Conception d’antennes imprimées pour Identification Radio Fréquence (RFID) dans le domaine médical

Référence : PFCLT00006/2018
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
Université Dr MOULAY Tahar de Saïda
Faculté de Technologie
Département d’Electronique
Projet de fin de cycle pour l’obtention du diplôme :
Master Instrumentation Biomédical
Thème :
Conception d’antennes imprimées pour Identification
Radio Fréquence (RFID) dans le domaine médical
Présenté par :
- CHERGUI ATHMEN.
- ATTOU REDOUANE.
Enseignant Tuteur:: DDrr SS.. SSeegghhiieerr..
Enseignant Examinateur : Dr NOURI.
Maître Enseignant : Dr A.HARZLAOUI

Remerciements
En préambule à ce mémoire nous remerciant ALLAH qui nous aide et nous
donne la patience et le courage durant ces langues années d’étude.
A mon encadreur Seghier Salima, pour avoir accepté de me soutenir dans
l’aventure de ce mémoire.
Je souhaiterais tout d’abord remercier les personnes qui ont bien voulu
prendre part au jury de cette thèse, en commençant par Dr Harzlaoui Aek,
et Professeur à l’ Université de Saida Dr. Moulay Tahar Saida, pour m’avoir
fait l’honneur de présider le jury, Et Je remercie aussi Madame Nouri l’
Université de Saida Dr. Moulay Tahar Saida.
Nous offrons des remerciements spéciaux pour Dr Bouhmidi .
On n’oublie pas nos parents pour leur contribution, leur soutien et leur
patience.
Enfin, nous adressons nos plus sincères remerciements à tous nos proches
et amis, qui nous ont toujours encouragées au cours de la réalisation de ce
mémoire.
Merci à tous et à toutes.

Dédicace :
A mes chers parents, pour tous leurs sacrifices, leur
amour, leur tendresse, leur soutien et leurs prières tout
au long de mes études,
A mes chères sœurs pour leurs encouragements
permanents, et leur soutien moral,
A mes chères amies pour leur appui et leur
encouragement,
A toute ma famille pour leur soutien tout au long de
mon parcours universitaire,
Que ce travail soit l’accomplissement de vos vœux
tant allégués, et le fuit de votre soutien infaillible,
Merci d’être toujours là pour moi.

SOMMAIRE
Introduction generale……………………………………………………………………………..01
CHAPITRE I
I.1 Introduction……………………...…………...……….………………………………………03
I.2 Bref historique de RFID……………………...……………………………………………….03
I.2 Définition générale d’un système RFID……………………………...………………………06
I.3 Principe de fonctionnement d’un système RFID…………………...…………………………09
I.4 Eléments de base d’un système RFID
I.4.1 Lecteurs RFID……………………...………..………………………………………10
I.4.2 Tags RFID……………………...……………....……………………………………12
I.5 Les grandes familles des systèmes RFID…………..…………………………………………15
I.5.1 Les systèmes RFID LF/HF………………..…………………………………………17
I.5.2 Les systèmes RFID UHF/ SHF…………..……………………….…………………19
I.5.2.1 Les tags passifs……………….…...…………………..……………………20
I.5.2.2 Les tags actifs..……………………..….……………………………………21
I.6 Avantages de la technologie RFID……………………...…….………………………………22
I.7 Applications de la technologie RFID
I.7.1 Liste non exhaustive de quelques domaines d'application…..………………………24
I.7.1.1 Sécurité………………………………………...…..……….………………24
I.7.1.2 Véhicule……………………...……………………..………………………24
I.7.1.3 Agroalimentaire……………………………………….……………………24
I.7.1.4 Industrie……………………...………..……………………………………24
I.7.1.5 Loisirs……………………...……………….………………………………25
I.7.1.6 Logistique……………………...……………………………...……………25
I.7.1.7 Médical……………………...…………………………………………...…25

I.7.1.8 Divers……………………...………………………………………………..25
I.7.2 Quelques applications concrètes ciblées travers le monde………………………..…26
I.7.2.1 Transport……………………...…………………………………………….26
I.7.2.2 La gestion de la chaîne logistique…………………………………..………26
I.7.2.3 Pharmacie……………………...……………………………………………27
I.7.2.4 Santé……………………...…………………………………………………27
I.8 Conclusion……………………...…………………………………………..…………………31
Références bibliographique chapitre I……………………………………………………………32
CHAPITRE II
II.1 Introduction……………………...…………………………...………………………………36
II.2 Généralités sur les antennes……………………...…………………..………………………36
II.2.1 Rôle d’une antenne……………………...………………………..…………………36
II.2.1.1 Bloc d’émission……………………………………………………………37
II.2.1.2 Bloc de réception…………………….................................………………37
II.2.1.3 Réciprocité……………………...…………………………………………38
II.2.2 Caractéristiques des antennes………………………………………………………38
II.2.2.1 Représentation en quadripôles………………….…………………………38
II.2.2.2 Coefficient de réflexion S11 ………………………………….……………39
II.2.2.3 Directivité……………………...………………………..…………………39
II.2.2.4 Rendement de l’antenne ……………………...……………………...……40
II.2.2.5 Gain……………………...……………………...…………………………40
II.2.2.6 Ouverture……………………...……………………………...……………40
II.2.2.7 Impédance d’entrée………………………………………..………………40
II.2.2.8 Polarisation……………………...…………………………………………40
II.3 Différents types d’antennes……………………...……………………………………………41
II.3.1 Antennes Filaires……………………...……….……………………………………42
II.3.1.1 Antenne dipôle………………………………………….…………………42

II.3.1.2 Antenne monopôle…………………………………………………………44
II.3.2 Antennes volumiques…………………….........................…………………………46
II.3.3 Antennes imprimées
II.3.3.1 Historique des antennes imprimées……………………...…………..……47
II.3.3.2 Différentes formes d’antennes imprimées…………………………………47
II.3.3.3 Structure microruban………………………………………………………48
II.3.3.4 Antennes patchs………………...…………………………………………49
II.3.3.5 Techniques d’excitation d’une antenne patch micro………………………50
II.3.3.5.1 Alimentation par ligne microruban……………………................50
II.3.3.5.2 Alimentation par sonde coaxiale……………………...…….……51
II.3.3.5.3 Alimentation par couplage par fente…………….………………52
II.3.3.5.4 Alimentation par couplage par proximité……………………...…53
II.4 Domaines d’utilisation des antennes micro ruban……………………................................…54
II.5 Avantages et inconvénients des antennes microbandes……...………………………………55
II.6 Conclusion……………………...…………………………………………………….………56
Références bibliographique chapitre II...…………………………………………………………57
CHAPITRE III
III.1 Introduction…………………………………………………………………………………60
III.2 Contexte général d’étude……………………...……………………………………………63
III.3 Imagerie micro-onde…………………..……………………………………………………65
III.4 L’application visée………………………………………………………………………….66
III.5 Principe de l’IRM…...………………………………………………………………………69
III.6 Résultats d’évaluation d’une Antenne Patch Microruban pour la Détection des Tumeurs du
Sein pour une application RFID.
III.6.1 Méthode et modèle ………………………………………………………………..70
III.6.2 Conception et simulation de l’antenne patch.……… …...…………………...…...71

III.6.2.1 résultats et discussion.………… …………………………………………73
III.7 Conclusion…………………………………………………………………………………..77
Références bibliographique chapitre II...…………………………………………………………78

Liste des figures
CHAPITRE I :
Figure I.1: Eléments d’un système RFID............................................................................6
Figure I.2: (a) lecteur RFID pour le contrôle d’accès,
(b) passeport biométrique utilisant la RFID........................................................................6
Figure I.3 : Bandes de fréquence RFID..............................................................................7
Figure I.4 : Mécanismes de transfert des données en RFID : (a) zone de champ proche, (b) zone
de champ lointain...............................................................................................................9
Figure I.5 : Fonctionnement général d’un système RFID..................................................10
Figure I.6: Lecteur RFID : (1) Lecteur RFID fixe FX7400 [9] ;
(2) Antenne AN620 [10]....................................................................................................11
Figure I. 7 : Lecteur RFID à main IP30 [11]......................................................................11
Figure I.8: Tag RFID en UHF (Tag réalisé à l’IMEP).......................................................14
Figure I.9: Tags RFID en HF (Tag-it HF-I de Texas Instrument) [16]…………………...14
Figure I.10: Tags RFID en UHF commercialisé, (1) Tag RI-UHF-00C01-03 (Texas Instruments)
[24] (2) Alien Squiggle UHF RFID Tag [25]....................................................................14
Figure I.11 : Normes ISO pour les différentes familles de système RFID [9]..................17
Figure I.12 : (a) exemple de Tags HF, (b) lecteur HF mobile...........................................18
Figure I.13: Principe de la rétro-modulation (Backscattering) d’un tag RFID..................20
Figure I.14 : Principe de fonctionnement des tags semi-actif et des tags actifs.................22
Figure I.15 : l'identification des patients. ...........................................................................28
Figure I.16 : L'identification de la traçabilité et la gestion du linge. .................................29
Figure I.17 : l'identification des instruments et matériels...................................................30
Figure I.18 : L'identification d’item et palette....................................................................31

CHAPITRE II :
Figure II.1: Schéma de principe d'un système de communication radio................................37
Figure II.2 : Représentation en quadripôle.............................................................................39
Figure II.3: Polarisation du champ électromagnétique..........................................................41
Figure II.4 : Circulation du courant dans un dipôle...............................................................43
Figure II.5 : Diagramme de rayonnement d’un dipôle (a) 3D, (b) 2D...................................43
Figure II.6 : Diagrammes de rayonnement pour différentes longueurs du dipôle.................44
Figure II.7 : Antenne monopole.............................................................................................44
Figure II.8 : Monopole avec un réflecteur à quatre brins.......................................................45
Figure II.9 : Monopole avec un réflecteur incliné..................................................................45
Figure II.10 : Différentes antennes filaires.............................................................................46
Figure II.11 : (a) antenne cornet, (b) antenne parabolique.....................................................46
Figure II.12 : Exemples d’antennes 3D [11]..........................................................................46
Figure II.13 : Antennes imprimées à plusieurs formes rayonnantes......................................48
Figure II.14 : Structure d'antenne microruban.......................................................................48
Figure II.15 : Trajectoires des rayons dans une antenne patch..............................................49
Figure II.16 : Alimentation par ligne micro-ruban d’une antenne patch...............................51
Figure II.17 : Alimentation par sonde coaxiale d’une antenne patch....................................52
Figure II.18 : Alimentation par couplage par fente...............................................................53
Figure II.19 : Alimentation par couplage par proximité.......................................................54

CHAPITRE III :
Figure III.1 : Propagation d’une onde électromagnétique..........................................................63
Figure III.2 : Spectre électromagnétique....................................................................................64
Figure III.3 : Configuration géométrique en imagerie micro-onde bidimensionnelle (2D).......66
Figure III.4 : a) Schéma anatomique d’un sein (source : Société Canadienne du Cancer) et b)
représentation 3D d’un sein atteint par une tumeur (source : Vivant Santé, Médecine et Sciences
du Vivant)...................................................................................................................................68
Figure III.5: Schéma du représentatif du sein, antenne patch et tumeur montrant diffusion de
signaux (a) sein avec tumeur (b) sien normal.............................................................................69
Figure III.6: (a) Schéma de l’antenne patch (b) modèle du sien avec tumeur............................71
Figure III.7: antenne placée en contact avec le sein pour différentes distances..........................71
Figure III.8 : position du point d’excitation pour une RMSA alimentée par ligne microruban..72
Figure III.9: Structure du patch rectangulaire sous HFSS à 2.45 GHz.......................................73
Figure III.10: Coefficient de réflexion du patch rectangulaire....................................................73
Figure III.11: Diagramme de rayonnement du patch rectangulaire.............................................74
Figure III.12: Densités de courant (a) la peau, (b) les tissus gras, (c) tumeur, lorsque l’antenne est
place à 15 cm du sein...................................................................................................................75
Figure III.13: Densités de courant (a) la peau, (b) les tissus gras,(c) tumeur, lorsque l’antenne est
place à 5 cm du sein.....................................................................................................................75
Figure III.14: Densités de courant (a) la peau, (b) les tissus gras, (c) tumeur, lorsque l’antenne est
place à 0 cm du sein.....................................................................................................................76
Figure III.15: champ H dans la tumeur (a) 15 cm, (b) 5 cm and (c) 0 cm...................................76

Liste des tableaux
CHAPITRE I
Tableau I.1 : Caractéristiques des familles RFID........................................................15
CHAPITRE III
Table III.1 : Permittivité diélectrique et conductivité de divers organes humains à la
fréquence de 3 GHz [18]...............................................................................................68
Tableau III.2 : Propriétés diélectriques du model à 2.45 GHz..................................... 71
Tableau III.3 : Dimensions de l’antenne patch rectangulaire........................................72

Introduction Générale.
1
Introduction Générale :
Les premières applications à grande échelle de la technologie RFID (Radio Fréquence
Identification) ont vu le jour durant les années 90 pour l'identification des animaux,
principalement les bovins et ovins, dans les systèmes de contrôle d'accès dans les
immeubles ou les autobus, la logistique, ou encore pour la protection contre le vol ,
Les études de marché annoncent une utilisation accrue de cette technologie dans les
années à venir et ce dans divers domaines de la vie courante.
Le principe de base du fonctionnement de la RFID est simple. Il s'agit d'échanger des
informations numériques à moyenne distance par radiofréquence; ces informations
devront être contenues sur un support de très petite taille et de très faible coût. Cette
technologie offre la possibilité de faire de la lecture multiple (lecture de plusieurs
objets simultanément) et la vision directe n'est pas nécessaire.
Au minimum, l'infrastructure RFID comporte des étiquettes, des lecteurs, un
middleware et des applications fonctionnant par exemple, sur des serveurs d'entreprise.
Un système RFID simple est composé de deux parties :
Un élément communément appelé transpondeur, étiquette communicante ou tag qui se
compose d'une antenne et d'une puce électronique contenant des informations.
Un appareil de lecture communément appelé interrogateur, base station ou lecteur qui
permet de lire et d'écrire les informations numériques dans la puce du transpondeur.
Les éléments d'un système RFID - antennes, tags, lecteurs - sont rarement utilisés
seuls. En fait, seule leur utilisation dans le cadre de systèmes de production ou de
distribution complexes est susceptible d'apporter une grande plus value. Ainsi, les
différents systèmes RFID utilisés dans les systèmes de production sont généralement
constitués de réseaux locaux (regroupement de plusieurs lecteurs) et globaux
(regroupement de plusieurs réseaux locaux) ainsi que d'applications utilisant les
données collectées. Dans ce contexte, les middlewares (ou intergiciels) permettent de
transférer les données capturées d'un lecteur vers une base de données . Ces
middlewares constituent le lien entre le monde matériel et le monde logiciel.
L'intergiciels RFID, est indispensable pour trois raisons principales :
1. La nécessité de filtrer les lectures doubles et l'information redondante afin d'éviter la
transmission de l'information non nécessaire pour les applications, et en même temps
optimiser les ressources du réseau.
2. La nécessité d'une interface pour prendre en compte des lecteurs, des étiquettes et
des dispositifs dans un environnement à plusieurs fournisseurs hétérogènes.

Introduction Générale.
2
3. La nécessité de passer et d'acheminer des flux de données RFID à différentes
applications et bases de données.
L'argument RFID joue un rôle essentiel dans la mise en œuvre de nombreuses tâches.
C'est un logiciel de série cérébrale qui fournit des informations sur les données
récupérées à partir de produits étiquetés avec une puce sans fil, Depuis le
développement des télécommunications ces dernières années grâce à forte demande de
besoins.
Parmi les applications dans ce domaine qui ont attiré le plus d'attention sont les
antennes. Ce sont des éléments essentiels pour assurer l'émission ou la réception
d'ondes électromagnétiques dans l'atmosphère terrestre ou dans l'espace. Ils sont
présents dans tous les systèmes sans fil.
Aujourd’hui les antennes planaires connaissent un grand intérêt chez les chercheurs à
cause de leurs nombreuses utilisations. En effet, les domaines d’utilisation privilégies
des antennes microbandes sont les communications en haute fréquences tels que les
communications spatiales, les systèmes militaires et commerciaux de positionnement
par satellite (GPS), la navigation aérienne ou terrestre, les réseaux informatiques sans
fil (Wireless Local Aria Network), la communication entre deux mobiles et dans des
nouveaux domaines tels que la médecine ou le téléphone mobile. Cette large et
importante utilisation de ces antennes est due essentiellement aux divers avantages
qu’elles peuvent offrir par rapport aux antennes classiques tels que : faible poids,
volume et épaisseur, coût de fabrication très faible, une production en série facile,
possibilité de mise en réseau et l’intégration d’éléments discrets et la conformabilité
facilitant l’implantation sur tout type de support.
L'imagerie micro-ondes est explorée comme une modalité d'imagerie pour la détection
précoce du cancer du sein.
Lorsqu'il est exposé à des ondes électromagnétiques, Nous examinons la capacité de
détection des tumeurs par une antenne patch microruban opérant à une fréquence de
2.45GHz
L’étude est faite suivant plusieurs distances entre l’antenne patch et le modèle du sein.
Les résultats de simulation sont présentés, à savoir ; coefficient de réflexion, et
diagramme de rayonnement pour l’antenne patch, ainsi, la densité de courant dans la
peau du sein, tissus gras et au niveau de la tumeur et aussi la distribution du champ
magnétique permettant de nous donner un aperçu clair sur le concept étudié.
Dans cette mémoire, nous avons étudié la relation entre RFID et les antennes micro
ruban, et leur détermination des caractéristiques de la tumeur.

Liste des abréviations et Nomenclature
RFID: Radio Fréquence Identification.
UCC : Uniform Code Council.
MIT: Massachusetts Institute of Technology.
EAN: Efficient Article Numbering Association.
EPC : Electronic Product Code.
IFF : Identify Friend or Foe.
FDA: Food and Drugs Administration.
UHF: Ultra Hautes Fréquences.
SHF: Super High Frequencies.
HF: High Frequencies (Hz).
LF: Low Frequencies ou Basses Fréquences(Hz).
GSM : Global System for Mobile Communications.
ASK: Amplitude Shift Keying.
PSK :Phase Shift Keying.
FSK : Frequency Shift Key.
EAS : Electronic Article Surveillance.
ISO : International Organization of Standardization.
ETSI : European Telecommunications Standards Institute
RMSA : Rectangular MicroStrip Antenna.
EM : l’Energie emmagasinée.
BW : la Bande passante.
EPC: Electronique Product Code.
TTF :Tag Talk First.
BAT: Battery Assisted Tag
RCS : Radar Cross Section.

CW : Carrier Wavemode .DVD : Digital Vidéo Disc.
USD : United States Dollar.
IRM: L'imagerie par Résonance Magnétique.
RMN : Résonance Magnétique Nucléaire.
HFSS: High Frequency Structure Simulator.
Lettres latines et Les Symboles Grecs :
𝜎: Conductivité[ 𝑠
𝑚⁄ ].
C : la vitesse de la lumière [ 𝑚
𝑠⁄ ].
𝜀 𝑟 ∶ La permittivité Diélectrique.
h : Hauteur .[m]
𝑦0: distance insérée [mm] .
L : La langueur de patch [mm].
x0 : Gap [mm].
W0 : Largeur d'alimentation [mm].
Wf : Longueur d'alimentation [mm].
L: l’expression.
λ : Longueur d’onde (m).
Q : leur facteur de qualité.
D : La directivité.
f0 : la fréquence de résonnance [Hz].
W : La largeur de patch. [mm].
Zc : L’impédance de la puce bascule.
𝑍 𝑎 :L’impédance de l’antenne.
P : Puissance dissipée[ j].
η: Le rendement.
𝐺 : Le gain.

Chapitre I Etat de l’art de la technologie RFID
3
I.1 Introduction
L'identification par radiofréquence, mieux connu comme la RFID, est une
technologie intelligente qui est très performante, flexible et convient bien pour des
opérations automatiques. La RFID est une méthode d'identification automatique qui
utilise les ondes radio pour lire les données contenues dans des dispositifs appelés
étiquettes ou Tags RFID. Elle combine des avantages non disponibles avec d'autres
technologies d'identification comme les codes à barres. La RFID peut être fourni en
lecture seule ou en lecture/écriture, sans contact, peut fonctionner sous une variété
de conditions environnementales, permet de stocker une grande quantité
d'information et fournit un haut niveau de sécurité. La technologie RFID est utilisée
pour surveiller, identifier et suivre des objets, des animaux et des personnes à
distance en utilisant les ondes radio. Les Tags RFID sont plus chères que les codes-
barres, mais le rapport bénéfice-coût est généralement favorable.
Au cours de ce chapitre nous souhaitons mettre en évidence le principe
physique du système RFID. Nous rappellerons les différents éléments d’un système
RFID, nous décrirons ensuite les principes de fonctionnements et les
caractéristiques, ainsi que les grandes familles de cette technologie RFID. Nous
attirons l’attention sur les avantages et les applications de la technologie RFID.
I.2 Bref historique de RFID[1]
La radio-identification est une technologie d’identification relativement
moderne qui a été développée récemment. Cependant, la première application RFID
fut utilisée pendant la seconde guerre mondiale lorsque Watson et Watt avaient
développé une application dans le domaine militaire permettant de vérifier
l'appartenance « amie » ou « ennemie » des avions arrivant dans l'espace aérien
Britannique et cela en 1935. Ce système dit IFF (Identifi: Friend or Foe) reste le
principe de base utilisé de nos jours pour le contrôle du trafic aérien.
A partir des années 40, l'idée de l'identification radio fréquence commence à
germer avec les travaux d’Harry Stockman [2], suivi des travaux de F. L. Vernon
[3] en 1952 et ceux de D.B. Harris [4]. Leurs articles sont considérés comme les

4
fondements de la technologie RFID et décrivent les principes qui sont toujours
utilisés aujourd’hui [5].
En 1966, la société SENSORMATIC a été créée, fournisseur d'une
application de surveillance ou d'objets de biens appelée EAS (Electronic Article
Surveillance) dont le principe est bien connu. Quand un objet quitte un certain
périmètre, ceci est détecté et une alarme est déclenchée. Cependant, durant cette
période s’étalant des années soixante jusqu’au des années soixante-dix, l'usage des
RFID reste essentiellement militaire et surtout orienté vers le contrôle d'accès [5].
Le dépôt du brevet américain de Mario Cardullo d’un transpondeur télé-
alimenté passif à mémoire, en 1973, a été le premier véritable ancêtre de la RFID
moderne . Son brevet couvre l'utilisation de fréquences radioélectriques, utilisant le
son et la lumière comme supports de transmission. Le plan d’affaires (Business
Palan) original, présenté aux investisseurs en 1969, couvrait des applications : dans
les transport (identification de véhicule automobile, système de péage automatique,
plaque d'immatriculation électronique, suivi de véhicule, surveillance des
performances des véhicules), dans le secteur bancaire (carte de crédit électronique),
dans la sécurité (identification du personnel, portails automatiques, surveillance) et
dans le domaine médical (identification, dossier du patient).
En 1975, la démonstration de la rétrodiffusion des étiquettes (tags) RFID, à
la fois passives et semi-passives a été réalisée par Steven Depp, Alfred Koelle et
Robert Freyman au laboratoire scientifique de Los Alamos, Le système portable
fonction ne à la fréquence 915 MHz. Cette technique est utilisée par la majorité des
transpondeurs (tags) RFID fonctionnant en UHF (Ultra Hautes Fréquences) et
micro-ondes.
A la fin des années 70, l'utilisation de la RFID pour l'identification de bétail
commence en Europe et aux Etats-Unis.
Les années 80 ont été marquées par l'invention des microsystèmes et
l'avancée de la technologie qui ont conduit à l'utilisation de tags passifs. L'absence
de source d'énergie embarquée rend le tag moins coûteux mais l'oblige à obtenir de

5
l'énergie qui lui sera transmise par le lecteur. Les distances de lecture obtenues sont
alors de quelques centimètres.
Il a fallu attendre l'année 1990 pour commencer la standardisation des puces RFIDs.
L’organisme ISO (International Organization for Standardization) se penche d'abord
sur les puces puis sur les lecteurs et commence son travail de normalisation.
Aujourd'hui encore la technologie RFID n'est pas encore complètement encadrée
par une règlementation à l'échelle mondiale.
L’année 1999 a connu la Création du centre « Auto-ID Center », formé par le
MIT (Massachusetts Institute of Technology) et des partenaires industriels ; une
organisation sans but lucratif ayant pour mission la standardisation et la
construction d'une infrastructure pour un réseau mondial de la RFID.
En 2003, les associations EAN (Efficient Article Numbering Association)
International, Auto-ID Center, UCC (Uniform Code Council) [6] et des industriels
créent le standard EPC (Electronic Product Code) global Version 1.0 ; intégrant les
technologies RFID et Internet pour mettre en place le réseau de traçabilité des
objets [7].
En 2004, L'administration américaine de nourriture FDA (Food and Drugs
Administration) autorise l'implantation sous cutanée de transpondeur RFID pour des
fins médicales.
En 2010-2013, il a été prévu dans le projet de Loi sur la santé, que tous les
Américains se verront implanter une micro-puce dans le but de créer un registre
national d'identification, pour permettre un meilleur suivi des patients en ayant
toutes les informations relatives à leur santé.

6
Figure I.1: Eléments d’un système RFID.
I.2 Définition générale d’un système RFID
Un système RFID est un système de communication sans fil dédié
principalement au domaine de l’indentification. Il permet par exemple de réaliser le
suivi des animaux, des articles, des produits et des personnes. Une station de base
va permettre d’identifier des tags ou transpondeurs qui sont généralement
positionnés sur les cibles à identifier [8-12], [13]. Dans sa configuration de base, un
système RFID est composé d’un lecteur, d’un transpondeur et d’un terminal qui
permet l’exploitation des données collectées (figure I.1).
Figure I.2: (a) lecteur RFID pour le contrôle d’accès, (b) passeport biométrique utilisant la
RFID

7
Le lecteur envoie des requêtes aux tags RFID pour récupérer des données stockées
dans leur mémoire. Le lecteur peut également procéder à une écriture d’information
dans le tag. Le lecteur et le tag sont équipés d’antennes qui doivent s’adapter à
l’environnement de la communication RFID. On note à ce propos que cet
environnement change au cours du temps, il peut être l’espace libre ou présenter des
obstacles de différents types comme des, liquides ou encore des matériaux
métalliques. Le tag, généralement télé-alimenté par le signal du lecteur, génère en
premier lieu un code permettant d’identifier l’objet sur lequel il est déposé (figure
I.1). L’information contenue dans le tag RFID peut être accessible au grand public
comme le prix ou encore les caractéristiques des produits. Elle peut être aussi
d’ordre privée et par suite restreinte aux fabricants ou aux services qui exploitent la
technologie RFID. On peut citer l’exemple des passeports biométriques, le contrôle
d’accès et la traçabilité des produits le long des chaines de production (figure I.2).
Dans ce cas de figure, un niveau de sécurité supérieur est indispensable du coté
réseau pour la gestion des données. En effet, au niveau de la communication RFID,
les requêtes échangées entre le lecteur et les tags doivent dans ce cas être sécurisées.
La RFID doit cohabiter d’un point de vue spectral avec d’autres technologies sans
fil. Pour la RFID, nous distinguons les bandes suivantes (figure I.3) :
 La bande LF à 125kHz et 143 kHz
 La bande HF à 13.56 MHz,
 La bande UHF 860-960 MHz,
 La bande SHF à 2.45 et 5.8 GHz
Figure I.3 : Bandes de fréquence RFID.

8
L’échange des données entre le lecteur et le tag peut se faire pour des distances
différentes, ce qui fait intervenir deux types de mécanisme : par couplage de
proximité ou par propagation d’ondes électromagnétiques. En effet, on a pour
habitude de caractériser le champ émis par une antenne en fonction dans la zone
dans laquelle se situe le récepteur. La dimension de cette zone notée « L »
s’exprime en fonction de la dimension maximale de l’antenne « D » et de la
longueur d’onde de fonctionnement, comme le montre l’expression (I.1).
𝐿 =
2𝐷²
𝜆
(I.1)
On distingue ainsi deux mécanismes relatifs à chacune des deux régions (figure I.4).
 La zone de champ lointain où les données sont acheminées par un
phénomène de propagation d’ondes électromagnétiques (figure I.4-b).
Généralement les portées de lecture sont de quelques mètres pour la RFID
passive c’est-à-dire où le tag n’intègre pas de batterie. Ce mécanisme
concerne les bandes UHF et SHF.
 La zone de champ proche au voisinage immédiat de l’antenne lecteur où la
communication RFID se fait par couplage, le plus souvent inductif, c’est à
dire en utilisant le champ magnétique (figure I.4-a). Les portées sont
généralement de quelques dizaines de cm. Ce mécanisme concerne les
bandes LF et HF.

9
Figure I.4 : Mécanismes de transfert des données en RFID : (a) zone de champ proche, (b)
zone de champ lointain.
I.3 Principe de fonctionnement d’un système RFID
Un système d'Identification par Radio Fréquence se compose de deux
éléments principaux: un Tag et un lecteur. Le Tag contient toutes les données
relatives à l'objet qui l'identifie de façon unique. Les données, stockées dans une
puce électronique « chip », peuvent être lues grâce à une antenne qui reçoit et
transmet des signaux radio vers et depuis le lecteur ou interrogateur.
Le lecteur, fixe ou tenu à la main, est le dispositif qui est en charge de la lecture des
Tags RFID situées dans son champ de lecteur et capable de convertir les ondes
radio de Tag en un signal numérique qui peut être transféré à un PC. La (figure I.5)
décrit le fonctionnement général d’un système d’identification par radiofréquence.

10
Figure I.5 : Fonctionnement général d’un système RFID
I.4 Eléments de base d’un système RFID
Un système RFID se compose toujours de deux composants: Le Tag qui est
situé sur l'objet à identifier et le lecteur qui a pour rôle d'identifier ce Tag. Systèmes
RFID permettent la lecture et l'écriture à distance et sans contact de données d'un
Tag.
I.4.1 Lecteurs RFID
Un lecteur RFID est un appareil qui est utilisé pour interroger le Tag RFID.
Le lecteur joue le rôle d'émetteur et de récepteur. Le lecteur comporte une antenne
(émetteur) qui émet des ondes radio alors le Tag répond en renvoyant ses données.
Le lecteur utilise son antenne (récepteur) attachée pour recueillir les données reçues
à partir de Tag. Il transmet ensuite ces données à un ordinateur pour traitement. La
communication de système RFID est basée sur le principe de relation Maître-
Esclave, où le lecteur RFID joue le rôle de Maître et le Tag celui d’esclave [14],
[15]. Le lecteur RFID communique juste avec des Tags qui sont dans son champ de
lecture.
Les lecteurs peuvent prendre plusieurs formes et tailles, fonctionnent sur de
nombreuses fréquences différentes, et peuvent offrir une large gamme de
fonctionnalités. Actuellement, de nombreuses applications s'appuient sur des
dispositifs de lecture fixes. Les lecteurs peuvent être en position stationnaire dans

11
un magasin ou une usine, ou intégrés dans des appareils ou dispositifs électroniques,
et dans les véhicules. Lecteurs RFID peuvent également être intégrées dans les
appareils mobiles de poche. Le fabricant de téléphone cellulaire Nokia propose déjà
des fonctionnalités RFID de lecture dans certains de leurs téléphones cellulaire. Le
kit Mobile RFID Nokia est le premier téléphone GSM intégré offre de produits avec
une capacité de lecture RFID [16], [15]. Nous présentons ci-dessous les différents
types de lecteurs RFID. La série FX7400 de lecteurs RFID [17], [15] de Motorola
(figure I.6) est bien adaptée à des applications telles que la gestion des stocks de
vente au détail dans tout environnement au sein duquel il est important d'enregistrer
des performances et un faible encombrement. La (figure I.7) présente les lecteurs à
main IP30 [18], [15] du fabricant Inter mec qui occupe désormais la première place
des lecteurs à main RFID. Ces lecteurs sont destinés aux secteurs industriels,
publics, des biens de consommation.
Figure I.6: Lecteur RFID : (1) Lecteur RFID fixe FX7400 [17] ; (2) Antenne AN620 [19]
Figure I. 7 : Lecteur RFID à main IP30 [18]

12
Le choix du lecteur RFID s'avère primordial, ce choix doit se faire selon la
fréquence des Tags RFID et la distance de lecture souhaitée. Les Lecteurs RFID
dont les distances de lecture à quelques centimètres sont dénommés les lecteurs
RFID de proximité ou bien lecteur RFID en champ proche. Les Lecteurs dont les
portées à plusieurs centaines de mètres sont dénommés les lecteurs longue portée.
Pour augmenter la portée du lecteur (jusqu’à 20 m), la puissance nécessaire pour
réveillé le Tag doit être plus importante. Un certain nombre de facteurs peuvent
influer sur la distance à laquelle un Tag peut être lu (la plage de lecture). La
fréquence utilisée pour l'identification, le gain de l'antenne, l'orientation et la
polarisation de l'antenne du lecteur et l'antenne du Tag, ainsi que le placement de
Tag sur l'objet à identifier auront tous un effet sur la distance de lecture du système
RFID.
L'échange de données entre le lecteur RFID et l'étiquette peut utiliser différents
types démodulation et de codage. Le lecteur utilise la modulation de porteuse pour
envoyer des informations à un ou plusieurs tags. Soit l’amplitude, soit la phase, soit
la fréquence de l’onde porteuse serait modulée. Les modulations les plus
couramment utilisées sont : La modulation d’amplitude ASK (Amplitude Shift
Keying) qui est la plus utilisé [20],La modulation de phase PSK (Phase Shift
Keying) et la modulation de fréquence FSK (Fréquence Shift Key).
I.4.2 Tags RFID
Le Tag RFID se compose d’un circuit intégré, aussi appelé puce RFID,
connecté à une antenne [21] dans un boîtier compact et robuste. L’emballage est
structuré de façon à permettre au Tag RFID d’être attaché à l’objet à suivre.
Les tags peuvent être de deux types :
 Le Tag RFID sans puce : ce sont des Tags RFID à bas coût sans l'utilisation
de la puce RFID, couramment connues sous la dénomination Chipless RFID
Tag [22], [15] Aussi EAS Tags sont généralement trouvés dans les magasins
comme système antivol. Étiquettes EAS sont souvent appelés Tag RFID "1
bit". La raison de ceci est simplement qu'ils sont uniquement conçus pour
communiquer un bit d'information, c'est à dire leur présence. Si le Tag RFID

13
est présente et active, alors cela signifie que l'objet n'a pas été à la caisse. Les
Tags RFID sans puce ont pour but de diminuer le coût de réalisation des tags
RFID avec puce. Ces Tags ne représentent aujourd'hui qu'une très faible part
du marché car cette technologie présente plusieurs inconvénients [23], [15].
 Le Tag RFID avec puce : Ces Tags RFID se divisent en trois catégories :
actif, semi-passif, passif. Les Tags actifs contiennent une batterie interne et
ne dépendent pas de signal de lecteur pour générer une réponse. La source
d'alimentation est utilisé pour faire fonctionner la puce et à diffuser un signal
à un lecteur. En conséquence, le Tag actif peut être lu à de plus grandes
distances, avec des distances de lecture allant jusqu'à 100 mètres. Les Tags
actifs peuvent être soit en lecture seule ou en lecture/écriture, permettant
ainsi la modification de données par le lecteur. Les Tags actifs permettent
une plus grande compacité de stockage qui peut atteindre 8Ko.
Les Tags semi-passifs sont pré alimentés, ils utilisent une batterie pour alimenter la
puce qui permet au Tag d’être alimenté de manière constante. Ils communiquent par
l’alimentation à partir du signal reçu de lecteur. Ces Tags RFID semi-passifs
peuvent fonctionner correctement dans différents environnements. Les Tags actifs
et semi-passifs sont utiles pour le suivi des marchandises de grande valeur qui
doivent être numérisés sur de longues distances, comme le chemin de fer, mais ils
coûtent plus cher que les Tags passifs. Les Tags RFID passifs sont très similaires
aux Tags semi-passifs mais n'ont pas de batterie. Au lieu de cela, ils sont alimentés
par le lecteur, qui envoie des ondes électromagnétiques qui induisent un courant
dans l'antenne de Tag. Nous présentons sur la (figure I.8) les composants d'un Tag
RFID passif (substrat FR4, antenne en cuivre, puce (chip)). La puce et l'antenne
constituent le Tag RFID et sont fixés ensemble sur un support physique (substrat)
[24], [15].

14
Figure I.8: Tag RFID en UHF (Tag réalisé à l’IMEP)
Les Tags passifs, qui sont les plus utilisées actuellement, sont les Tags HF (13.56
MHz) représentés à la (figure I.9) et les Tags UHF (860-960 MHz) représentés à la
(figure I.10).
Figure I.9: Tags RFID en HF (Tag-it HF-I de Texas Instrument) [25]
Figure I.10: Tags RFID en UHF commercialisé, (1) Tag RI-UHF-00C01-03 (Texas
Instruments) [26] (2) Alien Squiggle UHF RFID Tag [27]

15
I.5 Les grandes familles des systèmes RFID [13]
Plusieurs classes ou familles RFID peuvent être définies selon différents
critères à savoir la nature des tags, la fréquence d’utilisation, la portée, le débit, la
capacité de stockage et le type de couplage lecteur-tag (tableau I.1).
Quatre familles de RFID peuvent être définies en utilisant une classification
par bande spectrale : les systèmes RFID LF (pour Low Frequencies ou basses
fréquences), HF (pour High Frequencies), UHF (pour Ultra High Frequencies) et
les systèmes RFID SHF (pour Super High Frequencies) (microondes). Selon le
mécanisme d’échange des données, ces quatre familles peuvent être regroupées en
deux grandes familles. La famille LF/HF fonctionne sur le principe du coulage
inductif alors que la famille UHF/SHF utilise la propagation des ondes. Les bandes
de fréquence allouées à la RFID, la puissance d’émission autorisée et d’autres
spécifications relatives à l’application sont contrôlées par des organisations de
normalisation internationales et régionales telles que l’ISO et l’ETSI. Nous allons
décrire rapidement le fonctionnement de ces deux organismes.
Tableau I.1 : Caractéristiques des familles RFID
LF HF UHF SHF
Bande 125-134 KHz 13.56 MHz 860-960 MHz 2.45-5.8 GHz
Longueur
d’onde
2400m 22m 33cm 9cm
Zone de
champ
Proche Proche Proche
/lointain
Lointain
Effet de peau 220μm 22 μm 3 μm 1.3 μm
Portée ≈ 1𝑚 ≈ 1𝑚 10-50m ˃100m
Débit ≈9.6kbps ≈ 64𝑘𝑏𝑝𝑠 ≈ 640𝑘𝑏𝑝𝑠 1-2mbps
Nature des
tags
Passif Passif Actif passif actif
Application Animale Contrôle
d’accès
Inventaire Médicale

16
 ISO (International Organization of Standarization) [28] , [13]
L’organisation internationale de normalisation (ISO) regroupe plus de 164 pays
réunis pour l’établissement et la publication des normes internationales dans
différents domaines. Les normes sont définies comme étant les règles de base pour
les produites et les services au niveau de la sécurité, la production et la pratique.
L’ISO participe à l’attribution des normes techniques et applicatifs à la RFID sur les
différentes gammes des fréquences LF, HF, UHF et SHF qui organise l’utilisation
des étiquettes RFID pour la traçabilité. Les normes techniques concernent les
paramètres de communication, comme la fréquence de fonctionnement, la bande
passante, la puissance d’émission maximum, le type de modulation, le codage, le
débit et le protocole de communication. Parmi les normes applicatives, on distingue
l’identification des animaux et les systèmes antivol.
 ETSI (European Telecommunications Standards Institute) [29], [13]
L’institut européen des normes de télécommunications est l’organisme de
normalisation européen du domaine des télécommunications incluant la téléphonie
fixe et mobile, l’internet, la couverture réseau, les systèmes radio et la diffusion.
Son siège se situe à Sophia Antipolis en France. L’ETSI regroupe 63 pays
représentés par 750 membres. Son rôle est de produire des normes de
télécommunications adoptées à la zone européenne de point de vue environnement
et applications. Les normes sont issues généralement des normes internationales.
Sur la figure I.11, nous représentons quelques normes internationales attribuées aux
différentes familles RFID selon le spectre. Dans le tableau I.1, on illustre quelques
caractéristiques de ces familles.

17
Figure I.11 : Normes ISO pour les différentes familles de système RFID [8].
I.5.1 Les systèmes RFID LF/HF
Ces systèmes sont sollicités dans le cas où la saisie d’informations à partir
des tags doit être effectuée sur des courtes distances. La distance lecteur-tag dans ce
cas ne dépasse globalement pas le mètre. On peut citer comme application la lecture
des passeports biométriques et le contrôle d’accès. La communication lecteur-tag se
déroule en zone de champ proche utilisant ainsi un couplage magnétique entre
l’antenne lecteur et l’antenne tag. Les deux antennes ne sont que des boucles, dont
le rayon et le nombre de spires permettent d’optimiser la communication. Ainsi, le
principe de cette communication est similaire à celui d’un transformateur. On
distingue ainsi deux technologies : la RFID LF sur les bandes 125 kHz, 134 kHz et
la RFID HF à 13.56 MHz [8], [30-32], [13]. Comme nous le disions, les antennes
pour tags et lecteurs prennent la forme de boucles de courant composées de
plusieurs spires dont les dimensions restent faibles devant la longueur d’onde
(λ=22.1 m pour 13.56 MHz) (figure I.12-a). Des matériaux magnétiques, de la
ferrite sont souvent utilisés de manière à concentrer dans une zone le champ
magnétique et augmenter ainsi la distance de lecture. Du coté tag, des éléments
localisés sont le plus souvent rajoutés pour maintenir une bonne résonnance à la
fréquence souhaitée.

18
Figure I.12 : (a) exemple de Tags HF, (b) lecteur HF mobile.
Comparativement à la RFID UHF, ces systèmes sont caractérisés par un
débit faible, de même pour la portée. L’espace mémoire disponible dans la puce est
lui aussi restreint (entre 56 et 128 kbits). Pour terminer, le coût de fabrication reste
modéré, c’est-à-dire supérieur à un tag UHF notamment du fait de la présence d’un
via pour pouvoir connecter les différentes enroulements à la puce. En revanche, les
fréquences de fonctionnement sont identiques partout dans le monde avec une
régulation identique [33], [13]. La RFID LF est utilisée pour la traçabilité des
animaux et certaines applications médicales. Les spectres LF, HF sont peu sensibles
aux milieux métalliques et liquides ce qui permet d’obtenir une certaine flexibilité
de lecture qui reste très recherchée en termes applicatif.
Généralement, le lecteur et son antenne sont intégrés dans un même boitier,
le plus souvent mobile (figure I.12-b). Outre la portée, les antennes pour tag et
lecteur qui sont généralement des boucles peuvent être modélisées simplement,
notamment par des circuits résonnants RLC, qui sont caractérisés par leur facteur de
qualité Q [8], [13]. Ce facteur Q (équation (I.2)) donne une indication sur la
quantité d’énergie qui peut être échangée avec le tag ou l’antenne lecteur.
𝑄 =
𝜔𝑊
𝑃
(I.2)

19
Où W est l’énergie EM emmagasinée, P la puissance dissipée et la pulsation.
Par ailleurs, cette grandeur peut être déterminée à partir de la bande passante BW de
l’antenne à travers la relation (I.3) où f0 est la fréquence de résonnance.
𝑄 =
𝑓₀
𝐵𝑊
(I.3)
I.5.2 Les systèmes RFID UHF/ SHF
Ces systèmes suscitent un grand intérêt pour l’identification et la traçabilité
dans les applications logistiques, l’inventaire, la grande distribution surtout depuis
la mise en place de l’EPC (Electronic Product Code). Ce standard avec ses
différentes classes [8], [34], [13] consiste à attribuer un identifiant unique au tag
RFID. Cet identifiant s’exprime sur 64, 96 ou 125 bits et permet la traçabilité des
objets en utilisant le spectre 860-960 MHz partout dans le monde. La classe 2 est
réservée aux tags passifs. Les classes d’ordres supérieurs concernent les tags actifs.
Les bandes 2.45 GHz et 5.8 GHz sont réservées pour des applications médicales
telles que les capteurs de rythme cardiaque et de température [35].
Pour cette famille, le transfert des données est réalisé par propagation entre
les deux antennes lecteur et tag. Du côté du lecteur, l’antenne prend souvent la
forme de patchs avec des polarisations circulaires pour assurer un meilleur taux de
lecture par rapport aux orientations inconnues des tags. L’antenne tag est le plus
souvent basée sur la forme d’un dipôle λ/2, qui permet d’avoir un diagramme de
rayonnement quasi-omnidirectionnel. Des techniques de miniaturisations permettent
de réduire la taille des tags pour correspondre aux dimensions des cibles. La taille la
plus courante est inférieure à 10 cm de longueur, c’est à dire bien inférieure à λ/2.
Ces tags RFID UHF peuvent être lus sur une dizaine de mètres. On distingue
les tags passifs où l’énergie utilisée par la puce provient totalement du signal
envoyé par le lecteur. On peut avoir aussi des tags actifs et semi actifs. Ces tags
détiennent une batterie avec une taille variable qui assure l’autonomie de l’étiquette
RFID de plus un front end RF pour les tags purement actifs. Ils utilisent les bandes
2.45 et 5.8 GHz mais aussi la bande 433 MHz.

20
I.5.2.1 Les tags passifs
Ces tags fonctionnent dans la bande 860-960 MHz. Un tag RFID passif est
composé d’une puce RFID reliée à une antenne de type dipôle pour garantir un
rayonnement en zone de champ lointain. L’étiquette RFID est sans batterie. Par
suite, la puce s’appuie totalement sur le signal du lecteur pour s’activer et renvoyer
sa réponse à la station de base. Un travail spécifique (adaptation d’impédance) est
réalisé au niveau de la conception de l’antenne du tag pour optimiser le transfert de
l’énergie entre l’antenne et la puce RFID [8], [36-38], [13]
Figure I.13: Principe de la rétro-modulation (Backscattering) d’un tag RFID.
Le lecteur transmet son interrogation vers le tag avec une modulation
d’amplitude (ASK) à la fréquence de fonctionnement. Le signal émis sert aussi à
alimenter la puce RFID sur le tag. La puce RFID contient un circuit de récupération
d’énergie qui se charge de transformer la puissance E.M collectée par l’antenne tag
en tension continue. Le lecteur continue, après la transmission de son interrogation,
à émettre un signal non modulé toujours à la même fréquence (CW) pour maintenir
la télé-alimentation de la puce RFID. La réponse du tag est la rétro-modulation ou «
Backscattering » en anglais de ce signal. En effet, le signal (CW) envoyé par le
lecteur est réfléchi par la puce en utilisant une modulation de charge. Le tag module
le signal du lecteur sur deux valeurs d’impédances et le réfléchit vers le lecteur
(figure I.13).

21
En effet, la puce RFID est vue aux bornes de l’antenne tag comme une
impédance Zc. L’impédance de la puce bascule entre deux états pour créer la
réponse du tag. Ces deux états correspondent aux deux niveaux logiques « 0 » et « 1
». Chaque état correspond à un niveau de réflexion. On distingue l’état d’adaptation
où l’impédance vérifie la relation (I.4) où l’impédance de l’antenne est notée Za
(figure I.13).
𝑍 𝑎 = 𝑍𝑐, 𝑍 𝑎 = 𝑅 𝑎 + 𝑋 𝑎, 𝑍𝑐 = 𝑅 𝑐 + 𝑋𝑐 (I.4)
Le transfert d’énergie de l’antenne vers la puce est optimal pour ce cas. Ça
représente aussi le niveau logique « 0 » de la réponse du tag. Le niveau logique « 1
» correspond à une deuxième valeur d’impédance qui provoque un niveau de
réflexion différent de celui du niveau logique « 0 ». Ce deuxième état l’impédance
de la puce Zc2 généralement choisi comme étant proche d’un court-circuit (sans être
exactement un court-circuit de manière à pouvoir maintenir l’alimentation de la
puce dans cet état). Le niveau de puissance renvoyé vers le lecteur est plus
important. De ce fait, les lecteurs communicants avec ce type de tags doivent avoir
une bonne sensibilité de réception qui atteint en pratique -70, -80 dB [13].
I.5.2.2 Les tags actifs
Le tag est considéré actif lorsqu’un module d’émission RF avec sa source
d’énergie (pile par exemple) est embarqué sur le tag RFID. Dans ce cas, le tag est
auto alimenté et créé sa réponse propre indépendamment du signal du lecteur (pas
de retro-modulation) ce qui permet une communication full duplex. La
communication entre lecteur et tag peut utiliser le protocole TTF (Tag Talk First).
Le tag peut aussi répondre sur une autre fréquence. On peut imaginer aussi des
communications entre tags. Ce type de tags est nécessaire pour des applications qui
exigent des portées de lecture de plusieurs dizaines de mètres. L’application la plus
connue pour ce genre de tag est le télépéage autoroutier. Cette application exige une
réponse rapide du tag en tenant compte de la vitesse du véhicule et de la distance
qu’il le sépare de la station de base. La durée de vie est étroitement liée à celle de la
batterie qui peut atteindre 7 ans. Par ailleurs, ces tags peuvent être utilisés pour le

22
suivi des produits de valeur. Ces tags opèrent à 2.45 GHz, 5.8 GHz et 433 MHz [39-
41], [13]
Il existe une autre variété de tags, eux aussi équipés d’une batterie mais cette
fois sans module RF, qui sont connus sous le nom d’étiquettes semi-actives (ou
semi-passives). Dans ce cas, la batterie est plus petite (notamment en termes de
capacité) et sert uniquement à faire fonctionner le microcontrôleur et la mémoire de
la puce (contrairement au cas actif, elle ne participe pas à la génération de l’onde
renvoyée vers le lecteur). On garde ainsi le principe de retro modulation des tags
passifs. Ils sont également appelés tags assistés par batterie ou BAT (pour Battery
Assisted Tag). La figure I.14 décrit une communication faisant intervenir des tags
actifs et semi actifs. Dans les deux cas l’ajout de la batterie rajoute de
l’encombrement sur l’étiquette RFID et augmente la complexité de conception et le
prix unitaire du tag.
Figure I.14 : Principe de fonctionnement des tags semi-actif et des tags actifs.
I.6 Avantages de la technologie RFID
La RFID se trouve parmi les techniques d’identification automatique (ou Auto-
ID –Automatic IDentification) les plus utilisées dans plusieurs domaines. Cette
technologie RFID présente plusieurs avantages comme :

23
 La RFID fonctionne sans contact et ne nécessite pas de champ de vision.
 Très Longue portée de lecture (Tag active), même dans des environnements
difficiles.
 Le Tag passif coûte moins cher que le Tag actif car ceci contient une pile. Le
prix d’un Tag est un critère important de sélection pour les utilisateurs.
 Le suivi des personnes, des objets et des équipements en temps réel.
 Tags RFID peuvent être lues à une vitesse remarquable, même dans des
conditions difficiles, et dans la plupart des cas, répondent en moins de 100
ms.
 Une diminution du taux d’erreurs de saisie ou de transmission.
 Les Tags peuvent être lus par tout un certain nombre d’emballage (sac, film,
plastic…) et dans les environnements difficiles où les codes à barres ou
d'autres technologies de lecture optique ne serviraient à rien du tout.
 Les Tags RFID sont insensibles à des substances telles que la poussière, la
peinture, le frottement et l'humidité.
 Les Tags RFID peuvent avoir une durée de vie de dizaines d'années avec la
possibilité de subir de modification de données de plus d'un million de fois
au cours de ces années.
 La possibilité de lire et différencier les Tags RFID de plusieurs objets
simultanément (anticollision).
 Une grande capacité de stockage de données de Tags RFID (plusieurs kilos
octets), contrairement aux codes à barres dont la capacité est très limitée à
une dizaine de chiffres ou de lettres.
 La RFID est utilisée contre le vol en magasin, ou la contrefaçon.
 Des Tags passifs peuvent être implantés dans un corps humain pour identifier
(n° d'identification) des individus.
La RFID n'est sûrement pas capable de remplacer complètement le code à barres
traditionnel. Au contraire, les deux technologies existent parallèlement les uns aux
autres dans l'avenir et seront utilisés en fonction de l'application. Les avantages
décisifs d'un système RFID est la vitesse de balayage, durée de vie et de haute
immunité contre les bruits parasites vis-à-vis les influences environnementales.

24
I.7 Applications de la technologie RFID [42]
I.7.1 Liste non exhaustive de quelques domaines d'applications.
La technologie RFID offre plusieurs possibilités d'applications dans
différents domaines de la vie de tous les jours. Et une combinaison de deux ou
plusieurs applications peuvent offrir une application hybride.
I.7.1.1 Sécurité
 Gestion du personnel ;
 Vérification de l'authenticité ;
 Contrôle des accès ;
 Prévention contre le vol.
I.7.1.2 Véhicule
 Gestion de flotte de véhicule ;
 Perceptions de péages automatiques ;
 Authentification de véhicule (vignette pare-brise) ;
 Paiement des carburants dans les stations services ;
 Antivol, antidémarrage, ouverture automatique des portes ;
 Contrôle de pression des pneumatiques.
I.7.1.3 Agroalimentaire
 Suivi de la chaîne du froid des produits alimentaires ;
 Suivi de la chaîne de fabrication des produits frais ;
 Suivi du bétail ;
I.7.1.4 Industrie
 Identification et suivi de vêtements ;
 Blanchisserie industrielle ;
 Identification et suivi des bouteilles de gaz ;
 Système antivol dans le commerce de détail ;
 Suivi de production sur les chaînes de montage ;

25
 Suivi de produits sensibles (médicaux, explosifs) ;
 Identification des pneus de la fabrication jusqu'au rechapage ;
 Suivi de la transformation du bois ;
 Installation et maintenance d'équipements.
I.7.1.5 Loisirs
 Location de k7 vidéo et DVD ;
 Location de matériels ;
 Bibliothèque (gestion rapide des entrées-sorties et inventaires, antivol) ;
 Ticketing (remontées mécaniques dans les stations de sport d'hiver) ;
 Gestion des temps des coureurs de marathon ;
 Maintenance des jeux dans les parcs publics.
I.7.1.6 Logistique
 Suivi de bagages dans le transport aérien ;
 Suivi de sacs postaux, re-routage de colis, groupage ;
 Suivi et pistage de containers ;
 Identification de palettes et des produits palettisés (système anticollision) ;
 Contrôle des accès à des zones particulières (parking, zone de fret ou de
déchargement, zones explosibles).
I.7.1.7 Médical
 Recherche scientifique (identification et suivi d'échantillons) ;
 Gestion de collectes des déchets médicaux jusqu'à l'incinération.
I.7.1.8 Divers
 Location de vêtements-costumes-chaussures ;
 Carte prépayée ;
 Traçabilité de documents (contrats, dossiers sensibles) ;
 Gestion des stocks.

26
I.7.2 Quelques applications concrètes ciblées travers le monde
Dans ce qui suivent nous présentons quelques applications spécifiques de la
technologie RFID ciblées a travers le monde.
I.7.2.1 Transport
Les péages sur les autoroutes, les transports publics sont utilisés dans la
plupart de villes asiatiques (Japon, Corée, Chine...) et aux Etats-Unis.
A Tokyo, des chauffeurs de taxi sont payés pour leurs courses via un système RFID
et le téléphone mobile. Un lecteur est placé dans le taxi, et les clients ont des
étiquettes incorporées à leur téléphone mobile. A leur montée dans le taxi le client
est identifié, et après la course, le montant est directement déduit de sa carte de
crédit.
I.7.2.2 La gestion de la chaîne logistique
L'usage de la technologie RFID dans une chaîne logistique augmente la
visibilité de produits tout le long de la chaîne au cours de leurs cycles de vie. Avec
les étiquettes RFID les responsables de production peuvent identifier à tout moment
les différents produits le long de la chaîne. Ils peuvent même saisir la vitesse à
laquelle chaque item est produit à chaque étape de la chaîne logistique. Aussi la
technologie permettra de prendre les décisions de production en fonction de
données de vente en temps réel, au lieu de considérer les informations
prévisionnelles. La technologie permet à éviter le vol (entre 11%-18%), diminue le
délai d'attente (jusqu'à 5%) entre les différentes entités de la chaîne logistique et les
ruptures de stock (entre 9%-14%). Il va s'en dire que la technologie permet
d'augmenter la rentabilité et le profit dans une chaîne logistique.
Les autres avantages que la technologie RFID pourrait avoir dans une chaîne
logistique est de fiabiliser en temps record les procédures de vérification des entrées
et sorties de produits, la localisation de produits dans les entrepôts.
La technologie RFID combinée à d'autres paramètres physiques comme la
température, l'humidité et autres offrirait de multiples applications dans les chaînes
logistiques.

27
I.7.2.3 Pharmacie
Aux USA des puces RFID sont utilisées pour distinguer les produits
pharmaceutiques licites des produits de contrefaçon. Selon des estimations, 30% des
produits pharmaceutiques dans les pays en développement et entre 6 et 10% dans
les pays développés sont de produits piratés. Aux USA, il existe un groupe des
fabricants depuis 2004 qui travaille avec des distributeurs et des détaillants à la
réalisation d'un projet (Project Jumpstart) qui pourvoit les emballages de
médicaments des étiquettes RFID.
Et dans ce domaine la technologie RFID a pour rôle de :
 Détecter les contrefaçons ;
 Lutter contre les vols ;
 Gérer les produits rappelés ou périmés.
Les spécialistes estiment que les pertes dans l'industrie pharmaceutique dues aux
vols, aux pertes le long de la chaîne sont de l'ordre de plus de 35 milliards USD.
La Food and Drug Administration recommande aux entreprises pharmaceutiques
d'utiliser les étiquettes RFID sur les emballages des produits à risque élevé de
contrefaçon.
I.7.2.4 Santé
Le domaine de la santé est parmi les domaines dans lesquels la technologie
sera vulgarisée plus facilement compte tenu du fait que les coûts d'implantation
pourraient être facilement rentabilisés. La technologie RFID trouve d'innombrables
applications, nous avons répertorié quatre axes d'applications dans les centres
hospitaliers. Ces applications couvrent la gestion des équipements, le suivi des
dossiers médicaux, le suivi et l'identification de patients. Et pour chaque axe
d'application, nous présentons les fréquences utilisées placées sur une échelle de
fréquences.
a) L'identification de patients et le suivi de leurs dossiers médicaux
Pour mieux cerner tous les aspects impliqués, il faudrait analyser toutes les
fonctionnalités des applications au sein d'un établissement médical.

28
 II faudrait que le système d'identification utilisé soit pourvu d'un lecteur
suffisamment puissant pour permettre un large rayon de lecture afin de
faciliter l'identification des patients sans contrainte de proximité sur toutes
les zones de l'établissement hospitalier.
 Etant donné que les informations contenues dans les dossiers médicaux sont
confidentielles, le système d'identification doit avoir une mémoire suffisante
pour le stockage des informations, mais exiger une lecture et écriture des
données à proximité.
 Le système utilisé devra comporter de lecteurs fixes, et facilement
intégrables avec l'infrastructure hospitalière et de lecteurs mobiles qui seront
détenus par les personnes autorisées pour avoir accès aux informations.
Pour ce qui est de l'implantation du système RFID concernant l'identification de
patients, il y a deux possibilités soit la localisation en temps réel et à tout instant,
soit la localisation à de points précis à de moments ponctuels. Le coût entre les deux
possibilités peut varier très sensiblement, la localisation à tout instant étant plus
chère.
Selon l'article de Bernard Sion, pour l'identification des patients, les fréquences
utilisées sont 13.56 MHz et 2.45 GHz.
Tables de fréquences utilisées sur l'échelle des fréquences.
Figure I.15 : l'identification des patients.
b) L'identification, la traçabilité et la gestion du linge (uniformes, vêtements,
literies...)

29
Les fonctionnalités de l'application pré-requise pour l'identification, la traçabilité et
la gestion du linge que le système RFID permet sont :
 Identifier les vêtements, les linges ;
 Assurer la traçabilité (suivre) ;
Pour l'identification, la traçabilité du linge, les fréquences utilisées sont celles
prévues pour le domaine textile en l'occurrence les 13.56 MHz.
Figure I.16 : L'identification de la traçabilité et la gestion du linge.
c) L'identification, la traçabilité et la gestion des consommables, de
l'instrumentation, des kits.
Identification des instruments et matériels de mesure.
 Souvent les matériels d'instrumentation et les matériels de mesure sont
métalliques, ce qui pose des problèmes d'interférence avec les ondes utilisées
par le système RFID. Pour pallier à ce problème, l'identification du matériel
d'instrumentation et du matériel de mesure nécessite un emballage spécifique
 Les étiquettes RFID utilisées pour les matériels d'instrumentation et les
matériels de mesure devront supporter les environnements des stérilisations,
les étuves et autres procédés ;
 Généralement les matériels d'instrumentation et les matériels de mesure
requièrent de contrôle de sécurité à de dates de visites, les étiquettes doivent
permettre ces opérations.
Identification des kits opératoires

30
 Dans le cas de matériels destinés au bloc opératoire, le système de la
technologie RFID devra permettre leurs identifications et leur traçabilité afin
d'améliorer la préparation des opérations, ce qui augmentera la productivité
de blocs opératoires.
Pour ce qui est de l'identification des instruments et matériels de mesure les
fréquences RFID retenues sont 125 KHz, 134.2 KHz et 13.56 MHz.
Figure I.17 : l'identification des instruments et matériels.
d) L'identification, la traçabilité et les procédures de distribution des médicaments
 II s'agit de l'identification, la traçabilité unitaire de chaque médicament afin
de combattre la contrefaçon et améliorer la productivité le long de la chaîne
logistique. Pour ce faire il faudra gérer les informations comme le numéro de
lot, la date de péremption, le fabricant, la posologie, le dosage...
Les fréquences RFID en usage pour l'identification, la traçabilité, et la distribution
sont : 13.56 MHz pour les produits ou items étiquetés, 2.45 GHz pour les palettes.

31
Figure I.18 : L'identification d’item et palette.
I.8 Conclusion
Dans ce premier chapitre, nous nous somme intéressés à la technologie RFID
qui constitue une fonction essentielle des systèmes de communication sans fil.
Après un bref historique de la technologie RFID et de sa définition nous
avons présenté les éléments de base de ce système.
Ensuite nous avons, décrit les grandes familles des systèmes RFID et leurs
avantages et applications.
Dans le chapitre suivant nous allons présenter une généralité sur les antennes
imprimées (Patch).

32
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES -CHAPITRE I
[1] Fatima Zahra MAROUF, «Etude et Conception d'Antennes Imprimées pour
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TELECOMMUNICATION de l’Université de TLEMCEN, 2013.
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du grade de maître des sciences de l'Université Laval QUEBEC, 2007.

Chapitre II Généralités sur les antennes imprimées
36
II.1 Introduction
Les antennes imprimées (appelées aussi antennes microbandes ou antennes
patch) sont devenues omniprésentes dans la quasi-totalité des systèmes de
télécommunications.
La technologie actuelle a bien exploité les antennes imprimées pour mettre en
place des dispositifs et systèmes de plus en plus miniatures vu les exigences du
marché industriel qui ne cesse d’imposer la notion de miniaturisation des circuits
pour faire face aux besoins des diverses applications, notamment en aérospatiale,
réseaux sans fils et applications radar.
Concevoir une antenne imprimée exige aussi un certain nombre d’étapes dans
lesquelles figure le choix du substrat diélectrique du fait que les caractéristiques
hyperfréquences de l’antenne ainsi conçue vont dépendre étroitement de ce
diélectrique que ce soit en dimensions ou en caractéristiques diélectriques.
Ce chapitre se décompose en deux parties.
La première partie est consacrée à un rapide rappel des différentes caractéristiques
et les types d’antennes.
La deuxième présente une petite généralité sur les antennes imprimées, leurs
domaines d’utilisation, leurs avantages et leurs inconvénients.
II.2 Généralités sur les antennes
Une antenne est un élément passif qui assure la transformation d’une
puissance électrique en une onde électromagnétique et réciproquement, elle permet
de transférer vers un système de réception, l’énergie d’une onde se propageant dans
le milieu ambiant. Les antennes sont indispensables pour les systèmes de
communication sans fil. Elles sont le seul élément à pouvoir assurer l’émission ou la
réception des ondes électromagnétiques. Elles peuvent prendre plusieurs formes et
tailles différentes suivant la fréquence de fonctionnement et le type d’application.
II.2.1 Rôle d’une antenne [1]
L’antenne a plusieurs rôles dont les principaux sont les suivants :
 Permettre une adaptation correcte entre l’équipement radioélectrique et le
milieu de propagation.

37
 Assurer la transmission ou la réception de l’énergie dans des directions
privilégiées
 Transmettre le plus fidèlement possible une information [2], [1]
Si nous considérons un système de communication sans fil le plus simple qui
soit, celui ci serait composé d'un bloc d'émission et d'un bloc de réception. Ces deux
blocs seraient séparés par un canal de propagation dans lequel le signal émis transite
avant d'être reçu comme le montre la figure II.1:
Figure II.1: Schéma de principe d'un système de communication radio.
II.2.1.1 Bloc d’émission
Au niveau du bloc d'émission, le circuit d'émission fournit à sa sortie un
courant haute fréquence, généralement modulé, qui va être transformé en ondes
électromagnétiques capables de se propager dans le canal, c'est l'antenne d'émission
qui assure ce rôle.
II.2.1.2 Bloc de réception
A l'inverse au niveau du bloc de réception, lorsque les ondes atteignent le
récepteur c'est à l'antenne de réception qu'incombe le rôle de les transformer en
courant susceptible d'être traité par le circuit de réception.
Ainsi une antenne peut se définir par sa fonction : c'est un transducteur passif
qui convertit les grandeurs électriques d'un conducteur ou d'une ligne de
transmission (tension et courant) en grandeurs électromagnétiques dans l'espace

38
(champ électrique et champ magnétique) et inversement. Une antenne peut donc
indifféremment être utilisée à la réception ou à l'émission; de plus comme le montre
le théorème de réciprocité de Lorentz [3], [1], l'ensemble des caractéristiques d'une
antenne sont identiques que l'antenne soit utilisée comme antenne d'émission ou de
réception. Ceci est très intéressant car cela signifie qu'un objet communicant
disposant d'une partie émission et d'une partie réception pourra utiliser la même
antenne [4], [1].
II.2.1.3 Réciprocité
Dans la plupart des cas, une antenne peut être utilisée en réception ou en
émission avec les mêmes propriétés rayonnantes. On dit que son fonctionnement est
réciproque. Ceci est une conséquence du théorème de réciprocité. Du fait de la
réciprocité des antennes, il ne sera pratiquement jamais fait de différence entre le
rayonnement en émission ou en réception. Les qualités qui seront annoncées pour
une antenne le seront dans les deux modes de fonctionnement, sans que cela soit
précisé dans la plupart des cas [5], [1].
Dans les parties qui suivent nous allons préciser quelles sont les paramètres
qui définissent de manière exhaustive une antenne.
II.2.2 Caractéristiques des antennes
Dans les communications sans fil, chaque application met en relief certaines
caractéristiques des antennes. D'une manière générale, une antenne utilisée dans un
type d’application ne peut pas l'être dans d’autres. Une antenne peut être
caractérisée par :
II.2.2.1 Représentation en quadripôles
Une antenne peut être représentée comme un quadripôle (figure II.2), défini
par les paramètres S :

39
Figure II.2 : Représentation en quadripôle
A1, A2, B1 et B sont des ondes de puissance.
On a les relations suivantes :
𝐵1= 𝑆11× 𝐴1+ 𝑆12× 𝐴2
𝐵2= 𝑆21× 𝐴1+ 𝑆22× 𝐴2 (II.1)
Le coefficient S11 correspond à la réflexion en entrée des quadripôles lorsque
A2 = 0. Le coefficient S représente la transmission de la puissance entrant en sortie
vers l’entrée lorsque A1 = 0.
Le coefficient S21 est le gain du quadripôle lorsque A= 0.
Le coefficient S22 est la réflexion en sortie du quadripôle lorsque A=0.
II.2.2.2 Coefficient de réflexion S11
Le coefficient de réflexion S11 met en évidence l’absorption de l’énergie par
l’antenne. C’est sur ce paramètre que l’on se base lors de l’optimisation.
II.2.2.3 Directivité
La directivité D (𝜃, 𝜑) d’une antenne dans une direction (𝜃, 𝜑) est le rapport
entre la puissance rayonnée dans une direction donnée P (𝜃, 𝜑) et la puissance que
rayonnerait une antenne isotrope.
𝐷(θ, φ) =
p(θ,φ)
Pᵣ
4π⁄
= 4π
p(θ,φ)
pᵣ
(II.2)

40
II.2.2.4 Rendement de l’antenne
Le rendement de l’antenne est le rapport entre la puissance rayonnée et la
puissance fournie à l’antenne, soit :
η =
Pᵣ
Pf
(II.3)
Ce rapport caractérise la perte à l’intérieur de l’antenne.
II.2.2.5 Gain
Le gain est le résultat de deux effets : la directivité et la perte. Si G est le
gain, alors :
𝐺( 𝜃, 𝜑) = η × D(θ, φ) (II.4)
II.2.2.6 Ouverture
Si Gm est le gain maximal d’une antenne donnée dans un plan bien
déterminé, alors son ouverture dans ce plan est l’angle qui se trouve entre deux
directions de ce plan ayant la moitié du gain maximal (gain à –3 dB), soit
𝐺 𝑚
2⁄
II.2.2.7 Impédance d’entrée
L’impédance d’entrée de l’antenne est l’impédance vue de la part de la ligne
d’alimentation au niveau de l’antenne. Cette impédance est donnée par la formule :
𝑍𝑖𝑛 = Z0
(1+𝑆₁₁ )
(1−𝑆₁₁ )
(II.5)
Z0 : impédance caractéristique de la ligne d’alimentation.
N.B. Comme S11 est fonction de la fréquence, alors Zin varie aussi avec la
fréquence.
II.2.2.8 Polarisation
La polarisation est un paramètre très important dans la caractérisation d'une
antenne [7], [6]. Elle est définie comme étant l’orientation du champ électrique
d’une onde électromagnétique. La polarisation est en général décrite par une ellipse.
La polarisation linéaire et la polarisation circulaire sont deux cas spéciaux de

41
polarisation elliptique. La polarisation initiale d’une onde radio est déterminée par
l’antenne.
Avec la polarisation linéaire, le vecteur de champ électrique reste tout le
temps dans le même plan. Le champ électrique peut laisser l’antenne dans une
orientation verticale, une orientation horizontale ou dans un angle entre les deux. Le
rayonnement verticalement polarisé est légèrement moins affecté par des réflexions
dans le chemin de transmission et l’angle de rayonnement plus bas. Les antennes
omnidirectionnelles ont toujours une polarisation verticale. Avec la polarisation
horizontale, de telles réflexions causent des variations dans la force du signal reçu.
Les antennes horizontales sont moins sensibles aux interférences causées par les
humains, car celles-ci sont généralement polarisées verticalement [8], [1].
Figure II.3: Polarisation du champ électromagnétique.
II.3 Différents types d’antennes
Les antennes sont utilisées dans des gammes de longueur d’onde très différentes
et pour un très grand nombre d’applications dont nous ici citerons quelques
exemples [9], [10]:

42
 Ondes kilométriques (30 à 300 kHz) et hectométriques (300 à 3000 kHz)
pour la radiodiffusion à modulation d’amplitude, les signaux horaires et les
liaisons sous-marines.
 Ondes décamétriques (3 à 30MHz) pour les liaisons intercontinentales ou
maritimes.
 Ondes métriques (30 à 300MHz) pour la radiodiffusion à modulation de
fréquence, la télévision et les communications et radionavigations
aéronautiques.
 Ondes décimétriques (300 à 3000MHz) pour la télévision, le radar et les
liaisons avec les mobiles.
 Ondes centimétriques (3 à 30GHz) pour les liaisons terrestres par faisceaux
hertziens et les liaisons spatiales.
Plusieurs types d’antennes sont connus et utilisés dans des applications de
télécommunication.
On peut classer les antennes dans trois catégories, antennes filaires, antennes
planaires et les antennes volumiques.
II.3.1 Antennes Filaires
Les antennes filaires utilisent des éléments rayonnant constituées par un fil
ou un réseau de fils métalliques. Elles sont très simples à réaliser et à faible coût.
II.3.1.1 Antenne dipôle
Une antenne dipôle est une antenne filaire. Elle est représentée par un fil de
longueur multiple de λ/2 (l=k.λ/2), généralement k=1 et donc l=λ/2. Ce fil
métallique, parcouru par un courant, rayonnera des ondes électromagnétiques dans
toutes les directions à l’exception toutefois de la direction dans l’alignement des
brins. L’intensité du rayonnement dépend de l’intensité du courant circulant dans le
dipôle (figure II.4, figure II.5). Le maximum de rayonnement se situe dans le plan
médian du dipôle où l’intensité du courant est maximale (figure II.4). Ce type
d’antenne est très utilisé dans les stations d’émissions radios, TV…

43
Figure II.4 : Circulation du courant dans un dipôle.
Figure II.5 : Diagramme de rayonnement d’un dipôle (a) 3D, (b) 2D
Le diagramme de rayonnement dépend de la longueur de dipôle, ci-dessous
quelques représentations (figure II.6). Elles montrent que l’augmentation de la
longueur d’antenne engendre une augmentation de la directivité et du nombre de
lobes secondaires.

44
Figure II.6 : Diagrammes de rayonnement pour différentes longueurs du dipôle.
II.3.1.2 Antenne monopôle
Théoriquement une antenne monopole est constituée d'un brin placé au-
dessus d'un réflecteur de dimension infinie. En pratique, le brin est placé au-dessus
d'un plan métallique de grande dimension par rapport à la longueur d’onde (2 à 3
fois λ au minimum). Selon la théorie des images [11], [10], l'antenne monopôle
fonctionnent comme une antenne dipôle, l'image du monopôle par rapport au plan
de masse reconstitue la partie manquante du dipôle. La partie réelle de l’impédance
de cette antenne est de l’ordre de 37.5Ω, ce qui nécessite une adaptation entre
l’excitation et l’antenne qui est, souvent assurée par une ligne quart d’onde.
Figure II.7 : Antenne monopole.
Ce type d’antennes est très utilisé. On la trouve notamment sur les toits des
véhicules, dans les stations d’émissions radios, etc.

45
Le plan de masse peut être remplacé par un plan réflecteur accordé, constitué de
quatre brins ou plus, placés en quadrature et longs de λ/4 (figure II.8).
Figure II.8 : Monopole avec un réflecteur à quatre brins.
Le plan réflecteur peut être, constitué aussi, de 3 brins inclinés à 60° et longs de λ/4.
Cette configuration, mécaniquement très simple à réaliser, permet d’avoir des
propriétés intéressantes et notamment une impédance caractéristique nominale de
50 Ohms (figure II.9).
Parmi les antennes filaires, on trouve aussi les antennes hélices, cadres, Yagui,
logarithmique, biconiques, etc …( figure II.10)
Figure II.9 : Monopole avec un réflecteur incliné.

46
Figure II.10 : Différentes antennes filaires.
I.3.2 Antennes volumiques
Les antennes volumiques (3D) correspondent à un autre type d’antenne où la
structure de l’élément rayonnant est repartie en trois dimensions à l’instar des
antennes cornets ou paraboliques (figure II.11). Les dimensions de ces éléments
jouent un rôle très important sur leurs caractéristiques (gain, directivité, largeur de
bande). Ces dernières années, nous constatons un intérêt de plus en plus marqué
pour ce type d’antenne. Plusieurs nouvelles antennes 3D ont été développées telles
que l’antenne bouton (figure II.12) [12-13], [10].
Figure II.11 : (a) antenne cornet, (b) antenne parabolique.
Figure II.12 : Exemples d’antennes 3D [10].

47
II.3.3 Antennes imprimées
II.3.3.1 Historique des antennes imprimées
Le concept des antennes microruban fut initialement proposé en 1953 par
Deschamps aux Etats Unis d’Amérique et en France par Guttan et Baissimot en
1955 [14], [15]. Un peu plus tard le phénomène de rayonnement provenant des
discontinuités dans les strip-lines fût observé et étudié par Lewin en 1960 [14], [15].
Au début des années 70, Byron décrit une piste rayonnante conductrice gravée sur
un substrat diélectrique (εr < 10) et repose sur un plan de masse [15], [16].
Par la suite, les caractéristiques des patchs micro-ruban rectangulaires furent
publiées par Howell. De son côté, Weinschel, développa plusieurs géométries de
patchs micro-ruban pour l’usage en réseau cylindrique [17], [15]. Les travaux
additionnels sur les éléments basiques du micro-ruban furent publiés en 1975. Le
travail de Nunson dans le développement des antennes micro rubans a montré que
celui-ci était un concept pratique s’étalant à d’autres problèmes relatifs à d’autres
systèmes d'antennes.
Le modèle mathématique d’un micro-ruban basique fut initialement réalisé à
travers l’application de l’analogie avec les lignes de transmission pour patchs
rectangulaires simples. Le diagramme de rayonnement d’un patch circulaire fut
analysé et le résultat publié par Corver. La première analyse mathématique d’une
grande variété de patchs de micro-ruban fut publiée en 1977 par Lo et Al. A la fin
des années 70, les antennes micro-ruban sont devenues plus connues et utilisées
dans divers systèmes de communications.
II.3.3.2 Différentes formes d’antennes imprimées
Dans la pratique, les formes des éléments rayonnants peuvent être variées,
mais elles influent sur les modes qui sont susceptibles de s’exciter dans l’antenne, et
donc sur la nature du rayonnement. Ces éléments rayonnants présentent différentes
formes: carrées, rectangulaires, triangulaires, circulaires, elliptiques ou d’autres
formes plus complexes (figure II.13).

48
Figure II.13 : Antennes imprimées à plusieurs formes rayonnantes.
II.3.3.3 Structure microruban
La technique des circuits imprimés, qui a révolutionné le domaine de
l’électronique, s’est peu à peu étendue à celui des hyperfréquences. Elle y a d’abord
été employée pour réaliser des lignes de transmission, des circuits et un peu plus
tard des antennes [18], [19]. Un circuit imprimé est formé d’un substrat mince en
matériau isolant (diélectrique) sur lequel sont déposées de fines couches
métalliques. En hyperfréquences, il est usuel de métalliser tout un côté du substrat
(plan de masse), tandis que l’autre côté n’est que partiellement recouvert de métal
(conducteur supérieur). Nous parlons alors de structure micro-ruban (figure II.14).
Figure II.14 : Structure d'antenne micro-ruban.

49
II.3.3.4 Antennes patchs
Pour comprendre comment fonctionne une antenne patch, considérons la
coupe donnée sur la figure II.15. Au point a du conducteur supérieur, on considère
une source ponctuelle (densité de courant de surface) qui rayonne dans toutes les
directions, une partie du signal émis est réfléchie par le plan de masse, puis par le
conducteur supérieur et ainsi de suite. Certains des rayons aboutissent sur l’arrête
du conducteur (point b) qui les diffracte.
Figure II.15 : Trajectoires des rayons dans une antenne patch.
Cette figure peut être divisée en trois régions distinctes:
A. Dans le substrat, entre les deux plans conducteurs, les rayons sont les plus
concentrés. Le champ électromagnétique s’accumule dans cette région de l’espace.
Cette propriété est très utile pour la propagation du signal le long d’une ligne
microruban.
B. Dans l’air, au-dessus du substrat, le signal se disperse librement dans l’espace et
contribue au rayonnement de l’antenne. Comme les courants de surface circulent
surtout sur la face inférieure du conducteur supérieur (côté diélectrique), le
rayonnement est surtout émis par le voisinage immédiat des arêtes. Certains
modèles simplifiés mettent à profit cette constatation: ils considèrent le
rayonnement d’un ensemble de fentes fictives situées sur le pourtour de l’antenne.
C. Certains rayons atteignent les surfaces de séparation avec une incidence rasante
et restent piégés à l’intérieur du diélectrique. Il s’agit du mécanisme de la réflexion
totale dont font usage les fibres optiques. Une onde de surface est alors guidée par

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le bord du diélectrique, ne contribuant pas directement au rayonnement de
l’antenne. Toutefois, quand cette onde atteint le bord du substrat (point c), elle est
diffractée et génère un rayonnement parasite. Dans le cas d’une antenne en réseau,
l’onde de surface crée un couplage entre les éléments du réseau. Le diagramme de
rayonnement de l’antenne peut être perturbé par la présence d’onde de surface,
notamment au niveau de lobes secondaires.
La méthode des rayons, empruntée à l’optique géométrique, donne une illustration
simple des phénomènes dont l’antenne patch est le siège. Elle n’est en revanche pas
utilisable pour leurs calculs, les dimensions de l’antenne étant de l’ordre de la
longueur d’onde.
II.3.3.5 Techniques d’excitation d’une antenne patch microruban
L’antenne patch microruban peut être alimentée par plusieurs techniques qui
peuvent être classées en deux catégories: avec contact et sans contact. Dans la
première technique, la puissance RF est alimentée directement au patch rayonnant
en utilisant un élément de liaison comme une ligne microruban. Dans la deuxième
technique, un couplage de champ électromagnétique est fait pour le transfert de
puissance entre la ligne microruban et le patch rayonnant. Les quatre techniques
d’alimentations les plus utilisées sont la ligne microruban, la sonde coaxiale, le
couplage par fente et le couplage par proximité.
II.3.3.5.1 Alimentation par ligne microruban
Dans ce type de technique d’alimentation, une ligne microruban est reliée
directement au bord du pavé microruban comme le montre la figure II.16. La
largeur de la ligne ajustera l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation. En
effet, cette technique d'alimentation présente un avantage puisque l'antenne et le
circuit d'alimentation sont gravés sur le même substrat. Le but de l’encoche gravée
sur le patch est de faire correspondre l'impédance caractéristique de la ligne
d'alimentation à l'impédance d'entrée du patch sans avoir besoin d'éléments
supplémentaires. Ceci est réalisé en contrôlant la bonne profondeur de l’encoche.

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