Contribution à la conception et la réalisation de tags RFID sans puce compatibles avec des procédés industriels de fabrication

Contribution to the design and implementation of chipless RFID tags compatible with industrial fabrication processes

• Auteur / Autrice : Raphael Tavares de Alencar
• Direction : Étienne Perret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de conception et d'intégration des systèmes (Valence, Drôme, France ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Garet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Podevin, Angel Ramos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Pannier, Philippe Le Thuc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar

Radiofréquences

Authentification

Systèmes d'identification par radiofréquence

Mots clés libres

Techniques d'authentification

Instrumentation RF

RFID sans puce

Approches Radar

Rcs

RFID imprimé

RF instrumentation

Chipless RFID

Authentication techniques

Radar approaches

Rcs

Printed RFID

Résumé

L'objectif de ce travail est de faire progresser la technologie RFID sans puce pour une utilisation dans les applications d'identification automatique et de capture de données dans les environnements industriels. Cela implique de nombreuses mesures et des travaux pratiques. La RFID sans puce n'est toujours pas utilisée dans l'industrie: bien qu'elle ait été montrée fonctionnelle dans la littérature, une chose est de montrer une propriété d'une étiquette dans un ensemble de mesures, une autre est de produire en masse des tags à faible coût avec des bonnes performances. Le but de ce travail est de mettre en œuvre la technologie pour fonctionner en conditions réelles tout en étant intéressante pour le marché. Pour en tenir compte, les étiquettes RFID sans puce développée doit être: compatible avec les techniques de production de masse; capable d'être lue avec un lecteur RFID sans puce basé sur l’approche temporel; capable d'être lue correctement dans des conditions d'environnement réel, telles que les usines, avec des objets dans l'environnement de l'étiquette ou attachés à celle-ci. Un aspect difficile de ce travail consiste à utiliser une couche conductrice très fine, d'environ 200 nm, ce qui est beaucoup plus faible que la profondeur de peau pour la bande de fréquence utilisée. Ce travail présente : une introduction à la RFID sans puce ; l’état de l'art de la RFID sans puce imprimée; la caractérisation des matériaux à faible coût et des technologies d'impression en large échelle; la conception d'une étiquette à une couche; la conception d'une étiquette à deux couches. Un système RFID sans puce complet est mis en place. Dans le système, une étiquette unique est automatiquement générée à partir d'une entrée binaire et le lecteur est capable de lire l'étiquette automatiquement conçue et de récupérer correctement son identifiant individuel.

The objective is to advance the state of Chipless RFID technology for use in automatic identification and data capturing applications in industrial environments. This involves a lot of tag measurements and practical work. Chipless RFID is still not used in the industry: although it has been shown to work in the literature, one thing is to show a property of a tag in a set of measurements, another is to mass produce well-performing, low-cost, tags. The purpose of this work is to implement the technology to operate in real conditions while being interesting for the market. To take this into account, the Chipless RFID tags developed must be: compatible with mass production techniques; capable of being read with a time-based Chipless RFID reader; capable of being correctly read in real environment conditions, such as factory floors, with objects in the tag surroundings or attached to it. A challenging aspect of this work is using a very thin conductor layer, of around 200 nm, which is much lower than the skin depth for the operation bandwidth used. This work presents: an introduction to Chipless RFID; the state of the art of printed Chipless RFID; the characterizations of low-cost materials and mass-production printing technologies; the design process of a one-layer Chipless RFID tag; the design process of a two-layer tag. A complete Chipless RFID system is put into place. In the system, a unique tag is automatically generated from a binary input and the reader is able to read the automatically designed tag and retrieve its individual ID correctly.