Transpondeurs non-linéaires pour l'identification et la capture d'information

Non Linear Transponders for Identification and Sensing

• Auteur / Autrice : Meng Yang
• Direction : Nicolas Barbot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Optique et Radiofréquences
• Date : Inscription en doctorat le 06/11/2023
• 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

Mots clés

Mots clés libres

Diode

Non-linéarité

Rfid

Non-linear systems

Rfid

Diode

Résumé

L'identification et la traçabilité des biens est un enjeu majeur pour n'importe quel processus industriel. L'identification a été historiquement réalisée par des techniques optiques (codes à barres) puis par radio-fréquence (RFID UHF et RFID sans puce). Cependant les distances de lecture et les capacités de codage de ces technologies ne sont pas équitablement réparties. D'un coté, les tags RFID UHF possédent une capacité de codage importante mais sont limités par des distance de lecture plus faibles (typiquement inférieures à 10 m) car il est nécessare d'activer la puce avec l'énergie du lecteur [Bar1]. De l'autre coté se trouvent les transpondeurs harmoniques, qui ne sont pas limités par la puissance d'activation et atteignent des distances de détection plus importantes [Ras, Gu, Hil]. Cependant ces derniers transpondeurs possèdent des capacités de codage extrémement faibles (typiquement 1 bit: présence/absence) ce qui limite fortement les applications. Ce projet ambitieux a pour but de découvrir une nouvelle classe de transpondeur permettant de pouvoir identifier un objet à distance et/ou de pouvoir être utilisé en temps que capteur pour mesurer les caractéristiques de l'environment du tag. L'objectif étant de garantir des distance de lecture supérieure à la RFID passive tout augmentant significativement la capacité ds codage comparé aux transpondeurs harmoniques. Le principe novateur permettant d'atteindre ces objectifs est basé sur l'utilisation d'un transpondeur non-linéaire combiné à la génération d'un signal modulé par le lecteur [Bar2]. Cependant à la différence d'un tag harmonique, les composantes fréquentielles sont crées, non pas à des multiples de la fréquence porteuse, mais autour de la fréquence porteuse. Ce nouveau principe bénéficie d'une efficacité de conversion plus importante que la conversion harmonique et simplifie l'architecture du lecteur et du transpondeur (comparé à un système harmonique). Les objectifs de cette thèse sont donc doubles : • O1 : L'augmentation de la distance de lecture du transpondeur non-linéaire grâce à l'efficacité de conversion accrue au niveau du transpondeur. Cette distance de lecture est théoriquement capable de dépasser l'équation de Friis sans recourt à une batterie ou un système de récupération d'énergie complexe. • O2 : L'augmentation de la capacité de codage du transpondeur grâce à la présence de nombreuses composantes fréquentielles dans le signal rétrodiffusé. De plus ces composantes fréquencielles peuvent peuvent être utilisée pour fournir une information de type capteur pour mesurer différentes grandeurs physiques (température, matériaux à proximité du transpondeur...) Ces deux points ne peuvent pas être adressés par des transpondeurs classiques (RFID UHF et tag harmoniques).

The identification and traceability of goods is a major challenge for any industrial process. Identification has historically been carried out by optical techniques (barcodes) then by radio-frequency (UHF RFID and chipless RFID). However, the reading distances and coding capacities of these technologies are not evenly distributed. On the one hand, UHF RFID tags have a high coding capacity but are limited by shorter reading distances (typically less than 10 m) because it is necessary to activate the chip with the energy of the reader [Bar1] . On the other side are the harmonic transponders, which are not limited by the activation power and reach greater detection distances [Ras, Gu, Hil]. However, these latter transponders have extremely low coding capacities (typically 1 bit: presence/absence) which strongly limits the applications. This ambitious project aims to discover a new class of transponder that can identify an object from a distance and/or can be used as a sensor to measure the characteristics of the tag's environment. The objective is to guarantee reading distances greater than passive RFID while significantly increasing the coding capacity compared to harmonic transponders. The principle innovative way to achieve these objectives is based on the use of a non-linear transponder combined with the generation of a signal modulated by the reader [Bar2]. However, unlike a harmonic tag, the frequency components are created, not at multiples of the carrier frequency, but around the carrier frequency. This new principle benefits from greater conversion efficiency than harmonic conversion and simplifies the architecture of the reader and the transponder (compared to a harmonic system). The objectives of this thesis are therefore twofold: • O1: The increase in the reading distance of the non-linear transponder thanks to the increased conversion efficiency at the level of the transponder. This reading distance is theoretically capable of overcome the Friis equation without resorting to a battery or a complex energy recovery system. • O2: The increase in the coding capacity of the transponder thanks to the presence of numerous frequency components in the backscattered signal. In addition, these frequency components can be used to provide sensor-type information to measure different physical quantities (temperature, materials near the transponder, etc.) These two points cannot be addressed by conventional transponders (UHF RFID and harmonic tag).