave lrsquoadaptation meacutediocre la

structure preacutesence une distance maximale de lecture theacuteorique tregraves faible de 25 cm pour une

puissance drsquoeacutemission de 28dBm

Le reacutesultat preacuteceacutedent peut srsquoexpliquer comme suit la boucle du Mutrak se couple

magneacutetiquement agrave la fente drsquoexcitation du patch Le Mutrak doit donc ecirctre placeacute sur un

maximum de courant magneacutetique (ou de champ magneacutetique tangentiel) Or une fente preacutesente

un maximum de courant magneacutetique agrave proximiteacute de ses extreacutemiteacutes et un minimum au centre

(lagrave ougrave eacutetait placeacute le Mutrak) On srsquoattend donc agrave une ameacutelioration en deacuteplaccedilant le Mutrak en

bout de fente ce qui va ecirctre effectueacute dans la partie suivante

341 Influence de lrsquoemplacement du Mutrak

On considegravere dans cette partie deux positions La premiegravere est agrave 35 mm du centre de

la fente et la deuxiegraveme agrave 7mm en prenant comme reacutefeacuterence le centre du Mutrak comme

indiqueacute sur la Figure 3-31

Figure 3-31 Deacuteplacement du Mutrak au long de la fente drsquoexcitation avec les 3 positions consideacutereacutees

On observe sur les Figures 3-32 (a) et (b) lrsquoinfluence preacutepondeacuterante de la position du module

sur lrsquoimpeacutedance


93



Figure 3-32 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne vis agrave vis lrsquoemplacement du Mutrak

On a une augmentation de la partie reacutesistive agrave la freacutequence de reacutesonance quand le

Mutrak srsquoeacuteloigne du centre de la fente La position 7mm permet drsquoeacutegaler la reacutesistance

rameneacutee par le Mutrak agrave lrsquoimpeacutedance du chip ce qui favorise lrsquoadaptation antenne-chip Pour

la partie imaginaire mecircme si la reacutesonance est plus prononceacutee pour la position 7mm

lrsquoeacutecartement par rapport agrave la reacuteactance conjugueacutee du chip est toujours drsquoenviron 20Ω

Lrsquoaugmentation de la reacutesistance de notre antenne se traduit aussi par une hausse de

lrsquoefficaciteacute qui passe de 01 pour la position centrale agrave 18 avec la position 7mm

Lrsquoeacutevolution des autres paramegravetres en fonction de la position du Mutrak est indiqueacutee dans la

Figure 3-33

(a) Gain de lrsquoantenne tag

(b) Coefficient de reacuteflexion entre lrsquoantenne et le

chip

800 850 900 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Position centrale

Position2=304mm

Position3=704mm

Re[Zchip]

800 850 900 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Position central

Position2=304mm

Position3=704mm

-Im[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 950-2

-18

-16

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale


94

(c) Distance de lecture

Figure 3-33 Evolution des caracteacuteristiques et performances du tag en fonction de lrsquoemplacement du

Mutrak

On constate une claire ameacutelioration avec un gain qui remonte de G=-16dB pour la

position centrale agrave 868 MHz agrave G=0dB pour la position 7mm en extreacutemiteacute de fente Une

adaptation optimale de -15 dB est obtenue Mecircme si cette valeur peut encore ecirctre optimiseacutee

il srsquoagit drsquoune forte ameacutelioration qui rajouteacutee agrave celle du gain conduit agrave une augmentation

sensible de la distance de lecture jusqursquoagrave 325m pour une puissance du lecteur de 28dBm

342 Influence de la largeur de fente Wslot

Afin drsquoameacuteliorer le couplage entre le Mutrak et lrsquoantenne on va faire varier la largeur

de la fente avec des variations de 3mm autour de la valeur nominale Wslot=5mm La variation

drsquoimpeacutedance est donneacutee dans la Figure 3-34


(b) Reactance de lrsquoantenne

Figure 3-34 Evolution de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec la variation de Wslot

8 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad R

an

ge

(m

)

Position3=704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

-Im[Zchip]


95

On retrouve lrsquoinfluence sur la reacutesonance de la structure de la largeur de fente observeacutee

dans la partie preacuteceacutedente soit une diminution de fr quand Wslot augmente Une largeur de

8mm permet drsquoaugmenter leacutegegraverement la reacuteactance et de se rapprocher de lrsquoimpeacutedance

conjugueacutee du chip Malheureusement cette largeur produit eacutegalement une diminution de la

reacutesistance drsquoentreacutee (environ 3 au lieu de 7 pour Wslot=5mm) On note que Wslot=2mm

conduit agrave une reacuteactance et une reacutesistance similaires agrave Wslot=5 mm avec une reacutesonance deacutecaleacutee

vers 875MHz Le choix de la largeur finale de la fente va donc reacutesulter des autres paramegravetres

donneacutes dans les Figures 3-35(a) 3-35(b) et 3-35(c)


(b) Coefficient de reacuteflexion entre lrsquoantenne et le chip


Figure 3-35 Evolution des caracteacuteristiques et performances du tag en fonction de la variation de Wslot

On obtient des performances tregraves similaires pour 2mm et 5 mm Le pic de gain pour

Wslot=2mm est supeacuterieur de 03dB mais deacutecaleacute en freacutequence agrave 875 MHz Pour lrsquoadaptation la

meilleure valeur agrave 868 MHz est obtenue pour Wslot=5mm avec le mecircme deacutecalage freacutequentiel

pour Wslot=2mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2


Ga

in (

dB

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm


96

On pourrait fixer Wslot=2mm et accorder lrsquoantenne en eacutelargissant notre patch

Cependant les dimensions minimales du patch restent le critegravere preacutedominant pour le moment

et les performances pour 2mm et 5mm sont trop proches pour espeacuterer une ameacutelioration

sensible de distance de lecture On conserve donc dans la suite une distance de lecture de

reacutefeacuterence de 33m avec Wslot=5mm

On conclut qursquoune distance de lecture inteacuteressante de 33 m est envisageable pour une

position optimiseacutee du Mutrak dans la fente et une largeur de fente de 5mm Une augmentation

de la reacuteactance de lrsquoantenne permettrait une ameacutelioration de lrsquoadaptation donc de la distance

de lecture A priori la reacuteactance semble drsquoabord fixeacutee par les caracteacuteristiques de la boucle de

couplage du Mutrak Or les concepteurs du Mutrak ont fixeacute un diamegravetre de boucle

permettrant une reacutesonance avec le chip (deacutefinie comme lrsquoannulation de la reacuteactance totale) agrave

915 MHz ce qui limite la reacuteactance agrave 868 MHz Or une augmentation suffisante de la

reacuteactance de la structure (boucle+fente+patch) ne semble pas possible avec les dimensions de

patch consideacutereacutees pour annuler la reacuteactance totale agrave 868 MHz Un module adapteacute agrave la bande

de freacutequence permettrait une distance de lecture tregraves supeacuterieure On verra plus loin que la

version miniature du tag permet lrsquoadaptation gracircce agrave des valeurs plus eacuteleveacutees de reacuteactance

drsquoantenne

A lrsquoissue de cette partie il apparaicirct finalement que le meacutecanisme de couplage entre la

boucle et le patch alimenteacute par fente a eacuteteacute bien compris et optimiseacute

35 Reacutealisation et mesures

On reacutealise lrsquoantenne conccedilue dans la partie preacuteceacutedente Les Figures 3-36 et 3-37 montre

une photographie de lrsquoantenne reacutealiseacutee avec et sans Mutrak



97

Le dispositif de mesures est similaire agrave celui montreacute dans le chapitre 2 Le balayage en

puissance du lecteur va de 10dBm agrave 315dBm (puissance maximale autoriseacutee) A chaque

niveau de puissance le tag a eacuteteacute eacuteloigneacute du lecteur jusqursquoagrave deacutetermination de la distance

maximale de lecture

Dans la Figure 3-38 on voit le tag placeacute sur la plaque meacutetallique de dimensions

(2945mm x 1985mm x 18mm) utiliseacutee pour les mesures de RR

Figure 3-38 Montage du tag sur une surface meacutetallique

Afin drsquoeacuteviter les interfeacuterences dues aux multi trajets nous avons consideacutereacute les

distances de lecture obtenues avec les valeurs des puissances les plus faibles et nous avons

extrapoleacute les reacutesultats pour les hautes puissances avec la formule de Friis deacutejagrave mentionneacutee

Les reacutesultats sont montreacutes dans la Figure 3-39

Figure 3-39 Comparaison entre les distances de lecture (theacuteorie et mesure) en fonction de la puissance

On observe un excellent accord entre les courbes expeacuterimentales et theacuteoriques La

Figure 3-40 donne la distance de lecture en fonction de la freacutequence La courbe expeacuterimentale

est obtenue avec le Tagformance system de Voyantic [VOY] et les calculs theacuteoriques en

appliquant la relation de Friis

10 15 20 25 30 350

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5

Puissance demission (dBm)

Read R

ange (

m)

Mesure

Theacuteorie


98

Figure 3-40 Comparaison theacuteorie vs mesure de la distance de lecture en fonction de la freacutequence

On a un bon accord theacuteorie-mesure avec une courbe expeacuterimentale deacutecaleacutee de 5 MHz

vers les hautes freacutequences Ceci peut ecirctre ducirc agrave une petite diffeacuterence de permittiviteacute effective

(εr) entre la valeur utiliseacutee dans les simulations et celle du FR4 de lrsquoantenne reacutealiseacutee Une

distance de lecture eacutegale maximale de 34m a eacuteteacute obtenue

Les mesures confirment qursquoun patch drsquoeacutepaisseur 1mm exciteacute par fente coupleacute au

Mutrak et posseacutedant un plan de masse de mecircmes dimensions que le patch constitue une bonne

antenne pour tags RFID en preacutesence de surfaces meacutetalliques Malgreacute lrsquoutilisation drsquoun

substrat de faible qualiteacute comme le FR4 on obtient une distance de deacutetection dans la moyenne

des tags de la litteacuterature mentionneacutes au deacutebut de ce chapitre

Le nouveau challenge est agrave preacutesent de minimiser la surface de notre tag avec un

substrat inchangeacute et en conservant les performances du premier tag reacutealiseacute Ceci fait lrsquoobjet de

la partie suivante

36 Miniaturisation de lrsquoantenne patch exciteacutee par une fente

Un encombrement reacuteduit du tag est souvent un atout lorsque la taille des eacuteleacutements agrave

identifier est faible (exemple bijou) Crsquoest de toutes faccedilons agrave performances eacutegales un critegravere

de deacutecision important de lrsquoutilisateur final

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Theacuteorie

Mesure


99

Dans cette partie nous analysons plusieurs strateacutegies de miniaturisation en tentant de

conserver une distance de lecture au moins similaire agrave celle obtenue avec le tag reacutealiseacute au 35

et en srsquointerdisant lrsquoutilisation du vias pour des raisons de faciliteacute de fabrication

On reacutesume au preacutealable dans le Tableau 5 les caracteacuteristiques du tag reacutealiseacute les

performances eacutetant calculeacutees agrave la freacutequence de travail 868 MHz

Paramegravetre Dimension Reacutesultat Valeur

L x W 797 mm x 106 mm Impeacutedance drsquoentreacutee 7+ j 67 Ω (theacuteorie)

Lslot x Wslot (fente) 20 mm x 5 mm Gain 0 dB (theacuteorie)

h 16 mm Efficaciteacute 17 (theacuteorie)

FR4 Єr=44 tan δ=002 Adaptation -149 dB (theacuteorie)

RR 34 m (mesureacute)

Tableau 3-5 Caracteacuteristiques de lantenne reacutealiseacutee et ses performances theacuteoriques et mesureacutees

Nous allons tout drsquoabord reacuteduire les dimensions L et W et observer les effets sur

lrsquoimpeacutedance lrsquoadaptation le gain et le RR Dans un deuxiegraveme temps on jouera sur les

caracteacuteristiques de la fente pour ameacuteliorer lrsquoadaptation de lrsquoantenne reacutealiseacutee

361 Modification des dimensions W et L

Nous avons constateacute dans le sect33 qursquoune reacuteduction de la largeur du patch W a un

impact moindre que sa longueur L sur lrsquoimpeacutedance et la freacutequence de reacutesonance Les Figures

3-41(a) et 3-41(b) montrent lrsquoeacutevolution de la reacutesistance et la reacuteactance en fonction de W dans

le cas de lrsquoexcitation par le Mutrak




800 825 850 875900 925 9500

5

10

15

20

25


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95050

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Im[Zchip]


100

W=90mm donnant des reacutesultats tregraves proches de la valeur nominale W=106mm elle va

constituer la reacutefeacuterence de largeur pour la suite On constate qursquoen reacuteduisant W de 90mm agrave

30mm la freacutequence de reacutesonance diminue tandis que lrsquoamplitude des pics de reacutesistance et de

reacuteactance augmente

Une augmentation du pic de reacuteactance favorise la diminution de lrsquoeacutecart avec la

reacuteactance conjugueacutee du chip En conseacutequence une ameacutelioration de lrsquoadaptation est

logiquement attendue mecircme si son deacutecalage en freacutequence doit ecirctre compenseacute par une meacutethode

agrave deacutefinir

En revanche lrsquoaugmentation de la reacutesistance dans la Figure 3-41(a) deacutegrade

lrsquoadaptation car le maximum des courbes srsquoeacuteloigne de la reacutesistance du chip

En observant les graphiques nous remarquons que les courbes correspondant agrave 90mm

et 70mm sont proches Par souci de clarteacute des figures nous ne consideacutererons donc pas dans la

suite le cas W=70mm mais uniquement W=9050 et 30mm

(a) Gain de lrsquoantenne (b) Adaptation antenne-chip

(c) Distance de lecture ndash RR (RR)

Figure 3-42 Variations des performances de lrsquoantenne en fonction de la reacuteduction du paramegravetre W

800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

W=30mm

W=50mm

W=90mm


101

On constate sur les Figures 3-42(a) et 3-42(b) qursquoune diminution de W entraicircne une

diminution du gain (les surfaces des ouvertures eacutequivalentes eacutetant reacuteduites) mais que

lrsquoadaptation srsquoameacuteliore Les freacutequences des pics de gain correspondent eacutegalement aux minima

drsquoadaptation On constate finalement sur la Figure 3-42(c) qursquoon a globalement une chute de

distance de lecture quand W diminue avec des maxima correspondant aux freacutequences

drsquoadaptation

En reacutesumeacute de cette analyse une compilation des reacutesultats est donneacutee dans le Tableau

3-6

W (mm) Zin (Ω)

868MHz

fr (MHz)

Rmax[Zin]

Gainmax f1

(MHz)

Γmax f2

(MHz)

RR f3 (MHz)

90 812+j 6354 867 -072dB870 -167dB 864 316m 867

50 14+j605 856 -318dB862 -265dB856 289m 856

30 237+j60 826 -585dB834 -312dB820 22m 827

Tableau 3-6 Reacutesultats obtenus avec la variation de W

Dans ce Tableau on constate que les maxima ne se produisent pas aux mecircmes

freacutequences Dans lrsquoobjectif de miniaturisation on va conserver W=30mm puisque les

performances en adaptation sont tregraves correctes Une reacuteduction de L de 797mm agrave 753mm

permet alors de deacutecaler la freacutequence de reacutesonance vers 868MHz comme on le voit sur la

Figure 3-43



Figure 3-43 Variation de lrsquoimpeacutedance avec la reacuteduction de W et la correction de la longueur reacutesonante L

Les 3 courbes de la Figure 3-43 correspondent aux tags suivants

- Tag 1 avec W=90mm

- Tag 2 avec une reacuteduction de W agrave 30mm et L=797mm inchangeacute

800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25

30

35


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95045

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Im[Zchip]


102

- Tag 3 avec une reacuteduction de W agrave 30mm et L=744mm modifieacute pour une reacutesonance agrave 868

MHz

Apregraves cette double reacuteduction de dimensions on obtient une augmentation de

lrsquoamplitude de lrsquoimpeacutedance (reacuteelle et imaginaire) par rapport agrave lrsquoantenne initiale Comme

mentionneacute preacuteceacutedemment le fait que la valeur de reacutesistance agrave la reacutesonance srsquoeacuteloigne de celle

du chip est neacutegatif pour lrsquoadaptation En revanche la diminution de lrsquoeacutecart entre les

reacuteactances de lrsquoantenne et du chip ameacuteliore lrsquoadaptation Notons que la reacutesonance du Tag 3 a

eacuteteacute positionneacutee au dessus de 868 MHz Lrsquoimpeacutedance agrave 868 MHz est 812+j635Ω pour le Tag

1 alors qursquoelle est eacutegale agrave 157+j 775 Ω pour le Tag 3 Une comparaison en gain adaptation

et distance de lecture entre les trois tags est donneacutee dans la Figure 3-44


(c) Variation du RR

Figure 3-44 Variation des performances avec la reacuteduction de W et la correction de la longueur reacutesonante

L

La Figure 3-44(a) montre que le maximum de gain est deacutecaleacute et faiblement augmenteacute

en passant du Tag 2 au Tag 3 Par rapport au Tag 1 le gain du Tag 3 est reacuteduit de 5dB En

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 950-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm


103

revanche lrsquoadaptation du Tag 3 est supeacuterieure agrave celle du Tag 1 agrave 868 MHz Lrsquoefficaciteacute du

Tag 3 est de 63 contre 18 pour le Tag 1 La distance de lecture diminue de seulement

50cm par rapport au Tag 1 car lrsquoameacutelioration drsquoadaptation permet de compenser la chute de

gain produite par la reacuteduction conseacutequente de surface

Un aspect important est le fait que le RR maximum ne se produit pas agrave la freacutequence de

reacutesonance de lrsquoantenne 876MHz mais agrave la freacutequence correspondant au maximum de la

reacuteactance agrave 868MHz comme observeacute en comparant les courbes des Figures 38(c) et 37(b)

On peut veacuterifier sur la Figure 3-43(a) qursquoagrave la freacutequence du RR maximum la reacutesistance

de lrsquoantenne est infeacuterieure agrave celle obtenue pour le pic de la reacutesonance de lrsquoantenne agrave 876 MHz

En conseacutequence la reacutesistance de lrsquoantenne se rapproche de celle du chip Lrsquoaddition de cet

effet avec celui de la reacuteactance maximale conduit agrave une ameacutelioration significative de

lrsquoadaptation Ce reacutesultat indique qursquoil faut ajuster la freacutequence de reacutesonance de lrsquoantenne

leacutegegraverement au-dessus de la freacutequence de travail afin de favoriser lrsquoadaptation sur la partie

reacuteactive

Une diminution de 75 de la surface initiale a eacuteteacute reacutealiseacutee en passant drsquoune structure

de 8480mm2

agrave seulement 2232mm2 Dans la suite du chapitre les dimensions L et W restent

les valeurs optimiseacutees preacuteceacutedentes On va tenter de jouer sur les dimensions et la position de

la fente pour ameacuteliorer lrsquoadaptation


104

362 Ajustement des dimensions de la fente

Avant de commencer lrsquoeacutetude parameacutetrique sur la fente on donne sur la Figure 3-45 la

geacuteomeacutetrie du tag agrave lrsquoissue de la miniaturisation effectueacutee dans la partie preacuteceacutedente le Tableau

3-7 deacutetaillant les dimensions

Figure 3-45 Tag miniaturiseacute agrave lrsquoissue de la

reacuteduction de W et L

Tableau 3-7 Paramegravetres du tag apregraves

miniaturisation de W et L

Paramegravetre Valeur

L 744mm

W 30mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm

363 Variation de Lslot

Les variations de la longueur de fente ont eacuteteacute eacutetudieacutees en sect331 dans le cas drsquoun

lumped port Une augmentation de ce paramegravetre rallonge les lignes de courant sur le patch en

conseacutequence la freacutequence de reacutesonance diminue Nous avons vu que cette augmentation

produisait une hausse des amplitudes de la reacutesistance et de la reacuteactance Notre objectif est

drsquoabord drsquoaugmenter la valeur de reacuteactance pour ameacuteliorer lrsquoadaptation et ce mecircme si

lrsquoaugmentation de reacutesistance se fait au deacutetriment de lrsquoadaptation En effet les valeurs de

reacutesistance eacutetant plus faibles que les valeurs de reacuteactances crsquoest la condition drsquoadaptation sur

les parties imaginaires drsquoimpeacutedance qui va dominer

Comme la largeur de patch W est fixeacutee agrave 30mm les variations possibles de Lslot sont

limiteacutees On allonge Lslot de 20 agrave 25mm et on corrige le deacutecalage freacutequentiel de reacutesonance

reacutesultant par une reacuteduction de la longueur de patch L Les reacutesultats sont donneacutes dans les

Figures 3-46(a) et 3-46(b)


105



Figure 3-46 Variation de lrsquoimpeacutedance avec lrsquoaugmentation de Lslot et correction de la longueur L

Lrsquoallongement de la fente provoque un deacutecalage de 92 MHz vers les basses

freacutequences Apregraves reacuteduction de la longueur du patch on obtient une reacutesonance autour de 880

MHz avec une hausse du pic de reacutesistance et de la valeur maximale de la reacuteactance Le choix

de L permet drsquoavoir un maximum en reacuteactance proche de -Im[chip] agrave 868MHz donc de

respecter la condition drsquoadaptation sur les parties imaginaires drsquoimpeacutedance

On note que la reacutesistance de lrsquoantenne agrave 868 MHz est infeacuterieure agrave celle de lrsquoantenne

initiale avec Lslot=20mm et se rapproche de la reacutesistance du chip Les courbes de la Figure 3-

47 comparent les performances de lrsquoantenne pour Lslot 20mm et L=744mm et celles pour

Lslot=25mm et L=644mm


750 775 800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Re[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 95030

40

50

60

70

80

90

100


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Im[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 950-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

750 775 800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


106

(c) Variation du RR


La valeur du RR chute de 20 cm avec lrsquoaugmentation de Lslot et la reacuteduction de L Ceci

reacutesulte de la chute de gain de presque 2 dB (de -587 agrave -76 dB voir Figure 3-47(a)) qui nrsquoest

pas compenseacutee par la sensible ameacutelioration de lrsquoadaptation de 7dB (de -6dB agrave -1328dB voir

Figure 3-47(b)

En reacutesumeacute nous avons reacuteduit de 1 cm la longueur du tag (de 744 agrave 644mm) en

modifiant la longueur de la fente de 20 agrave 25mm mais au deacutetriment de la distance de lecture

eacutegale agrave 253m (reacuteduction de 20cm) Lrsquoobjectif est agrave preacutesent drsquoaugmenter le gain en restant

avec un niveau drsquoadaptation similaire agrave celui obtenu en jouant sur la longueur de fente

364 Variation de Wslot

On reacuteduit Wslot par paliers de 1mm et on observe les variations en impeacutedance sur la

Figure 3-48 Puis on augmente la longueur L du patch pour chaque valeur de Wslot afin

drsquoaccorder lrsquoantenne agrave la freacutequence de travail et pour augmenter le gain Les reacuteponses

freacutequentielles pour le gain lrsquoadaptation et le RR sont donneacutees dans les Figures 3-49(a) 43(b)

et 43(c) respectivement On observe une ameacutelioration du gain et de lrsquoefficaciteacute avec une faible

variation drsquoimpeacutedance entre Wslot=2mm et Wslot=5mm

750 775 800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


107



Figure 3-48 Variation de lrsquoimpeacutedance avec la reacuteduction de Wslot et la correction de la longueur L

Le gain augmente avec le rallongement de L mais il y a une deacutegradation drsquoadaptation agrave

chaque reacuteduction de Wslot Neacuteanmoins le RR augmente avec la reacuteduction de Wslot et atteint le

niveau obtenu avant reacuteduction de la longueur de fente (dans la Figure 3-44(c)) pour une

longueur de tag plus courte de 4mm Rien de deacutecisif cependant dans lrsquoameacutelioration des

performances de RR agrave lrsquoissue de cette optimisation sur les dimensions de fente

(a) Gain de lrsquoantenne

(b) Adaptation antenne-chip

(c) Variation du RR

Figure 3-49 Variation des performances avec la reacuteduction de Wslot et la correction de la longueur

reacutesonante L

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

10

20

30

40

50

60

70

80


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100030

40

50

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

-Im[chip]

800 825 850 875 900 925 950-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5


Gain

(dB

)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm


108

Les reacutesultats de simulation agrave 868 MHz sont reacutesumeacutes dans le Tableau 3-8 qui confirme

lrsquoameacutelioration leacutegegravere drsquoefficaciteacute agrave lrsquoissue de cette eacutetude sur les dimensions de fentes (53

contre 41 sur la structure initiale)

365 Deacuteplacement de la fente

Dans cette partie nous eacutetudions lrsquoinfluence de la position de la fente Comme point de

deacutepart on prend lrsquoantenne optimiseacutee du sect362 (dimensions dans le Tableau 3-9) et on deacutecale

la fente et le Mutrak de lsquolsquodxrsquorsquo vers le bord gauche comme le montre la Figure 3-50

Figure 3-50 Deacuteplacement de la fente selon la

largeurW du patch

Tableau 3-9 Dimensions de lantenne miniaturiseacutee


L de 744mm agrave 704mm

W 30mm

Lslot de 20 mm agrave 25mm

Wslot de 5 mm agrave 2mm

h 16 mm

On eacutetudie deux positions en plus de la structure de base avec une fente deacutecaleacutee de

2mm et une fente laquo ouverte raquo au maximum agrave gauche (25 mm) Les reacutesultats de la Figure 3-51

indiquent que la premiegravere variation de 2mm conduit agrave une leacutegegravere diminution de reacutesonance de

10 MHz avec une faible variation drsquoamplitude de la reacutesistance et de la reacuteactance En revanche

la fente ouverte rallonge la distance moyenne parcourue par le courant et produit un tregraves fort

Wslot (mm) L (mm) Gain (dB) Efficaciteacute Zentreacutee agrave 868 MHz (Ω)

5 644 -761 41 92+j835

4 66 -745 44 107+j85

3 679 -702 47 107+j843

2 704 -654 53 13+j835

Tableau 3-8 Reacutesultats de lrsquoantenne avec la correction de la freacutequence de reacutesonance pour les diffeacuterentes

valeurs de Wslot


109

deacuteplacement de la freacutequence de reacutesonance (170 MHz par rapport agrave la fente au milieu dx=0)

ainsi qursquoun accroissement de la reacutesistance et de la reacuteactance



Figure 3-51 Variation de lrsquoimpeacutedance de lrsquoantenne avec le deacuteplacement (dx) de la fente

Les Figures 3-52 (a b c) montrent lrsquoinfluence drsquoun deacutecalage dx=2mm En revanche

le gain pour la fente ouverte chute jusqursquoagrave -105dB agrave 725MHz ce qui repreacutesente agrave la

freacutequence de travail une diminution de 7dB environ Lrsquoadaptation est diminueacutee de 6dB par

rapport agrave la fente centreacutee Le niveau du RR chute de presque 50 et lrsquoefficaciteacute jusqursquoagrave 14

Nous allons agrave preacutesent reacutegler la longueur du tag pour la fente ouverte et tenter drsquoameacuteliorer le

gain agrave la freacutequence de travail



650 700 750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

Re[Zchip]

650 700 750 800 850 900 9500

20

40

60

80

100

120


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

-Im[Zchip]

650 700 750 800 850 900 950-30

-25

-20

-15

-10

-5


Gain

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)

650 700 750 800 850 900 950-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


110

(c) Variation du RR

Figure 3-52 Variation des performances avec le deacuteplacement lsquolsquodxrsquorsquo (fente et Mutrak) vers le bord du

patch

366 Optimisation du tag avec fente ouverte

3661 Reacuteduction de la longueur reacutesonante du patch (L)

Pour la structure agrave fente ouverte on trace sur les Figures 3-53(a) et (b) les

performances obtenues pour

- L=704mm (structure initiale)

- L=452mm longueur permettant une adaptation optimale agrave 868 MHz

- L=55mm valeur intermeacutediaire

La longueur optimale L= 452mm en termes drsquoadaptation conduit agrave un RR=15m

(Figure 3-53c)

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


ea

d R

an

ge

(m

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


111



(c) Variation du RR apregraves reacuteduction de L

Figure 3-53 Patch avec fente ouverte Variations des performances de lrsquoantenne apregraves reacuteduction de L

La solution qui consiste agrave miniaturiser le tag avec une fente ouverte conduit agrave un RR

optimal de 15m Cette distance de lecture peut ecirctre largement suffisante dans de nombreuses

applications ougrave un encombrement du tag reacuteduit (ici 452mmx30mm) est la contrainte

principale

3662 Reacuteduction de la longueur de la fente Lslot

Lrsquoideacutee est drsquoadapter lrsquoantenne agrave fente ouverte en reacuteduisant la longueur de la fente Lslot

ce qui va conduire agrave un deacutecalage vers le haut de la freacutequence de reacutesonance On recherche la

longueur optimale de Lslot permettant un pic drsquoadaptation agrave la freacutequence de travail On trouve

Lslot=16mm Les reacutesultats peuvent ecirctre observeacutes dans les Figures 3-54(a) 3-54(b) et 3-54(c)

670 700 750 800 850 900 950 970-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8


Ga

in (

dB

)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 970-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 9700

02

04

06

08

1

12

14

16

18


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

L=452mm

L=55mm

L=704mm


112


(c) Variation du RR

Figure 3-54 Variation des performances avec lrsquoaccord en freacutequence produit par la reacuteduction de Lslot

On note agrave 868 MHz une ameacutelioration agrave la fois du gain (-45 dB) de lrsquoadaptation (-18

dB) et du RR (3m) pour Lslot=16mm

Finalement apregraves ces deux eacutetudes sur L et Lslot il apparaicirct que la reacuteduction de Lslot est

la meilleure solution en termes de miniaturisation et de performance On srsquoapproche du

RR=34m de la structure initiale sect35

Afin de compleacutementer les eacutetudes sur les variations produites par le deacuteplacement et

ulteacuterieur reacuteduction de la fente les figures 3-55(a)3-55(b) et 3-55(c) montrent le diagramme

de rayonnement pour la premiegravere antenne reacuteduite apregraves pour le deacuteplacement de la fente et

une fois que la fente deacuteplaceacutee a eacuteteacute reacuteduite pour accorder lrsquoantenne

650 700 750 800 850 900 950-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4


Gain

(dB

)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm


113

(a) Patch reacuteduit W=30mm (b) Patch reacuteduit avec fente ouverte

(c) Patch reacuteduit avec fente ouverte reacuteduite Lslot=16mm

Figure 3-55 Comparaison de gains les modifications reacutealiseacutees afin de minimiser le patch

La figure 3-55 montre lrsquoeacutevolution du diagramme de rayonnement et du gain du patch

lors du processus de miniaturisation La figure 3-55(a) correspond agrave la reacuteduction de

W=106mm agrave 30mm avec un gain chutant de 0dB agrave -648dB agrave cause du reacutetreacutecissement des

bords rayonnants La figure 3-55(b) correspond agrave la structure avec fente ouverte avec

diminution forte du gain (-1215dB) La reacuteduction de la longueur de la fente Lslot permet de

retrouver le gain de de la figure 3-55(c) similaire au gain en (a) Dans tous les cas les

diagrammes sont symeacutetriques avec un plan E contenant le grand cocircteacute du patch plus eacutetroit que

le plan H

3663 Reacuteglage conjoint de L et Lslot pour lrsquoantenne agrave fente ouverte

Un ultime reacuteglage simultaneacute de L et Lslot est reacutealiseacute ici En augmentant la longueur L

de 704mm jusqursquoagrave 80mm et en diminuant la valeur de Lslot de 16 agrave 10mm on trouve

lrsquooptimum pour recaler le pic de gain agrave 868 MHz La proceacutedure eacutetant similaire agrave celles deacutejagrave

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-648dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90

-1215dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-665dB


114

preacutesenteacutees auparavant nous allons simplement montrer les reacutesultats pour la valeur optimale

trouveacutee de Lslot= 10mm Les reacutesultats sont donneacutes dans les Figures 3-56(a) 5-56(b) et 3-57




En comparant les 2 tags on ameacuteliore de 165dB le gain mais on perd 12dB en

adaptation En termes de RR (Figure 3-57) on observe que la distance de lecture augmente de

296m agrave 319m

Figure 3-57 Evolution du RR avec lrsquoaugmentation de L et la reacuteduction de Lslot

On srsquoapproche des performances du lsquolsquogrand tagrsquorsquo reacutealiseacute au sect35 (distance de lecture=

34m) en sacrifiant un peu drsquoadaptation au gain Crsquoest finalement cette derniegravere structure qui

va ecirctre reacutealiseacutee et mesureacutee

800 825 850 875 900 925 950-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3


Ga

in (

dB

)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm


115

367 Reacutealisation et mesures de lrsquoantenne miniaturiseacutee

On reacutealise lrsquoantenne tag agrave fente ouverte de la Figure 3-58 avec les dimensions du

Tableau 3-10

Figure 3-58 Antenne miniature reacutealiseacutee

Dans la Figure 3-59(a) on a la mecircme antenne avec le Mutrak inseacutereacute dans la fente La

Figure 3-60 donne un aperccedilu de la reacuteduction atteinte (un quart de la surface initiale) avec une

comparaison entre lrsquoantenne originale et notre modegravele reacuteduit sachant que des performances de

RR eacutequivalentes sont attendues

Figure 3-59 Antenne incluant le Mutrak

Figure 3-60 Comparaison des dimensions des antennes

Le Mutrak a eacuteteacute positionneacute soigneusement pour que lrsquoemplacement soit le plus proche

possible de celui simuleacute Puis le tag reacuteduit a eacuteteacute attacheacute agrave une plaque meacutetallique de

dimensions 500mmx300mmx2mm (Figure 3-61)


L W 80 mm 30 mm

Lslot Wslot (fente) 10mm 2 mm

h 16 mm


Tableau 3-10 Dimensions de lantenne miniature


116

Figure 3-61 Antenne tag reacuteduite attacheacutee agrave une surface meacutetallique

Lrsquoeacutevolution simuleacutee du RR en fonction de la distance est compareacutee aux mesures

reacutealiseacutees au lsquolsquoVoyanticrsquorsquo [VOY] dans la Figure 3-62 avec un pic agrave RR=39m

Figure 3-62 Distance de lecture theacuteorique et mesureacutee en fonction de la freacutequence

Les caracteacuteristiques et performances mesureacutees des deux antennes reacutealiseacutees dans ce

chapitre sont compareacutees dans le Tableau 3-11

Antenne Surface Gain (dB) Efficaciteacute Adaptation (dB) RR (m)

Tag initial 80mm x 106mm 0 dB 17 -149 34

Tag final 80mm x30mm -464 79 -67 39

Tableau 3-11 Caracteacuteristiques et performances des antennes tag reacutealiseacutees

En termes de bande passante si on considegravere la bande 860-920 MHz couvrant agrave la fois

la bande Europe et la bande US on note que la distance de lecture est au minimum drsquoenviron

850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 95005

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Calcul

Mesure


117

2m Elle eacutetait de 13 m pour le tag initial (Figure 3-40) Au final lrsquoantenne miniaturiseacutee mecircme

si elle possegravede intrinsegravequement un gain et une efficaciteacute moindres que lrsquoantenne initiale

preacutesente un meilleur RR mesureacute Ceci reacutesulte drsquoun meilleur couplage au Mutrak (meilleure

adaptation) et de performances en gain optimiseacutees

37 Modification de la structure pour utilisation dans la bande ameacutericaine

Les distances de lecture mesureacutees pour les deux tags reacutealiseacutes montrent une bande de

freacutequence eacutetroite dont les performances sont faibles dans les freacutequences ameacutericaines 902-928

MHz Dans cette plage notre patch original possegravede une distance de lecture eacutegale agrave 12m et la

version miniaturiseacutee 2m Ces performances correspondent agrave 35 et 50 respectivement des

distances de lecture maximales obtenues agrave 868 MHz (bande europeacuteenne)

Comme il a eacuteteacute souligneacute dans les diffeacuterents designs lrsquoadaptation deacutepend beaucoup de la

reacuteactance imposeacutee par la boucle de couplage du Mutrak ce qui complique la conception drsquoun

tag fonctionnant avec les mecircmes performances sur tous les continents On se propose dans ce

paragraphe de modifier les caracteacuteristiques du tag Europe et drsquoeacutevaluer ses performances dans

la bande US

A lrsquoaide des eacutetudes parameacutetriques deacutejagrave reacutealiseacutees la longueur lsquolsquoLslotrsquorsquo du slot a eacuteteacute reacuteduite

drsquoabord de 3mm pour deacutecaler la freacutequence vers le haut Neacuteanmoins ce changement nrsquoa pas

produit assez de deacutecalage la longueur reacutesonante Lpatch du patch a eacuteteacute alors reacuteduite de 80 agrave

78mm De cette maniegravere la reacutesonance du patch a eacuteteacute placeacutee autour de 930MHz Les reacutesultats

sont donneacutes dans la figure 3-63

(a) Reacutesistance de lrsquoantenne et du chip (b) Reacuteactance de lrsquoantenne et conjugueacutee du chip

Figure 3-63 Impeacutedance de lrsquoantenne avec celle du chip

Lrsquoobjectif est drsquoajuster le pic maximum de reacuteactance agrave 920 MHz pour compenser la

reacuteactance du chip comme observeacute dans la figure 3-63(b) Parallegravelement la reacutesistance est

800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25


Re

sis

tan

ce

(

)

Re[ant]

Re[chip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce (

)

Im[ant]

-Im[chip]


118

compenseacutee agrave une freacutequence leacutegegraverement infeacuterieure 915 MHz soit en milieu de bande US

Lrsquoadaptation reacutesultante peut ecirctre observeacute dans la figure 3-64(b) Lrsquoadaptation optimale est

obtenue agrave 915MHz

(a) Gain du tag (b) Adaptation antenne-chip du tag

(c) Read range du tag adapteacute agrave la bande ameacutericaine

Figure 3-64 Performances simuleacutees du tag modifieacute pour la bande ameacutericaine

Le respect de la condition drsquoadaptation sur les parties imaginaires dans la Figure 3-63(b)

permet drsquoatteindre Γ=-15dB ce qui est supeacuterieure aux valeurs atteintes dans la bande Europe

Cependant le gain a eacuteteacute un peu diminueacute agrave cause de la reacuteduction de taille Lpatch Au final la

distance de lecture theacuteorique deacutepasse de 25cm celle du tag reacuteduit pour la bande europeacuteenne

(Figure 3-57)

On note que le tag US possegravede une bande eacutelargie en comparaison du tag Europe Si on

fixe le critegravere de bande passante agrave une distance de lecture supeacuterieure agrave 2m la bande passante

du tag Europe est 32 MHz contre 55 MHz pour la bande US Cette augmentation reacutesulte de

lrsquoameacutelioration de lrsquoadaptation entre lrsquoantenne et le chip Cette ameacutelioration vient drsquoabord de

lrsquoinductance de la boucle du Mutrak dont la valeur augmente pour les hautes freacutequences Ceci

facilite le croisement des courbes de reacuteactance dans la figure 3-63(b) et permet drsquoeacutelargir la

bande

800 825 850 875 900 925 950-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-15

-10

-5

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


119


Dans ce chapitre il a eacuteteacute deacutemontreacute qursquoune fente graveacutee au sein drsquoun patch

conventionnel constitue une interface de couplage performante entre le module Mutrak et

lrsquoantenne Ce patch modifieacute avec plan de masse reacuteduit est un tag bien adapteacute aux supports

meacutetalliques De nombreuses eacutetudes parameacutetriques reacutealiseacutees sur ce tag de base (dimensions du

patch et de la fente position de la fente position du Mutrak) ont aideacute agrave optimiser un tag

miniaturiseacute de surface 4 fois plus petite que le tag initial avec des performances de distance de

lecture mesureacutees supeacuterieures (39m contre 34m)

La clef de cette ameacutelioration deacutecoule de la possibiliteacute avec un tag reacuteduit de respecter

la condition drsquoadaptation chipantenne sur les reacuteactances Le couplage insuffisant entre le

Mutrak et le patch quand sa surface eacutetait large ne permettait pas drsquoatteindre initialement une

reacuteactance assez eacuteleveacutee

Il est important de noter que si lrsquoadaptation de lrsquoantenne au chip srsquoexprime selon

Zant=Zchip crsquoest drsquoabord les parties imaginaires qursquoil srsquoagit de compenser eacutetant donneacute que les

parties reacuteelles des impeacutedances pour lrsquoantenne et le chip sont plus faibles On a donc

volontairement deacutecaleacute la reacutesonance vers les hautes freacutequences afin que le maximum de

reacuteactance soit obtenu agrave la freacutequence de travail et se rapproche de la valeur ndashIm[chip]


120


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122

Chapitre 4

Diversiteacute drsquoantennes appliqueacutee au contexte de la

RFID

Chapitre 4 Diversiteacute drsquoantennes appliqueacutee au contexte de la RFID

125

Chapitre 4

Diversiteacute drsquoantennes appliqueacutee au contexte de la RFID

41 Contexte et probleacutematique de la diversiteacute drsquoantennes

Dans les systegravemes RFID en bande UHF (860MHz-960MHz) utiliseacutes dans des

applications telles que la traccedilabiliteacute distante drsquoobjets fixesmobiles ou dans le cas

drsquoinventaires il srsquoagit la plupart du temps drsquoidentifier un ensemble de tags placeacutes sur des

objets varieacutes (carton containers caisson en bois livreshellip) et preacutesentant une forte

concentration jusqursquoagrave 100 par m3 Ces tags sont ensuite empileacutes sur des palettes ou disposeacutes

sur des eacutetagegraveres (Figure 4-1 et 4-2 respectivement)

Figure 4-1 Systegraveme RFID drsquoinventaire drsquoobjets

sur palette [1]

Figure 4-2 Systegraveme RFID de traccedilabiliteacute drsquoun

ensemble de cartons sur des eacutetagegraveres

Lrsquoun des challenges actuels des systegravemes RFID est drsquoaugmenter la densiteacute des tags

tout en assurant un bon taux reconnaissance par le lecteur En effet la proximiteacute des tags

adjacents dans le stockage de masse drsquoobjets taggeacutes occasionne un fort couplage entre

antennes principale cause de la reacuteduction de la distance de lecture Le couplage est souvent

interpreacuteteacute comme un laquo masquage raquo par la communauteacute RFID Lrsquoantenniste voit plutocirct ce

masquage comme le reacutesultat conjoint de la distorsion du diagramme de rayonnement de


126

lrsquoantenne et de la deacutesadaptation entre lrsquoantenne et la puce La distorsion de diagramme et la

deacutesadaptation reacuteduisent la tension en entreacutee de puce qui peut rester infeacuterieure agrave son seuil

drsquoactivation Ainsi on nrsquoobserve pas de reacutetrodiffusion de lrsquoinformation contenue dans la puce

vers le lecteur qui ne peut identifier le tag

Drsquoautre part les communications RFID sont geacuteneacuteralement reacutealiseacutees dans des

environnements favorables aux multi-trajets (entrepocircts salle de bibliothegraveques etchellip) Les

canaux multi-trajets sont confronteacutes aux problegravemes drsquoeacutevanouissements profonds dus agrave

lrsquointerfeacuterence destructrice de deux ou plusieurs composantes du champ eacutelectrique issu des

reacuteflexions diverses en opposition de phase (Figure 4-3) Ce pheacutenomegravene a eacutegalement pour

conseacutequence la reacuteduction du taux de reconnaissance des tags

Figure 4-3 Illustration drsquoun scenario multi-trajets de communication entre un lecteur et un carton de tags

Les systegravemes multi-antennaires et les techniques de diversiteacute drsquoantennes sont connus

pour leurs capaciteacutes agrave surmonter ces pheacutenomegravenes drsquoeacutevanouissement du signal et de

deacutepolarisation du champ eacutelectrique La diversiteacute drsquoantennes permet de multiplier les canaux

en eacutemissionreacuteception et de recombiner de faccedilon optimale les signaux reccedilus sur chacun des

canaux reacuteduisant ainsi les problegravemes drsquoeacutevanouissement du signal Il existe dans la litteacuterature

trois techniques de diversiteacute drsquoantennes qui sont la diversiteacute drsquoespace la diversiteacute de

polarisation et la diversiteacute de digramme (Figure 4-3) En milieu indoor un systegraveme agrave diversiteacute

drsquoantennes sera drsquoautant plus performant qursquoil reacuteunira les trois techniques de diversiteacute


127

Figure 4-4 Les diffeacuterentes techniques de diversiteacute drsquoantennes

Le principe de la diversiteacute drsquoespace consiste agrave traiter des versions indeacutependantes du

signal gracircce agrave lrsquoutilisation de plusieurs antennes identiques de mecircme orientation La distance

d entre deux antennes est au minimum drsquoune demi-longueur drsquoonde afin de reacuteduire le

couplage mutuel des ports Cette contrainte drsquoespacement entre antenne impose donc de

grandes dimensions drsquoantenne surtout aux freacutequences UHF Des techniques de deacutecouplage

des ports sont neacutecessaires afin de reacutealiser des antennes agrave diversiteacute drsquoespace plus compactes

Dans la diversiteacute de polarisation lrsquoideacutee est drsquointroduire une paire de composante du

champ eacutelectrique horizontale et verticale dans la geacuteomeacutetrie de lrsquoantenne Le but de cette

approche eacutetant de transmettre le signal dans les deux polarisations H et V et de capter de

champ reacutetrodiffuseacute quelque soit la deacutepolarisation subie lors de la communication entre le

lecteur et les tags Ce sont geacuteneacuteralement deux antennes agrave polarisation lineacuteaire qui sont

disposeacutees orthogonalement afin de produire ces deux composantes du champ eacutelectrique Ces

antennes peuvent ecirctre co-localiseacutees ou seacutepareacutees les unes par rapport aux autres

La diversiteacute de diagramme est appliqueacutee lorsqursquoune ou plusieurs antennes preacutesentent

des formes de diagrammes de rayonnement diffeacuterentes Lrsquointeacuterecirct de la diversiteacute de diagramme

est drsquoexploiter de faccedilon efficace la position de la cible ou les directions drsquoarriveacutees afin drsquoy

focaliser le maximum de puissance

La reacuteduction de la distance de lecture lieacutee agrave la deacutesadaptation ne peut pas ecirctre

combattue au niveau du lecteur On peut en revanche pallier agrave la deacuteformation du diagramme

de lrsquoantenne tag et aux multi-trajets typiques des environnements RFID en multipliant le

nombre drsquoantennes en sortie de lecteur Notons que les nouvelles geacuteneacuterations de lecteurs

RFID integravegrent 2 agrave 4 canaux de sortie permettant ainsi le multiplexage drsquoantennes donc de la

diversiteacute drsquoantennes par commutation drsquoantennes Ainsi 4 sorties sont proposeacutees sur le

lecteur Impinj Speedway Revolution et des multiplexeurs 18 sont commercialiseacutes pour

offrir jusqursquoagrave 4x8=32 sorties drsquoantennes sur un mecircme lecteur

Cependant les antennes commerciales agrave base de patchs sont volumineuses (de

lrsquoordre de 30cm30cm4cm) ce qui rend ces solutions multiplexeacutees complexes agrave mettre en

œuvre autour de la zone agrave scanner Drsquoautre part il ne srsquoagit pas de recombiner de faccedilon


128

optimale les signaux issus des diffeacuterentes antennes (recombinaison MRC=Maximum Ratio

Combining ou EQG=Equal Gain Combining) mais de commuter toutes des 5 secondes

seacutequentiellement sur chaque antenne

Lrsquoobjectif de ce chapitre sera de proposer une antenne agrave diversiteacute pour lecteur RFID

et de la tester dans une configuration de forte concentration de tags La solution proposeacutee doit

ecirctre aussi compacte que possible tout en permettant des bonnes performances en diversiteacute

drsquoespace de diagramme et de polarisation La bande de travail viseacutee est la bande Europeacuteenne

de la RFID UHF 865MHz-868MHz

42 Conception drsquoun module drsquoantenne miniature reconfigurable

fournissant de la diversiteacute de diagramme et de polarisation gracircce agrave des

commutateurs

Apregraves avoir proceacutedeacute agrave un eacutetat de lrsquoart des diffeacuterentes antennes miniatures existantes

nous avons focaliseacute notre attention sur lrsquoune drsquoentre elles lrsquoantenne IFA pour sa simpliciteacute de

fabrication Une eacutetude exhaustive des candidats potentiels a eacuteteacute jugeacutee peu utile car

lrsquoutilisation en diversiteacute ne neacutecessite pas des performances speacutecifiques en rayonnement Cette

deacutemarche a ainsi permis de seacutelectionner rapidement lrsquoantenne dont les caracteacuteristiques en

termes de diagramme de rayonnement drsquoadaptation de gain et polarisation semblaient

satisfaisantes agrave la reacutealisation de notre module agrave diversiteacute

421 Antenne miniature de base pour le module agrave diversiteacute antenne IFA

Au moment de concevoir un systegraveme de communication faible coucirct les solutions en

geacuteneacuteral utiliseacutees dans les antennes RFID commerciales sont la fente ou le patch Ces 2

antennes preacutesentent un maximum dans lrsquoaxe Le patch preacutesente un gain de lrsquoordre de 6 agrave 8

dBi selon la couche drsquoair utiliseacutee possegravede des versions en polarisations circulaires La

neacutecessiteacute drsquoun plan de masse assez large pour eacuteviter les distorsions de diagrammes et

lrsquoinfluence du support conduisent typiquement agrave des structures 25cm25cm4cm La

Poynting PATCH-A0025 [POYN] agrave polarisation circulaire preacutesente ainsi un encombrement

de 245cm235cm4cm pour un gain de 7dBi Une fente reacutesonante dans une caviteacute


129

rectangulaire est souvent utiliseacutee lorsqursquoune polarisation lineacuteaire est suffisante et que

lrsquoencombrement transverse doit ecirctre limiteacutee La IPJ-A0311-EU1 [IMPINJ] preacutesente ainsi un

encombrement 46cm9cm2cm pour un gain de 5dBi

Figure 4-5 Modegravele dantenne ILA

Figure 4-6 Circuit dadaptation pour une antenne ILA

La miniaturisation drsquoantennes a notamment eacuteteacute deacuteveloppeacutee en teacuteleacutephonie mobile

GSM Dans ce domaine les antennes ILA et IFA ont reacutevolutionneacute le design des portables

sans antenne exteacuterieure Lrsquoantenne IFA est une antenne filaire de reacutealisation simple dont la

geacuteomeacutetrie est un F inverseacute Dans lrsquoideacutee de la reacuteduction de la taille le monopole traditionnel

quart drsquoonde a eacuteteacute replieacute vers le plan de masse comme montreacute dans la Figure 4-5 pour

constituer une antenne ILA Ceci entraicircne la reacuteduction de la partie reacuteelle de lrsquoimpeacutedance de

lrsquoantenne La hauteur du bras horizontal Lr au-dessus du plan de masse constitue un paramegravetre

de reacuteglage pour produire une bonne adaptation mais il est en geacuteneacuteral neacutecessaire de rajouter

une reacuteactance (Figure 4-6) pour compenser la reacuteactance de la ILA

A la freacutequence de travail lrsquoune des solutions plus utiliseacutees pour adapter cette antenne

au circuit est la connexion drsquoun inducteur en parallegravele comme indique la Figure 4-6 En

remplaccedilant cet inducteur L par un conducteur on obtient finalement lrsquoantenne IFA de la

Figure 4-7 Cette antenne constitue un monopole de longueur Lr + G qursquoon court-circuite agrave

distance S de la sonde drsquoalimentation Son alimentation se fait via un connecteur coaxial

situeacute sur la face arriegravere du plan de masse


130

Figure 4-7 Antenne IFA

Figure 4-8 Circuit repreacutesentatif de lrsquoantenne IFA

Electriquement lrsquoantenne de la Figure 4-7 est repreacutesenteacutee par le circuit de la Figure

4-8 [ZHI11] Les inductances La et Lstub correspondent agrave la ligne drsquoalimentation et au stub

court-circuiteacute respectivement Ces inductances seront fixeacutees par les longueurs S et G Le

circuit de la Figure 4-8 est une approximation simplifieacutee lorsque le stub et la ligne

drsquoalimentation ont un eacutecart laquo S raquo suffisamment grand pour neacutegliger les effets de capacitances

distribueacutes entre les deux fils Lrsquoantenne IFA ne permet pas une grande liberteacute du design Elle

est cependant tregraves utiliseacutee dans les applications en bande unique eacutetroite comme le GPS ou le

WiFi Elle sera donc bien adapteacutee au cas de RFID bande europeacuteenne

Dans notre cas lrsquoantenne a eacuteteacute optimiseacutee pour fonctionner dans la bande 868MHz

(=3468cm) Les dimensions des diffeacuterents paramegravetres de lrsquoantenne sont reacutepertorieacutees dans le

Tableau 4-1 La structure reacutealiseacutee est entiegraverement en cuivre La taille du plan de masse est

donneacutee par LGxWG Lrsquoensemble de la structure a eacuteteacute simuleacutee par le simulateur

eacutelectromagneacutetique HFSS (High Frequency Structure Simulator) [ANSYS]

G Lr S D du fil LG WG

0096 01657 00289 00029 08681 08681

Tableau 4-1 Dimensions de lrsquoantenne en longueur drsquoonde ()

La Figure 4-9 preacutesente lrsquoadaptation de lrsquoantenne IFA autour de la freacutequence 866MHz La

bande passante de lrsquoantenne deacutetermineacutee agrave -10dB du paramegravetre S11 est de 74


131

Figure 4-9 Paramegravetre S11 de lrsquoantenne IFA

Le diagramme de rayonnement de lrsquoantenne IFA positionneacutee au centre du plan de

masse est repreacutesenteacute sur la Figure 4-10(a) Le gain maximal est contenu dans le plan XZ et a

pour valeur 345 dBi Le diagramme de gain preacutesente des nuls dans le plan YZ La

polarisation de lrsquoantenne est deacutecrite par la variation des gains θG et φG dans le plan =0deg

(plan XZ) preacutesenteacutee dans la Figure 4-10(b) crsquoest la combinaison du rayonnement drsquoune

antenne dipocircle avec un niveau de polarisation croiseacute important dans lrsquoaxe perpendiculaire au

brin horizontal

(a)

(b)

Figure 4-10 Diagramme de lrsquoantenne IFA en 3D (a) et pour sa polarisation dans le plan φ=0deg (b)

Antenne placeacutee au centre du plan de masse

En placcedilant lrsquoantenne agrave proximiteacute drsquoun coin du plan de masse les champs diffracteacutes

par ce dernier creacuteent un deacutepointage du diagramme de rayonnement le maximisant dans la

direction du brin horizontal avec un nul de gain dans la direction opposeacutee (Figure 4-11(a))

On note eacutegalement une augmentation de 1dB du gain Il en est de mecircme pour la variation des

composantes du champ eacutelectrique (Figure 4-11(b))

050 075 100 125 150Freq [GHz]

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

000

dB

(S

(11

))

Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1

m1

m2 m3

m4Curve Info

dB(S(11))Setup1 Sweep1

Name X Y

m1 08660 -460612

m2 08360 -101249

m3 09000 -101322

m4 05000 -00662


132

(a)

(b)


Antenne placeacutee dans un coin du plan de masse

Exploitant ce principe de deacutepointage du diagramme et de focalisation du gain de

lrsquoantenne il se reacutevegravele que pour couvrir du demi-plan supeacuterieur il faudrait donc 4 antennes

disposeacutees en rotation seacutequentielle sur le plan de masse Cependant lrsquoinconveacutenient principal

des reacuteseaux drsquoantennes est la taille de la structure antennaire Comme expliqueacute ci-dessus

theacuteoriquement la distance requise entre deux antennes permettant drsquoeacuteviter les problegravemes de

couplage entre ports est de 2 soit 1728cm Sous ces conditions le reacuteseau drsquoantennes aurait

une taille supeacuterieure drsquoau moins la longueur drsquoonde si lrsquoon prend en compte les espacements

entre lrsquoantenne IFA et les extreacutemiteacutes du plan de masse Dans ce contexte nous proposons

dans cette eacutetude

- Une solution permettant la reacuteduction de la taille du reacuteseau drsquoIFA tout en conservant un

couplage minimal entre antennes

- Une technique de reacuteduction du rayonnement arriegravere (Leakage)

- La reacutealisation du reacuteseau drsquoantenne et la mesure de ses paramegravetres S

422 Reacuteseau drsquoantennes IFA agrave diversiteacute drsquoespace de diagramme et de

polarisation

La geacuteomeacutetrie de lrsquoantenne proposeacutee est repreacutesenteacutee sur la Figure 4-12 Elle est constitueacutee drsquoun

plan de masse de dimension 20cm20cm de quatre antennes IFA en rotation successive de

90deg drsquoun reacuteflecteur de dimensions 30cm30cm et de quatre fentes inseacutereacutees dans le plan de

masse

-1900

-1300

-700

-100

90

60

30

0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150

120

Radiation Pattern 1 ANSOFT

Curve Info

dB(GainTheta)Setup1 LastAdaptiveFreq=0868GHz Ha=35mm Lf=5725mm Phi=0deg

dB(GainPhi)Setup1 LastAdaptiveFreq=0868GHz Ha=35mm Lf=5725mm Phi=0deg


133


Le reacuteseau drsquoantennes IFA de la Figure 4-12 preacutesente les caracteacuteristiques suivantes

1 Le plan de masse de dimensions 30cm30cm pour une structure sans fente est

reacuteduit agrave 20cm20cm avec des fentes inseacutereacutees Le fil de court-circuit de lrsquoantenne IFA est

connecteacute au plan de masse tandis qursquoune ouverture est inseacutereacutee dans celui-ci afin de connecter

la sonde drsquoalimentation et le port coaxial [KIM06]

2 Les quatre IFA disposeacutees en rotation seacutequentielle de 90deg constituent un

systegraveme multi-antennaires permettant la diversiteacute drsquoespace Les diagrammes de rayonnement

des antennes 10log(E2+ Eφ

2) caracteacuteriseront la diversiteacute de diagramme Les polarisations E

et E des antennes deacutecriront la diversiteacute de polarisation du reacuteseau drsquoantennes Les quatre

antennes IFA sont alimenteacutees par des ports coaxiaux

3 Le reacuteflecteur meacutetallique de dimensions 30cm30cm a pour rocircle de limiter le

rayonnement arriegravere de lrsquoantenne ducirc drsquoune part aux petites dimensions du plan de masse

(moins drsquoune longueur drsquoonde) et drsquoautre agrave la preacutesence de fentes dans le plan de masse Il est

placeacute agrave deux 2cm en dessous du plan de masse En effet nous limitons le rayonnement arriegravere

afin drsquoeacuteviter la lecture de tags parasites hors zone de lecture


134

4 Les fentes inseacutereacutees dans le plan de masse ont pour rocircle drsquoisoler les ports et

ainsi reacuteduire le couplage entre les antennes Elles sont longues de 4 (~ 8cm) et larges de

2mm Elles sont inseacutereacutees au milieu de chaque coteacute du plan de masse [AND10] [KAR04]

[ALV11] Ces fentes modifient la circulation des courants surfaciques du plan de masse et les

concentrent sur les bordures

4221 Effet des fentes sur lrsquoadaptation et lrsquoisolation des ports

La Figure 4-13 preacutesente les paramegravetres S du reacuteseau drsquoIFA pour les cas sans

fentes et avec fentes dans le plan de masse de dimensions 20cm20cm

Figure 4-13 Paramegravetres S du reacuteseau IFA sans fentes et avec fentes

Lrsquoantenne 1 est totalement deacutesadapteacutee (S11gt -7dB) dans la bande de travail lorsque

les fentes ne sont inseacutereacutees dans le plan de masse Le coefficient de transmission S12 entre

lrsquoantenne 1 et lrsquoantenne 2 (qui sont toutes deux orthogonales) est de lrsquoordre de -12dB pour

lrsquoantenne sans fente Le paramegravetre S13 entre lrsquoantenne 1 et lrsquoantenne 3 (elles se font face)

est de -15 dB dans la bande 860MHz-868MHz sans les fentes


135

En inseacuterant les fentes dans le plan de masse on ameacuteliore lrsquoadaptation de lrsquoantenne

le paramegravetre S11-20dB La bande passante mesureacutee agrave -10 dB du S11 autour de 868MHz est

52 Les paramegravetres S12 et S13 ont respectivement les valeurs -12dB et infeacuterieure agrave -20dB

4222 Reacuteduction du rayonnement arriegravere (Leakage)

Lrsquoajout de fentes et la reacuteduction du plan de masse creacuteent un important rayonnement

arriegravere comme illustreacute agrave la Figure 4-14(a) Deux solutions ont eacuteteacute proposeacutees pour reacuteduire le

rayonnement

- Intuitivement on rajoute une plaque de reacuteflexion sous le plan de masse comme le

montre la Figure 4-14(b) La distance entre le reacuteflecteur et le plan de masse est parameacutetreacutee afin

de trouver la position adeacutequate du reacuteflecteur En effet le systegraveme (plan de

masse+vide+reacuteflecteur) forme une capaciteacute qui pourrait influencer les paramegravetres S de

lrsquoantenne

(a) (b)


- La seconde approche que nous proposons consiste agrave creacuteer des corrugations dans le

plan de masse et agrave creacuteer une caviteacute focalisatrice autour du plan de masse (Figure 4-15) Les

corrugations favorisent les reacuteflexions drsquoondes sur le plan de masse creacuteant des ondes

stationnaires qui seront pieacutegeacutees dans lrsquointeacuterieur de ses corrugations La circulation du courant

sur la surface du plan de masse est ainsi bloqueacutee Le rayonnement en champ proche de

lrsquoantenne agrave corrugations est preacutesenteacute agrave la Figure 4-16 En zone lointaine le diagramme de

rayonnement preacutesente un rayonnement avantarriegravere supeacuterieur agrave 5dB

z

x


136

Figure 4-15 Geacuteomeacutetrie du reacuteseau drsquoantenne avec corrugations

Figure 4-16 Rayonnement en champ proche de lrsquoantenne avec corrugations

Lrsquoantenne agrave corrugations + caviteacute reacuteduit consideacuterablement le rayonnement arriegravere de

cette derniegravere Pour ce qui est du diagramme de rayonnement en zone lointaine nous avons

noteacute une reacuteduction de 5dB du rayonnement arriegravere et un gain de mecircme valeur dans le demi-

plan supeacuterieur contenant les IFA

Lrsquoune ou lrsquoautre des structures drsquoantennes proposeacutees permettent une reacuteduction du

rayonnement arriegravere Cependant pour des raisons de fabrication la structure avec reacuteflecteur

paraicirct beaucoup plus simple agrave reacutealiser et sera donc la solution retenue pour lrsquoantenne agrave

diversiteacute

x

z


137

4223 Diversiteacute espace diagramme et polarisation

Les performances en diversiteacute de la structure agrave 4 IFAs avec reacuteflecteur arriegravere sont

donneacutees en termes de diagramme de polarisation et de coefficient de correacutelation drsquoenveloppe

La technique de diversiteacute mise en œuvre est la commutation ce qui signifie que lorsqursquoune des

antennes IFA est alimenteacutee par le lecteur les autres sont adapteacutees par une charge 50 Ω Les

potentialiteacutes en diversiteacute drsquoespace de lrsquoantenne proposeacutee srsquoexpliquent par le fait que nous

utilisons 4 antennes IFA 4 ports avec un espacement de 03430 entre ports adjacents Cette

distance est largement suffisante pour que les signaux soient deacutecorreacuteleacutes dans un contexte

NLOS

Figure 4-17 Diversiteacute de diagramme

La diversiteacute de diagramme est illustreacutee agrave la Figure Fig4-17 dans les plan xoz

(=0deg) et yoz (=90deg) Les IFA 1 et 3 ont des diagrammes de rayonnement identiques mais

sont compleacutementaires en termes de pointage de leurs diagrammes de rayonnement En effet

en eacuteleacutevation et dans chacun des plans elles pointent de faccedilon compleacutementaire dans les

directions 30deg Il en est de mecircme pour les antennes 2 et 4 Gracircce agrave la diversiteacute de

diagramme lrsquoantenne proposeacutee est capable de couvrir en eacutemission comme en reacuteception une

zone angulaire variant de -70deg agrave +70deg (mesureacutee en eacuteleacutevation et agrave -3dB drsquoouverture du


138

diagramme de rayonnement) Notons que cette diversiteacute de diagramme est intimement lieacutee agrave

la diversiteacute drsquoespace en pratique et qursquoelles sont deacutelicates agrave seacuteparer

Figure 4-18 Diversiteacute de polarisation

La diversiteacute de polarisation est illustreacutee en Figure 4-18 Il srsquoagit de la distribution

angulaire des composantes E et E du champ eacutelectrique de chacun des eacuteleacutements IFA dans le

plan yoz Le nul de E de lrsquoantenne IFA 2 dans la direction -30deg est compenseacute par lrsquoantenne

IFA 4 dans cette direction et vice-versa dans la direction 60deg pour la composantes E pour

les antennes IFA 1 et IFA 3 La diversiteacute de polarisation permet ainsi drsquoeacutemettre et de

recevoir dans les deux polarisations horizontales H et verticale V dans la zone angulaire

couverte par le diagramme de rayonnement des quatre IFA


139

43 Fabrication de lrsquoantenne et mesures des paramegravetres S

La Figure 4-19 preacutesente lrsquoantenne reacutealiseacutee au sein du laboratoire ESYCOM On peut

visualiser les 4 eacuteleacutements IFA le reacuteflecteur et les 4 cacircbles coaxiaux connecteacutes aux 4 ports des

antennes Les fentes sont reacutealiseacutees par gravure sur un substrat FR-4 cette opeacuteration eacutetant trop

deacutelicate par deacutecoupe dans une simple plaque meacutetallique

Figure 4-19 Prototype drsquoantenne lecteur fabriqueacute de lrsquoantenne agrave diversiteacute

Les paramegravetres S sont compareacutes aux paramegravetres S simuleacutes avec le logiciel HFSS

dans la Figure 4-20 On note que les reacutesultats des mesures restent fidegraveles aux simulations avec

eacuteventuellement des petits deacutecalages dus aux erreurs de fabrication et aux toleacuterances sur les

substrats en particulier dans le cas du paramegravetre S13


140

Figure 4-20 Comparaisons des paramegravetres S simuleacutes et mesureacutes

431 Le coefficient de correacutelation drsquoenveloppe

Le coefficient de correacutelation ρe est lrsquooutil matheacutematique et statistique qui permet de

mesurer le degreacute de similitude de deux signaux reccedilus par deux antennes Sa valeur varie entre

0 et 1 Lorsque ce coefficient prend la valeur 0 les deux signaux sont totalement deacutecorreacuteleacutes

Par conseacutequent ils peuvent ecirctre combineacutes afin de reconstruire lrsquoinformation transmise Si les

signaux sont correacuteleacutes en particulier pour ρelt05 alors lrsquoapport des techniques de diversiteacute est

beaucoup plus faible Gracircce aux travaux de Romeu et al [BLA03] ce coefficient drsquoenveloppe

peut ecirctre calculeacute agrave partir des paramegravetres S en srsquoaffranchissant de la formule complexe utilisant

les diagrammes de rayonnement des antennes Par exemple le coefficient de correacutelation

drsquoenveloppe entre les antennes 1 et 2 est donneacute par

)SS(1)SS(1

SSSS

2

12

2

22

2

21

2

11

2

11

2112

11

12

(1)

Les paramegravetres S sont complexes et le symbole deacutesigne le conjugueacute du paramegravetre

Les coefficients de correacutelation ρ12 et ρ13 entre lrsquoantenne 1 et les antennes 2 et 3

respectivement sont repreacutesenteacutes dans la Figure 4-21 en fonction de la freacutequence Ils sont

calculeacutes agrave partir des paramegravetres S mesureacutes


141

Figure 4-21 Coefficient de correacutelation drsquoenveloppe

On observe que dans la bande drsquointeacuterecirct (845-880MHz) le coefficient de correacutelation

de lrsquoenveloppe est infeacuterieur agrave ρe lt 0003 entre les antennes 1 2 et 3 Les performances de

lrsquoantenne sont reacutepertorieacutees dans le tableau 4-2

Paramegravetres Speacutecificiteacutes Uniteacutes Conditionsnotes

Bande passante 845 agrave 880 MHz -10 dB du S11

Gain 50 dBi Chacune des IFA

Diagramme de

rayonnement

diversiteacute -70deg to +70deg 3dB drsquoouverture

Polarisation diversiteacute H+V

Dynamique (XZ et YZ) 10 dBi Entre le max et min

Ports 50 Ω 4 accegraves (femelle)

Paramegravetres S (reacuteflexion) lt -30 dB

Coefficient de correacutelation 0003 Entre les eacuteleacutements orthogonaux

Taille 20x20x53 cm3

Tableau 4-2 Reacutecapitulatif des performances de lantenne proposeacutee


antennes commerciales

Nous preacutesentons dans cette partie les mesures en taux de reconnaissance des tags

pour la validation du concept de la diversiteacute Les tests de reconnaissances ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour

38 tags UHF passifs dont les antennes sont de type dipocircles replieacutes Chaque tag est colleacute agrave une

boite en plastique de dimension 4cmx4cmx7cm Les tags sont ensuite placeacutes arbitrairement

dans un carton comme preacutesenteacute agrave la Figure 4-22


142

Figure 4-22 Carton de 38 produits avec tags disposeacutes de faccedilon arbitraire

Les tests de reconnaissance sont effectueacutes dans deux salles le laboratoire de mesure

eacutelectronique et une salle informatique La salle eacutelectronique est domineacutee par la preacutesence

drsquoobjets favorables aux multi-trajets tels que les armoires meacutetalliques boicirctiers meacutetalliques des

eacutequipements de mesure les murs et le sol du laboratoire La salle informatique quant agrave elle

preacutesente moins drsquoencombrements elle est moins favorable aux trajets multiples Les deux

salles sont preacutesenteacutees agrave la Figure 4-23(a) et 4-23(b)

La zone de test a la forme drsquoune tranche de gacircteau de rayon 3m drsquoangle drsquoouverture

variant de -40deg agrave +40deg La zone de test est eacutechantillonneacutee par pas de 10cm en longueur et par

pas angulaire de 10deg soit 270 points de mesure Le carton de tags est positionneacute agrave 11m du sol

On peut observer agrave la Figure 4-23(a) la disposition du carton de tags par rapport agrave lrsquoantenne

du lecteur Les performances de lrsquoantenne dans lrsquoameacutelioration du taux de reconnaissance des

tags sont eacutevalueacutees en fonction de la distance entre le lecteur et le carton de tags drsquoune part et

en fonction de lrsquoangle azimutal du carton par rapport au centre de lrsquoantenne drsquoautre part

(a) salle de mesure eacutelectronique

(b) salle informatique

Figure 4-23 Dispositif expeacuterimental pour eacutevaluer le taux de reconnaissance des tags 1(vert) antenne agrave

diversiteacute 2(bleu) carton de tags


143

Les quatre ports de lrsquoantenne agrave diversiteacute sont ensuite connecteacutes aux quatre canaux du

lecteur RFID Speedway R420 [CISP] Un aperccedilu du lecteur utiliseacute ainsi que de la meacutethode de

connexion entre celui-ci et lrsquoantenne reacutealiseacutee est montreacutee dans les Figures 4-24 et 4-25

Figure 4-24 Lecteur Impinj Speedway R420 [CISP]

Les ports du lecteur montreacutes dans la Figure 4-24 sont de type (Reverse polarity) RP-

TNC male La connexion se fera agrave travers drsquoun cable SMA alors Il faut disposer drsquoune

transition de RP-TNC femelle vers SMA femelle (Figure 4-25(b)) puisque le coaxial utiliseacute

possegravede deux extreacutemiteacutes SMA macircle

Figure 4-25 Connexion entre lantenne reacutealiseacutee et le lecteur (a) cable coaxial (b) Connecteur RP-TNC

Femelle

Le lecteur RFID reacutealise une commutation entre les 4 eacuteleacutements IFA avec une

peacuteriodiciteacute fixeacutee par lrsquoutilisateur entre 1 et 10 secondes Dans sa version commerciale cette

commutation sera reacutealiseacutee par un commutateur de type SP4T connecteacute agrave lrsquoune des sorties du

lecteur La puissance eacutemise par le lecteur est de 29 dBm soit une puissance EIRP (Equivalent

Isotropic Radiated Power) rayonneacutee de 34 dBm (29dBm+5dB=34dBm) Les mesures en

reconnaissance de tags sont reacutealiseacutees avec lrsquoantenne agrave diversiteacute et elles sont compareacutees agrave

(a)

(b)

Vers antenne

Cacircble coaxial

Vers lecteur

SMA male RP-TNC Femelle


144

celles des antennes commerciales habituellement utiliseacutees par les lecteurs RFID Il srsquoagit

drsquoune antenne agrave polarisation circulaire (Poynting PATCH-A0025 245cm235cm4cm)

[POYN] et drsquoune antenne polarisation lineacuteaire (IPJ-A0311-EU01 46cm9cm2cm)

[IMPINJ] Les images de ces deux antennes sont donneacutees agrave la Figure 4-26(a) et 3-26(b)

respectivement

(a) antenne agrave polarisation circulaire

(b) antenne agrave polarisation lineacuteaire

Figure 4-26 Antennes commerciales de reacutefeacuterence utiliseacutees dans les applications RFID

Pour une comparaison eacutequitable du taux de reconnaissance entre lrsquoantenne agrave diversiteacute

et les antennes commerciales la puissance eacutemise par le lecteur a eacuteteacute ajusteacutee pour chacune des

antennes de sorte agrave avoir des puissances EIRP identiques Les reacutesultats comparatifs des tests

en reconnaissance de tags dans la salle de mesure eacutelectronique sont preacutesenteacutes dans la Figure

4-27 pour les trois types drsquoantennes


145

Figure 4-27 Taux de reconnaissance des tags en salle de mesure eacutelectronique (a) antenne agrave diversiteacute (b)

antenne agrave polarisation circulaire (CP) (c) antenne agrave polarisation lineacuteaire(LP)

On observe sur la Figure 4-27(a) que 100 des tags sont identifieacutes jusqursquoagrave 15m

avec lrsquoantenne agrave diversiteacute Au-delagrave de cette distance le taux de reconnaissance reste tout de

mecircme important car il avoisine les 70 drsquoidentification Lorsque les mesures sont effectueacutees

avec lrsquoantenne CP la distance drsquoidentification de 100 des tags est beaucoup plus reacuteduite

elle nrsquoexcegravede pas le megravetre (1m) Ce taux deacutecroicirct rapidement lorsqursquoon eacuteloigne la boite de tags

de lrsquoantenne CP du lecteur (Figure 4-27(b)) Avec lrsquoantenne CP on obtient en moyenne moins

de 30 drsquoidentification alors qursquoelle est de plus 80 pour lrsquoantenne agrave diversiteacute

Contrairement aux deux antennes preacuteceacutedentes on observe des fluctuations dans

lrsquoidentification des tags avec lrsquoantenne LP (Figure 4-27(c)) Deux zones chaudes agrave plus de

80 drsquoidentification des tags peuvent ecirctre localiseacutees la premiegravere agrave moins de 070 m du

lecteur et la seconde autour de 2 m Ce taux drsquoidentification eacuteleveacute dans la seconde zone peut

ecirctre expliqueacutee par une interfeacuterence constructive des signaux issus des trajets-multiples

Partout ailleurs le taux de reconnaissance des tags nrsquoexcegravede pas les 40 avec lrsquoantenne LP

De faccedilon eacutevidente le taux de reconnaissance avec lrsquoantenne agrave diversiteacute reste meilleure

compareacute aux deux antennes commerciales


146

433 Influence de lrsquoenvironnement de mesures

Les mecircmes tests sont reacutealiseacutes dans la salle informatique avec lrsquoantenne agrave diversiteacute et

lrsquoantenne LP Les reacutesultats sont donneacutes agrave la Figure 4-28

Figure 4-28 Taux de reconnaissance des tags en salle informatique (a) antenne agrave diversiteacute (b) antenne agrave

polarisation lineacuteaire (LP)

En comparaison avec les mesures en reconnaissance de tags effectueacutees en salle de

mesure eacutelectronique les reacutesultats en salle informatique montrent des taux de reconnaissance

des tags moins importants quelque soit lrsquoantenne utiliseacutee Toutefois lrsquoidentification des tags

par lrsquoantenne agrave diversiteacute est en moyenne supeacuterieure agrave 60 drsquoidentification tandis qursquoelle est

de moins de 30 avec lrsquoantenne LP au delagrave drsquoun megravetre de distance

Dans les deux salles de test les reacutesultats drsquoidentification des tags ont deacutemontreacute que

lrsquoantenne agrave diversiteacute permettait drsquoameacuteliorer le taux de reconnaissance des 38 tags preacutesenteacutes au

lecteur


147


Dans ce chapitre nous avons preacutesenteacute une antenne agrave diversiteacute drsquoespace de

diagramme et de polarisation qui fonctionne dans la bande europeacuteenne de la RFID UHF

Cette antenne compacte reacutepond aux exigences drsquoameacutelioration du taux de lecture rechercheacute

Avec un seul module de lrsquoantenne proposeacutee les tests de reconnaissance effectueacutes montrent

toute lrsquoefficaciteacute de la diversiteacute drsquoantenne dans lrsquoameacutelioration du taux de reconnaissance des

tags Les 100 de taux de reconnaissance des tags ne sont pas atteints au-delagrave de 15m pour

une configuration preacutesentant une haute densiteacute de tags Cependant lrsquoantenne agrave diversiteacute reste

meilleure compareacutee aux deux antennes commerciales utiliseacutees dans cette eacutetude Le taux de

reconnaissance pourrait converger vers les 100 drsquoidentification si plusieurs modules de

lrsquoantenne proposeacutee sont utiliseacutes via des commutateurs SP4T et combineacutes aux techniques

usuelles des systegravemes RFID telles que le deacuteplacement des tags


148


[ISR] wwwisrumdedu~austinense621dprojects04dproject-tracking-systemhtml

[ZHI11] ZHANG Zhijun Antenna design for mobile devices Wiley com 2011

[ANSYS] httpwwwansyscomProductsSimulation+TechnologyElectromagnetics

[KIM06] KIM Jong-Sung et al Polarization and space diversity antenna using inverted-F

antennas for RFID reader applications Antennas and Wireless Propagation

Letters IEEE 2006 vol 5 no 1 p 265-268

[AND10] ANDRENKO Andrey S YAMAGAJO Takashi Novel design for reducing

mutual coupling and signal correlation in diversity handset antennas En

Microwave Conference Proceedings (APMC) 2010 Asia-Pacific IEEE 2010 p

2095-2098

[KAR04] KARABOIKIS M et al Compact dual-printed inverted-F antenna diversity

systems for portable wireless devices Antennas and Wireless Propagation


[ALV11] ALVES T POUSSOT B LAHEURTE J-M PIFAndashTop-Loaded-Monopole

Antenna With Diversity Features for WBAN Applications Antennas and Wireless

Propagation Letters IEEE 2011 vol 10 p 693-696

[BLA03] BLANCH S ROMEU J CORBELLA I Exact representation of antenna

system diversity performance from input parameter description Electronics

Letters 2003 vol 39 no 9 p 705-707

[CISP] httpwwwcispernlrfidproductsreaders


[IMPINJ] httpwwwimpinjcomRFID_Reader_Antennasaspx

Conclusion Geacuteneacuterale et Perspectives


151

Conclusion geacuteneacuterale et perspectives

Ce travail srsquoest attacheacute agrave trouver des solutions agrave deux limitations technologiques

fortes de la technologie RFID UHF

Tout drsquoabord la varieacuteteacute des supports sur lesquels les eacutetiquettes RFID sont placeacutees La

variabiliteacute de ces supports entraicircne un deacutereacuteglage de lrsquoadaptation entre lrsquoantenne du tag et le

chip et en conseacutequence une reacuteduction de la distance de lecture maximale Tous les prototypes

de tags reacutealiseacutes ont eacuteteacute construits autour du module Mutrak commercialiseacute par la socieacuteteacute

Tagsys combinant le chip UHF RFID Monza4 et une boucle de couplage Les mesures

eacutetaient reacutealiseacutees sur un lecteur UHF RFID fonctionnant dans la bande europeacuteenne 865-868

MHz ou agrave lrsquoaide du dispositif Tagformance de Voyantic entre 800MHz et 1000 MHz

Pour la probleacutematique de la variation du support dieacutelectrique on a proposeacute des

solutions baseacutees sur des dipocircles enrouleacutes filaires ou imprimeacutes sur substrat Kapton mince Pour

la structure filaire on a conccedilu un tag agrave deux dipocircles pouvant fonctionner sur un reacutecipient

plastique vide ou rempli drsquoeau Chacun des dipocircles reacutesonne pour lrsquoun ou lrsquoautre cas ce qui

permet un fonctionnement correct en preacutesence drsquoeau avec une distance de lecture de 50 cm

alors que cette distance est nulle pour un tag conccedilu pour fonctionner dans lrsquoair ou sur du


lrsquoideacutee eacutetant plutocirct drsquoeacutelargir la bande passante afin de limiter la sensibiliteacute vis agrave vis de la



et de permittiviteacute variable

Pour la probleacutematique du tag sur supports meacutetalliques il a eacuteteacute deacutemontreacute qursquoune fente

graveacutee au sein drsquoun patch conventionnel constitue une interface de couplage performante

entre le module Mutrak et lrsquoantenne A lrsquoissue de lrsquoeacutetude parameacutetrique on a reacutealiseacute un tag


lecture mesureacutees supeacuterieures (39m contre 34m) La clef de cette ameacutelioration deacutecoule de la


152

possibiliteacute de respecter la condition drsquoadaptation chipantenne sur les reacuteactances pour un tag

de petites dimensions On a pour cela volontairement deacutecaleacute la reacutesonance de lrsquoantenne vers les

hautes freacutequences afin que le maximum de reacuteactance soit obtenu agrave la freacutequence de travail et se

rapproche de la valeur ndashIm[chip]


(cest-agrave-dire pour laquelle ni le lecteur ni les objets taggeacutes ne se deacuteplacent) dans des sceacutenarios

agrave forte densiteacute de tags Ceci est notamment lieacute au couplage entre antennes lorsque la densiteacute

de tags est forte ou aux perturbation de diagramme (masquage) dues agrave lrsquoenvironnement

proche des antennes support ou objets Lrsquoameacutelioration du taux de lecture statique consiste agrave

effectuer une lecture dynamique crsquoest agrave dire agrave deacuteplacer les tags ou lrsquoantenne lecteur ce qui

preacutesente un surcoucirct et une reacuteduction de temps de lecture

Nous avons donc proposeacute une antenne agrave diversiteacute drsquoespace de diagramme et de

polarisation fonctionnant dans la bande europeacuteenne Cette structure compacte agrave 4 IFAs

ameacuteliore sensiblement le taux de reconnaissance des tags par rapport aux deux antennes

commerciales utiliseacutees dans cette eacutetude Le cas test reacutealiseacute a consisteacute agrave preacutesenter un carton

drsquoune cinquantaine drsquoobjets plastiques tags dans un secteur angulaire face agrave lrsquoantenne lecteur

et agrave estimer le taux de lecture pour diffeacuterentes positions au sein de ce secteur angulaire

A lrsquoissue de ce travail il apparaicirct que des pistes drsquoameacutelioration nrsquoont pas eacuteteacute

exploreacutees Au niveau des tags lrsquoutilisation drsquoantennes magneacutetiques constitue une premiegravere

piste Le champ proche de ce type drsquoantennes eacutetant en effet essentiellement magneacutetique on

srsquoattend agrave une insensibiliteacute naturelle agrave la permittiviteacute du milieu environnant La difficulteacute

consiste probablement alors agrave reacutealiser une veacuteritable antenne magneacutetique dont lrsquoimpeacutedance est

laquo adaptable raquo cest-agrave-dire de lrsquoordre de grandeur de celle du chip En effet les antennes

reacuteellement magneacutetiques sont typiquement de tregraves petites tailles (ex boucle de courant) et de

reacuteactance tregraves eacuteleveacutee Mais le sujet reste ouvert

Une autre perspective est le deacuteveloppement drsquoune meacutethode drsquoanalyse plus rigoureuse

du couplage de 2 dipocircles au module Mutrak afin drsquoeacutelargir la largeur de bande de la structure

Certains tags commerciaux large bande dont lrsquoantenne est coupleacutee directement agrave la puce

utilisent en effet le principe du laquo double-tuned matching raquo permettant de multiplier par 3 la


153

bande passante drsquoun tag Une adaptation de cette meacutethode analytique appliqueacutee agrave notre

structure conccedilue empiriquement permettrait drsquoen optimiser les performances

Enfin des techniques en diversiteacute plus efficaces utilisant les techniques MRC de

recombinaison des signaux issus des antennes devraient permettre drsquoameacuteliorer encore le taux

de lecture dans les sceacutenarios Cette recombinaison peut srsquoenvisager au sein drsquoune nouvelle

geacuteneacuteration de chipsets de lecteur ou gracircce agrave un chip commercial agrave impleacutementer au sein de la

structure agrave 4 IFAs proposeacutee dans la thegravese


154

ANNEXES

Annexes

157

Annexe

A-I Impeacutedance et reacutesultats des dipocircles D1 et D2 pour le tag T1

Cette annexe eacutetudie seacutepareacutement chacun des dipocircles qui forment le tag (T1) Les

simulations ont eacuteteacute reacutealiseacutees avec les mecircmes dimensions de dipocircle mais en en ne conservant

qursquoun seul des deux afin de regarder seacutepareacutement les caracteacuteristiques et performances La

figure A-1 montre lrsquoimpeacutedance et le gain de lrsquoantenne lorsque seul le dipocircle (D1) est coupleacute

au module Mutrak

(a) Impeacutedance de lrsquoantenne


(c) Read Range

Figure A-1 Reacutesultats du dipocircle D1 dans le tag T1

Les reacutesultats montrent que le dipocircle (D1) coupleacute au Mutrak reacutesonne agrave une freacutequence

de 900 MHz La distance de lecture de 7m et la forme du pic se retrouve avec un leacuteger

deacutecalage lieacute au couplage mutuel entre dipocircles sur la Figure 2-25

De faccedilon similaire le dipocircle (D2) seul a eacuteteacute coupleacute au module Mutrak Les reacutesultats

peuvent ecirctre observeacutes dans la figure A-2

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

158



(c) Read Range


La freacutequence de reacutesonance est agrave 1000 MHz mais le maximum de distance de lecture

est agrave 950 MHz freacutequence pour laquelle lrsquoadaptation des parties imaginaires est optimale

gracircce agrave la reacutesonance naturelle du module Mutrak On note que la reacuteponse en gain est

beaucoup plus plate que pour (D1) Ceci explique le comportement plus large bande de la

reacuteponse en distance de lecture Enfin en comparant avec la figure 2-45 ougrave les 2 dipocircles sont

combineacutes on note que le couplage mutuel entre dipocircles ameacuteliore agrave la fois la reacuteponse en gain

et en impeacutedance sur la partie haute de la bande de freacutequences La reacutesonance de (D1) dans la

figure 245 est repousseacutee agrave 870 MHz du fait de la proximiteacute de la freacutequence de reacutesonance

(D2)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Annexes

159

A-II Impeacutedance et reacutesultats des dipocircles D1 et D2 pour le tag T2

On srsquointeacuteresse agrave preacutesent aux comportements individuels des dipocircles (D1) et (D2)

constituant le tag large bande T2 en conservant les mecircmes dimensions mais un seul des 2

dipocircles



(c) Read Range


Pour le dipocircle (D1) on observe globalement le mecircme comportement que celui

observeacute pour le tag T1

En revanche pour le deuxiegraveme dipocircle (D2) dans le tag T2 le comportement de la

figure A-4 est leacutegegraverement diffeacuterent que pour le tag T1 La reacutesonance propre de (D2) est autour

de 1100 MHz Le pic de distance de lecture est associeacute agrave lrsquoadaptation du module tandis que le

meacuteplat observeacute autour de 1000-1050 MHz est ducirc agrave la remonteacutee du gain qui compense

partiellement la forte deacutesadaptation

Quand on compare ces courbes agrave la figure 247 combinant les 2 dipocircles on note que

le couplage entre dipocircles augmente sensiblement les distances de lecture La freacutequence de

reacutesonance de (D1) reste autour de 905 MHz car elle est peu repousseacutee par la reacutesonance de

(D2) agrave 1100 MHz On observe toujours le meacuteplat lieacute au gain de (D2) eacuteleveacute autour de 1000

MHz La freacutequence propre de (D2) descend de 1100 MHz agrave environ 1025 MHz une fois

coupleacutee agrave (D1)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


ain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

160

Pour le deuxiegraveme dipocircle D2 dans le tag T2 le comportement est montreacute dans la

figure A-4



(c) Read Range


Comme dans le tag T1 le dipocircle de haute freacutequence est le moins adapteacute et en

conseacutequence sa contribution sur le read range de la structure T2 est faible et deacutependra surtout

de son niveau de gain supeacuterieur agrave celui du D1

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Ga

in (

dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

UNIVERSITE PARIS-EST

ECOLE DOCTORALE MSTIC

THESE

Preacutesenteacutee par

Rafael Antonio QUIROZ MORENO

Pour obtenir le grade de

Docteur de lrsquoUniversiteacute Paris-Est

Speacutecialiteacute Electronique

Solutions novatrices pour lrsquoameacutelioration du taux de

lecture de tags RFID UHF dans des environnements

complexes

Thegravese dirigeacutee par le Professeur Jean-Marc LAHEURTE

Date de la soutenance 4 mars 2014

Rapporteurs

Thierry MONEDIERE Professeur agrave lrsquoUniversiteacute de Limoges

Philippe PANNIER Professeur agrave lrsquoEcole Polytechnique Universitaire de Marseille

Examinateurs

Thierry ALVES Ingeacutenieur agrave lrsquoONERA

Jean-Marc LAHEURTE Professeur agrave lrsquoUPEM

Catherine LEPERS Professeur agrave Teacuteleacutecom SudParis

Odile PICON Professeur agrave lrsquoUPEM

Deacutedicaces

A ma megravere

Remerciements
















































Reacutesumeacute










anneacutees













tags



Abstract






















CHAPITRE 1

INTRODUCTION 1









CHAPITRE 2


PLASTIQUE 21


DIELECTRIQUES 21

22 MODULE MUTRAK 26

221 Chip Monza4 26










39









lecture 44










CHAPITRE 3




METALLIQUES 69




























CHAPITRE 4



















ANNEXE 157



Liste des figures

















mouvement 15







[BOR10] 23








26



























[SON06] 72















dimensions 81


en espace libre 83


















de Wslot 95


96



puissance 97


freacutequence 98










longueur L 105


106


longueur L 107






bord du patch 110




de Lslot 112



114












carton de tags 126












133



135













RP-TNC Femelle 143






Liste des tableaux


monde 10











Chapitre 1

Introduction


1

Chapitre 1

Introduction






















2










1972-1973









3





















4





























(Figure 1-4)


5




















6
























7








Series 2000)


ISO 15693-3 et ISO 18000-3)












8










longueur drsquoonde







9











10












inteacuterecirct










11












15 uniteacutesjour










12







tempeacuterature







13



transport












14




























couplage


15










(a)

(b)








16






17








18

Chapitre 2




21

Chapitre 2


plastique


dieacutelectriques
















22






dans le cas
















23














24












25


єr


















deacutecrit


26

22 Module Mutrak









[TAGSYS]





221 Chip Monza4










27








pp2

pp

Pchip RjC1

CR1

RZ

(1)


2pp

p

chipsCR1

R]ZRe[R

(2)

2pp

2

pp

s

chipsCR1

RjC

C

j]ZIm[X

(3)




28





868 MHz 6-7 -86

915 MHz 55-65 -81

956 MHz 51-62 -77









800 825 850 875 900 925 950-100

-80

-60

-40

-20

0

20


Imp

eacuted

an

ce

seacute

rie

du

ch

ip (

)

Re[Zchip serie]

Im[Zchip serie]


29





(a) Reacutesistance

(b) Reacuteactance



















800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance (

)

Re[boucle]

Re[chip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100060

65

70

75

80

85

90

95


eacuteacta

nce (

)

Im[boucle]

-Im[chip]


30





C 2

10

r

rldI

4B

(4)






au voisinage








31






dip

2

boucleaaaZ

fM2ZjXRZ

(5)

Ougrave




f freacutequence






achip

achip

ZZ

ZZ

(6)










32























33














1-3 1-4


0001λ 686 6326 31 -031

0002λ 631 6253 31 -004

0003λ 6 6258 315 -001

0004λ 578 6236 32 -001

0005λ 551 6189 322 -001

0006λ 54 6365 34 -005

0007λ 535 6213 328 -003

0008λ 527 6207 329 -002

0009λ 53 6326 34 -004

001λ 519 635 34 -004



0001λ 495 634 2875 -035

0002λ 5 636 327 -022

0003λ 502 623 306 -014

0004λ 508 625 319 -008

0005λ 512 632 356 -005

0006λ 51 626 3304 -003

0007λ 504 621 328 -003

0008λ 502 619 327 -003

0009λ 516 634 320 -0

001λ 512 619 328 -002



34


0001λ 51 6203 299 -004

0002λ 54 6374 307 -013

0003λ 53 622 322 -024

0004λ 52 632 342 -026

0005λ 511 633 349 -026

0006λ 51 624 343 -023

0007λ 51 629 352 -023

0008λ 51 627 3515 -022

0009λ 51 633 359 -021

001λ 52 627 353 -019







L1 40

L2 20

L3 135

L4 165

L5 10

L6 135

L7 7

Rayon du fil 0125




35




















source



36















800 820 840 860 880 900 820 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

-Im[Zchip]


37















15 83+ j688 Ω 0483 -16

5 14+ j636 Ω 0206 -078

10 04+ j63 Ω 0079 -224

-15 681+ j646 Ω 0361 -08








38












en x


Centre x=0 83+ j688 Ω 0483 -16

13 27+ j653 Ω 0317 -438

20 13+ j634 Ω 0188 -21







800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce d

e la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

-Im[Zchip]


39















sur la Figure 2-26







40



plastique






















41













42
















plastique










43



















proposeacutees






proposeacute


44















45




2

1

R

Rcos (7)


soit

R2 = 3R1 (8)




31Cos soit 5470 (9)



tag)0(t1

t

directr GGR4

log20P

P

(10)

tag)70(t2

t


R4log20

P

P

(11)

Ougrave








46






)70(t)0(t

1


R

RLog20PPP (12)






= 3R1 on obtient

dB5420)dB8(dB3)3(Log20Pr (13)






2R

htan

1

(14)

soit

tan

h2R1

(15)





47





th

tagtmint

1P

GGP

4R

(16)

avec


- 2







th

tag

P

G283

4RR

(17)


mintt

1PG

283RRR (18)





- Antenne Poynting



- Cacircbles SMA


48





















49




















800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)

850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950

03

032

034

036

038

04

042

044

046


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


50





















sur le plastique

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

800 825 850 875 900 925 950025

03

035

04

045

05

055


Read R

ange (

m)


51








L1 51

L2 21

L3 21

L4 11

L5 14

L6 4

Largeur 1












de 31dBm


52







sur papier










800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)


53








concerneacute









au-delagrave









54





L1 51 7625

L2 21 2225

L3 21 95

L4 13 195

L5 10 6

L6 0 1525

Largeur 1 25












800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Z[ant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)


55















Figure 2-45(d)





bande vers 1000 MHz

800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


56














dans la figure 2-42


L1 53 76

L2 23 23

L3 23 65

L4 14 19

L5 12 65

L6 0 175

Largeur 3 3



57

















800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


58
















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 100 1050 110040

50

60

70

80

90

100

110


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]


59






r=1 r=2 r=3











700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


ain

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


60




r=1 r=2 r=3













700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30

35


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 110050

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Espace libre

r=2

r=3


61












r=1 r=2 r=3







700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


62




dipocircles












63













800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Read R

ange (

m)



800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Read R

ange (

m)


Plastique (Masure)


64































65












14-19




1565








vol 2 no 1 p 301-305



IEEE 2008 vol 50 no 1 p 66-79







66







Chapitre 3




69

Chapitre 3























JePEC PEC

Je

Jm Jm

Jm Jm

Je

Je



70






















71









[DOB05]









72



[HAS11]
















73

















74
















75






















le plan de masse


76


meacutetallique







2









77





















78

















79










80



(mm)

Freq

(MHz)

BP RR Chip

sensibiliteacute

Polyimide

εr = 35

110x30x005 866 675 MHz

(lt-10dB)

Polyimide

εr = 35

68x28x005 866 25 MHz

(lt-

10dB)

Mousse

εr = 1

60x50x4 911 25 MHz

(lt-3dB)

4m

FR4

εr = 46

120x30x32 920 33 MHz

(lt-3dB)

38m -14dBm

FR4

εr = 42

65x20x15 920 31m

(1mm gap)

Alien Higgs

strap

-18 dBm

FR4

εr = 44

85x56x16 868 133 MHz

(lt-3dB)

62m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

855x73x16 868 153 MHz

(lt-3dB)

64m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

70x70x16 925 4m

Alien

Higgs

-14dBm

PVC

εr = 262

100x40x21 915 70 MHz

(lt-3dB)

10m Alien Higgs

3

-18dBm

PP

εr = 24

90x30x055 866 et

915

53 MHz

(lt-20dB)

36

866MHz

36

915MHz

Monza 4

-174 dBm

PET

εr = 262


3

-18dBm

Polycarbonate

εr = 44

150x32x10

79x31x10

915

915

70 MHz

70 MHz

853m

381m

Impinj

-12 dBm


81



suivants


beacuteneacutefique


passante





au Mutrak













Ldipocircle 854 mm

Wdipocircle 5 mm

Lsubstrat 120 mm

Wsubstrat 50 mm

Epaisseur h 1 mm



82












800 820 840 860 880 900 9200

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)


Dipole espace libre

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 92055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)


Dipole espace libre

-Im[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)



800 820 840 860 880 900 920-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)




83

(e) RR du tag


libre




















800 820 840 860 880 900 9200

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1


Read R

ange (

m)




84










reacutesonance



Epaisseur h






niveau de couplage


85





L 83 mm

W 106 mm

Lslot 10 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm













700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 9000

20

40

60

80

100

120

140


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm

700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900-50

0

50

100


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm


86


















750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm

750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm


87

















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035

04

045


Eff

icaciteacute

h=05mm

h=1mm

h=15mm

h=2mm

h=25mm


88
















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm


89















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacutesis

tance

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm


90






























91


L 797 mm

W 106 mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm





figures suivantes






(b) RR du tag


800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Imp

eacuteda

nce

de

la

nte

nne

(

)

Re[Zant]

Im[Zant]

Re[Zchip]

-Im[Zchip]

800 850 900 950-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

Frequency (MHz)

Gain

(dB

)

800 850 900 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeffic

ient de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035


Read R

ange (

m)


92






















93












Figure 3-33



chip

800 850 900 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Position centrale

Position2=304mm

Position3=704mm

Re[Zchip]

800 850 900 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Position central

Position2=304mm

Position3=704mm

-Im[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 950-2

-18

-16

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale


94



Mutrak













8 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad R

an

ge

(m

)

Position3=704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

-Im[Zchip]


95
















pour Wslot=2mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2


Ga

in (

dB

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm


96

















drsquoantenne








97




maximale de lecture













10 15 20 25 30 350

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Mesure

Theacuteorie


98













la partie suivante





800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Theacuteorie

Mesure


99
























800 825 850 875900 925 9500

5

10

15

20

25


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95050

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Im[Zchip]


100








agrave deacutefinir









800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

W=30mm

W=50mm

W=90mm


101






drsquoadaptation


3-6

W (mm) Zin (Ω)

868MHz

fr (MHz)

Rmax[Zin]

Gainmax f1

(MHz)

Γmax f2

(MHz)

RR f3 (MHz)

90 812+j 6354 867 -072dB870 -167dB 864 316m 867

50 14+j605 856 -318dB862 -265dB856 289m 856

30 237+j60 826 -585dB834 -312dB820 22m 827






Figure 3-43





- Tag 1 avec W=90mm


800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25

30

35


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95045

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Im[Zchip]


102


MHz










(c) Variation du RR


L



800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 950-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm


103














reacuteactive


de 8480mm2





104










L 744mm

W 30mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm















105














750 775 800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Re[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 95030

40

50

60

70

80

90

100


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Im[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 950-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

750 775 800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


106

(c) Variation du RR





Figure 3-47(b)












750 775 800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


107











(c) Variation du RR


reacutesonante L

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

10

20

30

40

50

60

70

80


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100030

40

50

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

-Im[chip]

800 825 850 875 900 925 950-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5


Gain

(dB

)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm


108









largeurW du patch




W 30mm



h 16 mm







5 644 -761 41 92+j835

4 66 -745 44 107+j85

3 679 -702 47 107+j843

2 704 -654 53 13+j835


valeurs de Wslot


109














650 700 750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

Re[Zchip]

650 700 750 800 850 900 9500

20

40

60

80

100

120


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

-Im[Zchip]

650 700 750 800 850 900 950-30

-25

-20

-15

-10

-5


Gain

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)

650 700 750 800 850 900 950-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


110

(c) Variation du RR


patch









(Figure 3-53c)

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


ea

d R

an

ge

(m

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


111








principale






670 700 750 800 850 900 950 970-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8


Ga

in (

dB

)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 970-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 9700

02

04

06

08

1

12

14

16

18


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

L=452mm

L=55mm

L=704mm


112


(c) Variation du RR











650 700 750 800 850 900 950-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4


Gain

(dB

)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm


113











le plan H





-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-648dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90

-1215dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-665dB


114








296m agrave 319m





800 825 850 875 900 925 950-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3


Ga

in (

dB

)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm


115



Tableau 3-10












L W 80 mm 30 mm


h 16 mm




116









Tag final 80mm x30mm -464 79 -67 39




850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 95005

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Calcul

Mesure


117















la bande US










800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25


Re

sis

tan

ce

(

)

Re[ant]

Re[chip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce (

)

Im[ant]

-Im[chip]


118











(Figure 3-57)







bande

800 825 850 875 900 925 950-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-15

-10

-5

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


119



















120






2006 vol 5 no 1 p 25-33



IEEE 2005 p 4 pp











1310









2008 vol 7 p 729-732







121



on 2012 vol 60 no 5 p 2166-2174


Sons 2012



749-750








2008 AP-S 2008 IEEE IEEE 2008 p 1-4





122

Chapitre 4


RFID


125

Chapitre 4










sur palette [1]










126





















127































128











commutateurs


















129






















130

















0096 01657 00289 00029 08681 08681





131








brin horizontal

(a)

(b)








050 075 100 125 150Freq [GHz]

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

000

dB

(S

(11

))


m1

m2 m3

m4Curve Info


Name X Y

m1 08660 -460612

m2 08360 -101249

m3 09000 -101322

m4 05000 -00662


132

(a)

(b)

















polarisation




masse

-1900

-1300

-700

-100

90

60

30

0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150

120


Curve Info




133



















134
















135







rayonnement





lrsquoantenne

(a) (b)









z

x


136










diversiteacute

x

z


137









NLOS










138












139












140












)SS(1)SS(1

SSSS

2

12

2

22

2

21

2

11

2

11

2112

11

12

(1)






141








Diagramme de

rayonnement







Taille 20x20x53 cm3










142




















143










Femelle







(a)

(b)

Vers antenne

Cacircble coaxial

Vers lecteur



144





respectivement










145



















146













lecteur


147














148











2095-2098









Letters 2003 vol 39 no 9 p 705-707






151




























152































153









154

ANNEXES

Annexes

157

Annexe






au module Mutrak



(c) Read Range







700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

158



(c) Read Range










(D2)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Annexes

159




dipocircles



(c) Read Range















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


ain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

160


figure A-4



(c) Read Range





700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Ga

in (

dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Deacutedicaces

A ma megravere

Remerciements
















































Reacutesumeacute










anneacutees













tags



Abstract






















CHAPITRE 1

INTRODUCTION 1









CHAPITRE 2


PLASTIQUE 21


DIELECTRIQUES 21

22 MODULE MUTRAK 26

221 Chip Monza4 26










39









lecture 44










CHAPITRE 3




METALLIQUES 69




























CHAPITRE 4



















ANNEXE 157



Liste des figures

















mouvement 15







[BOR10] 23








26



























[SON06] 72















dimensions 81


en espace libre 83


















de Wslot 95


96



puissance 97


freacutequence 98










longueur L 105


106


longueur L 107






bord du patch 110




de Lslot 112



114












carton de tags 126












133



135













RP-TNC Femelle 143






Liste des tableaux


monde 10











Chapitre 1

Introduction


1

Chapitre 1

Introduction






















2










1972-1973









3





















4





























(Figure 1-4)


5




















6
























7








Series 2000)


ISO 15693-3 et ISO 18000-3)












8










longueur drsquoonde







9











10












inteacuterecirct










11












15 uniteacutesjour










12







tempeacuterature







13



transport












14




























couplage


15










(a)

(b)








16






17








18

Chapitre 2




21

Chapitre 2


plastique


dieacutelectriques
















22






dans le cas
















23














24












25


єr


















deacutecrit


26

22 Module Mutrak









[TAGSYS]





221 Chip Monza4










27








pp2

pp

Pchip RjC1

CR1

RZ

(1)


2pp

p

chipsCR1

R]ZRe[R

(2)

2pp

2

pp

s

chipsCR1

RjC

C

j]ZIm[X

(3)




28





868 MHz 6-7 -86

915 MHz 55-65 -81

956 MHz 51-62 -77









800 825 850 875 900 925 950-100

-80

-60

-40

-20

0

20


Imp

eacuted

an

ce

seacute

rie

du

ch

ip (

)

Re[Zchip serie]

Im[Zchip serie]


29





(a) Reacutesistance

(b) Reacuteactance



















800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance (

)

Re[boucle]

Re[chip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100060

65

70

75

80

85

90

95


eacuteacta

nce (

)

Im[boucle]

-Im[chip]


30





C 2

10

r

rldI

4B

(4)






au voisinage








31






dip

2

boucleaaaZ

fM2ZjXRZ

(5)

Ougrave




f freacutequence






achip

achip

ZZ

ZZ

(6)










32























33














1-3 1-4


0001λ 686 6326 31 -031

0002λ 631 6253 31 -004

0003λ 6 6258 315 -001

0004λ 578 6236 32 -001

0005λ 551 6189 322 -001

0006λ 54 6365 34 -005

0007λ 535 6213 328 -003

0008λ 527 6207 329 -002

0009λ 53 6326 34 -004

001λ 519 635 34 -004



0001λ 495 634 2875 -035

0002λ 5 636 327 -022

0003λ 502 623 306 -014

0004λ 508 625 319 -008

0005λ 512 632 356 -005

0006λ 51 626 3304 -003

0007λ 504 621 328 -003

0008λ 502 619 327 -003

0009λ 516 634 320 -0

001λ 512 619 328 -002



34


0001λ 51 6203 299 -004

0002λ 54 6374 307 -013

0003λ 53 622 322 -024

0004λ 52 632 342 -026

0005λ 511 633 349 -026

0006λ 51 624 343 -023

0007λ 51 629 352 -023

0008λ 51 627 3515 -022

0009λ 51 633 359 -021

001λ 52 627 353 -019







L1 40

L2 20

L3 135

L4 165

L5 10

L6 135

L7 7

Rayon du fil 0125




35




















source



36















800 820 840 860 880 900 820 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

-Im[Zchip]


37















15 83+ j688 Ω 0483 -16

5 14+ j636 Ω 0206 -078

10 04+ j63 Ω 0079 -224

-15 681+ j646 Ω 0361 -08








38












en x


Centre x=0 83+ j688 Ω 0483 -16

13 27+ j653 Ω 0317 -438

20 13+ j634 Ω 0188 -21







800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce d

e la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

-Im[Zchip]


39















sur la Figure 2-26







40



plastique






















41













42
















plastique










43



















proposeacutees






proposeacute


44















45




2

1

R

Rcos (7)


soit

R2 = 3R1 (8)




31Cos soit 5470 (9)



tag)0(t1

t

directr GGR4

log20P

P

(10)

tag)70(t2

t


R4log20

P

P

(11)

Ougrave








46






)70(t)0(t

1


R

RLog20PPP (12)






= 3R1 on obtient

dB5420)dB8(dB3)3(Log20Pr (13)






2R

htan

1

(14)

soit

tan

h2R1

(15)





47





th

tagtmint

1P

GGP

4R

(16)

avec


- 2







th

tag

P

G283

4RR

(17)


mintt

1PG

283RRR (18)





- Antenne Poynting



- Cacircbles SMA


48





















49




















800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)

850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950

03

032

034

036

038

04

042

044

046


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


50





















sur le plastique

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

800 825 850 875 900 925 950025

03

035

04

045

05

055


Read R

ange (

m)


51








L1 51

L2 21

L3 21

L4 11

L5 14

L6 4

Largeur 1












de 31dBm


52







sur papier










800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)


53








concerneacute









au-delagrave









54





L1 51 7625

L2 21 2225

L3 21 95

L4 13 195

L5 10 6

L6 0 1525

Largeur 1 25












800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Z[ant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)


55















Figure 2-45(d)





bande vers 1000 MHz

800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


56














dans la figure 2-42


L1 53 76

L2 23 23

L3 23 65

L4 14 19

L5 12 65

L6 0 175

Largeur 3 3



57

















800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


58
















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 100 1050 110040

50

60

70

80

90

100

110


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]


59






r=1 r=2 r=3











700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


ain

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


60




r=1 r=2 r=3













700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30

35


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 110050

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Espace libre

r=2

r=3


61












r=1 r=2 r=3







700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


62




dipocircles












63













800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Read R

ange (

m)



800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Read R

ange (

m)


Plastique (Masure)


64































65












14-19




1565








vol 2 no 1 p 301-305



IEEE 2008 vol 50 no 1 p 66-79







66







Chapitre 3




69

Chapitre 3























JePEC PEC

Je

Jm Jm

Jm Jm

Je

Je



70






















71









[DOB05]









72



[HAS11]
















73

















74
















75






















le plan de masse


76


meacutetallique







2









77





















78

















79










80



(mm)

Freq

(MHz)

BP RR Chip

sensibiliteacute

Polyimide

εr = 35

110x30x005 866 675 MHz

(lt-10dB)

Polyimide

εr = 35

68x28x005 866 25 MHz

(lt-

10dB)

Mousse

εr = 1

60x50x4 911 25 MHz

(lt-3dB)

4m

FR4

εr = 46

120x30x32 920 33 MHz

(lt-3dB)

38m -14dBm

FR4

εr = 42

65x20x15 920 31m

(1mm gap)

Alien Higgs

strap

-18 dBm

FR4

εr = 44

85x56x16 868 133 MHz

(lt-3dB)

62m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

855x73x16 868 153 MHz

(lt-3dB)

64m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

70x70x16 925 4m

Alien

Higgs

-14dBm

PVC

εr = 262

100x40x21 915 70 MHz

(lt-3dB)

10m Alien Higgs

3

-18dBm

PP

εr = 24

90x30x055 866 et

915

53 MHz

(lt-20dB)

36

866MHz

36

915MHz

Monza 4

-174 dBm

PET

εr = 262


3

-18dBm

Polycarbonate

εr = 44

150x32x10

79x31x10

915

915

70 MHz

70 MHz

853m

381m

Impinj

-12 dBm


81



suivants


beacuteneacutefique


passante





au Mutrak













Ldipocircle 854 mm

Wdipocircle 5 mm

Lsubstrat 120 mm

Wsubstrat 50 mm

Epaisseur h 1 mm



82












800 820 840 860 880 900 9200

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)


Dipole espace libre

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 92055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)


Dipole espace libre

-Im[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)



800 820 840 860 880 900 920-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)




83

(e) RR du tag


libre




















800 820 840 860 880 900 9200

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1


Read R

ange (

m)




84










reacutesonance



Epaisseur h






niveau de couplage


85





L 83 mm

W 106 mm

Lslot 10 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm













700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 9000

20

40

60

80

100

120

140


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm

700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900-50

0

50

100


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm


86


















750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm

750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm


87

















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035

04

045


Eff

icaciteacute

h=05mm

h=1mm

h=15mm

h=2mm

h=25mm


88
















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm


89















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacutesis

tance

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm


90






























91


L 797 mm

W 106 mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm





figures suivantes






(b) RR du tag


800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Imp

eacuteda

nce

de

la

nte

nne

(

)

Re[Zant]

Im[Zant]

Re[Zchip]

-Im[Zchip]

800 850 900 950-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

Frequency (MHz)

Gain

(dB

)

800 850 900 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeffic

ient de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035


Read R

ange (

m)


92






















93












Figure 3-33



chip

800 850 900 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Position centrale

Position2=304mm

Position3=704mm

Re[Zchip]

800 850 900 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Position central

Position2=304mm

Position3=704mm

-Im[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 950-2

-18

-16

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale


94



Mutrak













8 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad R

an

ge

(m

)

Position3=704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

-Im[Zchip]


95
















pour Wslot=2mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2


Ga

in (

dB

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm


96

















drsquoantenne








97




maximale de lecture













10 15 20 25 30 350

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Mesure

Theacuteorie


98













la partie suivante





800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Theacuteorie

Mesure


99
























800 825 850 875900 925 9500

5

10

15

20

25


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95050

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Im[Zchip]


100








agrave deacutefinir









800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

W=30mm

W=50mm

W=90mm


101






drsquoadaptation


3-6

W (mm) Zin (Ω)

868MHz

fr (MHz)

Rmax[Zin]

Gainmax f1

(MHz)

Γmax f2

(MHz)

RR f3 (MHz)

90 812+j 6354 867 -072dB870 -167dB 864 316m 867

50 14+j605 856 -318dB862 -265dB856 289m 856

30 237+j60 826 -585dB834 -312dB820 22m 827






Figure 3-43





- Tag 1 avec W=90mm


800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25

30

35


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95045

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Im[Zchip]


102


MHz










(c) Variation du RR


L



800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 950-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm


103














reacuteactive


de 8480mm2





104










L 744mm

W 30mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm















105














750 775 800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Re[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 95030

40

50

60

70

80

90

100


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Im[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 950-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

750 775 800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


106

(c) Variation du RR





Figure 3-47(b)












750 775 800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


107











(c) Variation du RR


reacutesonante L

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

10

20

30

40

50

60

70

80


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100030

40

50

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

-Im[chip]

800 825 850 875 900 925 950-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5


Gain

(dB

)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm


108









largeurW du patch




W 30mm



h 16 mm







5 644 -761 41 92+j835

4 66 -745 44 107+j85

3 679 -702 47 107+j843

2 704 -654 53 13+j835


valeurs de Wslot


109














650 700 750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

Re[Zchip]

650 700 750 800 850 900 9500

20

40

60

80

100

120


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

-Im[Zchip]

650 700 750 800 850 900 950-30

-25

-20

-15

-10

-5


Gain

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)

650 700 750 800 850 900 950-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


110

(c) Variation du RR


patch









(Figure 3-53c)

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


ea

d R

an

ge

(m

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


111








principale






670 700 750 800 850 900 950 970-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8


Ga

in (

dB

)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 970-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 9700

02

04

06

08

1

12

14

16

18


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

L=452mm

L=55mm

L=704mm


112


(c) Variation du RR











650 700 750 800 850 900 950-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4


Gain

(dB

)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm


113











le plan H





-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-648dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90

-1215dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-665dB


114








296m agrave 319m





800 825 850 875 900 925 950-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3


Ga

in (

dB

)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm


115



Tableau 3-10












L W 80 mm 30 mm


h 16 mm




116









Tag final 80mm x30mm -464 79 -67 39




850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 95005

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Calcul

Mesure


117















la bande US










800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25


Re

sis

tan

ce

(

)

Re[ant]

Re[chip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce (

)

Im[ant]

-Im[chip]


118











(Figure 3-57)







bande

800 825 850 875 900 925 950-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-15

-10

-5

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


119



















120






2006 vol 5 no 1 p 25-33



IEEE 2005 p 4 pp











1310









2008 vol 7 p 729-732







121



on 2012 vol 60 no 5 p 2166-2174


Sons 2012



749-750








2008 AP-S 2008 IEEE IEEE 2008 p 1-4





122

Chapitre 4


RFID


125

Chapitre 4










sur palette [1]










126





















127































128











commutateurs


















129






















130

















0096 01657 00289 00029 08681 08681





131








brin horizontal

(a)

(b)








050 075 100 125 150Freq [GHz]

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

000

dB

(S

(11

))


m1

m2 m3

m4Curve Info


Name X Y

m1 08660 -460612

m2 08360 -101249

m3 09000 -101322

m4 05000 -00662


132

(a)

(b)

















polarisation




masse

-1900

-1300

-700

-100

90

60

30

0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150

120


Curve Info




133



















134
















135







rayonnement





lrsquoantenne

(a) (b)









z

x


136










diversiteacute

x

z


137









NLOS










138












139












140












)SS(1)SS(1

SSSS

2

12

2

22

2

21

2

11

2

11

2112

11

12

(1)






141








Diagramme de

rayonnement







Taille 20x20x53 cm3










142




















143










Femelle







(a)

(b)

Vers antenne

Cacircble coaxial

Vers lecteur



144





respectivement










145



















146













lecteur


147














148











2095-2098









Letters 2003 vol 39 no 9 p 705-707






151




























152































153









154

ANNEXES

Annexes

157

Annexe






au module Mutrak



(c) Read Range







700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

158



(c) Read Range










(D2)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Annexes

159




dipocircles



(c) Read Range















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


ain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

160


figure A-4



(c) Read Range





700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Ga

in (

dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Remerciements
















































Reacutesumeacute










anneacutees













tags



Abstract






















CHAPITRE 1

INTRODUCTION 1









CHAPITRE 2


PLASTIQUE 21


DIELECTRIQUES 21

22 MODULE MUTRAK 26

221 Chip Monza4 26










39









lecture 44










CHAPITRE 3




METALLIQUES 69




























CHAPITRE 4



















ANNEXE 157



Liste des figures

















mouvement 15







[BOR10] 23








26



























[SON06] 72















dimensions 81


en espace libre 83


















de Wslot 95


96



puissance 97


freacutequence 98










longueur L 105


106


longueur L 107






bord du patch 110




de Lslot 112



114












carton de tags 126












133



135













RP-TNC Femelle 143






Liste des tableaux


monde 10











Chapitre 1

Introduction


1

Chapitre 1

Introduction






















2










1972-1973









3





















4





























(Figure 1-4)


5




















6
























7








Series 2000)


ISO 15693-3 et ISO 18000-3)












8










longueur drsquoonde







9











10












inteacuterecirct










11












15 uniteacutesjour










12







tempeacuterature







13



transport












14




























couplage


15










(a)

(b)








16






17








18

Chapitre 2




21

Chapitre 2


plastique


dieacutelectriques
















22






dans le cas
















23














24












25


єr


















deacutecrit


26

22 Module Mutrak









[TAGSYS]





221 Chip Monza4










27








pp2

pp

Pchip RjC1

CR1

RZ

(1)


2pp

p

chipsCR1

R]ZRe[R

(2)

2pp

2

pp

s

chipsCR1

RjC

C

j]ZIm[X

(3)




28





868 MHz 6-7 -86

915 MHz 55-65 -81

956 MHz 51-62 -77









800 825 850 875 900 925 950-100

-80

-60

-40

-20

0

20


Imp

eacuted

an

ce

seacute

rie

du

ch

ip (

)

Re[Zchip serie]

Im[Zchip serie]


29





(a) Reacutesistance

(b) Reacuteactance



















800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance (

)

Re[boucle]

Re[chip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100060

65

70

75

80

85

90

95


eacuteacta

nce (

)

Im[boucle]

-Im[chip]


30





C 2

10

r

rldI

4B

(4)






au voisinage








31






dip

2

boucleaaaZ

fM2ZjXRZ

(5)

Ougrave




f freacutequence






achip

achip

ZZ

ZZ

(6)










32























33














1-3 1-4


0001λ 686 6326 31 -031

0002λ 631 6253 31 -004

0003λ 6 6258 315 -001

0004λ 578 6236 32 -001

0005λ 551 6189 322 -001

0006λ 54 6365 34 -005

0007λ 535 6213 328 -003

0008λ 527 6207 329 -002

0009λ 53 6326 34 -004

001λ 519 635 34 -004



0001λ 495 634 2875 -035

0002λ 5 636 327 -022

0003λ 502 623 306 -014

0004λ 508 625 319 -008

0005λ 512 632 356 -005

0006λ 51 626 3304 -003

0007λ 504 621 328 -003

0008λ 502 619 327 -003

0009λ 516 634 320 -0

001λ 512 619 328 -002



34


0001λ 51 6203 299 -004

0002λ 54 6374 307 -013

0003λ 53 622 322 -024

0004λ 52 632 342 -026

0005λ 511 633 349 -026

0006λ 51 624 343 -023

0007λ 51 629 352 -023

0008λ 51 627 3515 -022

0009λ 51 633 359 -021

001λ 52 627 353 -019







L1 40

L2 20

L3 135

L4 165

L5 10

L6 135

L7 7

Rayon du fil 0125




35




















source



36















800 820 840 860 880 900 820 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

-Im[Zchip]


37















15 83+ j688 Ω 0483 -16

5 14+ j636 Ω 0206 -078

10 04+ j63 Ω 0079 -224

-15 681+ j646 Ω 0361 -08








38












en x


Centre x=0 83+ j688 Ω 0483 -16

13 27+ j653 Ω 0317 -438

20 13+ j634 Ω 0188 -21







800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce d

e la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

-Im[Zchip]


39















sur la Figure 2-26







40



plastique






















41













42
















plastique










43



















proposeacutees






proposeacute


44















45




2

1

R

Rcos (7)


soit

R2 = 3R1 (8)




31Cos soit 5470 (9)



tag)0(t1

t

directr GGR4

log20P

P

(10)

tag)70(t2

t


R4log20

P

P

(11)

Ougrave








46






)70(t)0(t

1


R

RLog20PPP (12)






= 3R1 on obtient

dB5420)dB8(dB3)3(Log20Pr (13)






2R

htan

1

(14)

soit

tan

h2R1

(15)





47





th

tagtmint

1P

GGP

4R

(16)

avec


- 2







th

tag

P

G283

4RR

(17)


mintt

1PG

283RRR (18)





- Antenne Poynting



- Cacircbles SMA


48





















49




















800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)

850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950

03

032

034

036

038

04

042

044

046


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


50





















sur le plastique

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

800 825 850 875 900 925 950025

03

035

04

045

05

055


Read R

ange (

m)


51








L1 51

L2 21

L3 21

L4 11

L5 14

L6 4

Largeur 1












de 31dBm


52







sur papier










800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)


53








concerneacute









au-delagrave









54





L1 51 7625

L2 21 2225

L3 21 95

L4 13 195

L5 10 6

L6 0 1525

Largeur 1 25












800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Z[ant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)


55















Figure 2-45(d)





bande vers 1000 MHz

800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


56














dans la figure 2-42


L1 53 76

L2 23 23

L3 23 65

L4 14 19

L5 12 65

L6 0 175

Largeur 3 3



57

















800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


58
















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 100 1050 110040

50

60

70

80

90

100

110


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]


59






r=1 r=2 r=3











700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


ain

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


60




r=1 r=2 r=3













700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30

35


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 110050

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Espace libre

r=2

r=3


61












r=1 r=2 r=3







700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


62




dipocircles












63













800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Read R

ange (

m)



800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Read R

ange (

m)


Plastique (Masure)


64































65












14-19




1565








vol 2 no 1 p 301-305



IEEE 2008 vol 50 no 1 p 66-79







66







Chapitre 3




69

Chapitre 3























JePEC PEC

Je

Jm Jm

Jm Jm

Je

Je



70






















71









[DOB05]









72



[HAS11]
















73

















74
















75






















le plan de masse


76


meacutetallique







2









77





















78

















79










80



(mm)

Freq

(MHz)

BP RR Chip

sensibiliteacute

Polyimide

εr = 35

110x30x005 866 675 MHz

(lt-10dB)

Polyimide

εr = 35

68x28x005 866 25 MHz

(lt-

10dB)

Mousse

εr = 1

60x50x4 911 25 MHz

(lt-3dB)

4m

FR4

εr = 46

120x30x32 920 33 MHz

(lt-3dB)

38m -14dBm

FR4

εr = 42

65x20x15 920 31m

(1mm gap)

Alien Higgs

strap

-18 dBm

FR4

εr = 44

85x56x16 868 133 MHz

(lt-3dB)

62m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

855x73x16 868 153 MHz

(lt-3dB)

64m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

70x70x16 925 4m

Alien

Higgs

-14dBm

PVC

εr = 262

100x40x21 915 70 MHz

(lt-3dB)

10m Alien Higgs

3

-18dBm

PP

εr = 24

90x30x055 866 et

915

53 MHz

(lt-20dB)

36

866MHz

36

915MHz

Monza 4

-174 dBm

PET

εr = 262


3

-18dBm

Polycarbonate

εr = 44

150x32x10

79x31x10

915

915

70 MHz

70 MHz

853m

381m

Impinj

-12 dBm


81



suivants


beacuteneacutefique


passante





au Mutrak













Ldipocircle 854 mm

Wdipocircle 5 mm

Lsubstrat 120 mm

Wsubstrat 50 mm

Epaisseur h 1 mm



82












800 820 840 860 880 900 9200

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)


Dipole espace libre

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 92055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)


Dipole espace libre

-Im[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)



800 820 840 860 880 900 920-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)




83

(e) RR du tag


libre




















800 820 840 860 880 900 9200

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1


Read R

ange (

m)




84










reacutesonance



Epaisseur h






niveau de couplage


85





L 83 mm

W 106 mm

Lslot 10 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm













700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 9000

20

40

60

80

100

120

140


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm

700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900-50

0

50

100


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm


86


















750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm

750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm


87

















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035

04

045


Eff

icaciteacute

h=05mm

h=1mm

h=15mm

h=2mm

h=25mm


88
















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm


89















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacutesis

tance

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm


90






























91


L 797 mm

W 106 mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm





figures suivantes






(b) RR du tag


800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Imp

eacuteda

nce

de

la

nte

nne

(

)

Re[Zant]

Im[Zant]

Re[Zchip]

-Im[Zchip]

800 850 900 950-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

Frequency (MHz)

Gain

(dB

)

800 850 900 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeffic

ient de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035


Read R

ange (

m)


92






















93












Figure 3-33



chip

800 850 900 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Position centrale

Position2=304mm

Position3=704mm

Re[Zchip]

800 850 900 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Position central

Position2=304mm

Position3=704mm

-Im[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 950-2

-18

-16

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale


94



Mutrak













8 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad R

an

ge

(m

)

Position3=704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

-Im[Zchip]


95
















pour Wslot=2mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2


Ga

in (

dB

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm


96

















drsquoantenne








97




maximale de lecture













10 15 20 25 30 350

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Mesure

Theacuteorie


98













la partie suivante





800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Theacuteorie

Mesure


99
























800 825 850 875900 925 9500

5

10

15

20

25


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95050

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Im[Zchip]


100








agrave deacutefinir









800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

W=30mm

W=50mm

W=90mm


101






drsquoadaptation


3-6

W (mm) Zin (Ω)

868MHz

fr (MHz)

Rmax[Zin]

Gainmax f1

(MHz)

Γmax f2

(MHz)

RR f3 (MHz)

90 812+j 6354 867 -072dB870 -167dB 864 316m 867

50 14+j605 856 -318dB862 -265dB856 289m 856

30 237+j60 826 -585dB834 -312dB820 22m 827






Figure 3-43





- Tag 1 avec W=90mm


800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25

30

35


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95045

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Im[Zchip]


102


MHz










(c) Variation du RR


L



800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 950-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm


103














reacuteactive


de 8480mm2





104










L 744mm

W 30mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm















105














750 775 800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Re[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 95030

40

50

60

70

80

90

100


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Im[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 950-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

750 775 800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


106

(c) Variation du RR





Figure 3-47(b)












750 775 800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


107











(c) Variation du RR


reacutesonante L

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

10

20

30

40

50

60

70

80


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100030

40

50

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

-Im[chip]

800 825 850 875 900 925 950-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5


Gain

(dB

)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm


108









largeurW du patch




W 30mm



h 16 mm







5 644 -761 41 92+j835

4 66 -745 44 107+j85

3 679 -702 47 107+j843

2 704 -654 53 13+j835


valeurs de Wslot


109














650 700 750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

Re[Zchip]

650 700 750 800 850 900 9500

20

40

60

80

100

120


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

-Im[Zchip]

650 700 750 800 850 900 950-30

-25

-20

-15

-10

-5


Gain

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)

650 700 750 800 850 900 950-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


110

(c) Variation du RR


patch









(Figure 3-53c)

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


ea

d R

an

ge

(m

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


111








principale






670 700 750 800 850 900 950 970-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8


Ga

in (

dB

)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 970-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 9700

02

04

06

08

1

12

14

16

18


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

L=452mm

L=55mm

L=704mm


112


(c) Variation du RR











650 700 750 800 850 900 950-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4


Gain

(dB

)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm


113











le plan H





-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-648dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90

-1215dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-665dB


114








296m agrave 319m





800 825 850 875 900 925 950-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3


Ga

in (

dB

)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm


115



Tableau 3-10












L W 80 mm 30 mm


h 16 mm




116









Tag final 80mm x30mm -464 79 -67 39




850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 95005

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Calcul

Mesure


117















la bande US










800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25


Re

sis

tan

ce

(

)

Re[ant]

Re[chip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce (

)

Im[ant]

-Im[chip]


118











(Figure 3-57)







bande

800 825 850 875 900 925 950-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-15

-10

-5

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


119



















120






2006 vol 5 no 1 p 25-33



IEEE 2005 p 4 pp











1310









2008 vol 7 p 729-732







121



on 2012 vol 60 no 5 p 2166-2174


Sons 2012



749-750








2008 AP-S 2008 IEEE IEEE 2008 p 1-4





122

Chapitre 4


RFID


125

Chapitre 4










sur palette [1]










126





















127































128











commutateurs


















129






















130

















0096 01657 00289 00029 08681 08681





131








brin horizontal

(a)

(b)








050 075 100 125 150Freq [GHz]

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

000

dB

(S

(11

))


m1

m2 m3

m4Curve Info


Name X Y

m1 08660 -460612

m2 08360 -101249

m3 09000 -101322

m4 05000 -00662


132

(a)

(b)

















polarisation




masse

-1900

-1300

-700

-100

90

60

30

0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150

120


Curve Info




133



















134
















135







rayonnement





lrsquoantenne

(a) (b)









z

x


136










diversiteacute

x

z


137









NLOS










138












139












140












)SS(1)SS(1

SSSS

2

12

2

22

2

21

2

11

2

11

2112

11

12

(1)






141








Diagramme de

rayonnement







Taille 20x20x53 cm3










142




















143










Femelle







(a)

(b)

Vers antenne

Cacircble coaxial

Vers lecteur



144





respectivement










145



















146













lecteur


147














148











2095-2098









Letters 2003 vol 39 no 9 p 705-707






151




























152































153









154

ANNEXES

Annexes

157

Annexe






au module Mutrak



(c) Read Range







700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

158



(c) Read Range










(D2)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Annexes

159




dipocircles



(c) Read Range















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


ain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

160


figure A-4



(c) Read Range





700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Ga

in (

dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

















Reacutesumeacute










anneacutees













tags



Abstract






















CHAPITRE 1

INTRODUCTION 1









CHAPITRE 2


PLASTIQUE 21


DIELECTRIQUES 21

22 MODULE MUTRAK 26

221 Chip Monza4 26










39









lecture 44










CHAPITRE 3




METALLIQUES 69




























CHAPITRE 4



















ANNEXE 157



Liste des figures

















mouvement 15







[BOR10] 23








26



























[SON06] 72















dimensions 81


en espace libre 83


















de Wslot 95


96



puissance 97


freacutequence 98










longueur L 105


106


longueur L 107






bord du patch 110




de Lslot 112



114












carton de tags 126












133



135













RP-TNC Femelle 143






Liste des tableaux


monde 10











Chapitre 1

Introduction


1

Chapitre 1

Introduction






















2










1972-1973









3





















4





























(Figure 1-4)


5




















6
























7








Series 2000)


ISO 15693-3 et ISO 18000-3)












8










longueur drsquoonde







9











10












inteacuterecirct










11












15 uniteacutesjour










12







tempeacuterature







13



transport












14




























couplage


15










(a)

(b)








16






17








18

Chapitre 2




21

Chapitre 2


plastique


dieacutelectriques
















22






dans le cas
















23














24












25


єr


















deacutecrit


26

22 Module Mutrak









[TAGSYS]





221 Chip Monza4










27








pp2

pp

Pchip RjC1

CR1

RZ

(1)


2pp

p

chipsCR1

R]ZRe[R

(2)

2pp

2

pp

s

chipsCR1

RjC

C

j]ZIm[X

(3)




28





868 MHz 6-7 -86

915 MHz 55-65 -81

956 MHz 51-62 -77









800 825 850 875 900 925 950-100

-80

-60

-40

-20

0

20


Imp

eacuted

an

ce

seacute

rie

du

ch

ip (

)

Re[Zchip serie]

Im[Zchip serie]


29





(a) Reacutesistance

(b) Reacuteactance



















800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance (

)

Re[boucle]

Re[chip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100060

65

70

75

80

85

90

95


eacuteacta

nce (

)

Im[boucle]

-Im[chip]


30





C 2

10

r

rldI

4B

(4)






au voisinage








31






dip

2

boucleaaaZ

fM2ZjXRZ

(5)

Ougrave




f freacutequence






achip

achip

ZZ

ZZ

(6)










32























33














1-3 1-4


0001λ 686 6326 31 -031

0002λ 631 6253 31 -004

0003λ 6 6258 315 -001

0004λ 578 6236 32 -001

0005λ 551 6189 322 -001

0006λ 54 6365 34 -005

0007λ 535 6213 328 -003

0008λ 527 6207 329 -002

0009λ 53 6326 34 -004

001λ 519 635 34 -004



0001λ 495 634 2875 -035

0002λ 5 636 327 -022

0003λ 502 623 306 -014

0004λ 508 625 319 -008

0005λ 512 632 356 -005

0006λ 51 626 3304 -003

0007λ 504 621 328 -003

0008λ 502 619 327 -003

0009λ 516 634 320 -0

001λ 512 619 328 -002



34


0001λ 51 6203 299 -004

0002λ 54 6374 307 -013

0003λ 53 622 322 -024

0004λ 52 632 342 -026

0005λ 511 633 349 -026

0006λ 51 624 343 -023

0007λ 51 629 352 -023

0008λ 51 627 3515 -022

0009λ 51 633 359 -021

001λ 52 627 353 -019







L1 40

L2 20

L3 135

L4 165

L5 10

L6 135

L7 7

Rayon du fil 0125




35




















source



36















800 820 840 860 880 900 820 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

-Im[Zchip]


37















15 83+ j688 Ω 0483 -16

5 14+ j636 Ω 0206 -078

10 04+ j63 Ω 0079 -224

-15 681+ j646 Ω 0361 -08








38












en x


Centre x=0 83+ j688 Ω 0483 -16

13 27+ j653 Ω 0317 -438

20 13+ j634 Ω 0188 -21







800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce d

e la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

-Im[Zchip]


39















sur la Figure 2-26







40



plastique






















41













42
















plastique










43



















proposeacutees






proposeacute


44















45




2

1

R

Rcos (7)


soit

R2 = 3R1 (8)




31Cos soit 5470 (9)



tag)0(t1

t

directr GGR4

log20P

P

(10)

tag)70(t2

t


R4log20

P

P

(11)

Ougrave








46






)70(t)0(t

1


R

RLog20PPP (12)






= 3R1 on obtient

dB5420)dB8(dB3)3(Log20Pr (13)






2R

htan

1

(14)

soit

tan

h2R1

(15)





47





th

tagtmint

1P

GGP

4R

(16)

avec


- 2







th

tag

P

G283

4RR

(17)


mintt

1PG

283RRR (18)





- Antenne Poynting



- Cacircbles SMA


48





















49




















800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)

850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950

03

032

034

036

038

04

042

044

046


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


50





















sur le plastique

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

800 825 850 875 900 925 950025

03

035

04

045

05

055


Read R

ange (

m)


51








L1 51

L2 21

L3 21

L4 11

L5 14

L6 4

Largeur 1












de 31dBm


52







sur papier










800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)


53








concerneacute









au-delagrave









54





L1 51 7625

L2 21 2225

L3 21 95

L4 13 195

L5 10 6

L6 0 1525

Largeur 1 25












800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Z[ant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)


55















Figure 2-45(d)





bande vers 1000 MHz

800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


56














dans la figure 2-42


L1 53 76

L2 23 23

L3 23 65

L4 14 19

L5 12 65

L6 0 175

Largeur 3 3



57

















800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


58
















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 100 1050 110040

50

60

70

80

90

100

110


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]


59






r=1 r=2 r=3











700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


ain

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


60




r=1 r=2 r=3













700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30

35


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 110050

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Espace libre

r=2

r=3


61












r=1 r=2 r=3







700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


62




dipocircles












63













800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Read R

ange (

m)



800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Read R

ange (

m)


Plastique (Masure)


64































65












14-19




1565








vol 2 no 1 p 301-305



IEEE 2008 vol 50 no 1 p 66-79







66







Chapitre 3




69

Chapitre 3























JePEC PEC

Je

Jm Jm

Jm Jm

Je

Je



70






















71









[DOB05]









72



[HAS11]
















73

















74
















75






















le plan de masse


76


meacutetallique







2









77





















78

















79










80



(mm)

Freq

(MHz)

BP RR Chip

sensibiliteacute

Polyimide

εr = 35

110x30x005 866 675 MHz

(lt-10dB)

Polyimide

εr = 35

68x28x005 866 25 MHz

(lt-

10dB)

Mousse

εr = 1

60x50x4 911 25 MHz

(lt-3dB)

4m

FR4

εr = 46

120x30x32 920 33 MHz

(lt-3dB)

38m -14dBm

FR4

εr = 42

65x20x15 920 31m

(1mm gap)

Alien Higgs

strap

-18 dBm

FR4

εr = 44

85x56x16 868 133 MHz

(lt-3dB)

62m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

855x73x16 868 153 MHz

(lt-3dB)

64m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

70x70x16 925 4m

Alien

Higgs

-14dBm

PVC

εr = 262

100x40x21 915 70 MHz

(lt-3dB)

10m Alien Higgs

3

-18dBm

PP

εr = 24

90x30x055 866 et

915

53 MHz

(lt-20dB)

36

866MHz

36

915MHz

Monza 4

-174 dBm

PET

εr = 262


3

-18dBm

Polycarbonate

εr = 44

150x32x10

79x31x10

915

915

70 MHz

70 MHz

853m

381m

Impinj

-12 dBm


81



suivants


beacuteneacutefique


passante





au Mutrak













Ldipocircle 854 mm

Wdipocircle 5 mm

Lsubstrat 120 mm

Wsubstrat 50 mm

Epaisseur h 1 mm



82












800 820 840 860 880 900 9200

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)


Dipole espace libre

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 92055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)


Dipole espace libre

-Im[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)



800 820 840 860 880 900 920-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)




83

(e) RR du tag


libre




















800 820 840 860 880 900 9200

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1


Read R

ange (

m)




84










reacutesonance



Epaisseur h






niveau de couplage


85





L 83 mm

W 106 mm

Lslot 10 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm













700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 9000

20

40

60

80

100

120

140


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm

700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900-50

0

50

100


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm


86


















750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm

750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm


87

















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035

04

045


Eff

icaciteacute

h=05mm

h=1mm

h=15mm

h=2mm

h=25mm


88
















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm


89















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacutesis

tance

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm


90






























91


L 797 mm

W 106 mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm





figures suivantes






(b) RR du tag


800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Imp

eacuteda

nce

de

la

nte

nne

(

)

Re[Zant]

Im[Zant]

Re[Zchip]

-Im[Zchip]

800 850 900 950-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

Frequency (MHz)

Gain

(dB

)

800 850 900 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeffic

ient de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035


Read R

ange (

m)


92






















93












Figure 3-33



chip

800 850 900 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Position centrale

Position2=304mm

Position3=704mm

Re[Zchip]

800 850 900 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Position central

Position2=304mm

Position3=704mm

-Im[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 950-2

-18

-16

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale


94



Mutrak













8 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad R

an

ge

(m

)

Position3=704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

-Im[Zchip]


95
















pour Wslot=2mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2


Ga

in (

dB

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm


96

















drsquoantenne








97




maximale de lecture













10 15 20 25 30 350

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Mesure

Theacuteorie


98













la partie suivante





800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Theacuteorie

Mesure


99
























800 825 850 875900 925 9500

5

10

15

20

25


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95050

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Im[Zchip]


100








agrave deacutefinir









800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

W=30mm

W=50mm

W=90mm


101






drsquoadaptation


3-6

W (mm) Zin (Ω)

868MHz

fr (MHz)

Rmax[Zin]

Gainmax f1

(MHz)

Γmax f2

(MHz)

RR f3 (MHz)

90 812+j 6354 867 -072dB870 -167dB 864 316m 867

50 14+j605 856 -318dB862 -265dB856 289m 856

30 237+j60 826 -585dB834 -312dB820 22m 827






Figure 3-43





- Tag 1 avec W=90mm


800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25

30

35


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95045

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Im[Zchip]


102


MHz










(c) Variation du RR


L



800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 950-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm


103














reacuteactive


de 8480mm2





104










L 744mm

W 30mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm















105














750 775 800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Re[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 95030

40

50

60

70

80

90

100


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Im[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 950-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

750 775 800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


106

(c) Variation du RR





Figure 3-47(b)












750 775 800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


107











(c) Variation du RR


reacutesonante L

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

10

20

30

40

50

60

70

80


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100030

40

50

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

-Im[chip]

800 825 850 875 900 925 950-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5


Gain

(dB

)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm


108









largeurW du patch




W 30mm



h 16 mm







5 644 -761 41 92+j835

4 66 -745 44 107+j85

3 679 -702 47 107+j843

2 704 -654 53 13+j835


valeurs de Wslot


109














650 700 750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

Re[Zchip]

650 700 750 800 850 900 9500

20

40

60

80

100

120


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

-Im[Zchip]

650 700 750 800 850 900 950-30

-25

-20

-15

-10

-5


Gain

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)

650 700 750 800 850 900 950-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


110

(c) Variation du RR


patch









(Figure 3-53c)

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


ea

d R

an

ge

(m

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


111








principale






670 700 750 800 850 900 950 970-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8


Ga

in (

dB

)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 970-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 9700

02

04

06

08

1

12

14

16

18


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

L=452mm

L=55mm

L=704mm


112


(c) Variation du RR











650 700 750 800 850 900 950-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4


Gain

(dB

)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm


113











le plan H





-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-648dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90

-1215dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-665dB


114








296m agrave 319m





800 825 850 875 900 925 950-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3


Ga

in (

dB

)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm


115



Tableau 3-10












L W 80 mm 30 mm


h 16 mm




116









Tag final 80mm x30mm -464 79 -67 39




850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 95005

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Calcul

Mesure


117















la bande US










800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25


Re

sis

tan

ce

(

)

Re[ant]

Re[chip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce (

)

Im[ant]

-Im[chip]


118











(Figure 3-57)







bande

800 825 850 875 900 925 950-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-15

-10

-5

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


119



















120






2006 vol 5 no 1 p 25-33



IEEE 2005 p 4 pp











1310









2008 vol 7 p 729-732







121



on 2012 vol 60 no 5 p 2166-2174


Sons 2012



749-750








2008 AP-S 2008 IEEE IEEE 2008 p 1-4





122

Chapitre 4


RFID


125

Chapitre 4










sur palette [1]










126





















127































128











commutateurs


















129






















130

















0096 01657 00289 00029 08681 08681





131








brin horizontal

(a)

(b)








050 075 100 125 150Freq [GHz]

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

000

dB

(S

(11

))


m1

m2 m3

m4Curve Info


Name X Y

m1 08660 -460612

m2 08360 -101249

m3 09000 -101322

m4 05000 -00662


132

(a)

(b)

















polarisation




masse

-1900

-1300

-700

-100

90

60

30

0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150

120


Curve Info




133



















134
















135







rayonnement





lrsquoantenne

(a) (b)









z

x


136










diversiteacute

x

z


137









NLOS










138












139












140












)SS(1)SS(1

SSSS

2

12

2

22

2

21

2

11

2

11

2112

11

12

(1)






141








Diagramme de

rayonnement







Taille 20x20x53 cm3










142




















143










Femelle







(a)

(b)

Vers antenne

Cacircble coaxial

Vers lecteur



144





respectivement










145



















146













lecteur


147














148











2095-2098









Letters 2003 vol 39 no 9 p 705-707






151




























152































153









154

ANNEXES

Annexes

157

Annexe






au module Mutrak



(c) Read Range







700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

158



(c) Read Range










(D2)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Annexes

159




dipocircles



(c) Read Range















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


ain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

160


figure A-4



(c) Read Range





700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Ga

in (

dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Abstract






















CHAPITRE 1

INTRODUCTION 1









CHAPITRE 2


PLASTIQUE 21


DIELECTRIQUES 21

22 MODULE MUTRAK 26

221 Chip Monza4 26










39









lecture 44










CHAPITRE 3




METALLIQUES 69




























CHAPITRE 4



















ANNEXE 157



Liste des figures

















mouvement 15







[BOR10] 23








26



























[SON06] 72















dimensions 81


en espace libre 83


















de Wslot 95


96



puissance 97


freacutequence 98










longueur L 105


106


longueur L 107






bord du patch 110




de Lslot 112



114












carton de tags 126












133



135













RP-TNC Femelle 143






Liste des tableaux


monde 10











Chapitre 1

Introduction


1

Chapitre 1

Introduction






















2










1972-1973









3





















4





























(Figure 1-4)


5




















6
























7








Series 2000)


ISO 15693-3 et ISO 18000-3)












8










longueur drsquoonde







9











10












inteacuterecirct










11












15 uniteacutesjour










12







tempeacuterature







13



transport












14




























couplage


15










(a)

(b)








16






17








18

Chapitre 2




21

Chapitre 2


plastique


dieacutelectriques
















22






dans le cas
















23














24












25


єr


















deacutecrit


26

22 Module Mutrak









[TAGSYS]





221 Chip Monza4










27








pp2

pp

Pchip RjC1

CR1

RZ

(1)


2pp

p

chipsCR1

R]ZRe[R

(2)

2pp

2

pp

s

chipsCR1

RjC

C

j]ZIm[X

(3)




28





868 MHz 6-7 -86

915 MHz 55-65 -81

956 MHz 51-62 -77









800 825 850 875 900 925 950-100

-80

-60

-40

-20

0

20


Imp

eacuted

an

ce

seacute

rie

du

ch

ip (

)

Re[Zchip serie]

Im[Zchip serie]


29





(a) Reacutesistance

(b) Reacuteactance



















800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance (

)

Re[boucle]

Re[chip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100060

65

70

75

80

85

90

95


eacuteacta

nce (

)

Im[boucle]

-Im[chip]


30





C 2

10

r

rldI

4B

(4)






au voisinage








31






dip

2

boucleaaaZ

fM2ZjXRZ

(5)

Ougrave




f freacutequence






achip

achip

ZZ

ZZ

(6)










32























33














1-3 1-4


0001λ 686 6326 31 -031

0002λ 631 6253 31 -004

0003λ 6 6258 315 -001

0004λ 578 6236 32 -001

0005λ 551 6189 322 -001

0006λ 54 6365 34 -005

0007λ 535 6213 328 -003

0008λ 527 6207 329 -002

0009λ 53 6326 34 -004

001λ 519 635 34 -004



0001λ 495 634 2875 -035

0002λ 5 636 327 -022

0003λ 502 623 306 -014

0004λ 508 625 319 -008

0005λ 512 632 356 -005

0006λ 51 626 3304 -003

0007λ 504 621 328 -003

0008λ 502 619 327 -003

0009λ 516 634 320 -0

001λ 512 619 328 -002



34


0001λ 51 6203 299 -004

0002λ 54 6374 307 -013

0003λ 53 622 322 -024

0004λ 52 632 342 -026

0005λ 511 633 349 -026

0006λ 51 624 343 -023

0007λ 51 629 352 -023

0008λ 51 627 3515 -022

0009λ 51 633 359 -021

001λ 52 627 353 -019







L1 40

L2 20

L3 135

L4 165

L5 10

L6 135

L7 7

Rayon du fil 0125




35




















source



36















800 820 840 860 880 900 820 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

y=15mm

y=5mm

y=10mm

-Im[Zchip]


37















15 83+ j688 Ω 0483 -16

5 14+ j636 Ω 0206 -078

10 04+ j63 Ω 0079 -224

-15 681+ j646 Ω 0361 -08








38












en x


Centre x=0 83+ j688 Ω 0483 -16

13 27+ j653 Ω 0317 -438

20 13+ j634 Ω 0188 -21







800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

2

4

6

8

10

12

14


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce d

e la

nte

nn

e (

)

x=centre

x=13mm

x=20mm

-Im[Zchip]


39















sur la Figure 2-26







40



plastique






















41













42
















plastique










43



















proposeacutees






proposeacute


44















45




2

1

R

Rcos (7)


soit

R2 = 3R1 (8)




31Cos soit 5470 (9)



tag)0(t1

t

directr GGR4

log20P

P

(10)

tag)70(t2

t


R4log20

P

P

(11)

Ougrave








46






)70(t)0(t

1


R

RLog20PPP (12)






= 3R1 on obtient

dB5420)dB8(dB3)3(Log20Pr (13)






2R

htan

1

(14)

soit

tan

h2R1

(15)





47





th

tagtmint

1P

GGP

4R

(16)

avec


- 2







th

tag

P

G283

4RR

(17)


mintt

1PG

283RRR (18)





- Antenne Poynting



- Cacircbles SMA


48





















49




















800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)

850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950

03

032

034

036

038

04

042

044

046


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


50





















sur le plastique

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

800 825 850 875 900 925 950025

03

035

04

045

05

055


Read R

ange (

m)


51








L1 51

L2 21

L3 21

L4 11

L5 14

L6 4

Largeur 1












de 31dBm


52







sur papier










800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35

4

45


Read R

ange (

m)


53








concerneacute









au-delagrave









54





L1 51 7625

L2 21 2225

L3 21 95

L4 13 195

L5 10 6

L6 0 1525

Largeur 1 25












800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance (

)

Re[Zant]

Im[Z[ant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)


55















Figure 2-45(d)





bande vers 1000 MHz

800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


56














dans la figure 2-42


L1 53 76

L2 23 23

L3 23 65

L4 14 19

L5 12 65

L6 0 175

Largeur 3 3



57

















800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant]

Im[Zant]

-Im[Zchip]

Re[Zchip]

800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


58
















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 100 1050 110040

50

60

70

80

90

100

110


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]


59






r=1 r=2 r=3











700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


ain

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


60




r=1 r=2 r=3













700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

5

10

15

20

25

30

35


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

Re[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 110050

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Espace libre

r=2

r=3

-Im[Zchip

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Espace libre

r=2

r=3


61












r=1 r=2 r=3







700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Espace libre

r=2

r=3

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Espace libre

r=2

r=3


62




dipocircles












63













800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8


Read R

ange (

m)



800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Read R

ange (

m)


Plastique (Masure)


64































65












14-19




1565








vol 2 no 1 p 301-305



IEEE 2008 vol 50 no 1 p 66-79







66







Chapitre 3




69

Chapitre 3























JePEC PEC

Je

Jm Jm

Jm Jm

Je

Je



70






















71









[DOB05]









72



[HAS11]
















73

















74
















75






















le plan de masse


76


meacutetallique







2









77





















78

















79










80



(mm)

Freq

(MHz)

BP RR Chip

sensibiliteacute

Polyimide

εr = 35

110x30x005 866 675 MHz

(lt-10dB)

Polyimide

εr = 35

68x28x005 866 25 MHz

(lt-

10dB)

Mousse

εr = 1

60x50x4 911 25 MHz

(lt-3dB)

4m

FR4

εr = 46

120x30x32 920 33 MHz

(lt-3dB)

38m -14dBm

FR4

εr = 42

65x20x15 920 31m

(1mm gap)

Alien Higgs

strap

-18 dBm

FR4

εr = 44

85x56x16 868 133 MHz

(lt-3dB)

62m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

855x73x16 868 153 MHz

(lt-3dB)

64m RI-UHF-

STRAP-08

-13dBm

FR4

εr = 44

70x70x16 925 4m

Alien

Higgs

-14dBm

PVC

εr = 262

100x40x21 915 70 MHz

(lt-3dB)

10m Alien Higgs

3

-18dBm

PP

εr = 24

90x30x055 866 et

915

53 MHz

(lt-20dB)

36

866MHz

36

915MHz

Monza 4

-174 dBm

PET

εr = 262


3

-18dBm

Polycarbonate

εr = 44

150x32x10

79x31x10

915

915

70 MHz

70 MHz

853m

381m

Impinj

-12 dBm


81



suivants


beacuteneacutefique


passante





au Mutrak













Ldipocircle 854 mm

Wdipocircle 5 mm

Lsubstrat 120 mm

Wsubstrat 50 mm

Epaisseur h 1 mm



82












800 820 840 860 880 900 9200

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)


Dipole espace libre

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 92055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)


Dipole espace libre

-Im[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)



800 820 840 860 880 900 920-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)




83

(e) RR du tag


libre




















800 820 840 860 880 900 9200

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1


Read R

ange (

m)




84










reacutesonance



Epaisseur h






niveau de couplage


85





L 83 mm

W 106 mm

Lslot 10 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm













700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 9000

20

40

60

80

100

120

140


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm

700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900-50

0

50

100


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Lslot 10mm

Lslot 20mm

Lslot 30mm

Lslot 40mm


86


















750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm

750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Wslot 3mm

Wslot 5mm

Wslot 7mm

Wslot 9mm


87

















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

h 1mm

h 15mm

h 2mm

h 25mm

750 800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035

04

045


Eff

icaciteacute

h=05mm

h=1mm

h=15mm

h=2mm

h=25mm


88
















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm

750 800 850 900 950-10

0

10

20

30

40

50


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

L=75mm

L=79mm

L=83mm


89















750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nne

(

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

W=102mm

W=106mm

W=110mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacutesis

tance

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm

750 800 850 900 9500

5

10

15

20

25

30

35

40

45


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

79x106mm

220x220mm

440x440mm


90






























91


L 797 mm

W 106 mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm





figures suivantes






(b) RR du tag


800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Imp

eacuteda

nce

de

la

nte

nne

(

)

Re[Zant]

Im[Zant]

Re[Zchip]

-Im[Zchip]

800 850 900 950-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

Frequency (MHz)

Gain

(dB

)

800 850 900 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeffic

ient de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 850 900 9500

005

01

015

02

025

03

035


Read R

ange (

m)


92






















93












Figure 3-33



chip

800 850 900 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Position centrale

Position2=304mm

Position3=704mm

Re[Zchip]

800 850 900 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nne

(

)

Position central

Position2=304mm

Position3=704mm

-Im[Zchip]

800 825 850 875 900 925 950-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5


Ga

in (

dB

)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 950-2

-18

-16

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Position3= 704mm

Position2= 304mm

Position centrale


94



Mutrak













8 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad R

an

ge

(m

)

Position3=704mm

Position2= 304mm

Position centrale

800 825 850 875 900 925 9500

1

2

3

4

5

6

7

8


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

-Im[Zchip]


95
















pour Wslot=2mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2


Ga

in (

dB

)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 950-25

-2

-15

-1

-05

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Wslot=2mm

Wslot=5mm

Wslot=8mm


96

















drsquoantenne








97




maximale de lecture













10 15 20 25 30 350

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Mesure

Theacuteorie


98













la partie suivante





800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Theacuteorie

Mesure


99
























800 825 850 875900 925 9500

5

10

15

20

25


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95050

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm

W=50mm

W=70mm

W=90mm

Im[Zchip]


100








agrave deacutefinir









800 825 850 875 900 925 950-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 950-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

W=30mm

W=50mm

W=90mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

W=30mm

W=50mm

W=90mm


101






drsquoadaptation


3-6

W (mm) Zin (Ω)

868MHz

fr (MHz)

Rmax[Zin]

Gainmax f1

(MHz)

Γmax f2

(MHz)

RR f3 (MHz)

90 812+j 6354 867 -072dB870 -167dB 864 316m 867

50 14+j605 856 -318dB862 -265dB856 289m 856

30 237+j60 826 -585dB834 -312dB820 22m 827






Figure 3-43





- Tag 1 avec W=90mm


800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25

30

35


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Re[Zchip]

800 825 850 875 900 925 95045

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

Im[Zchip]


102


MHz










(c) Variation du RR


L



800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 950-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

W=30mm L=797mm

W=90mm L=797mm

W=30mm L=744mm


103














reacuteactive


de 8480mm2





104










L 744mm

W 30mm

Lslot 20 mm

Wslot 5 mm

h 16 mm















105














750 775 800 825 850 875 900 925 9500

10

20

30

40

50

60


Reacute

sis

tan

ce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Re[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 95030

40

50

60

70

80

90

100


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

Im[Zchip]

750 775 800 825 850 875 900 925 950-20

-15

-10

-5


Ga

in (

dB

)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm

750 775 800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


106

(c) Variation du RR





Figure 3-47(b)












750 775 800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

L=644mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=25mm

L=744mm Lslot=20mm


107











(c) Variation du RR


reacutesonante L

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 10000

10

20

30

40

50

60

70

80


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

Re[Zchip]

800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 100030

40

50

60

70

80

90

100

110


Reacuteacta

nce d

e la

nte

nne (

)

Wslot=2mm

Wslot=3mm

Wslot=4mm

Wslot=5mm

-Im[chip]

800 825 850 875 900 925 950-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5


Gain

(dB

)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 950-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Wslot=5mm L=644mm

Wslot=3mm L=679mm

Wslot=2mm L=704mm


108









largeurW du patch




W 30mm



h 16 mm







5 644 -761 41 92+j835

4 66 -745 44 107+j85

3 679 -702 47 107+j843

2 704 -654 53 13+j835


valeurs de Wslot


109














650 700 750 800 850 900 9500

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Reacutesis

tance d

e la

nte

nne (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

Re[Zchip]

650 700 750 800 850 900 9500

20

40

60

80

100

120


Reacute

acta

nce

de

la

nte

nn

e (

)

dx=0 (centre)

dx=2mm

dx=25mm

-Im[Zchip]

650 700 750 800 850 900 950-30

-25

-20

-15

-10

-5


Gain

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)

650 700 750 800 850 900 950-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


110

(c) Variation du RR


patch









(Figure 3-53c)

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


ea

d R

an

ge

(m

)

dx=2mm

dx=25mm

dx=0 (centre)


111








principale






670 700 750 800 850 900 950 970-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8


Ga

in (

dB

)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 970-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

L=452mm

L=55mm

L=704mm

670 700 750 800 850 900 950 9700

02

04

06

08

1

12

14

16

18


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

L=452mm

L=55mm

L=704mm


112


(c) Variation du RR











650 700 750 800 850 900 950-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4


Gain

(dB

)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm

650 700 750 800 850 900 9500

05

1

15

2

25

3


Read R

ange (

m)

Lslot=25mm

Lslot=20mm

Lslot=16mm


113











le plan H





-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-648dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90

-1215dB

-20

-20

-15

-15

-10

-10

-5

-5

0 dB

0 dB

90o

60o

30o

0o

-30o

-60o

-90o

-120o

-150o

180o

150o

120o

Gain =0

Gain =90-665dB


114








296m agrave 319m





800 825 850 875 900 925 950-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3


Ga

in (

dB

)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 950-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Co

eff

icie

nt

de

reacute

fle

xio

n

(d

B)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Read R

ange (

m)

Lslot=16mm L=704mm

Lslot=10mm L=80mm


115



Tableau 3-10












L W 80 mm 30 mm


h 16 mm




116









Tag final 80mm x30mm -464 79 -67 39




850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 95005

1

15

2

25

3

35

4


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Calcul

Mesure


117















la bande US










800 825 850 875 900 925 9500

5

10

15

20

25


Re

sis

tan

ce

(

)

Re[ant]

Re[chip]

800 825 850 875 900 925 95055

60

65

70

75

80

85

90

95


Reacuteacta

nce (

)

Im[ant]

-Im[chip]


118











(Figure 3-57)







bande

800 825 850 875 900 925 950-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2


Gain

(dB

)

800 825 850 875 900 925 950-15

-10

-5

0


Coeff

icie

nt

de r

eacuteflexio

n

(dB

)

800 825 850 875 900 925 9500

05

1

15

2

25

3

35


Re

ad

Ra

ng

e (

m)


119



















120






2006 vol 5 no 1 p 25-33



IEEE 2005 p 4 pp











1310









2008 vol 7 p 729-732







121



on 2012 vol 60 no 5 p 2166-2174


Sons 2012



749-750








2008 AP-S 2008 IEEE IEEE 2008 p 1-4





122

Chapitre 4


RFID


125

Chapitre 4










sur palette [1]










126





















127































128











commutateurs


















129






















130

















0096 01657 00289 00029 08681 08681





131








brin horizontal

(a)

(b)








050 075 100 125 150Freq [GHz]

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

000

dB

(S

(11

))


m1

m2 m3

m4Curve Info


Name X Y

m1 08660 -460612

m2 08360 -101249

m3 09000 -101322

m4 05000 -00662


132

(a)

(b)

















polarisation




masse

-1900

-1300

-700

-100

90

60

30

0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150

120


Curve Info




133



















134
















135







rayonnement





lrsquoantenne

(a) (b)









z

x


136










diversiteacute

x

z


137









NLOS










138












139












140












)SS(1)SS(1

SSSS

2

12

2

22

2

21

2

11

2

11

2112

11

12

(1)






141








Diagramme de

rayonnement







Taille 20x20x53 cm3










142




















143










Femelle







(a)

(b)

Vers antenne

Cacircble coaxial

Vers lecteur



144





respectivement










145



















146













lecteur


147














148











2095-2098









Letters 2003 vol 39 no 9 p 705-707






151




























152































153









154

ANNEXES

Annexes

157

Annexe






au module Mutrak



(c) Read Range







700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7

8


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

158



(c) Read Range










(D2)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Gain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3

35

4

45

5


Read R

ange (

m)

Annexes

159




dipocircles



(c) Read Range















700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-25

-20

-15

-10

-5

0


ain

(dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

1

2

3

4

5

6

7


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

Annexes

160


figure A-4



(c) Read Range





700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Impeacutedance d

e la

nte

nne (

)

Re[Zant

]

Im[Zant

]

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0


Ga

in (

dB

)

700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000

05

1

15

2

25

3


Re

ad

Ra

ng

e (

m)

solutions novatrices pour l'amélioration du taux de

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