Pour bien comprendre ce que les technologies RFID peuvent apporter dans une application de traçabilité, il est important de savoir quels sont les principes de fonctionnement. Ceci permet de choisir la meilleure technologie tout en ayant conscience de ses limites et de ses performances.
Fonctionnement d'un système RFID
Comment fonctionne un système RFID passif ?
Le principe de fonctionnement des systèmes RFID passifs est résumé sur la Figure suivante. Un interrogateur (encore appelé lecteur) rayonne grâce à son (ses) antenne(s) une onde magnétique (LF et HF) ou électromagnétique (UHF). Un tag RFID (composé d’une puce électronique et d’une antenne), placé dans le champ, capte une partie de l’énergie pour s’alimenter. Le lecteur module le champ électromagnétique afin de transmettre des commandes aux tags.
Une communication basée sur la rétromodulation
La communication du tag vers le lecteur repose sur la technique de rétromodulation. Le signal radio issu du lecteur est alors partiellement réfléchi par le tag RFID. Quels que soient les fréquences ou les modes de couplage, le moyen utilisé pour réaliser cette rétromodulation, consiste à commuter une charge (impédance) placée en parallèle entre la puce électronique et l’antenne de l’étiquette. Il est bien entendu que ce système de commutation de charge fait partie intégrante de la puce électronique RFID. Le signal réfléchi par l’étiquette vient alors se superposer au signal provenant de l’interrogateur. Dans le cas, très majoritairement rencontré, des étiquettes passives ne possédant pas de source d’énergie embarquée, le rapport entre la puissance du signal émis par l’interrogateur (pour alimenter la puce et transmettre les commandes) et la puissance du signal rétromodulé par l’étiquette ou le tag RFID peut largement dépasser les 60 dB. L’interrogateur doit donc présenter une bonne sensibilité pour détecter et décoder l’information issue de l’étiquette. La difficulté de ces systèmes consiste donc à trouver la meilleure charge permettant de créer de fortes variations de signal réfléchi sans pour autant pénaliser l’alimentation du circuit lui-même.
Système LF et HF : un couplage lecteurs / tags magnétique
Pour les systèmes LF et HF, le couplage entre lecteur et tag se fait grâce à un champ magnétique. Ceci est dû au fait que vu les fréquences utilisées, on se situe dans une zone de champ proche (d’où le nom de NFC (Near Field Communication) utilisé pour les systèmes RFID HF).
Une partie du flux de champ magnétique créé par le lecteur est capté par le tag. Pour ce faire, on doit utiliser des antennes en forme de boucles dans lesquelles peuvent circuler des courants. Afin d’améliorer le transfert d’énergie entre le lecteur et le tag, on fait résonner les circuits à des fréquences proches des fréquences autorisées pour la RFID (125kHz ou 13,56MHz).
Les paramètres importants dans la mise en place d’un système RFID sont donc :
- Les fréquences de résonance et coefficients de qualité des antennes lecteur et tag
- Le couplage (rapport entre le flux magnétique capté par le tag et le flux créé par le lecteur)
A cela, il faut ajouter les effets de charge du tag sur le lecteur dû au fait que la puce RFID présente une impédance qui dépend de son fonctionnement et de son alimentation.
Du fait de ce couplage « fort » entre lecteur et tag, il n’est pas toujours aisé de concevoir ce genre de système.
Le champ magnétique diminuant proportionnellement avec le cube de la distance, les systèmes RFID passifs HF et LF présentent des distances de fonctionnement allant de quelques millimètres à quelques dizaines de centimètres.
Système RFID UHF : un couplage lecteur/tag électromagnétique
Pour les systèmes RFID UHF, on considère que le champ électromagnétique est formé (du moins à partir d’une distance de fonctionnement de l’ordre de 60cm). On utilise alors les équations de Friis pour évaluer le bilan de liaison (rapports entre puissances rayonnées par le lecteur et les puissances captées et retromodulées par le tag). Ce bilan peut être évalué de manière « graphique », sachant que l’atténuation de la puissance électromagnétique rayonnée est proportionnelle au carré de la distance.
Les paramètres importants pour un système RFID UHF sont donc :
- La puissance d’activation d’un tag (RIP)
- L’efficacité de rétromodulation du tag
- La sensibilité du lecteur
La puissance maximale rayonnée par le lecteur est quant à elle limitée par les régulations locales (ETSI, FCC).
Comme il s’agit réellement d’une propagation d’onde, les paramètres d’antenne et les paramètres environnementaux sont également importants (directivité et gain des antennes, polarisation des antennes, présence d’obstacle (bloquant ou diffractant), atténuations supplémentaires (dues à la présence d’eau par exemple).