Brevet FR3128082A1 — publié le 20230414

L’invention concerne le domaine des systèmes de communication RFID. Un nouveau dispositif de communication RFID est proposé qui permet la détection et le traitement électronique non seulement du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale f 0 du lecteur, mais également d’au moins un signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique, avant de les injecter dans la chaine de réception traditionnelle d’un lecteur RFID. L’utilisation conjointe du signal à la fréquence fondamentale du lecteur et d’au moins un signal à une fréquence harmonique permet d’améliorer les performances du lecteur. Le lecteur RFID peut en outre être doté de nouvelles fonctionnalités grâce à des traitements logiciels appropriés. Elle trouve pour applications le domaine des communications entre un lecteur et des transpondeurs passifs de la RFID UHF et le domaine de l’Internet des objets. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Lecteur RFID et dispositif complémentaire associé La présente invention concerne le domaine des systèmes de communication RFID (pour « radio-identification », de l’anglais « radio frequency identification »). Elle trouve pour applications particulièrement avantageuses le domaine des communications entre un lecteur et des transpondeurs RFID UHF passifs et le domaine de l’Internet des objets (en anglais (the) Internet of Things ou IoT). ETAT DE LA TECHNIQUE L'identification par radiofréquence (RFID) est une technologie de collecte de données sans fil qui devient très populaire dans de nombreux secteurs des services, de la logistique, de la fabrication et de la sécurité. Un système RFID est composé d'au moins un lecteur (ou interrogateur) et un transpondeur (ou étiquette) échangeant tous deux des informations en mode sans fil. Le transpondeur est généralement fixé ou lié à un objet à détecter ou à surveiller. Le lecteur fait office de station de base, interagissant avec le transpondeur pour lire ou écrire des informations. Dans le cas des transpondeurs RFID UHF (pour « Ultra haute fréquence ») passifs, le lecteur transfère l'énergie sans fil au transpondeur en envoyant une puissance radiofréquence (RF) dont le transpondeur peut profiter pour obtenir une alimentation électrique pour fonctionner et répondre à une certaine fréquence en utilisant la technique de modulation de rétrodiffusion. Le transpondeur RFID UHF passif équivaut à une antenne chargée par une puce (circuit intégré). L'une des tâches que la puce peut effectuer est une rectification, fonction par laquelle la puce obtient de l'énergie pour fonctionner comme transpondeur. Un redresseur convertit ensuite le courant alternatif généré par les ondes RF envoyées par le lecteur en courant continu permettant à la puce de réaliser le reste de ses fonctions en tant que transpondeur. L'architecture du redresseur est généralement basée sur un circuit de type Cockcroft-Walton à deux ou plusieurs étages de doubleur de tension à diodes. La présence de ces diodes détermine le comportement non linéaire de la puce. Une autre tâche de la puce est de générer un signal de réponse au lecteur en utilisant la technique de modulation de rétrodiffusion. Cette tâche est également effectuée par des composants non linéaires tels que transistors. On notera que, dans la présente demande, l'expression « transpondeur RFID passif » désigne également un transpondeur RFID dit semi-passif, ce dernier pouvant communiquer exactement de la même manière qu’un transpondeur RFID passif, mais avec une source d’énergie différente, alternative ou complémentaire, relativement à celle que constitue la puissance radiofréquence (RF) reçue, pour lui permettre d’améliorer la portée de lecture et/ou permettent des fonctionnalités supplémentaires. Ainsi, dans la présente demande, l'expression « transpondeur RFID passif » comprend également un transpondeur RFID qui utilise la technique de modulation par rétrodiffusion pour communiquer avec le lecteur, mais dont la puce est alimentée par une autre source d'énergie telle qu’une batterie incorporée dans le transpondeur ou tout autre dispositif exploitant une source d’énergie extérieure telle qu’une source photovoltaïque ou vibratoire par exemple. De tels transpondeurs sont également appelés « tags passifs assistés par batterie », ou « tags semi-passifs », et correspondent à des transpondeurs de classe 3 selon l'organisation mondiale de normalisation EPC. Dans ce type de transpondeurs RFID passifs, la puce n'a pas besoin de comporter de redresseur pour obtenir une alimentation continue à partir du signal RF émis par le lecteur. Le comportement non linéaire de la puce génère des signaux harmoniques qui sont rétrodiffusés par l’antenne du tag. Jusqu’à récemment, la présence de ces harmoniques rétrodiffusées n'était pas exploitée, c'est-à-dire que le lecteur et le transpondeur étaient conçus pour traiter uniquement la fréquence fondamentale et non les harmoniques. Des systèmes de communication RFID peuvent être conçus pour traiter non seulement la fréquence fondamentale, mais également les harmoniques. Un tel système de communication RFID est par exemple envisagé dans le document de brevet WO2014072812 A2 qui propose d’exploiter la présence d’harmoniques dans le signal de réponse des transpondeurs. Lorsque le signal à la fréquence d’interrogation du lecteur et celui à la fréquence harmonique portent la même information, une redondance est acquise ce qui permet d’améliorer la qualité de la communication par exemple par le traitement d’éventuelles erreurs de transmission. Dans une autre vision, les signaux à la fréquence d’interrogation et à la fréquence harmonique peuvent être utilisés pour communiquer différentes informations, par exemple un code d’identification via le signal à la fréquence d’interrogation et une donnée de mesure de capteur via le signal à la fréquence harmonique. Il est par ailleurs connu, de l’article de Kumar et al. intitulé « Harmonic RFID Communication Using Conventional UHF System », et publié dans la revue IEEE Journal of Radio Frequency Identification (vol. 3, no. 4, pp. 227-235) en décembre 2019, une interface RF additionnelle entre un lecteur RFID conventionnel et un transpondeur RFID. Cette interface est conçue pour recevoir le signal harmonique rétrodiffusé par le transpondeur RFID et pour convertir la partie du signal liée à la troisième harmonique rétrodiffusée à la fréquence fondamentale du système pour retourner le signal converti au lecteur RFID conventionnel de sorte à pouvoir extraire l’information portée par le signal de la troisième harmonique rétrodiffusée. Cette interface est toutefois limitée à un usage avec un transpondeur RFID spécialement conçu pour avoir une efficacité radiative accrue pour la troisième harmonique. En outre, seule la troisième harmonique est exploitée par le lecteur selon Kumar. Malgré ces développements récents, compte tenu des amplitudes relatives des signaux d’interrogation et de réponse et des phénomènes de réflexion générés par l’environnement, il subsiste un effet dit d’éblouissement qui limite les performances de lecture. Ces réflexions sont présentes dans les environnements applicatifs de la RFID, et sont très sévères en présence de métal et d’eau, et dans les milieux à taux d’humidité important. Un objet de la présente invention est donc de proposer un système de communication RFID qui permette de pallier au moins un des inconvénients de l’état de l’art. Plus particulièrement, un objet de la présente invention est de proposer un système de communication RFID : qui permette de traiter à la fois la réponse d’un transpondeur à la fréquence fondamentale d’interrogation et la réponse du transpondeur à au moins une fréquence harmonique, et/ou dont l’usage ne requiert pas le développement de nouveaux transpondeurs, et/ou dont les performances de lecture ne sont pas limitées, à tout le moins significativement, par l’effet d’éblouissement susmentionné, et/ou qui permette de doter le lecteur RFID de nouvelles fonctionnalités grâce à des traitements électroniques et informatiques appropriés. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME Pour atteindre l’un au moins de ces objectifs, selon un premier aspect de l’invention, on prévoit un dispositif de communication complémentaire destiné à être couplé à un lecteur RFID fonctionnant à une fréquence fondamentale f 0 , le dispositif complémentaire étant essentiellement tel qu’il comprend : Une antenne RF pour recevoir, en réponse à un signal d’interrogation émis à la fréquence fondamentale f 0 par le lecteur RFID, un signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique par un transpondeur, le signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique étant à la fréquence n×f 0 où n est un nombre entier définissant l’ordre de l’harmonique considéré, Un premier circuit électronique destiné à être agencé en sortie du lecteur RFID pour prélever une image dudit signal d’interrogation, Un deuxième circuit électronique, fonctionnellement connecté au premier circuit électronique, pour générer un signal à la fréquence (n-1)×f 0 à partir de l’image du signal d’interrogation, et Un troisième circuit électronique, fonctionnellement connecté au deuxième circuit électronique et à l’antenne RF du dispositif complémentaire, pour générer un signal rétrodiffusé converti à la baisse, à partir du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n×f 0 et en fonction du signal à la fréquence (n-1)×f 0 précédemment généré, le signal rétrodiffusé converti à la baisse étant généré de sorte à être ramené à la fréquence fondamentale f 0 et étant destiné à être injecté, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID pour traitement. Ainsi, il est rendu possible pour le lecteur RFID équipé du dispositif complémentaire tel qu’introduit ci-dessus, de détecter les signaux harmoniques rétro-modulés par les transpondeurs RFID interrogés, et de les traiter pour les rendre exploitables directement par tout lecteur RFID. Il est dès lors permis de doter tout lecteur RFID de nouvelles fonctionnalités grâce à des traitements électroniques et/ou informatiques appropriés, en l’équipant du dispositif complémentaire tel qu’introduit ci-dessus. De manière facultative, le dispositif complémentaire tel qu’introduit ci-dessus peut comprendre en outre, lorsque le signal rétrodiffusé converti à la baisse est destiné à être injecté indirectement en entrée du lecteur RFID pour traitement, un combineur électronique, fonctionnellement connecté au troisième circuit électronique et destiné à être agencé en entrée du lecteur RFID pour : recevoir, depuis une antenne RF du lecteur RFID, un signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale f 0 par le transpondeur interrogé, combiner le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale f 0 et le signal rétrodiffusé converti à la baisse, et injecter le signal résultant de la combinaison en entrée du lecteur RFID pour traitement. Un deuxième aspect de l’invention concerne un lecteur RFID, de préférence un lecteur RFID Ultra Haute Fréquence (UHF), fonctionnant à la fréquence fondamentale f 0 et comprenant un dispositif complémentaire de communication RFID tel qu’introduit ci-dessus pour permettre la détection et le traitement d’au moins un signal harmonique rétrodiffusé par un transpondeur RFID interrogé. Un troisième aspect de l’invention concerne un système de communication RFID comprenant un lecteur RFID selon le deuxième aspect de l’invention et une pluralité de transpondeurs RFID. Les transpondeurs RFID de la pluralité peuvent être des transpondeurs RFID conventionnels du commerce. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La représente un schéma fonctionnel des circuits électroniques d’un dispositif complémentaire selon le premier aspect de l’invention insérable dans un lecteur RFID. La représente un exemple d’architecture électronique d’un dispositif complémentaire selon le premier aspect de l’invention insérable dans un lecteur RFID. La représente l’exemple de la configuré pour la détection et le traitement de la troisième harmonique du signal rétro-modulé par un transpondeur RFID. La représente une variante de l’exemple de la comprenant un combineur électronique. La représente l’exemple de la configuré pour la détection et le traitement de la deuxième harmonique du signal rétro-modulé par un transpondeur RFID. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention. Dispositif complémentaire (1) de communication RFID destiné à être couplé à un lecteur RFID (2) fonctionnant à une fréquence fondamentale f 0 , le dispositif complémentaire (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend : Une antenne RF (11) pour recevoir, en réponse à un signal d’interrogation émis à la fréquence fondamentale f0 par le lecteur RFID (2), un signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique par un transpondeur (3), le signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique étant à la fréquence n×f0 où n est un nombre entier définissant l’ordre de l’harmonique considéré, Un premier circuit électronique (12) destiné à être agencé en sortie du lecteur RFID (2) pour prélever une image dudit signal d’interrogation, Un deuxième circuit électronique (13), fonctionnellement connecté au premier circuit électronique (12), pour générer un signal à la fréquence (n-1)×f0 à partir de l’image du signal d’interrogation, et Un troisième circuit électronique (14), fonctionnellement connecté au deuxième circuit électronique (13) et à l’antenne RF (11) du dispositif complémentaire (1), pour générer un signal rétrodiffusé converti à la baisse, à partir du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n×f0 et en fonction du signal à la fréquence (n-1)×f0 précédemment généré, le signal rétrodiffusé converti à la baisse étant généré de sorte à être ramené à la fréquence fondamentale f0 et étant destiné à être injecté, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID (2) pour traitement. Dispositif complémentaire (1) selon la revendication 1, comprenant en outre, lorsque le signal rétrodiffusé converti à la baisse est destiné à être injecté indirectement en entrée du lecteur RFID (2) pour traitement, un combineur électronique (15), fonctionnellement connecté au troisième circuit électronique (14) et destiné à être agencé en entrée du lecteur RFID (2) pour : recevoir, depuis une antenne RF (21) du lecteur RFID (2), un signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale f 0 par le transpondeur (3) interrogé, combiner le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale f 0 et le signal rétrodiffusé converti à la baisse, et injecter le signal résultant de la combinaison en entrée du lecteur RFID (2) pour traitement. Dispositif complémentaire (1) selon la revendication 2, dans lequel le combineur électronique (15) est configuré pour une combinaison pondérée en module et/ou en phase du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale f 0 et du signal rétrodiffusé converti à la baisse. Dispositif complémentaire (1) selon la revendication 2, dans lequel le combineur électronique (15) est configuré pour une combinaison par alternance du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale f 0 et du signal rétrodiffusé converti à la baisse. Dispositif complémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit électronique (12) comprend un coupleur électronique (121). Dispositif complémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième circuit électronique (13) comprend successivement : Un multiplieur électronique de fréquence (131) relié fonctionnellement à une sortie du premier circuit électronique et configuré pour multiplier la fréquence de l’image du signal d’interrogation par un facteur égal à n-1, Un amplificateur électronique (132) pour amplifier l’image du signal d’interrogation tel que précédemment multiplié, Un filtre passe-bande (133) configuré pour filtrer l’image du signal d’interrogation tel que précédemment multiplié et amplifié en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence (n-1)×f 0 , et Un filtre coupe-bande (134) configuré pour filtrer l’image du signal d’interrogation tel que précédemment multiplié, amplifié et filtré en ne laissant pas passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale f 0 . Dispositif complémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le troisième circuit électronique (14) comprend, en sortie, un amplificateur électronique (146) pour amplifier le signal de sortie du troisième circuit électronique (14), une sortie de l’amplificateur électronique (146) étant destinée à être connectée, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID (2). Dispositif complémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le troisième circuit électronique (14) comprend un filtre passe-bande (145) configuré pour filtrer le signal le traversant en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale f 0 . Dispositif complémentaire (1) selon les deux revendications précédentes, dans lequel le troisième circuit électronique (14) comprend successivement : Un amplificateur électronique faible bruit (141) relié fonctionnellement à l’antenne RF (11) du dispositif complémentaire (1) et configuré pour amplifier le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n×f 0 , Un filtre passe-bande (142) configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n×f 0 tel que précédemment amplifié en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence n×f 0 , Un filtre coupe-bande (143) configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n×f 0 tel que précédemment amplifié et filtré en ne laissant pas passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale f 0 , Un mélangeur électronique (144) relié fonctionnellement à une sortie du deuxième circuit électronique (13) et configuré pour combiner le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n×f 0 tel que précédemment amplifié et doublement filtré et l’image du signal d’interrogation tel que précédemment multiplié, amplifié et filtré par le deuxième circuit électronique (13), Le filtre passe-bande (145) configuré pour filtrer le signal de sortie du mélangeur électronique (144), et L’amplificateur électronique (146) pour amplifier le signal de sortie du mélangeur électronique (144) tel que précédemment filtré. Dispositif complémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre entier n est égal à 3 de sorte que la fréquence harmonique n×f 0 corresponde au signal rétrodiffusé de troisième harmonique. Lecteur RFID (2) fonctionnant à la fréquence fondamentale f 0 et comprenant un dispositif complémentaire de communication RFID (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes pour permettre la détection et le traitement d’au moins un signal harmonique rétro-modulé par un transpondeur RFID interrogé. Système de communication RFID comprenant un lecteur RFID (2) selon la revendication précédente et une pluralité de transpondeurs RFID (3).