EP1158603A1 - Antenna for generation of an electromagnetic field for transponder - Google Patents
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- EP1158603A1 EP1158603A1 EP01410057A EP01410057A EP1158603A1 EP 1158603 A1 EP1158603 A1 EP 1158603A1 EP 01410057 A EP01410057 A EP 01410057A EP 01410057 A EP01410057 A EP 01410057A EP 1158603 A1 EP1158603 A1 EP 1158603A1
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- terminal
- capacitor
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
- H01Q1/2216—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in interrogator/reader equipment
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- H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
- H01Q7/005—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with variable reactance for tuning the antenna
Definitions
- the present invention relates to systems using electromagnetic transponders, i.e. transmitters and / or receivers (generally mobile) likely to be interrogated, contactless and wireless, by a unit (usually fixed) called reading and / or writing terminal.
- transponders extract the power required for circuits electronic they have a high frequency field radiated by an antenna from the read and write terminal.
- the invention applies to such systems, whether they are systems read-only, i.e. including a terminal just reading the data from one or more transponders, or read-write systems in which the transponders contain data which can be modified by the terminal.
- Systems using electromagnetic transponders are based on the use of oscillating circuits including a winding forming an antenna on the transponder side and on the terminal side of readind, writing. These circuits are intended to be coupled by near magnetic field when the transponder enters the read-write terminal field.
- FIG. 1 very schematically represents and simplified, a classic example of a data exchange system between a read-write terminal 1 and a transponder 10 of the type to which the present invention applies.
- a transponder 10 intended to cooperate with a terminal 1, essentially comprises a parallel oscillating circuit formed inductance L2 in parallel with a capacitor C2 between two terminals 11 and 12 for input of circuits 13 for controlling and treatment.
- Terminals 11 and 12 are, in practice, connected to the entry of a rectifying means (not shown) including outputs constitute DC power supply terminals internal to the transponder.
- These circuits generally include, essentially a microprocessor capable of communicating with other elements (for example, a memory), a demodulator of the signals received from terminal 1 and a modulator to transmit information to the terminal.
- FIG 2 is a schematic perspective view a terminal and a transponder illustrating a classic example antennas.
- the electronic circuits 4 of terminal 1, likewise that capacitor C1 and resistor R1 are generally contained in a base 6.
- the antenna L1 is, for example, carried by a printed circuit board 7 projecting from the base 6.
- the antenna L1 consists of a single turn crossed, when the oscillating circuit of the terminal is energized by the high frequency signal, by a current I.
- the meaning indicated current I is arbitrary and it is a current alternative.
- Transponder side 10 it is assumed that it is a smart card integrating circuits 13 and including the L2 antenna includes two rectangular and coplanar turns describing approximately the periphery of the card 10.
- the capacitor C2 shown separate from circuits 13 is generally carried out by being integrated into the chip.
- the range of remote power supply depends on the amount of magnetic flux emitted by the terminal or reader, which can be "picked up" by a transponder. This quantity depends directly the coupling factor between the antennas L1 and L2, which represents the proportion of flux recovered by the transponder.
- the coupling factor (between 0 and 1) depends on several factors among which, essentially, the mutual inductance between the antennas L1 and L2 and the respective size of the antennas, and the tuning of the oscillating circuits on the carrier frequency high frequency excitation. For sizes and mutual inductance data, the coupling is maximum when the circuits oscillating of the terminal and the transponder are both tuned to the frequency of the remote power carrier.
- a known solution is to use, for relatively antennas large (for example, gantry type), an oscillating circuit parallel terminal side. This circuit is then attacked in voltage and either by running, which leads to an increase more significant current in the antenna (mounted in said circuit "plug") without this current flowing in the generator.
- a such a solution has the advantage of limiting losses.
- this solution always leads to an increase in expenditure energetic (due to the increase in voltage to increase the power).
- the maximum field in the center of the antenna L1 is generally set by standards.
- the invention aims, more particularly, to improve the terminal efficiency, in particular, by optimizing adaptation impedance of the oscillating circuit.
- the invention also aims to improve the scope and / or the signal level available at a given distance from a terminal transponder reading and / or writing.
- the present invention also provides a terminal generation of a high frequency electromagnetic field at destination at least one transponder.
- the terminal's oscillating circuit includes a value capacitor greater than the value that this capacitor should have if it was associated with an antenna of the same size but constituted of a single cell.
Abstract
L'invention concerne une antenne (30') de production d'un champ électromagnétique, comportant plusieurs cellules inductives planes (L11, L12, L13, L14) en réseau, associées électriquement en parallèle et constituant, en association avec au moins un condensateur (C1'), un circuit oscillant propre à être excité par un signal haute fréquence.The invention relates to an antenna (30 ') for producing an electromagnetic field, comprising several planar inductive cells (L11, L12, L13, L14) in an array, electrically associated in parallel and constituting, in association with at least one capacitor ( C1 '), an oscillating circuit suitable for being excited by a high frequency signal.
Description
La présente invention concerne des systèmes utilisant des transpondeurs électromagnétiques, c'est-à-dire des émetteurs et/ou récepteurs (généralement mobiles) susceptibles d'être interrogés, sans contact et sans fil, par une unité (généralement fixe) dite borne de lecture et/ou d'écriture. Généralement, les transpondeurs extraient l'alimentation nécessaire aux circuits électroniques qu'ils comportent d'un champ haute fréquence rayonné par une antenne de la borne de lecture et d'écriture. L'invention s'applique à de tels systèmes, qu'il s'agisse de systèmes à lecture seule, c'est-à-dire comprenant une borne se contentant de lire les données d'un ou plusieurs transpondeurs, ou de systèmes à lecture-écriture dans lesquels les transpondeurs contiennent des données qui peuvent être modifiées par la borne.The present invention relates to systems using electromagnetic transponders, i.e. transmitters and / or receivers (generally mobile) likely to be interrogated, contactless and wireless, by a unit (usually fixed) called reading and / or writing terminal. Generally, transponders extract the power required for circuits electronic they have a high frequency field radiated by an antenna from the read and write terminal. The invention applies to such systems, whether they are systems read-only, i.e. including a terminal just reading the data from one or more transponders, or read-write systems in which the transponders contain data which can be modified by the terminal.
Les systèmes utilisant des transpondeurs électromagnétiques sont basés sur l'emploi de circuits oscillants comprenant un enroulement formant antenne côté transpondeur et côté borne de lecture-écriture. Ces circuits sont destinés à être couplés par champ magnétique proche lorsque le transpondeur entre dans le champ de la borne de lecture-écriture.Systems using electromagnetic transponders are based on the use of oscillating circuits including a winding forming an antenna on the transponder side and on the terminal side of readind, writing. These circuits are intended to be coupled by near magnetic field when the transponder enters the read-write terminal field.
La figure 1 représente, de façon très schématique et
simplifiée, un exemple classique de système d'échange de données
entre une borne 1 de lecture-écriture et un transpondeur 10 du
type auquel s'applique la présente invention.FIG. 1 very schematically represents and
simplified, a classic example of a data exchange system
between a read-
Généralement, la borne 1 est essentiellement constituée
d'un circuit oscillant série, formé d'une inductance L1, en série
avec un condensateur C1 et une résistance R1, entre une borne 2
de sortie d'un amplificateur ou coupleur d'antenne (non représenté)
et une borne 3 de référence (généralement, la masse). Le
coupleur d'antenne fait partie d'un circuit 4 de commande du circuit
oscillant et d'exploitation des données reçues comprenant,
entre autres, un modulateur/démodulateur et un microprocesseur de
traitement des commandes et des données. L'exploitation des données
reçues se base sur une mesure du courant dans le circuit oscillant
ou de la tension à ses bornes. Le circuit 4 de la borne
communique généralement avec différents circuits d'entrée/sortie
(clavier, écran, moyen d'échange avec un serveur, etc.) et/ou de
traitements non représentés. Les circuits de la borne de lecture-écriture
tirent généralement l'énergie nécessaire à leur fonctionnement
d'un circuit d'alimentation (non représenté) raccordé,
par exemple, au réseau de distribution électrique ou à des batteries.Generally,
Un transpondeur 10, destiné à coopérer avec une borne
1, comporte essentiellement un circuit oscillant parallèle formé
d'une inductance L2 en parallèle avec un condensateur C2 entre
deux bornes 11 et 12 d'entrée de circuits 13 de commande et de
traitement. Les bornes 11 et 12 sont, en pratique, reliées à
l'entrée d'un moyen de redressement (non représenté) dont des
sorties constituent des bornes d'alimentation continue des circuits
internes au transpondeur. Ces circuits comprennent généralement,
essentiellement, un microprocesseur susceptible de communiquer
avec d'autres éléments (par exemple, une mémoire), un
démodulateur des signaux reçus de la borne 1 et un modulateur
pour transmettre des informations à la borne.A
Les circuits oscillants de la borne et du transpondeur
sont généralement accordés sur une même fréquence correspondant à
la fréquence d'un signal d'excitation du circuit oscillant de la
borne. Ce signal haute fréquence (par exemple 13,56 MHz) sert non
seulement de porteuse de transmission mais également de porteuse
de téléalimentation à destination du ou des transpondeurs se
trouvant dans le champ de la borne. Quand un transpondeur 10 se
trouve dans le champ d'une borne 1, une tension haute fréquence
est engendrée aux bornes 11 et 12 de son circuit résonnant. Cette
tension, après redressement et écrêtement éventuel, est destinée
à fournir la tension d'alimentation des circuits électroniques 13
du transpondeur. Pour des raisons de clarté, les moyens de
redressement, d'écrêtement et de fourniture d'alimentation n'ont
pas été représentés en figure 1. En retour, la transmission de
données du transpondeur vers une borne s'effectue généralement en
modulant la charge constituée par le circuit résonnant L2, C2. La
variation de charge s'effectue au rythme d'une sous porteuse,
dite de rétromodulation, de fréquence (par exemple 847,5 kHz)
inférieure à celle de la porteuse.Oscillating circuits of the terminal and the transponder
are generally tuned on the same frequency corresponding to
the frequency of an excitation signal of the oscillating circuit of the
thick headed. This high frequency signal (for example 13.56 MHz) is used
only transmission carrier but also carrier
remote power supply to the transponder (s)
found in the terminal field. When a 10 transponder
finds in the field of a
Les antennes de la borne 1 et du transpondeur 10 sont,
en figure 1, matérialisées par leurs schémas électriques équivalents,
à savoir des inductances (en négligeant les résistances
série). En pratique, une borne 1 a une antenne plane L1 formée de
quelques spires (le plus souvent une ou deux spires) circulaires
d'un diamètre relativement important (par exemple d'une valeur
donnée comprise entre quelques cm et 1 m) et l'antenne L2 d'un
transpondeur (par exemple, une carte du format carte de crédit)
est formée de quelques spires (le plus souvent entre deux et cinq
spires) rectangulaires s'inscrivant dans un diamètre relativement
faible (spires de 5 à 8 cm de côté) par rapport au diamètre de
l'antenne L1.The antennas of
La figure 2 est une vue en perspective schématique
d'une borne et d'un transpondeur illustrant un exemple classique
d'antennes. Les circuits électroniques 4 de la borne 1, de même
que le condensateur C1 et la résistance R1 sont généralement
contenus dans un socle 6. L'antenne L1 est, par exemple, portée
par une plaquette de circuit imprimé 7 saillante du socle 6. En
figure 2, on suppose que l'antenne L1 est constituée d'une seule
spire traversée, quand le circuit oscillant de la borne est excité
par le signal haute fréquence, par un courant I. Le sens
indiqué du courant I est arbitraire et il s'agit d'un courant
alternatif. Côté transpondeur 10, on suppose qu'il s'agit d'une
carte à puce intégrant les circuits 13 et dont l'antenne L2
comprend deux spires rectangulaires et coplanaires décrivant
approximativement la périphérie de la carte 10. Le condensateur
C2 représenté distinct des circuits 13 est généralement réalisé
en étant intégré à la puce.Figure 2 is a schematic perspective view
a terminal and a transponder illustrating a classic example
antennas. The electronic circuits 4 of
Les systèmes à transpondeurs classiques sont généralement limités en portée, c'est-à-dire qu'à une certaine distance (d, figure 2) de la borne, le champ magnétique est insuffisant pour téléalimenter correctement un transpondeur. Le champ minimal est généralement compris entre 0,1 et 1 A/m selon la consommation du transpondeur qui diffère essentiellement selon qu'il est ou non pourvu d'un microprocesseur.Conventional transponder systems are generally limited in range, i.e. at a certain distance (d, figure 2) of the terminal, the magnetic field is insufficient to correctly supply a transponder. The minimum field is generally between 0.1 and 1 A / m depending on consumption of the transponder which essentially differs according to whether it is or not equipped with a microprocessor.
La portée de téléalimentation dépend de la quantité de flux magnétique émis par la borne ou lecteur, qui peut être "captée" par un transpondeur. Cette quantité dépend directement du facteur de couplage entre les antennes L1 et L2, qui représente la proportion de flux récupérée par le transpondeur. Le facteur de couplage (compris entre 0 et 1) dépend de plusieurs facteurs parmi lesquels, essentiellement, la mutuelle inductance entre les antennes L1 et L2 et la taille respective des antennes, et l'accord des circuits oscillants sur la fréquence de la porteuse d'excitation haute fréquence. Pour des tailles et une mutuelle inductance données, le couplage est maximal quand les circuits oscillants de la borne et du transpondeur sont tous deux accordés sur la fréquence de la porteuse de téléalimentation.The range of remote power supply depends on the amount of magnetic flux emitted by the terminal or reader, which can be "picked up" by a transponder. This quantity depends directly the coupling factor between the antennas L1 and L2, which represents the proportion of flux recovered by the transponder. The coupling factor (between 0 and 1) depends on several factors among which, essentially, the mutual inductance between the antennas L1 and L2 and the respective size of the antennas, and the tuning of the oscillating circuits on the carrier frequency high frequency excitation. For sizes and mutual inductance data, the coupling is maximum when the circuits oscillating of the terminal and the transponder are both tuned to the frequency of the remote power carrier.
Une solution classique pour augmenter la portée consiste à augmenter la taille de l'antenne L1 de la borne. Pour préserver le champ magnétique, on doit alors augmenter l'intensité du courant du signal d'excitation dans le même rapport. Un premier inconvénient d'une telle solution est qu'elle augmente la puissance nécessaire d'excitation du système. Un deuxième inconvénient d'une telle solution est qu'une telle augmentation de courant reste limitée par la constitution du générateur et requiert un dimensionnement important des composants (en particulier, une section importante du conducteur constitutif de l'antenne L1). De plus, les pertes sont proportionnelles au carré du courant.A classic solution to increase the range consists in increasing the size of the terminal's antenna L1. For preserve the magnetic field, we must then increase the intensity of the excitation signal current in the same ratio. A first drawback of such a solution is that it increases the necessary excitation power of the system. A second disadvantage of such a solution is that such an increase current remains limited by the constitution of the generator and requires a large dimensioning of the components (in particular, a large section of the antenna component conductor L1). In addition, the losses are proportional to the square of the current.
Pour tenter de pallier ce deuxième inconvénient, une solution connue est d'utiliser, pour des antennes relativement grandes (par exemple, de type portique), un circuit oscillant parallèle côté borne. Ce circuit est alors attaqué en tension et non plus en courant, ce qui conduit à une augmentation plus importante du courant dans l'antenne (montée en circuit dit "bouchon") sans que ce courant circule dans le générateur. Une telle solution présente l'avantage de limiter les pertes. Toutefois, cette solution entraíne toujours une augmentation de la dépense énergétique (due à l'augmentation de tension pour augmenter la puissance). En outre, le champ maximum au centre de l'antenne L1 est généralement fixé par des normes.To try to overcome this second drawback, a known solution is to use, for relatively antennas large (for example, gantry type), an oscillating circuit parallel terminal side. This circuit is then attacked in voltage and either by running, which leads to an increase more significant current in the antenna (mounted in said circuit "plug") without this current flowing in the generator. A such a solution has the advantage of limiting losses. However, this solution always leads to an increase in expenditure energetic (due to the increase in voltage to increase the power). In addition, the maximum field in the center of the antenna L1 is generally set by standards.
Un autre inconvénient, présent surtout pour des antennes de taille relativement grande, est que le champ magnétique n'est pas homogène en face de l'antenne, c'est-à-dire que pour une distance donnée, l'intensité du champ magnétique varie fortement selon la position où l'on se trouve dans un plan parallèle à l'antenne. Cet inconvénient se cumule bien entendu au précédent quand on souhaite augmenter la portée en augmentant la taille de l'antenne, c'est-à-dire la surface dans laquelle elle s'inscrit.Another drawback, present especially for antennas relatively large in size, is that the magnetic field is not homogeneous in front of the antenna, i.e. for a given distance, the intensity of the magnetic field varies greatly according to the position where one is in a plane parallel to the antenna. This disadvantage is of course cumulative to the previous one when you want to increase the range by increasing the size of the antenna, that is to say the surface in which it fits.
On connaít du document US5142292 une antenne associant en série plusieurs inductances pour transmettre de l'énergie électromagnétique.We know from document US5142292 an antenna associating several inductors in series to transmit energy electromagnetic.
La présente invention vise à pallier les inconvénients des systèmes à transpondeurs classiques.The present invention aims to overcome the drawbacks conventional transponder systems.
L'invention vise, plus particulièrement, à améliorer le rendement de la borne, notamment, en optimisant l'adaptation d'impédance du circuit oscillant. The invention aims, more particularly, to improve the terminal efficiency, in particular, by optimizing adaptation impedance of the oscillating circuit.
L'invention vise également à améliorer la portée et/ou le niveau de signal disponible à une distance donnée, d'une borne de lecture et/ou d'écriture de transpondeur.The invention also aims to improve the scope and / or the signal level available at a given distance from a terminal transponder reading and / or writing.
L'invention vise également à améliorer l'homogénéité du champ magnétique produit par une borne de lecture et/ou d'écriture de transpondeur.The invention also aims to improve the homogeneity of the magnetic field produced by a read and / or write terminal transponder.
L'invention vise également à proposer une solution qui soit compatible avec les systèmes existants. Plus précisément, l'invention vise à proposer une solution ne nécessitant aucune modification des transpondeurs et, de préférence, aucune modification des circuits électroniques de la borne de lecture-écriture.The invention also aims to propose a solution which is compatible with existing systems. More precisely, the invention aims to propose a solution requiring no modification of transponders and preferably no modification electronic circuits of the read-write terminal.
L'invention vise en outre à proposer une solution n'engendrant pas de consommation énergétique supplémentaire notable.The invention further aims to propose a solution does not generate significant additional energy consumption.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une antenne de production d'un champ électromagnétique, comportant plusieurs cellules inductives planes en réseau, associées électriquement en parallèle et constituant, en association avec au moins un condensateur, un circuit oscillant propre à être excité par un signal haute fréquence.To achieve these objects, the present invention provides an antenna for producing an electromagnetic field, comprising several planar inductive cells in a network, electrically associated in parallel and constituting, in association with at least one capacitor, an oscillating circuit suitable for being excited by a high frequency signal.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, toutes les cellules ont des valeurs d'inductance identiques.According to an embodiment of the present invention, all cells have identical inductance values.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la fréquence de résonance propre du circuit oscillant est choisie pour correspondre approximativement à la fréquence du signal d'excitation.According to an embodiment of the present invention, the resonant frequency of the oscillating circuit is chosen to roughly match the signal frequency of excitement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'antenne est connectée en série avec le condensateur.According to an embodiment of the present invention, the antenna is connected in series with the capacitor.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'antenne est connectée en parallèle avec le condensateur.According to an embodiment of the present invention, the antenna is connected in parallel with the capacitor.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le nombre de spires de chaque cellule est choisi en tenant compte de la surface dans laquelle s'inscrivent les cellules ensemble. According to an embodiment of the present invention, the number of turns of each cell is chosen taking into account of the surface in which the cells fit together.
La présente invention prévoit également une borne de génération d'un champ électromagnétique haute fréquence à destination d'au moins un transpondeur.The present invention also provides a terminal generation of a high frequency electromagnetic field at destination at least one transponder.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit oscillant de la borne comporte un condensateur de valeur supérieure à la valeur que ce condensateur devrait avoir s'il était associé à une antenne de même taille mais constituée d'une seule cellule.According to an embodiment of the present invention, the terminal's oscillating circuit includes a value capacitor greater than the value that this capacitor should have if it was associated with an antenna of the same size but constituted of a single cell.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que
d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans
la description suivante de modes de réalisation particuliers
faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes
parmi lesquelles :
Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, les figures ont été tracées sans respect d'échelle et seuls les éléments d'une borne ou d'un transpondeur qui sont nécessaires à la compréhension de la présente invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, les circuits de traitement et d'exploitation des informations échangées n'ont pas été détaillés pour être parfaitement classiques. Il s'agira, le plus souvent, de circuits numériques dédiés ou programmables. En outre, l'invention s'applique quel que soit le type de transpondeur (carte de type carte de crédit, étiquette électronique, etc.) qu'il soit ou non pourvu d'un microprocesseur.The same elements have been designated by the same references to the different figures. For reasons of clarity, the figures were drawn without respect for scale and only the elements a terminal or a transponder which are necessary for the understanding of the present invention have been shown in figures and will be described later. In particular, the circuits for processing and using the information exchanged have not been detailed to be perfectly conventional. he more often than not, dedicated or programmable digital circuits. In addition, the invention applies regardless of the transponder type (credit card type card, label electronics, etc.) whether or not it has a microprocessor.
Une caractéristique de la présente invention est de prévoir une antenne en réseau, c'est-à-dire constituée de plusieurs boucles ou cellules indépendantes et coplanaires qui sont connectées en parallèle.A feature of the present invention is provide a network antenna, that is to say made up of several independent and coplanar loops or cells which are connected in parallel.
Les figures 3A et 3B représentent, de façon très schématique, un premier mode de réalisation préféré d'une borne de génération d'un champ électromagnétique selon la présente invention. La figure 3A illustre un exemple de réalisation structurelle à rapprocher de la représentation de la figure 2. La figure 3B représente le schéma électrique équivalent à rapprocher de la représentation de la figure 1.FIGS. 3A and 3B show, very schematically, a first preferred embodiment of a terminal generation of an electromagnetic field according to the present invention. FIG. 3A illustrates an example of a structural embodiment to be compared to the representation of figure 2. The figure 3B represents the equivalent electrical diagram to be compared with the representation of figure 1.
Une borne 20 selon l'invention diffère essentiellement
d'une borne classique par son circuit oscillant. Pour le reste,
on retrouve des circuits 4 de commande, d'exploitation et de
traitement des données, un socle 6 et un support 7 de l'antenne,
par exemple, une plaquette de circuit imprimé sur laquelle sont
réalisées les pistes conductrices formant l'antenne.A terminal 20 according to the invention essentially differs
of a conventional terminal by its oscillating circuit. For the rest,
there are circuits 4 for control, operation and
data processing, a
Selon l'invention, l'antenne 30 du circuit oscillant
est constituée de plusieurs cellules ou boucles coplanaires et
non concentriques, c'est-à-dire placées ou réalisées côte à côte
sur le support 7, chaque cellule étant constituée d'une ou plusieurs
spires coplanaires et concentriques. Électriquement, cela
revient à prévoir plusieurs (par exemple, quatre) inductances
L11, L12, L13 et L14 associées, de préférence, en parallèle.According to the invention, the
On notera que l'association des inductances en réseau d'antennes doit être telle que toutes les cellules génèrent des champs dont les lignes s'additionnent (sont toutes dans le même sens).Note that the association of inductors in a network antennas must be such that all cells generate fields whose lines add up (are all in the same meaning).
Dans le mode de réalisation des figures 3A et 3B, le
circuit oscillant lui-même est un circuit parallèle ou "bouchon",
c'est-à-dire que la résistance R1 et le condensateur C1' sont
connectés en parallèle sur l'antenne 30. En variante, on pourra
monter une antenne selon l'invention dans un circuit oscillant
série, la résistance R1 étant alors en série avec le condensateur
C1' et l'antenne 30 (c'est-à-dire l'association en parallèle des
inductances L11, L12, L13 et L14). On pourra prévoir un circuit
oscillant parallèle ou série selon que l'on prévoit une attaque
en courant ou en tension. Le choix se fera, par exemple, en
fonction de la puissance d'excitation requise.In the embodiment of FIGS. 3A and 3B, the
oscillating circuit itself is a parallel circuit or "plug",
that is to say that the resistor R1 and the capacitor C1 'are
connected in parallel on the
D'autres schémas pourront bien entendu être envisagés pour associer les inductances en parallèle sur un condensateur commun.Other schemes may of course be envisaged to associate inductors in parallel on a capacitor common.
Le fait de prévoir plusieurs inductances distinctes pour former l'antenne présente plusieurs avantages.Providing several separate inductors to form the antenna has several advantages.
Un premier avantage de la présente invention est qu'en prévoyant plusieurs cellules coplanaires pour former le circuit oscillant de la borne, les lignes de champ sont plus homogènes dans l'axe de l'antenne (axe virtuel correspondant approximativement à la normale au centre du cercle dans lequel s'inscrivent les cellules de l'antenne), d'où il résulte que l'énergie reçue par le transpondeur dans le champ est également plus homogène pour différentes positions de décalage latéral par rapport à l'axe de symétrie du système.A first advantage of the present invention is that providing several coplanar cells to form the circuit oscillating from the terminal, the field lines are more homogeneous in the antenna axis (virtual axis corresponding approximately normal to the center of the circle in which fit antenna cells), which results in the energy received by the transponder in the field is also more homogeneous for different lateral offset positions relative to the axis of symmetry of the system.
Un autre avantage est que l'on garantit la faisabilité
du circuit. En effet, en raison des fréquences importantes
(plusieurs dizaines de MHz) de la porteuse et du besoin de taille
(surface) de l'antenne pour augmenter la portée, la valeur du
condensateur requis pour une antenne classique peut devenir inférieure
à la capacité parasite de l'inductance, rendant la réalisation
impossible. En prévoyant d'associer plusieurs inductances
en parallèle, on autorise le recours à un ou plusieurs condensateurs
de capacité plus importante, donc plus facilement supérieure
aux capacités parasites respectives des inductances. Dans
l'exemple de la figure 3B, cela revient à dire que, pour une surface
équivalente d'antenne donnée, le fait de placer quatre
inductances en parallèle de même valeur (L11=L12=L13=L14=L) divise
la valeur résultante (par exemple, conduit à une inductance
résultante L/4) et permet d'utiliser un condensateur C1' de valeur
4 fois supérieure à celle qu'il aurait eue avec une seule
cellule de même valeur d'inductance. En effet, pour conserver
l'accord du circuit oscillant sur la fréquence (correspondant à
une pulsation ω) du signal d'excitation, la relation
1/((L/4)*C1')=ω2 doit être respectée.Another advantage is that the feasibility of the circuit is guaranteed. Indeed, due to the significant frequencies (several tens of MHz) of the carrier and the need for size (area) of the antenna to increase the range, the value of the capacitor required for a conventional antenna may become less than the parasitic capacity. inductance, making realization impossible. By planning to associate several inductors in parallel, it authorizes the use of one or more capacitors of greater capacity, therefore more easily greater than the respective parasitic capacitances of the inductors. In the example of FIG. 3B, this amounts to saying that, for an equivalent surface area of a given antenna, the fact of placing four inductors in parallel with the same value (L11 = L12 = L13 = L14 = L) divides the resulting value (for example, leads to a resulting inductance L / 4) and allows the use of a capacitor C1 'with a value 4 times greater than that which it would have had with a single cell of the same inductance value. Indeed, to keep the agreement of the oscillating circuit on the frequency (corresponding to a pulsation ω) of the excitation signal, the
Un autre avantage d'une association en parallèle des cellules constitutives de l'antenne est qu'en diminuant la valeur de l'inductance équivalente, on diminue la surtension développée à ses bornes et, par conséquent, le champ électrique parasite qui en résulte.Another advantage of a parallel association of constituent cells of the antenna is that by decreasing the value equivalent inductance, we reduce the developed overvoltage at its terminals and, therefore, the parasitic electric field which results.
Un autre avantage de la présente invention est que sa mise en oeuvre ne nécessite aucune modification du transpondeur. De plus, côté borne, la modification est mineure dans la mesure où l'antenne de l'invention peut ne comporter, comme les antennes classiques, que deux bornes de raccordement pour les circuits de la borne.Another advantage of the present invention is that its implementation requires no modification of the transponder. In addition, on the terminal side, the modification is minor in the measurement where the antenna of the invention may not include, like the antennas conventional, that two connection terminals for the circuits of terminal.
On notera que le condensateur C1' (figures 3A et 3B) pourra être remplacé par plusieurs condensateurs respectivement associés aux différentes cellules. Toutefois, un avantage de prévoir un condensateur commun à toutes les cellules est que cela permet de maximiser sa valeur qui ne risque donc plus d'être du même ordre de grandeur que les capacités parasites des inductances L11, L12, L13 et L14. Ainsi, le recours à un réseau de cellules trouve un intérêt, en particulier (mais pas exclusivement), dans les systèmes de type portique où le respect de la condition de taille globale de l'antenne de la borne conduirait à un condensateur C1 (figure 1) trop petit. De plus, comme les condensateurs peuvent être ajustables, il est préférable d'effectuer un seul réglage.Note that the capacitor C1 '(Figures 3A and 3B) can be replaced by several capacitors respectively associated with different cells. However, an advantage of planning a capacitor common to all cells is that this maximizes its value which no longer risks being same order of magnitude as the stray capacitances of the inductors L11, L12, L13 and L14. Thus, the use of a network of cells finds an interest, in particular (but not exclusively), in gantry type systems where compliance with the condition overall size of the terminal antenna would lead to a capacitor C1 (Figure 1) too small. In addition, like the capacitors can be adjustable, it is preferable to carry out a only adjustment.
Les figures 4A et 4B représentent schématiquement, respectivement
par une vue d'une première face et d'une seconde face
opposées, une antenne 40 selon un deuxième mode de réalisation de
l'invention. Les cellules y sont placées en "nid d'abeille". Par
exemple, six cellules L41, L42, L43, L44, L45 et L46 ayant la
forme d'une spire hexagonale sont disposées autour d'une septième
cellule L47 également sous forme d'une spire hexagonale. Une
telle structure optimise l'homogénéité des lignes de champ. La
figure 4A représente, par exemple, la première face d'un circuit
imprimé sur lequel sont réalisées les différentes cellules de
l'antenne 40 et la figure 4B représente, par exemple, la deuxième
face de ce circuit permettant d'obtenir les interconnexions. Un
condensateur C1 est soit externe, soit réalisé dans le circuit
imprimé (par exemple, dans son épaisseur). Les deux extrémités de
chaque spire L41, L42, L43, L44, L45 et L46 et une extrémité de
la spire centrale L47 sont reliées à des via 48 permettant la
traversée du circuit imprimé. Les premières extrémités sont
reliées à une première électrode du condensateur C1 en deuxième
face (figure 4B). Les deuxièmes extrémités des six premières
spires retraversent le circuit (par des via 49) à l'intérieur de
la spire L47, pour être reliées, avec la deuxième extrémité de
celle-ci, à la deuxième électrode du condensateur C1 en première
face (figure 4A). Pour simplifier la représentation, seule la
spire centrale L47 a été représentée (en pointillés) en figure
4B.Figures 4A and 4B schematically represent, respectively
by a view of a first side and a second side
opposite, an
Dans l'exemple des figures 4A et 4B, on a considéré une association de cellules en parallèle montée dans un circuit oscillant parallèle, mais on notera que l'optimisation de l'occupation de surface obtenue par la structure en nid d'abeille peut être intéressante dans une association en parallèle des cellules dans un circuit oscillant série.In the example of FIGS. 4A and 4B, we have considered a association of cells in parallel mounted in an oscillating circuit parallel, but note that the optimization of the occupation of surface obtained by the honeycomb structure can be interesting in a parallel association of cells in a series oscillating circuit.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaítront à l'homme de l'art. En particulier, le dimensionnement géométrique et la valeur des inductances seront choisis en fonction de l'application et, notamment, de la portée souhaitée, et des fréquence et puissance d'excitation souhaitées. Par exemple, après avoir déterminé la taille des cellules et la valeur du condensateur, on fixe le nombre de spires des antennes en fonctions des inductances souhaitées pour respecter l'accord. De plus, le choix de la géométrie (circulaire, rectangulaire, etc.) des antennes peut dépendre de facteurs (par exemple, le lieu d'implantation, la forme de la borne, etc.) autres que ceux de la présente invention.Of course, the present invention is capable of various variants and modifications which will appear to the man of art. In particular, the geometric design and the value inductors will be chosen according to the application and, in particular, the desired range, and the frequency and power desired excitement. For example, after determining the size of the cells and the value of the capacitor, we set the number of antenna turns as a function of the desired inductances to respect the agreement. In addition, the choice of geometry (circular, rectangular, etc.) antennas may depend factors (e.g. location, form of terminal, etc.) other than those of the present invention.
Pour déterminer le nombre de spires des cellules d'une antenne de l'invention, on tiendra compte, de préférence, des caractéristiques suivantes.To determine the number of turns of the cells of a antenna of the invention, account will preferably be taken of following features.
En première approximation, on peut considérer que la valeur d'une inductance bobinée dans un même plan est directement proportionnelle au carré du nombre de spires et à la surface moyenne dans laquelle s'inscrivent les spires. Le champ magnétique H, dans le plan et au centre d'une inductance circulaire de N spires de diamètre moyen D, vaut approximativement N*I/D, où I représente l'intensité du courant. Selon l'invention, on applique ce raisonnement en considérant que, quelle que soit sa forme (carrée, rectangulaire, hexagonale, circulaire, ovale, etc.), une cellule s'inscrit dans un cercle de diamètre D, de même que l'antenne constituée de la pluralité de cellules s'inscrit dans un cercle de diamètre D'. A partir de ce postulat, on est en mesure de déterminer le nombre de spires que doivent avoir les cellules selon les autres paramètres que l'on se fixe. En particulier, on choisira de mettre l'accent sur l'inductance équivalente ou sur le champ en fonction du type de borne et, plus précisément de la taille globale souhaitée pour l'antenne.As a first approximation, we can consider that the value of an inductor wound in the same plane is directly proportional to the square of the number of turns and to the surface average in which the turns fit. The magnetic field H, in the plane and in the center of a circular inductance of N turns of average diameter D, is approximately N * I / D, where I represents the intensity of the current. According to the invention, one applies this reasoning considering that, whatever its form (square, rectangular, hexagonal, circular, oval, etc.), a cell fits into a circle of diameter D, as does the antenna consisting of the plurality of cells is part of a circle of diameter D '. From this postulate, we are able to determine the number of turns that the cells must have according to the other parameters that we set. In particular, we choose to focus on equivalent inductance or the field as a function of the type of terminal and, more precisely of the overall size desired for the antenna.
En effet, pour une antenne d'une cellule, on peut considérer que l'inductance est quatre fois plus grande pour deux spires que pour une. En supposant une excitation par un même courant, le champ au centre et dans le plan de la cellule est doublé en passant d'une à deux spires.Indeed, for an antenna of a cell, we can consider that the inductance is four times greater for two turns only for one. Assuming excitement by the same current, the field in the center and in the plane of the cell is doubled from one to two turns.
En appliquant ce raisonnement à une comparaison entre une antenne de grande taille d'une seule cellule et une antenne de même taille de plusieurs cellules associées en parallèle (électriquement) et s'inscrivant dans la même surface, on peut choisir un nombre de spires relativement élevé si on souhaite privilégier l'augmentation de champ et un nombre de spires relativement faible pour mettre l'accent sur une diminution de l'inductance équivalente.By applying this reasoning to a comparison between a large single cell antenna and an antenna of the same size of several cells associated in parallel (electrically) and being part of the same surface, we can choose a relatively high number of turns if you wish favor the increase in field and a relatively large number of turns low to emphasize a decrease in inductance equivalent.
Par exemple, le champ résultant de 4 cellules en parallèle de 4 spires chacune est, au centre de l'antenne, sensiblement le même que celui d'une cellule de même surface globale et de 2 spires, alors que la valeur de l'inductance équivalente est divisée par 4. C'est un effet particulièrement intéressant pour augmenter la valeur du condensateur du circuit oscillant et s'affranchir des problèmes des capacités parasites dans les antennes de grande taille.For example, the resulting field of 4 cells in parallel of 4 turns each is, in the center of the antenna, substantially the same as that of a cell with the same global surface and of 2 turns, while the value of the equivalent inductance is divided by 4. This is a particularly interesting effect for increase the value of the oscillating circuit capacitor and get rid of the parasitic capacitance problems in the large antennas.
A titre de comparaison, l'inductance équivalente de 4 cellules en parallèle de 8 spires chacune est approximativement la même que l'inductance d'une cellule de même surface globale et de 2 spires alors que le champ résultant est, au centre de l'antenne, approximativement doublé. On privilégiera donc ce cas pour des antennes de petite taille.For comparison, the equivalent inductance of 4 cells in parallel with 8 turns each is approximately the same as the inductance of a cell with the same global surface and 2 turns while the resulting field is, in the center of the antenna, approximately doubled. We will therefore favor this case for small antennas.
Parmi les applications de la présente invention, on signalera plus particulièrement les lecteurs (par exemple, les bornes ou portiques de contrôle d'accès, les distributeurs automatiques de produits, les terminaux d'ordinateurs, les terminaux téléphoniques, les téléviseurs ou décodeurs satellites, etc.) de cartes à puce sans contact (par exemple les cartes d'identification pour contrôle d'accès, les cartes porte-monnaie électroniques, les cartes de stockage d'informations sur le possesseur de la carte, les cartes de fidélité de consommateurs, les cartes de télévision à péage, etc.).Among the applications of the present invention are will specifically point out readers (for example, access control terminals or gates, vending machines of products, computer terminals, terminals telephone, satellite TV or set-top box, etc.) from contactless smart cards (e.g. identification cards for access control, electronic wallet cards, information storage cards on the owner of the card, consumer loyalty cards, pay TV, etc.).
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