Pourquoi le NFC utilise-t-il 13,56 MHz et pas une autre fréquence ?
Le NFC fonctionne à 13,56 MHz parce que cette fréquence est un compromis. Elle est assez basse pour qu'un contact se produise profondément dans le champ proche, là où l'énergie se transfère par induction plutôt qu'en rayonnant. Elle est assez haute pour qu'une bobine de quelques spires imprimées suffise, et pour que des débits de quelques centaines de kilobits par seconde soient possibles.
Une fréquence que personne n'a à licencier
13,56 MHz se situe dans une bande réservée internationalement aux usages industriels, scientifiques et médicaux. Un équipement peut y émettre sans licence individuelle, ce qui explique que le même tag fonctionne à Tokyo et à Lisbonne, et qu'un autocollant coûte quelques centimes. Le renvoi 5.150 du Règlement des radiocommunications de l'UIT désigne la bande 13 553 à 13 567 kHz pour les applications industrielles, scientifiques et médicales, centrée sur 13 560 kHz. Le NFC Forum bâtit ses spécifications sur cette bande.
Les cartes à puce sans contact l'utilisaient déjà avant l'existence du NFC. La choisir revenait à hériter d'une décennie de lecteurs déployés plutôt que de repartir de zéro.
Ce que 13,56 MHz veut dire en mètres
Une onde radio à 13,56 MHz a une longueur d'onde d'environ 22 mètres. Ce nombre explique davantage de choses sur le NFC que n'importe quel autre chiffre.
La région voisine d'une antenne où la composante magnétique du champ domine, et où l'énergie peut se transférer par induction plutôt que rayonner, s'étend approximativement jusqu'à la longueur d'onde divisée par deux pi. À 13,56 MHz, cela fait environ 3,5 mètres. Un téléphone plaqué contre un tag n'est donc pas légèrement à l'intérieur du champ proche, il est cent fois plus profond que la frontière.
C'est là toute l'astuce. Le lecteur n'émet pas vers le tag. Les deux bobines sont couplées, comme les enroulements d'un transformateur séparés par de l'air.
Pourquoi ne pas descendre
La RFID basse fréquence, autour de 125 kHz, reste en service pour les puces animales et les anciens badges d'accès. Elle traverse l'eau et tolère le métal bien mieux que 13,56 MHz, ce qui est un avantage réel.
Le prix à payer est la bande passante. Une porteuse à 125 kHz ne peut pas transporter des centaines de kilobits par seconde, un tag basse fréquence transmet donc un identifiant et guère plus. Les antennes grossissent aussi : à plus grande longueur d'onde, il faut beaucoup plus de spires pour coupler la même énergie, ce qui explique que les tags à 125 kHz soient plutôt des pastilles épaisses que des étiquettes fines comme du papier.
Pourquoi ne pas monter
La RFID UHF travaille autour de 900 MHz et se lit à plusieurs mètres. La longueur d'onde y est d'environ 33 centimètres, si bien qu'à distance de lecture on se trouve en champ lointain : le lecteur rayonne véritablement, et le tag rétrodiffuse une partie de ce rayonnement.
Le couplage en champ lointain achète de la distance et perd tout le reste. La lecture devient possible sans intention, ce qui est précisément ce que l'on ne veut pas pour une carte de paiement. Le matériel de lecture est plus encombrant et plus cher, et aucun téléphone n'en embarque. GS1 publie les normes que suivent la plupart des déploiements UHF.
Entre les deux, 13,56 MHz offre une portée courte et volontaire, une antenne imprimable en quelques spires plates sur un film plastique, et assez de bande passante pour transporter une adresse web ou mener un échange de paiement.
Ce que cela change quand vous achetez un tag
Tout ce qui se vend comme « tag NFC » fonctionne à 13,56 MHz. Si un fournisseur propose un tag à 125 kHz ou à 900 MHz, aucun téléphone ne le lira, quoi que dise l'annonce. C'est la conséquence la plus utile de la fréquence pour un acheteur.
Cela explique aussi pourquoi des tags de même fréquence mais d'antennes de tailles différentes se comportent si différemment. La fréquence fixe la physique, l'antenne fixe le couplage, et le couplage fixe la distance que vous obtenez réellement.
Questions fréquentes
13,56 MHz est-elle la même fréquence que celle des cartes bancaires sans contact ?
Oui. Les cartes de paiement sans contact travaillent à 13,56 MHz, ce qui explique qu'un téléphone puisse en lire certaines parties. Lire une carte et pouvoir la débiter sont deux choses entièrement distinctes : l'échange de paiement exige un matériel cryptographique qu'une application généraliste ne voit jamais.
Un tag NFC peut-il fonctionner à une autre fréquence ?
Pas en restant un tag NFC. La fréquence est fixée par la spécification. Un tag à 125 kHz ou à 900 MHz est un tag RFID, et aucun téléphone n'embarque le matériel de ces bandes, donc aucune application ne peut le lire.
La fréquence explique-t-elle pourquoi le NFC échoue sur du métal ?
En partie. Une surface conductrice proche de l'antenne déforme le champ magnétique et écarte le tag de la fréquence sur laquelle il est accordé. Les fréquences plus basses le tolèrent mieux, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles certains systèmes industriels utilisent encore 125 kHz.
Pourquoi parle-t-on de haute fréquence pour 13,56 MHz alors que le Wi-Fi est bien plus haut ?
L'appellation vient du découpage du spectre radio et non d'une comparaison courante. La bande des hautes fréquences va de 3 à 30 MHz. Le Wi-Fi et le Bluetooth se situent dans les ultra hautes fréquences et au-delà, largement plus haut.