| Titre : | Conception d'antennes pour dispositifs NFC |
| Auteurs : | Dominique Paret, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | London : ISTE Editions Ltd, cop. 2015 |
| Collection : | Collection ondes |
| ISBN/ISSN/EAN : | 978-1-78405-105-1 |
| Format : | 1 vol. (332 p.) / ill. / 24 cm |
| Langues: | Français |
| Résumé : |
La communication en champ proche (near field communication, NFC) permet l'échange d'informations entre des périphériques proches.
L'antenne est l'élément indispensable pour transformer un dispositif électronique en système NFC. Théorique et pratique, cet ouvrage présente en détail les technologies de conception des différentes antennes. Elles doivent répondre aux normes NFC ISO 18 092 et 21 481 ainsi qu'aux spécifications du NFC Forum pour les applications industrielles, de EMVCo pour les applications bancaires et du CEN pour les transports publics. Pédagogique, Conception d'antennes pour dispositifs NFC permet à de nouveaux concepteurs de systèmes d'objets communicants et IoT (Internet of Things) d'accéder aux arcanes de la conception des antennes NFC. |
| Sommaire : |
Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Avant-propos. Pourquoi et pour qui est écrit ce livre ? . . . . . . . . 13 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 PREMIÈRE PARTIE. Le contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Chapitre 1. Rappel des contraintes de design d’antennes d’un NFC device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.1. Contraintes normatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.1.1. Liaison montante d’Initiator à Targets . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.1.2. Liaison descendante de Targets à l’Initiator . . . . . . . . . . . . . 25 1.1.3. Normes contactless versus antennes des NFC devices . . . . . . . 28 1.1.4. Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.1.5. NFC Forum Devices et NFC Forum Tags . . . . . . . . . . . . . . 29 1.1.6. « Modes » de communication d’un NFC Forum Device . . . . . . 31 1.1.7. « Rôle » d’un NFC Forum Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.1.8. Attention à la publicité mensongère . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.2. Contraintes réglementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.2.1. Régulations RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.3. Contraintes de marché du NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.4. Contraintes typologiques du NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.4.1. Conséquences applicatives et leurs contraintes directes . . . . . . 36 1.5. Contraintes applicatives à la conception d’antennes . . . . . . . . . . . . 37 6 Conception d’antennes pour dispositifs NFC Chapitre 2. Introduction et rappels des principes utilisés en NFC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.1. Les bases physiques du contactless et du NFC . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.1.1. Phénomène de propagation et de rayonnement. . . . . . . . . . . . 41 2.1.2. Classification des champs et des régions de l’espace . . . . . . . . 41 2.1.3. Régions de l’espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.1.4. Champ lointain : r >> λ/2π – (zone de Fraunhofer) . . . . . . . . 42 2.1.5. Champ intermédiaire : r de l’ordre de λ – (zone de Fresnel) . . . . 42 2.1.6. Champ proche : r et par essence même l’origine du terme « NF – Near Field » et donc du NFC ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.1.7. Remarques concernant les applications contactless, RFID et NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.2. Le concept NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.2.1. Loi de Biot-Savart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.2.2. Champ H en un point de l’axe d’une antenne circulaire . . . . . . 46 2.2.3. Décroissance du champ H en fonction de « d » . . . . . . . . . . . 48 2.2.4. Champ H en un point de l’axe d’une antenne rectangulaire . . . . 49 DEUXIÈME PARTIE. Méthodes et conceptions d’antennes de NFC devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Chapitre 3. Antennes « Initiator » : calculs détaillés . . . . . . . . . . . 55 3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.1.1. Il y a Initiator et Initiator ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.2. Conception de l’antenne d’un Initiator (sans influence de l’environnement extérieur) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.1. Mode opératoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.2.2. Rappels pédagogiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.2.3. Choix du circuit intégré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.2.4. Aspects contraintes réglementaires et pollutions EMC . . . . . . . 72 3.2.5. Filtrage EMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.2.6. Choix de la Target utilisée et incidence de son H_threshold . . . . 85 3.2.7. Détermination de la valeur de l’inductance de l’antenne de l’Initiator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.2.8. Antenne simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.2.9. Circuit d Table des matières 7 3.2.10. Calcul du courant dans la bobine d’antenne de l’Initiator. . . . . 104 3.2.11. Résumé et exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.2.12. Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.13. Valeur du champ H rayonné par l’antenne . . . . . . . . . . . . . 112 3.2.14. Calcul et valeur de la distance de fonctionnement . . . . . . . . . 112 3.3. Coefficient de qualité Q maximal de l’antenne de l’Initiator . . . . . . . 113 3.3.1. Q et la coupure du champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.3.2. Décroissance du champ ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.3.3. Mesure de Q dans l’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.3.4. Mesure de la bande passante dans l’application . . . . . . . . . . . 120 3.4. Petit bréviaire de conception d’une antenne Initiator . . . . . . . . . . . 121 Chapitre 4. Exemples d’applications d’antennes Initiator . . . . . . . 123 4.1. Grandes antennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4.1.1. Communication avec un mono-NFC device en mode « émulation carte – battery-assisted » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4.1.2. Communication multi-NFC devices en mode « Tag batteryless » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4.2. Grande antenne en mono-device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4.2.1. Formats mécaniques des NFC devices Targets . . . . . . . . . . . 124 4.2.2. Form factors et tailles des antennes des Targets . . . . . . . . . . . 125 4.2.3. Distances applicatives souhaitées de fonctionnement . . . . . . . . 126 4.2.4. Estimation des loading effects sur la distance ou plage de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 4.2.5. Environnement (cuivre, de ferrite, de batterie, etc.) . . . . . . . . 127 4.2.6. Quelques mesures pour illustrer nos propos . . . . . . . . . . . . . 127 4.2.7. H_d champ nécessaire à la NFC device Target . . . . . . . . . . . 128 4.2.8. H_0 nécessaire à créer au niveau de l’antenne de l’Initiator . . . . 129 4.2.9. Puissance P (en watt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.2.10. Champ H que doit produire l’Initiator pour une Target spécifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.2.11. Définition de l’antenne de l’Initiator : format du landing area du lecteur (… là où on pose la Target) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.2.12. Considérations « système » de l’application . . . . . . . . . . . . 130 4.2.13. Circuits intégrés du marché pour attaque directe de l’antenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.2.14. Amplificateurs booster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.2.15. Problème de la valeur de la rétromodulation . . . . . . . . . . . . 137 8 Conception d’antennes pour dispositifs NFC 4.3. Grandes antennes en multi-antennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.3.1. En mode simultané (non multiplexé temporellement) . . . . . . . 139 4.3.2. En mode multiplexé temporellement . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.4. Grandes antennes en multi-devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.4.1. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.5. Autres ex Table des matières 9 6.3.2. Propriétés techniques requises par la Target/Tag NFC . . . . . . . 209 6.4. Cas des très grandes antennes Targets – Format A3 . . . . . . . . . . . . 210 6.4.1. Contexte et cadre technique des grandes antennes . . . . . . . . . . 210 6.4.2. Concept retenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 6.4.3. Exemple de réseau à quatre antennes . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 6.4.4. Simplification de l’équation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 TROISIÈME PARTIE. Le couple Initiator-Target . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Chapitre 7. Le couple Initiator-Target et ses couplages . . . . . . . . . 241 7.1. Les circuits et leurs couplages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.1.1. Induction mutuelle, inductance mutuelle et mutuelle . . . . . . . . 243 7.1.2. Mutuelle parfaite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 7.1.3. Mutuelle non parfaite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 7.1.4. Coefficient de couplage « k » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 7.2. Circuits accordés couplés par mutuelle induction . . . . . . . . . . . . . 252 7.2.1. Pourquoi le presque ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 7.2.2. Indice de couplage « n » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 7.2.3. Pour conclure… important . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 7.3. Circuits couplés identiques et accordés sur la même fréquence . . . . . 256 7.3.1. Fonction de transfert, A(ω) = V2/V1… vue en tension du secondaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 7.3.2. Coefficient de transmission « Kt » . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 7.3.3. En résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 7.3.4. Fonctionnement au voisinage de la fréquence de résonance f0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Chapitre 8. Le couple Initiator-Target et le loading effect . . . . . . . . 277 8.1. Loading effect par couplage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 8.2. Antennes accordées couplées… vu en courant primaire . . . . . . . . . 278 8.2.1. Primaire (Initiator) non chargé (pas de Target dans le champ) . . 279 8.2.2. Primaire (Initiator) chargé (présence de Target(s) dans le champ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 8.2.3. Valeur de R2 compte tenu de l’environnement . . . . . . . . . . . 283 8.3. Quelques éléments de réflexions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 8.4. Loading effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 8.4.1. Définition et commentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 8.4.2. Paramètres mis en jeu dans le loading effect . . . . . . . . . . . . . 288 10 Conception d’antennes pour dispositifs NFC 8.4.3. Variation de la distance de fonctionnement et donc du couplage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 8.4.4. Couplage magnétique et ses conséquences . . . . . . . . . . . . . . 290 8.4.5. Performances requises par l’Initiator : loading effect sur la valeur de la téléalimentation de la Target . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 8.4.6. Qualité du champ magnétique émis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 8.4.7. Exemples de coefficients de couplages et de loading effects . . . 299 8.4.8. Circuit de shunt en NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 8.5. Solutions et conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 Conclusion. Le futur « proche » et « lointain » du NFC et de ses antennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Sommaire de Contraintes de conception des dispositifs NFC . . . . 327 |
Disponibilité (3)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| SI8/2892 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin | |
| SI8/2892 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin | |
| SI8/2892 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
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