No / A new hybrid method of moments (MoM)/finite-difference time-domain (FDTD), with a sub-gridded finite-difference time-domain (SGFDTD) approach is presented. The method overcomes the drawbacks of homogeneous MoM and FDTD simulations, and so permits accurate analysis of realistic applications. As a demonstration, it is applied to the short-range interaction between an inhomogeneous human body and a small UHF RFID antenna tag, operating at 900 MHz. Near-field and far-field performance for the antenna are assessed for different placements over the body. The cumulative distribution function of the radiation efficiency and the absorbed power are presented and analyzed. The algorithm has a five-fold speed advantage over fine-gridded FDTD.

La technologie d'identification par radiofréquence (RFID) a eu un essor très important ces dernières années notamment grâce à sa configuration polyvalente et aux innombrables possibilités d'intégration offertes par cette technologie notamment avec l'apparition d'un nouveau contexte applicatif celui des objets connectés. Depuis quelques années, des applications de la RFID UHF en champ proche ont été notamment développées afin de surmonter les problèmes liés à la dégradation de lecture des tags lorsqu'ils sont placés dans des milieux fortement perturbateurs. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s'intéressent à l'étude de la technologie RFID UHF en zones de champ proche et de champ lointain. Les études portent plus particulièrement sur la conception d'antennes lecteur et d'antennes tag ainsi que sur les méthodes de caractérisation des systèmes RFID en zones de champ proche et de champ lointain. Une étude sur les caractéristiques des champs rayonnées par une antenne est réalisée afin de souligner les critères les plus pertinents en vue de concevoir des antennes pour les lecteurs RFID, performantes en zone de champ proche. A partir de l'état de l'art sur les antennes tags et les méthodologies de conception classiques, une nouvelle approche de conception est développée qui vise à améliorer la conception d'antennes tags en intégrant une vision appropriée pour tenir compte du niveau de puissance espéré dans une application donnée. Enfin avec pour objectif la caractérisation des tags RFID UHF, d'une part une approche est proposée permettant l'identification de familles de tags, et d'autre part, une procédure innovante pour la mesure de l'efficacité du transfert de puissance est proposée et validée expérimentalement. / The Radiofrequency Identification technology (RFID) has had a huge growth these last years, due to its versatility and the uncountable possibilities to integrate this technology in many different application (tracking and inventory of goods, access control, supply chain, etc.), and in particular the brand new context of internet of things projects. For some years, the near field UHF RFID applications has been developed in order to overcome the problems related to degradations of tag's read range when needing to use it in a perturbing environment. The research work presented in this thesis come as a study of the UHF RFID in near field and far field zones. This study focus more particularly on the design of reader and tag antennas and on the characterization method in near field and far field zones. A study on the characteristics of fields outgoing from an antenna has been made, in order to underline the important criteria for the design of performant UHF RFID reader antennas in near field zone. From the state of art about tag antennas design and classical methodologies, we propose a new approach that aims improving the design of tag antennas in a more suitable point of view that is getting the expected power level in a given application. Finally, with an objective to characterize UHF RFID tags, we first propose a new approach enabling the identification of tag families, and then propose a new innovating power transfer efficiency measurement procedure, that has been validated experimentally.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet collaboratif FUI VEADISTA. Le but de ce projet est le développement d’une solution technologique à bas coût pour la veille à distance de personnes fragiles. Cette thèse se focalise sur la conception d’antennes lecteur et d’une étiquette RFID UHF posée sur le corps humain. Deux objectifs principaux sont visés dans ces travaux de thèse. Le premier aborde la conception d’antennes pour lecteurs RFID, le second aborde la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, adaptée au corps humain. Les objectifs à atteindre pour l’antenne lecteur sont : un champ rayonné à polarisation circulaire, un gain élevé, faible coût de fabrication et faible épaisseur. Pour atteindre ces objectifs, une topologie d’anneau fente miniaturisé par une méthode itérative de repliement d’anneau associée à un réflecteur incluant un AMC à cellules élémentaires réduites sont employés. Le second objectif de la thèse est la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, capable de minimiser l’influence du corps humain sans sacrifier la distance de lecture tout en restant faible coût. Un modèle électromagnétique d’avant-bras humain est utilisé comme support de conception de l’antenne tag large bande. Enfin le système RFID complet incluant, l’étiquette, l’antenne lecteur et le lecteur RFID ont fait l’objet de tests fonctionnels pour préparer les tests cliniques sur patient. / This thesis was initiated within the VEADISTA project. The main goal of this project was to develop a cost effective technological remote care system for fragile person. The main focus of this thesis is on antenna design for RFID reader and also for RFID tags in contact with human body. For the reader antenna the criteria are: a circularly polarized radiated field, high gain, cost effectiveness and small thickness. To achieve these objectives, a miniaturized slot ring topology obtained by an iterative method of ring folding associated with a reflector including a reduced unit cells AMC are used. For the tag the objective is to design a broadband antenna, by minimizing the influence of human body without affecting the reading scope. The tag is needed to also be cost effective. An electromagnetic model of human forearm is used as the broadband tag antenna design support. Ultimately, the functionality of the complete system including a tag and a reader have been tested.

Die Weiterentwicklung klassischer, elektronischer Identifikationstechnologien leistet einen wichtigen Beitrag zum technischen Fortschritt in Industrie, Logistik und Gesundheitswesen. Die vorliegende Dissertationsschrift beschreibt die Entwicklung eines Dual-Feed-Antennendesigns für passive UHF-RFID-Transponder auf kritischen Oberflächen. Die zu Grunde liegende Antennenstruktur besteht aus einem Microstrip-Patch unter Verwendung eines verlustarmen Substratmaterials. Dieser erfährt eine Optimierung hinsichtlich seiner Lesereichweite, insbesondere auf kritischen Oberflächen. Ein Zwei-Port-Konzept mit gekoppeltem Feed-Line-Anpassnetzwerk reduziert die Anzahl benötigter, diskreter Komponenten und ermöglicht eine kostengünstige Herstellung mittels klassischer Ätzverfahren. Verschiedene Ansätze zur Modellierung und zur analytischen Berechnung der Antennenparameter werden dargestellt. Des Weiteren erfolgt eine Verifikation der Antennenstruktur anhand eines Konzepts für einen passiven Energy-Harvesting-RFID-Transponder, der zur Temperaturüberwachung in den genannten Branchen eingesetzt werden kann. Dieses Konzept schließt ein effizientes Energiemanagement mittels eines Ultra-Low-Power-Mikrocontrollers sowie Ansätze zur Energiegewinnung und -speicherung mit ein und stellt die Wahl wichtiger Systemparameter und Bauelemente anhand anwendungsspezifischer Abschätzungen dar.

Sewer and oil pipeline spillage issues have become major causes of pollution in urban and rural areas usually caused by blockages in the water storage and drainage system, and oil spillage of underground oil pipelines. An effective way of avoiding this problem will be by deploying some mechanism to monitor these installations at each point in time and reporting unusual liquid activity to the relevant authorities for prompt action to avoid a flooding or spillage occurrence. This research work presents a low cost energy efficient liquid level monitoring technique using Radio Frequency Identification Technology. Passive UHF RFID tags have been designed, modelled and optimized. A simple rectangular tag, the P-shaped tag and S-shaped tag with UHF band frequency of operation (850-950 MHz) has been designed and modelled. Detailed parametric analysis of the rectangular tag is made and the optimised design results analysed and presented in HFSS and Matlab. The optimised rectangular tag designs are then deployed as level sensors in a gully pot. Identical tags were deployed to detect 4 distinct levels in alternate positions and a few inches in seperation distance within the gully pot height (Low, Mid, High and Ultra high). The radiation characteristic of tag sensors in deployment as modelled on HFSS is observed to show consistent performance with application requirements. An in-manhole chamber antenna for an underground communication system is analysed, designed, deployed and measured. The antenna covers dual-band impedance bandwidths (i.e. 824 to 960 MHz, and 1710 to 2170 MHz). The results show that the antenna prototype exhibits sufficient impedance bandwidth, suitable radiation characteristics, and adequate gains for the required underground wireless sensor applications. Finally, a Linearly Shifted Quadrifilar Helical Antenna (LSQHA) designed using Genetic Algorithm optimisation technique for adoption as an RFID reader antenna is proposed and investigated. The new antenna confirms coverage of the RFID bandwidth 860-960 MHz with acceptable power gain of 13.1 dBi.

Sewer and oil pipeline spillage issues have become major causes of pollution in urban and rural areas usually caused by blockages in the water storage and drainage system, and oil spillage of underground oil pipelines. An effective way of avoiding this problem will be by deploying some mechanism to monitor these installations at each point in time and reporting unusual liquid activity to the relevant authorities for prompt action to avoid a flooding or spillage occurrence. This research work presents a low cost energy efficient liquid level monitoring technique using Radio Frequency Identification Technology. Passive UHF RFID tags have been designed, modelled and optimized. A simple rectangular tag, the P-shaped tag and S-shaped tag with UHF band frequency of operation (850-950 MHz) has been designed and modelled. Detailed parametric analysis of the rectangular tag is made and the optimised design results analysed and presented in HFSS and Matlab. The optimised rectangular tag designs are then deployed as level sensors in a gully pot. Identical tags were deployed to detect 4 distinct levels in alternate positions and a few inches in seperation distance within the gully pot height (Low, Mid, High and Ultra high). The radiation characteristic of tag sensors in deployment as modelled on HFSS is observed to show consistent performance with application requirements. An in-manhole chamber antenna for an underground communication system is analysed, designed, deployed and measured. The antenna covers dual-band impedance bandwidths (i.e. 824 to 960 MHz, and 1710 to 2170 MHz). The results show that the antenna prototype exhibits sufficient impedance bandwidth, suitable radiation characteristics, and adequate gains for the required underground wireless sensor applications. Finally, a Linearly Shifted Quadrifilar Helical Antenna (LSQHA) designed using Genetic Algorithm optimisation technique for adoption as an RFID reader antenna is proposed and investigated. The new antenna confirms coverage of the RFID bandwidth 860-960 MHz with acceptable power gain of 13.1 dBi. / Petroleum Technology Development Fund (PTDF) and National Space Research and Development Agency (NASRDA).

This diploma thesis deals with design and realization of a module for a digital signal procesor, for handheld RFID reader working in UHF band. It utilises a special chip EM4298 for RFID signals processing. Module is controlled by the microcontroller ATmega32L, which communicates with the PC through USB bus. Settings in EM4298 is made by a service program which processes received identifying data obtained from tags. Source codes for microcontroller are created in AVR Studio 4.13 program. Source codes for microcontroller are created in C++ Builder 6.0 program. Further thing is Desing and realization of analog interface and a UHF transceiver for wireless communication with tags. A Webench program was used for the analog interface design, which is freely available on the internet. For verification of parameters of the analog interface it was used PSpice 10.0 program. The UHF transceiver is build-up with a MAX2903 chip (transmitter) and AD8347 (receiver) and transmitting and receiving antennae.

Le but de cette thèse est de développer des capteurs sur la base des tags RFID, des technologies et matériaux disponibles au Vietnam afin de contribuer à résoudre la problématique du contrôle de la qualité des produits alimentaires. En effet la technologie RFID s’est affirmée en importance pour ses applications dans de nombreux domaines. Dans ce contexte, l’identification des produits alimentaires expirés, sans les endommager, est une orientation de recherche très prometteuse. Un tag RFID UHF passif peut aussi être composé de plusieurs puces et plusieurs antennes, chaque couple puce/antenne conçu pour travailler sur un intervalle déterminé de valeur de permittivité. Donc, à partir de l’ensemble des permittivités définies pour chaque couple puce/antenne et les signaux réfléchis vers le lecteur, nous pourrons «mesurer» la permittivité de l’objet tracé. Ainsi la connaissance de la permittivité des aliments et la conception spécifique de l’antenne, nous développerons un tag capteur de type "multi puce/antenne" qui sera utilisé comme un capteur sans fil pour la détection de la qualité des aliments / In recent years, RFID technology has established itself in importance, particularly for applications in the civil sector. In this context, identification of expired products without damage is a very promising direction of research. However, the price of these sensors is still too high especially compared to living in Vietnam. A passive UHF RFID tag chip can include many antennae and many chips on a same substrate in which each pair of chip/antenna is designed to be activated on a determined interval value of permittivity. So from designed permittivities for each pair of chip/antenna and the reflected signals to the reader, we can define the value of permittivity of the object that is labelled with RFID tag. From the characterization of food permittivity and the background of antenna design, we developped a sensor tag "multi chip/antenna" to be used as a wireless sensor for the detection of food quality. The aim of this thesis intends to develop a new family of wireless sensors based on RFID technology and available technology of fabrication in Vietnam to solve this problem.

Les activités de transport de passagers et de marchandises augmentent sans cesse dans le monde et en particulier dans l'Union Européenne, entre autres au bord des péages. Afin d'améliorer la fluidité et réduire les risques d‘encombrements, une des solutions consiste à rendre les péages plus performants. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la performance des systèmes d'identification de véhicules et de contribuer à la conception d'un système de classification des types de véhicules par ondes électromagnétiques pour application au télépéage. Ce système permet un paiement automatique sans arrêt des véhicules. La première partie de la thèse est consacrée à l'étude de deux systèmes d'identification de véhicules : RFID UHF et DSRC. Notre recherche s'est focalisée sur l'augmentation de la distance de communication ainsi que sur la réduction de la taille et du prix du système grâce à 5 nouvelles antennes à bas coûts, très directives et faciles à industrialiser. La deuxième partie est consacrée à l'étude d'un système de classification à distance des différents types de véhicules, basé sur les ondes diffusées par les véhicules. Il détecte la présence d'un véhicule et mesure la distance entre ce véhicule et le système avec une bonne précision. Ce système est basé sur la technique de radar Ultra-Large-Bande. Le signal émis est une impulsion monocyle de très courte durée. Dans cette partie, nous proposons et testons trois méthodes de classification de véhicules dans un environnement proche du milieu routier. / The activities of passenger and goods transport are constantly increasing worldwide and especially in the European Union, including the edge of tolls. To improve the fluidity and reduce the risk of congestion, one of the solutions is automatic toll payments. The objective of this thesis is to enhance the performance of vehicle identification systems and to contribute to develop a design of a classification vehicles system by using electromagnetic waves for free-flow electronic toll collection system application. This system allows an automatic payment without stopping vehicles. The first part of this thesis deals with the study of two vehicle identification systems: UHF RFID and DSRC. Five new antennas were realized with the purpose to increase the communication range as well as to reduce the size and cost of the system. They are high gain and easy to be industrialized. The second part of this thesis is devoted to the study of a classification of different types of vehicles from the scattered waves captured by the system. Three methods of vehicle classification are proposed and tested in the road environment. Such system detects the presence of vehicle and measures the distance between vehicle and itself with a good accuracy. The principle of the system is based on Ultra-Wideband radar technology in which transmitting signal with a very short duration pulse is used.

Die Weiterentwicklung klassischer, elektronischer Identifikationstechnologien leistet einen wichtigen Beitrag zum technischen Fortschritt in Industrie, Logistik und Gesundheitswesen. Die vorliegende Dissertationsschrift beschreibt die Entwicklung eines Dual-Feed-Antennendesigns für passive UHF-RFID-Transponder auf kritischen Oberflächen. Die zu Grunde liegende Antennenstruktur besteht aus einem Microstrip-Patch unter Verwendung eines verlustarmen Substratmaterials. Dieser erfährt eine Optimierung hinsichtlich seiner Lesereichweite, insbesondere auf kritischen Oberflächen. Ein Zwei-Port-Konzept mit gekoppeltem Feed-Line-Anpassnetzwerk reduziert die Anzahl benötigter, diskreter Komponenten und ermöglicht eine kostengünstige Herstellung mittels klassischer Ätzverfahren. Verschiedene Ansätze zur Modellierung und zur analytischen Berechnung der Antennenparameter werden dargestellt. Des Weiteren erfolgt eine Verifikation der Antennenstruktur anhand eines Konzepts für einen passiven Energy-Harvesting-RFID-Transponder, der zur Temperaturüberwachung in den genannten Branchen eingesetzt werden kann. Dieses Konzept schließt ein effizientes Energiemanagement mittels eines Ultra-Low-Power-Mikrocontrollers sowie Ansätze zur Energiegewinnung und -speicherung mit ein und stellt die Wahl wichtiger Systemparameter und Bauelemente anhand anwendungsspezifischer Abschätzungen dar.