La technologie du RFID consiste d'un “reader” et un “tag”. Le reader génère un champ électromagnétique, qui est détecté par le tag. Le tag va détecter le champ avec son antenne et le modifier, ce que va être détecté par le reader. Avec cette technologie il est possible de par exemple, payer sans contact, vérifier des suscriptions, comme pour le passe navigo ou faire de la protection anti-vol pour des magasins. Le tag RFID est soit actif, soit passif. Les tags actifs ont besoin d'une alimentation interne. Ça peut être une batterie intégrée ou une connexion avec une alimentation. Parce que les tags actifs sont assez chers et pas durables, les tags passifs sont beaucoup plus utilisés. Avec les tags passifs, c'est le reader, qui alimente le tag, via la force électromotrice.

Parce qu'avec 1 bit on peut seulement avoir soit 0, soit 1; on peut transmettre l'information de soit il y a un tag dans la zone, soit il n'y en a pas. Pour échanger d'information entre le reader et le tag, un circuit LC (bobine et condensateur) et employé, qui est ajusté à une fréquence de résonance

$f_R= \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$

Si le circuit LC du tag est dans la proximité du champ émit par le reader, le tag est alimenté par induction. La fréquence des ondes émises par le reader varie autour de la fréquence de résonnance du tag pour pouvoir mieux détecter le “pic” de résonnance (voir figure 1). La courant d'induction dans le tag va circuler dans la direction, qui agit contre sa cause (loi de Lenz : $e = -\frac{\mathrm{d}\phi}{\mathrm{d}t}$). La loi de Lenz vient de l'équation Maxwell sur l'induction.

$rot \vec{E} =-\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}$

Pour cette raison la bobine dans le transmetteur va avoir une baisse dans la tension, ce qui va diminuer l'amplitude du champ. La magnitude de la baisse dépend de la distance des deux bobines. Dans l'expérience 1 de notre projet, nous avons mesuré la dépendance qui a la transmission d'un signal de la distance. La magnitude dépend aussi du facteur de qualité.

$Q=2\Pi \frac{W}{V}$

Plus le facteur de qualité est faible, plus il sera difficile de détecter la fréquence de résonance (en effet la bande passant devient de plus en plus large), mais plus le facteur de qualité est grand plus il est facile de la détecter. En général la baisse est assez petite et donc difficile à détecter. Pour faciliter la détection, le générateur change sa fréquence constamment entre le minimum et le maximum de la zone de fréquence, par exemple la fréquence de résonance plus ou moins 10%. Si elle passe exactement par la fréquence de résonance, on peut détecter la baisse plus facilement, comme on peut voir sur le diagramme suivant.

Figure 1: Diagramme de l'impédance en fonction de la fréquence (Finkenzeller, 2010)

Pour la désactivation du tag, on peut placer le tag dans un champ magnétique assez fort pour détruire le condensateur dans le tag.

Dans le couplage inductif le transfert d'énergie du reader au tag est indépendant du transfert de l'information. Ici, le reader a une grand bobine, qui fonctionne comme antenne. De plus, on a un tag passif, comme dans notre projet. Pour cette raison le reader génère un champ fort avec une haute fréquence. Dans notre expérience nous avons eu l'ordre de grandeur de 100 kHz. Le couplage inductif est probablement ce qui est le plus utilisé aujourd'hui pour sa sécurité car il nécessite d'être au plus loin à 10 cm du reader. Il peut aller jusqu'à un mètre, mais cela est plus rare.

Le but est d'utiliser la décomposition en harmoniques multiples de la fréquence $f_1$ du signal. On appellera la fréquence fondamentale ($f_1$) “l'onde porteuse” (carrier wave). Les multiples de la fréquence de l'onde porteuse seront notées $f_k = k f_1,\ k\in\mathbb{N}^*$. Les fréquences types $f_1$ de cette méthodes sont 915 MHz (hors Europe), 2.45 GHz et 5.6 GHz. Lorsque l'on ajoute une résistance non-linéaire (qui dépend du courant, e.g: une diode), alors de l'énergie est consumé, et on observe une décomposition du signal de base en harmoniques de fréquences $f_k,\ k\geq 2$ (d'amplitudes décroissante en $n^2$ mais on peut supposer qu'elles sont sans pertes (Fleckner, 1987)). L'idée est alors la suivante, un dipole constitué de deux diode varicap (séparé d'une distance dépendant de la fréquence de l'onde porteuse). Comme indiqué sur la figure 2.

Figure 2: Schéma d'un dipôle de deux diodes varicap (Finkenzeller, 2010)

Par exemple, on peut imaginer le tag comme l'une des parties du dipole, dans ce cas lorsqu'il reçoit une fréquence correspondant à sa fréquence de résonnance $f_1$, il crée des harmoniques de celle-ci, dont en particulier une fréquence qui nous intéresse $f_2$. Alors si le détecteur est ajusté sur le double de cette fréquence et si il reçoit un signal ça veut dire que le tag EAS est détecté, voir figure 3. Pour éviter une fausse détection on peut utiliser une modulation de l'onde porteuse (ASK, FSK).

Figure 3: Représentation du fonctionnement se basant sur les onde micro-ondes (Finkenzeller, 2010)

Pour cette méthode on opère plutôt aux fréquences de 100–135.5 kHz. Le système fonctionne comme un couplage inductif traditionnel, cependant le receiver renvoie un signal à la fréquence $f_r$ qui est la moitié de la fréquence $f_e$ du signal reçu. Un schéma de principe est illustré en figure 4. La fréquence reçu $f_e$ sert uniquement pour alimenter le tag, tandis que la fréquence renvoyée sert uniquement pour que l'emetteur la détecte.

Figure 4: Diagramme basique de la procédure du diviseur de fréquence (Finkenzeller, 2010)

L'avantage de cette méthode c'est qu'il évite la plupart des fausses détections.

Ce type de procédure marche pour des fréquences allant de 10 Hz à 20 kHz, et donc marche en champ proche (near field). Le principe se base sur le principe des métaux ferromagnétiques et de leur courbe d'hystérésie. Le détecteur fait passer un champ magnétique alternatif, ce qui va générer des harmoniques, qui pourront ensuite être détectés (en effet il y aura un résidu du coté du detecteur du aux propriétés ferromagnétiques du détecteur).

La méthode Full-Duplex (FDX) consiste à avoir une communication entre le reader et le tag de manière continue. Les deux échangent des informations en même temps mais à des fréquences différentes, de manière subharmoniques (harmoniques de la fréquence de la porteuse) ou anharmonic (non liés à la fréquence de la porteuse). La méthode Half-Duplex est de son coté alternative. Les données sont échangées entre le reader et le tag de manière séquentielle. Dans ces deux processus le transfert d'énergie est constant. Cependant il existe un autre mode, qui est le pulse-system (SEQ), ou le transfert d'énergie est sequentiel. Tout est représenté sur la figure 5. Souvent dans la littérature les pulse-system sont associés aux half-duplex, et les half- et full-duplex aux full-duplex. Ici on fait la différence.

Figure 5: Graph des différentes procédures Full-Duplex, Half-Duplex, et Sequentiel (Finkenzeller, 2010)

Finkenzeller, K. (2010). RFID handbook: fundamentals and applications in contactless smart cards, radio frequency identification and near-field communication. John wiley & sons.

Fleckner, H. (1987) Dioden und ihre Anwendung in Frequenzvervielfachern für den Mikrowellenbereich. UKW-Berichte 1, Verlag UKW-Berichte, Baiersdorf.