EP4416851A1 - Lecteur rfid et dispositif complémentaire associé - Google Patents

Lecteur rfid et dispositif complémentaire associé

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EP4416851A1
EP4416851A1 EP22800665.6A EP22800665A EP4416851A1 EP 4416851 A1 EP4416851 A1 EP 4416851A1 EP 22800665 A EP22800665 A EP 22800665A EP 4416851 A1 EP4416851 A1 EP 4416851A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
frequency
backscattered
electronic
rfid reader
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22800665.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Smail Tedjini
Dahmane ALLANE
Yvan DUROC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique
Grenoble Institute of Technology
École Centrale de Lyon
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
Grenoble Alpes University
Université Claude Bernard Lyon 1
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique
Grenoble Institute of Technology
École Centrale de Lyon
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
Grenoble Alpes University
Université Claude Bernard Lyon 1
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique, Grenoble Institute of Technology, École Centrale de Lyon, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Grenoble Alpes University, Université Claude Bernard Lyon 1 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique
Publication of EP4416851A1 publication Critical patent/EP4416851A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/77—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for interrogation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10316—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves using at least one antenna particularly designed for interrogating the wireless record carriers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs
    • G06K19/0726—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs the arrangement including a circuit for tuning the resonance frequency of an antenna on the record carrier
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    • G06K7/10366—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the interrogation device being adapted for miscellaneous applications
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/45—Transponders
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium

Definitions

  • RFID reader and associated complementary device
  • the present invention relates to the field of RFID communication systems (for “radio-identification”, from the English “radio frequency identification”). It finds for particularly advantageous applications the field of communications between a reader and passive UHF RFID transponders and the field of the Internet of Things (in English (the) Internet of Things or loT).
  • Radio Frequency Identification is a wireless data collection technology that is becoming very popular in many service, logistics, manufacturing, and security industries.
  • An RFID system is made up of at least one reader (or interrogator) and one transponder (or tag) both exchanging information wirelessly.
  • the transponder is generally fixed or linked to an object to be detected or monitored.
  • the reader acts as a base station, interacting with the transponder to read or write information.
  • the reader transfers energy wirelessly to the transponder by sending a power radio frequency (RF) which the transponder can take advantage of to get a power supply to operate and respond to a certain frequency using the backscatter modulation technique.
  • RF radio frequency
  • the passive UHF RFID transponder is equivalent to an antenna charged by a chip (integrated circuit).
  • One of the tasks the chip can perform is rectification, a function by which the chip obtains energy to function as a transponder.
  • a rectifier then converts the alternating current generated by the RF waves sent by the reader into direct current allowing the chip to carry out the rest of its functions as a transponder.
  • the architecture of the rectifier is generally based on a Cockcroft-Walton type circuit with two or more diode voltage doubler stages. The presence of these diodes determines the nonlinear behavior of the chip. Another task of the chip is to generate a response signal to the reader using the backscatter modulation technique. This task is also performed by non-linear components such as transistors.
  • the expression “passive RFID transponder” also designates a so-called semi-passive RFID transponder, the latter being able to communicate in exactly the same way as a passive RFID transponder, but with an energy source different, alternative or complementary, relative to that constituted by the radio frequency (RF) power received, to allow it to improve the reading range and/or allow additional functionalities.
  • the expression “passive RFID transponder” also includes an RFID transponder which uses the backscatter modulation technique to communicate with the reader, but whose chip is powered by another energy source such as a battery incorporated in the transponder or any other device using an external energy source such as a photovoltaic or vibratory source for example.
  • Such transponders are also called “passive battery-assisted tags”, or “semi-passive tags”, and correspond to class 3 transponders according to the world standardization organization EPC.
  • the chip does not need to include a rectifier to obtain continuous power from the RF signal emitted by the reader.
  • the non-linear behavior of the chip generates harmonic signals which are backscattered by the antenna of the tag.
  • the presence of these backscattered harmonics was not exploited, i.e. the reader and the transponder were designed to process only the fundamental frequency and not the harmonics.
  • RFID communication systems can be designed to handle not only the fundamental frequency, but also the harmonics.
  • Such an RFID communication system is for example envisaged in the patent document WO2014072812 A2 which proposes exploiting the presence of harmonics in the response signal of the transponders.
  • the signals at the interrogation frequency and at the harmonic frequency can be used to communicate different information, for example an identification code via the signal at the interrogation frequency and sensor measurement data via the signal at the harmonic frequency.
  • An object of the present invention is therefore to propose an RFID communication system which makes it possible to overcome at least one of the drawbacks of the state of the art.
  • an object of the present invention is to provide an RFID communication system: - which makes it possible to process both the response of a transponder at the fundamental interrogation frequency and the response of the transponder at at least one harmonic frequency, and/or
  • an additional communication device intended to be coupled to an RFID reader operating at a fundamental frequency f 0 , the additional device being essentially such that 'He understands :
  • An RF antenna for receiving, in response to an interrogation signal emitted at the fundamental frequency fo by the RFID reader, a response signal backscattered at a harmonic frequency by a transponder, the response signal backscattered at a harmonic frequency being at the frequency nxf 0 where n is an integer defining the order of the considered harmonic,
  • a first electronic circuit intended to be arranged at the output of the RFID reader to take an image of said interrogation signal
  • a second electronic circuit functionally connected to the first electronic circuit, to generate a signal at the frequency (n-1)xf 0 from the image of the interrogation signal
  • a third electronic circuit operatively connected to the second electronic circuit and to the RF antenna of the complementary device, for generating a down-converted backscattered signal, from the backscattered response signal at the harmonic frequency nxf 0 and depending on the signal at the frequency (n-1)xf 0 previously generated, the downconverted backscattered signal being generated so as to be brought back to the fundamental frequency fo and being intended to be injected, directly or indirectly, at the input of the RFID reader for processing , so that the RFID reader can extract information carried by the backscattered response signal.
  • the RFID reader equipped with the additional device as introduced above to detect the harmonic signals retro-modulated by the interrogated RFID transponders, and to process them to make them usable directly by any RFID reader. It is therefore permitted to equip any RFID reader with new functionalities thanks to appropriate electronic and/or computer processing, by equipping it with the additional device as introduced above.
  • the complementary device as introduced above may further comprise, when the downconverted backscattered signal is intended to be injected indirectly at the input of the RFID reader for processing, an electronic combiner, functionally connected to the third circuit electronic and intended to be arranged at the input of the RFID reader for:
  • a second aspect of the invention relates to an RFID reader, preferably an Ultra High Frequency (UHF) RFID reader, operating at the fundamental frequency fo and comprising a complementary RFID communication device as introduced above to allow the detection and the processing of at least one harmonic signal backscattered by an interrogated RFID transponder, so as to extract therefrom information carried by the backscattered harmonic signal.
  • UHF Ultra High Frequency
  • a third aspect of the invention relates to an RFID communication system comprising an RFID reader according to the second aspect of the invention and a plurality of RFID transponders.
  • the plurality of RFID transponders may be conventional off-the-shelf RFID transponders.
  • FIG. 1 represents a block diagram of the electronic circuits of a complementary device according to the first aspect of the invention which can be inserted into an RFID reader.
  • FIG. 2 represents an example of electronic architecture of a complementary device according to the first aspect of the invention which can be inserted into an RFID reader.
  • FIG. 3 represents the example of FIG. 2 configured for the detection and processing of the third harmonic of the signal back-modulated by an RFID transponder.
  • Figure 4 shows a variant of the example of figure 2 comprising an electronic combiner.
  • Figure 5 represents the example of Figure 2 configured for the detection and processing of the second harmonic of the signal back-modulated by an RFID transponder.
  • the electronic combiner is configured for a modulus- and/or phase-weighted combination of the backscattered response signal at the fundamental frequency fo and the down-converted backscattered signal.
  • the electronic combiner is configured for an alternating combination of the backscattered response signal at the fundamental frequency fo and the down-converted backscattered signal.
  • the response signal backscattered at the fundamental frequency f and the response signal backscattered at the harmonic frequency n*f 0 carry the same information.
  • the first electronic circuit comprises an electronic coupler.
  • the second electronic circuit successively comprises:
  • An electronic frequency multiplier functionally connected to an output of the first electronic circuit and configured to multiply the frequency of the image of the interrogation signal by a factor equal to n-1,
  • a band-pass filter configured to filter the image of the interrogation signal as previously multiplied and amplified by allowing a frequency interval centered on the frequency (n-1)xf 0 to pass
  • the third electronic circuit comprises, at the output, an electronic amplifier for amplifying the output signal of the third electronic circuit, an output of the electronic amplifier being intended to be connected, directly or indirectly, to the input of the RFID reader.
  • the complementary device thus makes it possible to raise the level of the backscattered signal converted downwards before being injected into the input of the RFID reader for processing.
  • the third electronic circuit comprises a band-pass filter configured to filter the signal passing through it by allowing a frequency interval centered on the fundamental frequency fo to pass.
  • the additional device thus makes it possible to prevent the transposition of ambient 4G LTE frequencies into the frequency band dedicated to UHF RFID (whether ETSI (for European Telecommunications Standards Institute) or FCC (for Federal Communications Commission, or in French: Federal Communications Commission)).
  • the third electronic circuit comprises successively:
  • a low-noise electronic amplifier functionally connected to the RF antenna of the complementary device and configured to amplify the backscattered response signal at the harmonic frequency nxf 0 ,
  • a band-pass filter configured to filter the response signal backscattered at the harmonic frequency nxf 0 as previously amplified by allowing a frequency interval centered on the frequency nxf 0 to pass
  • a notch filter configured to filter the response signal backscattered at the harmonic frequency nxf 0 as previously amplified and filtered by not letting through a frequency interval centered on the fundamental frequency fo,
  • An electronic mixer functionally connected to an output of the second electronic circuit and configured to combine the response signal backscattered at the harmonic frequency nxf 0 as previously amplified and doubly filtered and the image of the interrogation signal as previously multiplied, amplified and filtered by the second electronic circuit,
  • the bandpass filter configured to filter the output signal of the electronic mixer
  • the electronic amplifier to amplify the output signal of the electronic mixer as previously filtered.
  • the integer n is equal to 3 so that the frequency harmonic nxf 0 corresponds to the third harmonic backscattered signal.
  • each backscattered signal is more particularly a back-modulated signal.
  • the complementary device further comprises at least one electronic circulator. More particularly, the complementary device comprises at least two circulators, preferably three circulators, among:
  • At least one second circulator preferably two circulators, connected in series, arranged downstream of the first electronic circuit and intended to be connected, directly or indirectly, to an RF antenna of the RFID reader.
  • This patent application relates to a new radiofrequency system for detecting and processing the signals generated by retro-modulation by the transponders interrogated by an RFID reader.
  • the goal here is to exploit the presence of these harmonics by a specific RF hardware architecture, allowing the detection and electronic processing not only of the response signal backscattered at the fundamental frequency fo (see “Response fo”), but also of at least one response signal backscattered at a harmonic frequency (Cf. "Response nfo”), before injecting them into the traditional reception chain of an RFID reader 2.
  • the joint use of the signal at the fundamental frequency (Cf "Response fo") of reader 2 and signals at harmonic frequencies (Cf. "Response nfo”) makes it possible to improve the performance of reader 2 as quantified, for example, by the reading rate or the error rate binary in the presence of noise.
  • the addition of the complementary device 1 according to the first aspect of the invention to a conventional RFID reader 2 opens the way to equipping the conventional reader with new functionalities thanks to appropriate software processing.
  • the first aspect of the invention relates to an additional device 1 intended to be fitted to an RFID reader 2 whether the latter is conventional or being designed.
  • the complementary device 1 according to the first aspect of the invention has an RF antenna 11 and electronic circuits 12, 13 and 14 which can be inserted into an RFID reader, connected to the other electronic components of the RFID reader, and arranged together according to a diagram functional as shown in Figure 1.
  • the complementary device 1 comprises:
  • An RF antenna 11 to receive, in response to an interrogation signal (cf. "Interrogation fo") emitted at the fundamental frequency fo by the RFID reader 2, a response signal backscattered at a harmonic frequency (cf. "Answer nfo”) by a transponder 3,
  • a first electronic circuit 12 intended to be arranged at the output of the RFID reader 2 to take an image of said interrogation signal
  • a second electronic circuit 13 functionally connected to the first electronic circuit 12, to generate a signal at the frequency (n-1)xf 0 from the image of the interrogation signal, and
  • a third electronic circuit 14 functionally connected to the second electronic circuit 13 and to the RF antenna 11 of the complementary device 1, to generate a down-converted backscattered signal, from the backscattered response signal at the harmonic frequency nxf 0 and as a function of the signal at the frequency (n-1)xf 0 previously generated.
  • the response signal backscattered at a harmonic frequency is at the frequency n ⁇ f 0 where n is an integer defining the order of the harmonic considered.
  • the down-converted backscattered signal is generated so as to be brought back to the fundamental frequency fo and is intended to be injected, directly or indirectly, at the input of the RFID reader 2 for processing.
  • the functional diagram of the complementary device 1 does not necessarily include an electronic combiner 15 and the signal to be processed passes directly from the output of the third electronic circuit 14 to the input of the RFID reader 2.
  • the electronic components and the connection lines shown in long dashes in FIG. 1 indicate their optionality in the functional diagram of the complementary device 1.
  • the RF antenna 21 has been represented in a cloud to illustrate the fact that it does not belong to the complementary device 1, but to the RFID reader 2.
  • Two different modalities are considered to combine between the backscattered response signal at the fundamental frequency fo and the down-converted backscattered signal.
  • the choice of one or other of these methods can be set by the user.
  • the electronic combiner 15 is configured for a weighted combination in modulus and/or in phase of the response signal backscattered at the fundamental frequency fo and of the backscattered signal converted downwards.
  • the electronic combiner 15 is configured for a combination by alternation of the response signal backscattered at the fundamental frequency fo and of the backscattered signal converted downwards.
  • the variant of the complementary device 1 comprising an electronic combiner 15 makes it possible to increase, or at the very least to test, the robustness with which the complementary device detects and processes the considered harmonic.
  • the RFID reader 2 according to the second aspect of the invention can be a conventional commercial RFID reader to which the complementary device 1 according to the first aspect of the invention has been added or an RFID reader which from its conception includes the complementary device 1 according to the first aspect of the invention.
  • the present invention proposes a solution making it possible to "modernize” these RFID readers already deployed, without requiring replacement, but simply adding to their electronic architecture. electronic components of complementary device 1 according to the first aspect of the invention.
  • the second aspect of the present invention covers both of these possibilities.
  • the first electronic circuit 12 may comprise, or even consist of, an electronic coupler 121. It should be noted here that, on either side of the first electronic circuit 12, there may be provided at least two, or even three, electronic circulators 161, 162 and 163 .
  • a first circulator 161 arranged upstream of the first electronic circuit 12 and intended to be connected, directly or indirectly, to the input of the RFID reader 2, and
  • the second electronic circuit 13 may successively comprise:
  • An electronic frequency multiplier 131 functionally connected to an output of the first electronic circuit and configured to multiply the frequency of the image of the interrogation signal by a factor equal to n - 1,
  • An electronic amplifier 132 to amplify the image of the interrogation signal as previously multiplied
  • a band-pass filter 133 configured to filter the image of the interrogation signal as previously multiplied and amplified by allowing a frequency interval centered on the frequency (n-1)xf 0 to pass, and
  • a notch filter 134 configured to filter the residue of the signal at the fundamental frequency resulting from the image of the interrogation signal as previously multiplied, amplified and filtered so as not to let pass a frequency interval centered on the fundamental frequency fo.
  • FIG. 13 Other electronic diagrams of the second electronic circuit 13 can, if necessary, be envisaged. These other diagrams implement, for example, the same electronic functions as those of the various components 131 to 134 listed above, but in a different order and/or with an adaptation of said functions which are deemed to fall within the ordinary skills of man. of career. For example, when n>2, obtaining the frequency (n-1)xf 0 may require such an adaptation. In addition, such other electronic diagrams may allow the implementation of other functions in particular filtration, multiplication and/or amplification, as an alternative or in addition to the electronic functions of the various components 131 to 134 listed above. Furthermore, note that, to receive an RF signal at the harmonic frequency 2f0, the multiplier 131 is not necessary. In this case, and as illustrated in figure 5, the second electronic circuit 13 can even be reduced to a simple connection wire between an output of the electronic coupler 121 and an input of the electronic mixer (or mixer) 144.
  • the third electronic circuit 14 includes at least one of a band pass filter 145 and an electronic amplifier 146.
  • the third electronic circuit 14 may in fact comprise the band-pass filter 145 mentioned above.
  • the latter is then configured to filter the signal passing through it by allowing a frequency interval centered on the fundamental frequency fo to pass.
  • the complementary device 1 thus makes it possible to prevent the transposition of ambient 4G LTE frequencies into the frequency band dedicated to the UHF RFID method (whether ETSI or FCC). Interference is thus avoided between the 4G LTE communication techniques and the RFID communication technique (preferably UHF) implemented in the case of the present invention, such interference being all the more to be dealt with as the environment application of the RFID communication system can induce very severe signal reflections, for example in the presence of metal and water, and in environments with a high level of humidity.
  • the third electronic circuit 14 may comprise, at output, the aforementioned electronic amplifier 146, the latter is configured to amplify the output signal of the third electronic circuit 14. An output of the electronic amplifier 146 is then intended to be connected, directly or indirectly, at the input of the RFID reader 2.
  • the complementary device 1 thus makes it possible to raise the level of the backscattered signal converted downwards before being injected at the input of the RFID reader 2 for its processing.
  • the third electronic circuit 14 successively comprises, according to its embodiment illustrated in FIG. 2:
  • a low-noise electronic amplifier 141 functionally connected to the RF antenna 11 of the complementary device 1 and configured to amplify the backscattered response signal at the harmonic frequency nxf 0 ,
  • a band-pass filter 142 configured to filter the response signal backscattered at the harmonic frequency nxf 0 as previously amplified by allowing a frequency interval centered on the frequency nxf 0 to pass,
  • a notch filter 143 configured to filter the backscattered response signal at the harmonic frequency nxf 0 as previously amplified and filtered by not allowing a frequency interval centered on the fundamental frequency f 0 to pass,
  • An electronic mixer 144 functionally connected to an output of the second electronic circuit 13 and configured to combine the response signal backscattered at the harmonic frequency nxf 0 as previously amplified and doubly filtered and the image of the interrogation signal as previously multiplied , amplified and filtered by the second electronic circuit 13,
  • the band pass filter 145 configured to filter the output signal of the electronic mixer 144
  • the electronic amplifier 146 to amplify the output signal of the electronic mixer 144 as previously filtered.
  • band-stop filter 143 makes it possible to cancel all parasitic components at the frequency f 0 , that emitted by the RFID reader 2 (of the order of a watt) and/or that coupled on the channel n*fo (of the order of a few tens of nanowatts) resulting from the retro-modulation of the transponder 3 at the frequency fo.
  • the level of the signals fo emitted by the RFID reader 2, as well as that of the signals generated by retro-modulation by the transponder 3, are much higher than the level of the signal at the harmonic frequency n*fo generated by the transponder 3.
  • the third electronic circuit 14, thanks in particular to its notch filter 143, thus has the advantage of ensuring that the down-converted backscattered signal, generated by the third electronic circuit 14 and intended to be injected in input of the RFID reader 2, is not, or is much less, affected by the unavoidable presence of signals from higher levels. This ultimately ensures a satisfactory quality of reading of the information carried by the response signal backscattered at the harmonic frequency n*fo.
  • FIG. 3 illustrates nothing other than the electronic architecture represented in FIG. 2 for a value of the integer n is equal to 3 so that the harmonic frequency n ⁇ f 0 corresponds to the third harmonic backscattered signal.
  • FIG. 4 illustrates nothing other than the electronic architecture represented in FIG. 2 to which has been added, in a suitable manner, the electronic combiner 15 as described above with reference to FIG. 1. It is observed, in FIG. 4, that a first input of the combiner 15 is directly connected to the output of the third electronic circuit 14 and that a second input of the combiner 15 is connected to the RF antenna 21 of the RFID reader 2, if necessary by through an electronic circulator such as the aforementioned electronic circulator 163; the output of the combiner 15 is for its part connected to the input of the RFID reader 2, where appropriate via an electronic circulator such as the electronic circulator 161 mentioned above.
  • a third aspect of the invention relates to an RFID communication system comprising an RFID reader 2 according to the second aspect of the invention and a plurality of RFID transponders 3.
  • the invention is particularly suitable to an implementation within the framework of the communication technology known under the acronym RFID UHF.
  • the RFID transponders 3 of the aforementioned plurality are preferably UHF RFID transponders.
  • the present invention makes it possible to exploit the harmonic signals of RFID transponders regardless of their design. It can thus advantageously be conventional RFID transponders on the market, and not necessarily RFID transponders specially designed to allow exploitation of harmonic signals.
  • the response signal backscattered at the fundamental frequency fo and the response signal backscattered at the harmonic frequency nxf 0 carry the same information, which seems necessary when the second modality mentioned above is implemented for the electronic combiner 15, it is not however excluded that these signals carry different information between them; this last possibility being for example compatible with the implementation of the above-mentioned first modality for the electronic combiner 15.
  • first complementary device and a second complementary device one specific to a harmonic order different from the other, be intended to equip the RFID reader.
  • a switch arranged in the first and second complementary devices can be configured to allow the RFID reader to alternately exploit the harmonic of a given order, then the other.
  • the harmonics of the two different orders between them are exploited jointly.

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Abstract

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 f0 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.

Description

« Lecteur RFID et dispositif complémentaire associé »
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
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 loT).
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 rétrod iff usées 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 « Harmonie 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. L’interface proposée par Kumar et al. ne permet pas d’extraire l’information contenue dans le signal harmonique rétrodiffusée par un transpondeur RFID conventionnel. En outre, seuls des transpondeurs RFID non-conventionnels, spécialement conçus pour fonctionner à la fréquence harmonique, peuvent être exploités 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 DE L’INVENTION
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 f0, 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 fo 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 nxf0 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)xf0 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 nxf0 et en fonction du signal à la fréquence (n-1)xf0 précédemment généré, le signal rétrodiffusé converti à la baisse étant généré de sorte à être ramené à la fréquence fondamentale fo et étant destiné à être injecté, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID pour traitement, de sorte que le lecteur RFID puisse extraire une information portée par le signal de réponse rétrodiffusé. 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 fo par le transpondeur interrogé,
- combiner le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo 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 fo 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, de sorte à en extraire une information portée par le signal harmonique rétrodiffusé.
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 figure 1 représente un schéma fonctionnel des circuits électroniques d’un dispositif complémentaire selon le premier aspect de l’invention insérable dans un lecteur RFID.
La figure 2 représente un exemple d’architecture électronique d’un dispositif complémentaire selon le premier aspect de l’invention insérable dans un lecteur RFID. La figure 3 représente l’exemple de la figure 2 configuré pour la détection et le traitement de la troisième harmonique du signal rétro-modulé par un transpondeur RFID.
La figure 4 représente une variante de l’exemple de la figure 2 comprenant un combineur électronique.
La figure 5 représente l’exemple de la figure 2 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.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, le combineur électronique est configuré pour une combinaison pondérée en module et/ou en phase du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo et du signal rétrodiffusé converti à la baisse.
En alternative à l’exemple précédent, le combineur électronique est configuré pour une combinaison par alternance du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo et du signal rétrodiffusé converti à la baisse.
Selon un exemple, le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale foet le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n*f0 porte une même information.
Selon un exemple, le premier circuit électronique comprend un coupleur électronique.
Selon un exemple, le deuxième circuit électronique comprend successivement :
- Un multiplieur électronique de fréquence 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 pour amplifier l’image du signal d’interrogation tel que précédemment multiplié,
- Un filtre passe-bande 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)xf0, et
- Un filtre coupe-bande 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 fo. Selon un exemple, le troisième circuit électronique comprend, en sortie, un amplificateur électronique pour amplifier le signal de sortie du troisième circuit électronique, une sortie de l’amplificateur électronique étant destinée à être connectée, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID. Le dispositif complémentaire permet ainsi de rehausser le niveau du signal rétrodiffusé converti à la baisse avant d’être injecté en entrée du lecteur RFID pour traitement.
Selon un autre exemple, alternatif ou complémentaire de l’exemple précédent, le troisième circuit électronique comprend un filtre passe-bande configuré pour filtrer le signal le traversant en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale fo. Le dispositif complémentaire permet ainsi de prévenir la transposition des fréquences 4G LTE ambiantes dans la bande de fréquence dédiée à la RFID UHF (quelles soient ETSI (pour European Telecommunications Standards Institute, ou en français : Institut européen des normes de télécommunications) ou FCC (pour Federal Communications Commission, ou en français : Commission fédérale des communications)).
Selon les deux exemples précédents, le troisième circuit électronique comprend successivement :
- Un amplificateur électronique faible bruit relié fonctionnellement à l’antenne RF du dispositif complémentaire et configuré pour amplifier le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0,
- Un filtre passe-bande configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 tel que précédemment amplifié en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence nxf0,
- Un filtre coupe-bande configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 tel que précédemment amplifié et filtré en ne laissant pas passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale fo,
- Un mélangeur électronique relié fonctionnellement à une sortie du deuxième circuit électronique et configuré pour combiner le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 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,
- Le filtre passe-bande configuré pour filtrer le signal de sortie du mélangeur électronique, et
- L’amplificateur électronique pour amplifier le signal de sortie du mélangeur électronique tel que précédemment filtré.
Selon un exemple, le nombre entier n est égal à 3 de sorte que la fréquence harmonique nxf0 corresponde au signal rétrodiffusé de troisième harmonique.
Selon un exemple, chaque signal rétrodiffusé est plus particulièrement un signal rétro- modulé.
Selon un exemple, le dispositif complémentaire comprend en outre au moins un circulateur électronique. Plus particulièrement, le dispositif complémentaire comprend au moins deux circulateurs, de préférence trois circulateurs, parmi :
- au moins un premier circulateur agencé en amont du premier circuit électronique et destiné à être connecté, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID, et
- au moins un second circulateur, de préférence deux circulateurs, branché(s) en série, agencé(s) en aval du premier circuit électronique et destiné(s) à être connecté(s), directement ou indirectement, à une antenne RF du lecteur RFID.
La présente demande de brevet concerne un nouveau système radiofréquence de détection et de traitement des signaux générés par rétro-modulation par les transpondeurs interrogés par un lecteur RFID.
En référence à la figure 2, dans le cas de la RFID UHF, lorsque les transpondeurs 3 sont interrogés (Cf. « Interrogation fo ») par le lecteur RFID 2, ils génèrent un signal rétro- modulé (Cf. « Réponse fo ») à la fréquence d’interrogation fo du lecteur. Il a été démontré qu’ils génèrent aussi des signaux aux fréquences harmoniques de puissance significative (Cf. « Réponse nfo »), notamment pour les premières harmoniques d’ordre 2 et 3.
Le but est ici d’exploiter la présence de ces harmoniques par une architecture matérielle RF spécifique, permettant la détection et le traitement électronique non seulement du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo (Cf. « Réponse fo »), mais également d’au moins un signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique (Cf. « Réponse nfo »), avant de les injecter dans la chaine de réception traditionnelle d’un lecteur RFID 2. L’utilisation conjointe du signal à la fréquence fondamentale (Cf. « Réponse fo ») du lecteur 2 et des signaux aux fréquences harmoniques (Cf. « Réponse nfo ») permet d’améliorer les performances du lecteur 2 telles que quantifiées, par exemple, par le taux de lecture ou le taux d’erreur binaire en présence de bruit. De surcroît, l’ajout du dispositif complémentaire 1 selon le premier aspect de l’invention à un lecteur RFID 2 conventionnel ouvre la voie pour doter le lecteur conventionnel de nouvelles fonctionnalités grâce à des traitements logiciels appropriés.
Plus particulièrement, le premier aspect de l’invention concerne un dispositif complémentaire 1 destiné à venir équiper un lecteur RFID 2 que ce dernier soit conventionnel ou en cours de conception. Le dispositif complémentaire 1 selon le premier aspect de l’invention présente une antenne RF 11 et des circuits électroniques 12, 13 et 14 insérables dans un lecteur RFID, de façon connectée aux autres composants électroniques du lecteur RFID, et agencés entre eux selon un schéma fonctionnel tel que représenté sur la figure 1.
Plus particulièrement, le dispositif complémentaire 1 comprend :
- Une antenne RF 11 pour recevoir, en réponse à un signal d’interrogation (Cf. « Interrogation fo ») émis à la fréquence fondamentale fo par le lecteur RFID 2, un signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique (Cf. « Réponse nfo ») par un transpondeur 3,
- 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)xf0 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 nxf0 et en fonction du signal à la fréquence (n-1)xf0 précédemment généré.
D’une part, le signal de réponse rétrodiffusé à une fréquence harmonique est à la fréquence nxf0 où n est un nombre entier définissant l’ordre de l’harmonique considéré.
D’autre part, le signal rétrodiffusé converti à la baisse est généré de sorte à être ramené à la fréquence fondamentale fo et est destiné à être injecté, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID 2 pour traitement. L’on parle souvent, dans ce cas, d’une translation de fréquence.
Lorsque le signal rétrodiffusé converti à la baisse est destiné à être injecté directement en entrée du lecteur RFID 2 pour traitement, le schéma fonctionnel du dispositif complémentaire 1 ne comprend pas nécessairement de combineur électronique 15 et le signal à traiter transite directement depuis la sortie du troisième circuit électronique 14 vers l’entrée du lecteur RFID 2. Les composants électroniques et les lignes de connexion représentées en tirets longs sur la figure 1 indiquent leur optionalité dans le schéma fonctionnel du dispositif complémentaire 1. D’autre part, l’antenne RF 21 a été représentée dans un nuage pour illustrer le fait qu’elle n’appartient pas au dispositif complémentaire 1 , mais au lecteur RFID 2.
C’est lorsque le signal rétrodiffusé converti à la baisse est destiné à être injecté indirectement en entrée du lecteur RFID 2 pour son traitement, qu’un combineur électronique 15, fonctionnellement connecté au troisième circuit électronique 14 et destiné à être agencé en entrée du lecteur RFID 2 est prévu pour :
- recevoir, depuis une antenne RF 21 du lecteur RFID 2, un signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo par le transpondeur 3 interrogé (le signal peut alors être plus particulièrement disponible sur la sortie 163 illustrée de la figure 4),
- combiner entre eux le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo et le signal rétrodiffusé converti à la baisse, et
- injecter le signal résultant de la combinaison en entrée du lecteur RFID 2 pour son traitement.
Deux modalités différentes sont envisagées pour combiner entre le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo et le signal rétrodiffusé converti à la baisse. Le choix de l’une ou l’autre de ces modalités peut être fixé par l’utilisateur.
Selon la première des deux modalités envisagées, 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 fo et du signal rétrodiffusé converti à la baisse.
Selon la seconde des deux modalités envisagées, le combineur électronique 15 est configuré pour une combinaison par alternance du signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo et du signal rétrodiffusé converti à la baisse.
Quel que soit la modalité mise en œuvre, l’on comprend que la variante du dispositif complémentaire 1 comprenant un combineur électronique 15 permet d’augmenter, ou à tout le moins de tester, la robustesse avec laquelle le dispositif complémentaire détecte et traite l’harmonique considéré.
Notons ici que, une fois injecté en entrée du lecteur RFID 2, le signal à traiter l’est de façon potentiellement standard, c’est-à-dire de la façon dont un lecteur RFID conventionnel du commerce traite tout signal d’entrée.
À ce stade de la description, on comprend que le lecteur RFID 2 selon le deuxième aspect de l’invention peut être un lecteur RFID conventionnel du commerce auquel a été ajouté le dispositif complémentaire 1 selon le premier aspect de l’invention ou un lecteur RFID qui dès sa conception comprend le dispositif complémentaire 1 selon le premier aspect de l’invention. Au vu du grand nombre de lecteurs RFID déjà déployés à travers le monde, il est intéressant que la présente invention propose une solution permettant de « moderniser » ces lecteurs RFID déjà déployés, sans nécessiter le remplacement, mais simplement l’ajout à leur architecture électronique des composants électroniques du dispositif complémentaire 1 selon le premier aspect de l’invention. Le deuxième aspect de la présente invention couvre ces deux possibilités.
En référence à la figure 2, un mode de réalisation de chacun parmi les premier, deuxième et troisième circuits électroniques 12, 13 et 14 vont être décrits ci-dessous.
Le premier circuit électronique 12 peut comprendre, voire consister en, un coupleur électronique 121. Notons ici que, de part et d’autre du premier circuit électronique 12, peuvent être prévus au moins deux, voire trois, circulateurs électroniques 161 , 162 et 163.
Parmi ces trois circulateurs électroniques, l’on trouve, sur la figure 2 :
- un premier circulateur 161 agencé en amont du premier circuit électronique 12 et destiné à être connecté, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID 2, et
- deux circulateurs 162 et 163 branchés en série, agencés en aval du premier circuit électronique 12 et destiné à être connecté, directement ou indirectement, à une antenne RF 21 du lecteur RFID 2.
Selon l’exemple illustré sur la figure 2, le deuxième circuit électronique 13 peut comprendre 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)xf0, et
- Un filtre coupe-bande 134 configuré pour filtrer le résidu du signal à la fréquence fondamentale issu de l’image du signal d’interrogation tel que précédemment multiplié, amplifié et filtré pour ne pas laisser passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale fo.
D’autres schémas électroniques du deuxième circuit électronique 13 peuvent le cas échéant être envisagés. Ces autres schémas mettent par exemple en œuvre les mêmes fonctions électroniques que celles des différents composants 131 à 134 listés ci-dessus, mais dans un ordre différent et/ou avec une adaptation desdites fonctions qui sont jugés du ressort des compétences ordinaires de l’homme du métier. Par exemple, dès lors que n>2, l’obtention de la fréquence (n-1)xf0 peut nécessiter une telle adaptation. En outre, de tels autres schémas électroniques peuvent permettre la mise en œuvre d’autres fonctions notamment de filtration, de multiplication et/ou d’amplification, en alternative ou en plus des fonctions électroniques des différents composants 131 à 134 listés ci-dessus. Par ailleurs, notons que, pour recevoir un signal RF à la fréquence harmonique 2fo, le multiplieur 131 n’est pas nécessaire. Dans ce cas, et comme illustré sur la figure 5, le deuxième circuit électronique 13 peut même être réduit à un simple fil de connexion entre une sortie du coupleur électronique 121 et une entrée du mélangeur (ou mixeur) électronique 144.
Le troisième circuit électronique 14 comprend au moins l’un parmi un filtre passe- bande 145 et un amplificateur électronique 146.
Le troisième circuit électronique 14 peut en effet comprendre le filtre passe-bande 145 susmentionné. Ce dernier est alors configuré pour filtrer le signal le traversant en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale fo. Le dispositif complémentaire 1 permet ainsi de prévenir la transposition des fréquences 4G LTE ambiantes dans la bande de fréquence dédiée à la méthode RFID UHF (quelles soient ETSI ou FCC). L’on évite ainsi des interférences entre les techniques de communication 4G LTE et la technique de communication RFID (de préférence UHF) mise en œuvre dans le cas de la présente invention, de telles interférences étant d’autant plus à traiter que l’environnement applicatif du système de communication RFID peut induire des réflexions de signaux très sévères, par exemple en présence de métal et d’eau, et dans les milieux à taux d’humidité important.
En alternative ou en complément, le troisième circuit électronique 14 peut comprendre, en sortie, l’amplificateur électronique 146 susmentionné, ce dernier est configuré pour amplifier le signal de sortie du troisième circuit électronique 14. Une sortie de l’amplificateur électronique 146 est alors destinée à être connectée, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID 2. Le dispositif complémentaire 1 permet ainsi de rehausser le niveau du signal rétrodiffusé converti à la baisse avant d’être injecté en entrée du lecteur RFID 2 pour son traitement.
Plus particulièrement, le troisième circuit électronique 14 comprend successivement, selon son mode de réalisation illustrée sur la figure 2 :
- 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 nxf0,
- Un filtre passe-bande 142 configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 tel que précédemment amplifié en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence nxf0,
- Un filtre coupe-bande 143 configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 tel que précédemment amplifié et filtré en ne laissant pas passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale f0,
- 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 nxf0 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.
L’utilisation du filtre coupe-bande 143 permet d’annuler toutes composantes parasites à la fréquence f0, celle émise par le lecteur RFID 2 (de l’ordre du watt) et/ou celle couplée sur la voie n*fo (de l’ordre de quelques dizaines de nanowatts) issue de la retro-modulation du transpondeur 3 à la fréquence fo.
En effet, le niveau des signaux fo émis par le lecteur RFID 2, ainsi que celui des signaux générés par retro-modulation par le transpondeur 3, sont très supérieurs au niveau du signal à la fréquence harmonique n*fo généré par le transpondeur 3. Le troisième circuit électronique 14, grâce en particulier à son filtre coupe-bande 143, présente ainsi l’avantage de s’assurer de ce que le signal rétrodiffusé converti à la baisse, généré par le troisième circuit électronique 14 et destiné à être injecté en entrée du lecteur RFID 2, ne soit pas, ou soit beaucoup moins, affecté par la présence inéluctable des signaux de niveaux supérieurs. L’on s’assure ainsi in fine une qualité de lecture satisfaisante de l’information portée par le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique n*fo.
La figure 3 n’illustre rien d’autre que l’architecture électronique représentée sur la figure 2 pour une valeur du nombre entier n est égale à 3 de sorte que la fréquence harmonique nxf0 corresponde au signal rétrodiffusé de troisième harmonique.
La figure 4 n’illustre rien d’autre que l’architecture électronique représentée sur la figure 2 à laquelle a été ajouté, de façon adaptée, le combineur électronique 15 tel que décrit ci-dessus en référence à la figure 1. On observe, sur la figure 4, qu’une première entrée du combineur 15 est directement connectée à la sortie du troisième circuit électronique 14 et qu’une seconde entrée du combineur 15 est connectée à l’antenne RF 21 du lecteur RFID 2, le cas échéant par l’intermédiaire d’un circulateur électronique tel que le circulateur électronique 163 susmentionné ; la sortie du combineur 15 est quant à elle connectée à l’entrée du lecteur RFID 2, le cas échéant par l’intermédiaire d’un circulateur électronique tel que le circulateur électronique 161 susmentionné.
Comme introduit plus haut, un troisième aspect de l’invention concerne un système de communication RFID comprenant un lecteur RFID 2 selon le deuxième aspect de l’invention et une pluralité de transpondeurs RFID 3. Comme mentionné en introduction, l’invention est particulièrement adaptée à une mise en œuvre dans le cadre de la technologie de communication connue sous l’acronyme RFID UHF. Ainsi, les transpondeurs RFID 3 de la pluralité susmentionnée sont de préférence des transpondeurs RFID UHF. Par ailleurs, la présente invention permet d’exploiter les signaux harmoniques des transpondeurs RFID quelle que soit leur conception. Il peut ainsi s’agir avantageusement de transpondeurs RFID conventionnels du commerce, et non nécessairement de transpondeurs RFID spécialement conçus pour permettre une exploitation des signaux harmoniques.
Grâce à l’exploitation conjointe des signaux rétro-modulés par les transpondeurs RFID, de préférence UHF, à la fréquence fondamentale et aux fréquences harmoniques, exploitation rendue possible par le dispositif complémentaire 1 décrit ci-dessus, il est permis d’envisager de nouvelles fonctionnalités pour le lecteur RFID 2 comprenant ledit dispositif complémentaire 1. Parmi ces nouvelles fonctionnalités, l’on peut citer :
- La lecture des transpondeurs RFID 3 dans des zones géographiques spécifiques à l’intérieur même d’un champ de lecture du lecteur 2 utilisé traditionnellement en utilisant des antennes spécifiques ;
- La lecture de plusieurs informations en parallèle : identifiant de chaque transpondeur RFID 3, mais aussi tout autre type de données en provenance de chaque transpondeur RFID 3 (par exemple capture d’informations, telles que température, humidité, vibration, ...) par l’exploitation des canaux fréquentiels harmoniques.
Ainsi, s’il est envisagé que le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo et le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 portent une même information, ce qui semble nécessaire lorsqu’est mise en œuvre la deuxième modalité susmentionnée pour le combineur électronique 15, il n’est pas pour autant exclu que ces signaux portent des informations différentes entre elles ; cette dernière possibilité étant par exemple compatible avec la mise en œuvre de la première modalité susmentionnée pour le combineur électronique 15.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications. Notamment, il est envisagé que, un premier dispositif complémentaire et un deuxième dispositif complémentaire, l’un spécifique à un ordre harmonique différent de l’autre, soit destinés à venir équiper le lecteur RFID. Un interrupteur agencé en les premier et deuxième dispositifs complémentaires peut être configuré pour permettre au lecteur RFID d’exploiter alternativement l’harmonique d’un ordre donné, puis l’autre. En alternative, il est envisagé que les harmoniques des deux ordres différents entre eux soient exploitées conjointement.

Claims

REVENDICATIONS
1) Dispositif complémentaire (1) de communication RFID destiné à être couplé à un lecteur RFID (2) fonctionnant à une fréquence fondamentale f0, 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 fo 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 nxf0 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)xf0 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 nxf0 et en fonction du signal à la fréquence (n-1)xf0 précédemment généré, le signal rétrodiffusé converti à la baisse étant généré de sorte à être ramené à la fréquence fondamentale fo et étant destiné à être injecté, directement ou indirectement, en entrée du lecteur RFID (2) pour traitement, de sorte que le lecteur RFID (2) puisse extraire une information portée par le signal de réponse rétrodiffusé.
2) 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 fo par le transpondeur (3) interrogé, • combiner le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence fondamentale fo et le signal rétrodiffusé converti à la baisse, et
• injecter le signal résultant de la combinaison en entrée du lecteur RFID (2) pour traitement.
3) 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 fo et du signal rétrodiffusé converti à la baisse.
4) 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 fo et du signal rétrodiffusé converti à la baisse.
5) Dispositif complémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit électronique (12) comprend un coupleur électronique (121).
6) 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)xf0, 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 fo.
7) 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).
8) Dispositif complémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le troisième circuit électronique (14) comprend un filtre passe- 18 bande (145) configuré pour filtrer le signal le traversant en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale fo.
9) 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 nxf0,
• Un filtre passe-bande (142) configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 tel que précédemment amplifié en laissant passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence nxf0,
• Un filtre coupe-bande (143) configuré pour filtrer le signal de réponse rétrodiffusé à la fréquence harmonique nxf0 tel que précédemment amplifié et filtré en ne laissant pas passer un intervalle de fréquence centré sur la fréquence fondamentale fo,
• 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 nxf0 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.
10) 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 nxf0 corresponde au signal rétrodiffusé de troisième harmonique.
11) Lecteur RFID (2) fonctionnant à la fréquence fondamentale fo 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 rétrodiffusé par un transpondeur RFID interrogé, de sorte à en extraire une information portée par le signal harmonique rétrodiffusé.
12) Système de communication RFID comprenant un lecteur RFID (2) selon la revendication précédente et une pluralité de transpondeurs RFID (3).
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