EP1883996A2 - Entite electronique a antenne magnetique - Google Patents

Entite electronique a antenne magnetique

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Publication number
EP1883996A2
EP1883996A2 EP06764681A EP06764681A EP1883996A2 EP 1883996 A2 EP1883996 A2 EP 1883996A2 EP 06764681 A EP06764681 A EP 06764681A EP 06764681 A EP06764681 A EP 06764681A EP 1883996 A2 EP1883996 A2 EP 1883996A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electronic entity
resonator
electronic
entity according
strand
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.)
Withdrawn
Application number
EP06764681A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Yves Eray
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.)
Idemia France SAS
Original Assignee
Oberthur Card Systems SA France
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 Oberthur Card Systems SA France filed Critical Oberthur Card Systems SA France
Publication of EP1883996A2 publication Critical patent/EP1883996A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR 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
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • 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
    • H01Q1/2225—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 active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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 invention relates to an electronic entity with a magnetic antenna.
  • Electronic entities of this type generally comprise an electronic circuit having in particular two terminals to which is connected a magnetic antenna generally formed of a winding of several turns made of conductive material.
  • This type of electronic entity covers in particular contactless microcircuit cards (where the magnetic antenna constitutes the only means of communication of the microcircuit with the outside) and “dual" or “hybrid” microcircuit cards (where contacts electrical devices are provided on one of the faces of the card which provide an alternative mode of communication of the microcircuit with the outside).
  • the turns of the magnetic antenna are generally made in the form of windings of copper wires or conductive tracks, arranged in both cases in within the layers physically constituting the map. In all cases, in order to increase the induced current that the magnetic antenna delivers to the electronic circuit, the designer of the electronic entity is forced to increase the number of turns to increase the magnetic flux through the antenna .
  • the invention aims to solve these problems, without compromising the performance of the system and thus proposes an electronic entity comprising an electronic circuit and an antenna at least a part of which forms a conductive circuit connected at two ends to the electronic circuit, characterized in that that the projection of the circuit formed by the antenna and the electronic circuit, in a plane which is substantially parallel thereto, forms a line without intersection and in that the antenna comprises a winding which extends over strictly of a turn.
  • the antenna circuit comprises a winding whose performance is greater than a single turn, without requiring the presence of a loopback bridge.
  • the winding forms for example a plurality of turns in order to obtain particularly good performances.
  • the winding is for example included in the conductive circuit.
  • the conductive circuit comprises a first strand and a second strand each forming a spiral, the first strand and the second strand being interlaced.
  • the second strand is for example substantially parallel at each point to the first strand.
  • the first strand and the second strand can be separated by a distance of the same order of magnitude over their entire length and substantially constant in each direction, which allows the antenna to be well distributed over the electronic entity, for example when is a map.
  • first strand and the second strand can be separated by at least 8 mm.
  • the first strand is connected to a first connection pad
  • the second strand is connected to a second pad
  • the first pad and the second pad are connected by a connecting portion.
  • At least one of said connection pads can then be located in a central region of the antenna, which also allows a good distribution of the antenna on the electronic entity.
  • the antenna may also include a resonator coupled to the electrical conductor to further increase its performance.
  • the resonator is for example coupled to the conductive circuit by capacitive coupling, which allows a particularly interesting operation of the antenna as explained below.
  • the resonator comprises for example a coil located opposite the driver circuit on at least part of its perimeter.
  • the turn is located opposite the conductive circuit on almost all of its perimeter and / or the turn and the conductive circuit are located at a distance of less than 0.5 mm on said perimeter portion.
  • the resonator is formed of a conductive winding with free ends, which can then comprise a plurality of turns.
  • the turns are separated in pairs by a distance of less than 0.5 mm.
  • the conductive circuit is located inside the resonator.
  • the resonator is located inside the conductive circuit.
  • the conductive circuit and the resonator may be deposited on the same plane support.
  • the conductive circuit is formed in a first plane
  • the resonator is made in a second plane different from the first plane and the resonator is located at the right of the conducting circuit, for example a median coil of the resonator is placed at the right of the conductive circuit to obtain a particularly effective coupling.
  • the resonance frequency of the resonator alone (or frequency of the vacuum resonator) is for example greater than a maximum of 10% to a communication frequency of the electronic circuit with the external devices (for example a contactless reader).
  • the coupling of the conductive circuit involving a resonance frequency of the circuit as a whole slightly less than the resonance frequency of the resonator alone, the resonant frequency of the circuit as a whole is particularly adapted to take advantage of the amplification phenomenon.
  • the antenna considered here is a magnetic antenna, that is to say an antenna that essentially generates an induction current.
  • the electronic circuit operates at a communication frequency with the antenna less than 100 MHz.
  • Said communication frequency may especially be between 1 MHz and 50 MHz, in particular between 13 MHz and 15 MHz.
  • the resonance frequency of the resonator alone can then advantageously be between 13.6 MHz and 17 MHz.
  • the external dimensions of the electronic entity are for example less than 100 mm, or even less than 30 mm.
  • the invention is particularly interesting in these conditions where the available surface is reduced.
  • the capacity of the electronic circuit is for example greater than 100 pF and / or the resonator comprises more than ten turns, which is particularly conducive to a good interaction of the different elements.
  • the electronic entity can thus be an electronic pocket entity.
  • This is for example a microcircuit card.
  • the antenna can advantageously only extend over approximately half of the surface of the card.
  • FIG. 2 represents an equivalent electronic diagram for modeling the general principles of the electrical behavior of the electronic entity of FIG. 1;
  • FIG. 3 represents an antenna used in a second embodiment of the invention;
  • FIG. 4 represents an antenna according to a third embodiment of the invention
  • - Figure 5 shows a top view of a support carrying an antenna according to a fourth embodiment of the invention
  • Figure 6 shows in a view from below the support of Figure 5;
  • FIG. 7 represents a fifth example of implementation of the invention.
  • FIG. 8 represents an antenna according to a sixth example of implementation of the invention.
  • FIG. 9 represents an antenna according to a seventh exemplary implementation of the invention
  • FIG. 10 represents an antenna according to an eighth exemplary implementation of the invention
  • FIG. 11 represents an antenna according to a ninth exemplary implementation of the invention.
  • FIG. 12 represents a first part of an antenna according to a tenth example of implementation of the invention.
  • FIG. 13 represents a second part of the antenna in the tenth embodiment of the invention.
  • FIG. 14 represents an antenna according to an eleventh embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically represents a first example of an electronic entity produced in accordance with the teachings of the invention.
  • This is a microcircuit card 2 which has been shown the essential elements for understanding the invention, namely an electronic circuit 4 (such as an integrated circuit) at the terminals of which is connected an antenna formed of on the one hand by a loop 6 and on the other hand by a resonator 8.
  • the electronic circuit 4 is, for example, received in a module which has just been deposited on the electronic entity 2 in order to make the connection of the electronic circuit 4 to the antenna (here in practice to the loop 6), for example as described in the document FR 2 863 747.
  • the antenna allows the electronic circuit 4 to perform remote communication with other electronic devices such as for example a card reader.
  • the antenna is a magnetic antenna that allows not only the exchange of information between the electronic circuit 4 and the external electronic device at a predetermined frequency, but also the remote power supply of the electronic circuit 4.
  • Such an antenna works in a magnetic field (that is to say, at most at a distance of the order of the wavelength) up to frequencies of the order of 100 MHz (where the wavelength is 3 m) .
  • the electronic entity 2 described here is for example a non-contact type card which can exchange information with an external electronic device, for example such as according to the ISO 14 443 standard on a 13.56 MHz carrier.
  • the loop 6 is here made by a single turn and thus forms, as already indicated, a conductive circuit connected at each of its ends to one of the terminals of the electronic circuit 4.
  • the loop 6 is for example made by etching a copper track on a support 10 made of dielectric material which constitutes a layer of the electronic entity 2, particularly in the case described here where the electronic entity is a microcircuit card. .
  • Other embodiments of the loop 6 are naturally conceivable, such as for example the deposition of a copper wire or a conductive ink.
  • the resonator 8 also formed here by conductive tracks (for example obtained by copper etching with a width of about 0.15 mm, for example between 0.12 mm and 0.2 mm, and a spacing of about 0 , 15 mm, for example between 0.12 mm and 0.2 mm), is arranged at a sufficiently small distance from it to allow capacitive coupling between these two elements.
  • conductive tracks for example obtained by copper etching with a width of about 0.15 mm, for example between 0.12 mm and 0.2 mm, and a spacing of about 0 , 15 mm, for example between 0.12 mm and 0.2 mm
  • the resonator 8 is formed of straight portions which form a conductive spiral with free ends, formed of two turns in the case described.
  • One of the turns of the resonator 8 (the outer turn in FIG. 1) is located opposite the loop 6, on a substantial part of at least its perimeter (here almost all of it), and at a short distance of this (ie less than 0.5 mm and for example less than 0.15 mm) in order to ensure a good capacitive coupling.
  • the proximity of the turn of the resonator 8 and of the loop 6 can take place only over a part of their perimeter (for example of the order of half of this one), which in certain cases ensures sufficient capacitive coupling.
  • the capacitive coupling could be achieved by connecting the loop 6 and the resonator 8 by means of a capacitor.
  • the arrangement of the resonator 8 in the form of turns generates an inductive behavior of this element, whereas the proximity of the portions (here rectilinear) of the spiral two by two and the absence of looping (due to the free ends of the spiral) induced a capacitive behavior.
  • the resonator thus has a high overvoltage coefficient at a resonant frequency.
  • This resonance overvoltage coefficient will advantageously be used to amplify, at the communication frequency used, the signals to which the resonator is subjected. These amplified signals are transmitted to the loop by capacitive coupling.
  • the resonator 8 is designed (by the arrangement of these tracks, the width thereof and the spacing between them, and by the materials used for the resonator 8 and the support 10) to have inductive and capacitive effects which cause resonance at a frequency close to the communication frequency of the electronic circuit, as illustrated in the examples described below.
  • the loop 6 there are many possibilities for producing the resonator 8 other than the tracks of conductive material, such as for example the use of a copper wire (width between 0.088 mm and 0.15 mm). mm and with a spacing between 0.112 mm and 0.2 mm) or the deposition of a conductive ink (of width between 0.15 mm and 0.3 mm and with a spacing between 0.3 mm and 0, 5 mm).
  • FIG. 2 shows a possible equivalent electrical diagram for modeling the general principles of the electrical behavior of the electronic entity of FIG. 1, which makes it possible to easily understand the electrical operation thereof.
  • the electronic circuit 4 is conventionally represented by a resistor Rie and a capacitance Cic in parallel. In the case where the electronic circuit is an integrated circuit, these data are generally provided by the manufacturer of the electronic circuit, or can be measured.
  • the loop 6 is represented mainly by the series association of an inductance L B and a resistor RB. To model also the cases where the loop 6 is formed of a plurality of turns, a capacitance is also provided. inter-turn CB connected in parallel with the inductance LB of the loop 6.
  • the resonator 8 is represented by an LC circuit which associates an inductance LR and a capacitance CR whose explanation of the physical origin is given above.
  • the loop 6 and the resonator 8 are associated by capacitive coupling, which is represented in the equivalent diagram of FIG. 2 by the connection of the part representing the loop 6 (mainly inductance LB and resistor RB) to the part representing the resonator 8 (inductance L R and capacitance C R ) through a capacitor Cc corresponding to the capacitive coupling.
  • FIG. 3 represents a second example of an antenna according to the teachings of the invention, which is naturally associated with an electronic circuit as has been described with reference to FIG. 1 to form an electronic entity of the microcircuit card type.
  • Such an antenna is adapted here to a card type ID1, of dimensions 85.6 mm x 54 mm.
  • the antenna shown in FIG. 3 comprises a loop 36 formed by a single turn (intended to be connected at each of its ends to the electronic circuit) and a resonator 38 formed by about fifteen turns, the winding formed by these turns having free ends 31, 32.
  • All the elements of the antenna namely the loop 36 and the resonator 38, are here formed in the same plane, for example by depositing on a support of dielectric material, for example paper or a plastic material (permittivity relative between 2 and 7).
  • the conductive tracks are here made of copper by etching.
  • This exemplary embodiment produced here for a card having a dimension of 81 mm ⁇ 50 mm, makes it possible to obtain a capacitance of the CR resonator of 0.6165 pF and an inductance of the LR resonator of 219.7 ⁇ H, which defines a frequency of vacuum resonance (i.e. resonator considered alone) of 13.678 MHz.
  • the coupling with the loop having the effect of very slightly reducing the resonant frequency with respect to the vacuum resonator, the antenna is particularly interesting for a microcircuit card whose electronic circuit communicates with the outside at a frequency of 13.56. MHz (for example an electronic circuit
  • FIG. 3 represents an antenna used in a third exemplary implementation of the invention, of design relatively close to the antenna described with reference to FIG.
  • the antenna of FIG. 4 comprises a loop 46 formed by a single turn provided at its two ends 43, 44 with connection pads to the electronic circuit.
  • the antenna comprises a resonator 48 formed by the winding with free ends of about forty turns. Each turn is made by four straight portions.
  • the antenna shown in Figure 4 does not require the establishment of a loop bridge between elements of the antenna circuit.
  • a support 55 carries on a first face represented in FIG. 5 a loop 56 made in the form of a single turn with connection pads 53, 54 at each of its ends for connection with the electronic circuit of the electronic entity considered in this fourth embodiment.
  • the electronic entity receives a resonator 58 formed of rectilinear portions of conductive tracks which form a spiral (here formed by three turns) with free ends 51, 52.
  • the loop 56 and the resonator 58 are respectively positioned on the first face and the second face of the support 55 so that at least a substantial part of the length of the loop 56 is at the right of the resonator 58, preferably at the right rectilinear portions of the resonator 58, for example external portions thereof, or alternatively medial portions thereof (Which increases the capacitive coupling phenomenon between the loop 56 and the resonator 58).
  • a support of small thickness for example less than 0.5 mm, or even less than 0.3 mm, and even less than 0.15 mm.
  • Fig. 7 shows an antenna in a fifth embodiment of the invention.
  • This antenna comprises a resonator 78 formed of a plurality of turns made by means of rectilinear conductive track portions.
  • the conductive track which draws the resonator 78 thus forms a spiral with two free ends 71, 72.
  • the number of turns that form the resonator is not necessarily an integer without this compromising the design or the physical operation of the antenna. This remark also applies to the other embodiments.
  • the inner coil of the resonator (that is to say the coil which terminates at one end by the free end 72) provides a zone which receives, as clearly visible in FIG. 7, a loop 76 formed by a single turn intended to be connected to an electronic circuit by means of connection pads 73, 74 each located at one end of the turn.
  • the loop 76 is located at a sufficiently small distance from the inner turn of the resonator 78 (over at least part of their perimeter, and in the example described here over the entire perimeter of the turn forming the loop 76) so that there is a capacitive coupling between the loop 76 and the resonator 78.
  • FIG. 8 represents an antenna according to a sixth exemplary embodiment of the invention.
  • the antenna shown in FIG. 8 comprises a loop 86 which has at each of its ends a connection pad 83, 84.
  • the antenna also comprises a resonator 88 located in the inner surface defined by the coil 86.
  • the resonator is formed by a conductive track parallel to the loop
  • connection pads 83, 84 located at a short distance therefrom, and extends on either side near the connection pads 83, 84 to two pads 87, 89 situated facing each other, also at a short distance from each other. one of the other and each formed by an enlargement of the width of the conductive track which forms the resonator 88.
  • the two studs 87, 89 allow the connection of a capacitor whose capacitive behavior is added to the inductive behavior of the conductive track of the resonator which forms approximately one turn. These two combined effects make it possible to obtain the resonator effect.
  • the sixth exemplary embodiment thus operates according to the same principles as the previously described embodiments.
  • FIG. 8 The exemplary embodiment described in FIG. 8 makes it possible to obtain, for a 23.6 mm ⁇ 20.4 mm size card, the following electrical characteristics, by associating a capacitance with the 1325 pF resonator: resonator inductance 104.4 nH and thus a frequency of the vacuum resonator of 13.625 MHz.
  • FIG. 9 represents a bank card in which an antenna is implanted according to a seventh exemplary implementation of the invention.
  • the map schematically represented in FIG. 9 is a map of the ID1 type with dimensions of 85.6 mm ⁇ 54 mm.
  • FIG. 9 shows the zones of the card in which it is possible to implant electrical and electronic circuits (including a telecommunication antenna of the microcircuit of the card with the outside) and the zones in which such an implantation is impossible, for example because of mechanical stresses subsequent to the assembly of the different layers of the map (typically by lamination), such as embossings for making inscriptions on the map.
  • the map includes in its vertical half shown on the left in FIG. 9 an embossing zone 91 (in which the implantation of the antenna is impossible) of considerable size relative to the whole of this half, and which thus leaves only a narrow zone 92 for the possible implantation of the antenna.
  • the magnetic strip to be carried by the card defines a corresponding zone 97 on which it is preferable to limit the locations of electrical circuits.
  • This zone corresponding to the magnetic strip 97 leaves, however, on both sides, regions of relatively large dimensions where the implantation of electrical and electronic circuits is possible, namely an elongated region 99 located between the corresponding zone. to the magnetic strip 97 and the right edge of the card and a main zone 95 located between the embossing zone 91 and the zone corresponding to the magnetic strip 97.
  • the main zone 95 includes an implantation zone 90 of the electronic circuit of the card.
  • FIG. 9 it is proposed to implant a loop 96 whose perimeter approximately corresponds to that of the vertical half shown on the left in FIG. 9.
  • the loop 96 thus extends mainly in the main zone 95 and, to a lesser extent, in the elongated region 99.
  • the loop 96 comprises a single turn connected at both ends to the electronic circuit of the card by means of connection pads 93, 94 which extend naturally into the implantation zone 90.
  • the resonator is formed of rectilinear conductive track portions that form a spiral winding with free ends.
  • the resonator 98 extends, like the loop 96, mainly over the region of the main regions 95 and the elongate region 99.
  • the resonator 98 is here obtained by the spiral winding of 0.112 mm wide wires with an interspiracy width of 0.088 mm.
  • the resonator 98 thus makes it possible to amplify the signals at the communication frequency of the electronic circuit (here 13.56 MHz), the signals being furthermore exchanged between the resonator 98 and the loop 96 by capacitive coupling between these two elements, as already described for the previous embodiments.
  • the external dimensions of the antenna namely here the loop 96
  • the loop 96 are reduced (here to slightly less than half the surface of the ID1 card)
  • a sufficient sensitivity of the antenna and thus a sufficient range of the card in remote operation.
  • FIG. 10 shows an antenna according to an eighth embodiment of the invention.
  • This antenna is formed by a loop 106 intended to be connected by means of a first and a second connection pads 101, 102 to the electronic circuit of the entity concerned.
  • the loop 106 comprises a first strand, said outer strand 103, which extends in a spiral from the first connection pad 101. As seen in FIG. 10, the outer strand 103 extends over more than two turns (here about
  • the loop 106 also comprises a second strand, said inner strand 104, which extends in a spiral from the second connection pad 102, parallel at each point to the outer strand 103 and inside thereof, of such so that the outer strand 103 and inner strand 104 form two intertwined spirals.
  • the inner strand 104 extends about two turns (i.e. 720 °) with respect to and around the second connection pad 102.
  • the internal and external strands 104 which are parallel to one another at each point along their length, are connected together, at their ends opposite to their respective connection pads, by means of a connecting portion 105.
  • the loop 106 thus forms a continuous conductive circuit which, although extending in a plane, comprises a plurality of turns (for each of the strands); this conductive circuit therefore extends over more than one turn (360 °), here even over more than two turns for each strand.
  • the strands are formed by a set of rectilinear portions that form a spiral winding sometimes referred to as "square spiral". Alternatively, it could naturally be curved portions.
  • the two strands 103, 104 are separated by a distance of the same order of magnitude over their entire length, and essentially constant in each direction (and which here corresponds, in one direction, to the distance separating connection pads 101, 102 and the length of the connecting portion 105) which distributes the loop 106 on the bulk of the surface of the electronic entity (for example a microcircuit card) which receives it.
  • This particular arrangement makes it possible to obtain a low interspire capacitance and an inner surface of the sufficient loop 106.
  • the antenna performance is good. Indeed, it has been observed with respect to the effectiveness of the antenna that, particularly because of the mutual inductance created between the strands, the phenomena related to the presence of the turns constituting each strand are preponderant compared with those related to the surface delimited by the two strands,
  • FIG. 11 represents a ninth embodiment of an antenna according to the invention, which constitutes a variant of the antenna represented in FIG. Indeed, the antenna according to this ninth example consists of a loop 116 which comprises an outer strand 113 which extends in a spiral from a first connection pad 111 and an inner strand 114 which extends spirally from a second connection pad 112 and inside the outer strand 113.
  • the outer strand 113 extends over more than one turn (i.e.
  • any half-straight line coming from the first connection pad 111 intersects the outer strand 113 in at least one point; it thus forms in itself a winding which extends over more than one turn.
  • the outer strands 113 and inner 114 are connected, at their end opposite their respective connection pad 111, 112, by a connecting portion 115 so that the loop 116 forms a continuous conductive circuit.
  • the loop 116 although it forms a continuous circuit, a part of which forms a turn that extends over more than 360 °, is made in the same plane and thus forms, once the connection pads connected by the electronic circuit, a circuit without intersection in projection in this plane.
  • This antenna can thus be made in a single layer of the electronic entity, without requiring a circuit loopback circuit.
  • Figures 12 and 13 show an antenna made in a microcircuit card on two layers of this card respectively shown in Figures 12 and 13.
  • a loop 126 adapted to be connected to the electronic circuit of the card by means of connection pads 123, 124, located substantially in the center of the surface of the first layer 125.
  • connection pad 124 From the connection pad 124 extends spirally a first strand
  • the outer strand 127 includes a rectilinear portion that extends substantially between the connection pad 124 and an edge of the card and four straight portions that extend over substantially the entire perimeter of the card, a short distance from the edge of the card. it.
  • the second strand 129 of the loop 126 extends spirally from the connection pad 123 into the spiral formed by the outer strand 127.
  • the second strand 129 is thereby referred to as the inner strand.
  • the outer strand 127 and the inner strand 129 are connected to each other at their opposite ends to the connection pad 123, 124 by a connecting portion 130.
  • the loop 126 is thus able to form, together with the electronic circuit of the map, a closed circuit.
  • the different spacings between the various conductive track portions forming the loop 126 that is, the spacing between the two strands
  • the microcircuit card On a second layer 131 shown in Figure 13, the microcircuit card carries a resonator 128 formed of the spiral winding of a conductive track with free ends (here formed a little more than two turns).
  • the first layer 125 and the second layer 131 are close enough that there is a capacitive coupling between the resonator 128 and the loop 126, and in particular its outer strand 127 which is arranged according to the example given here substantially to the right of the turns which form the resonator 128.
  • FIG. 14 represents an antenna used in an eleventh embodiment of the invention.
  • This antenna comprises a loop 146 formed of an outer strand 147 and an inner strand 149.
  • Each strand 147, 149 extends spirally from a connection pad 143, 144 located substantially in the center of the card.
  • the outer strand 147 is formed by a spiral which extends over most of the perimeter of the card (generally more than 3 A of this perimeter, and here more than 7/8 th of this perimeter). Thus, in particular, the outer strand 147 extends, seen from the connection pad 143, over more than one turn (that is to say, more than 360 °). In other words, any half-line (imaginary) coming from the connection pad 143 has at least one intersection with the outer strand 147.
  • the inner strand 149 extends spirally from the connection pad 144 and into the surface defined by the outer strand 147, so that it is interwoven with the outer strand 147.
  • the outer strand 147 and the inner strand 149 are connected, at their end opposite their respective connection pad 143, 144, by a connecting portion
  • the antenna also comprises a resonator 148 formed by a conductive track with free ends 141, 142 wound in a spiral.
  • the resonator 148 comprises approximately two turns wrapped around the loop 146, a turn of which is at a short distance from the outer strand 147 of the loop
  • the resonator 148 also includes a second portion electrically connected to the first and spiraling within the loop 146, partially adjacent to the outer strand 147 and partially adjacent to the inner strand 149, almost to the to the connection range of the latter.
  • the electronic entity may in particular be other than a microcircuit card, such as for example a digital personal assistant or an electronic passport.

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Abstract

Une entité électronique comprend un circuit électronique et une antenne dont une partie au moins forme un circuit conducteur connecté à deux extrémités au circuit électronique. La projection du circuit formé par l'antenne et le circuit électronique, dans un plan qui est substantiellement parallèle à celle-ci, forme une ligne sans intersection et l'antenne comprend un enroulement qui s'étend sur strictement plus d'une spire.

Description

Entité électronique à antenne magnétit
L'invention concerne une entité électronique à antenne magnétique.
Les entités électroniques de ce type comprennent en général un circuit électronique présentant notamment deux bornes auxquelles est connectée une antenne magnétique formée en général d'un enroulement de plusieurs spires réalisées en matériau conducteur.
Ce type d'entité électronique recouvre notamment les cartes à microcircuit sans contact (où l'antenne magnétique constitue le seul moyen de communication du microcircuit avec l'extérieur) et les cartes à microcircuit dites "duales" ou "hybrides" (où des contacts électriques sont prévus sur l'une des faces de la carte qui réalisent un mode de communication alternatif du microcircuit avec l'extérieur). Dans les cartes à microcircuit de l'un ou l'autre type, les spires de l'antenne magnétique sont généralement réalisé(e)s sous la forme d'enroulements de fils de cuivre ou de pistes conductrices, disposées dans les deux cas au sein des couches constituant physiquement la carte. Dans tous les cas, afin d'augmenter le courant induit que l'antenne magnétique délivre au circuit électronique, le concepteur de l'entité électronique est contraint d'accroître le nombre de spires afin d'augmenter le flux magnétique à travers l'antenne.
L'accroissement du nombre de spires pose toutefois rapidement des problèmes : d'une part l'augmentation de la surface qui porte les spires par rapport à la surface disponible peut poser des problèmes d'encombrement, d'autant que la géométrie des spires est relativement figée, ce qui est particulièrement gênant dans le cas des entités électroniques de petites dimensions ; d'autre part, le nombre réduit de surfaces généralement disponible pour recevoir les spires (souvent par exemple déposées dans un même plan) rend nécessaire des techniques de pont pour le bouclage du circuit électrique, comme décrit par exemple dans la demande de brevet FR 2 769 390.
Des techniques ont déjà été proposées pour simplifier la conception ou la fabrication du pont, par exemple en combinant le bouclage et la connexion au circuit électronique, sans toutefois pouvoir supprimer à proprement parler la nécessité du bouclage de l'antenne magnétique, mais plutôt en rendant complexe ou trop épaisse la conception de l'entité électronique alors proposée.
L'invention vise à résoudre ces problèmes, sans que cela ne compromette les performances du système et propose ainsi une entité électronique comprenant un circuit électronique et une antenne dont une partie au moins forme un circuit conducteur connecté à deux extrémités au circuit électronique, caractérisée en ce que la projection du circuit formé par l'antenne et le circuit électronique, dans un plan qui est substantiellement parallèle à celle-ci, forme une ligne sans intersection et en ce que l'antenne comprend un enroulement qui s'étend sur strictement plus d'une spire.
Ainsi, le circuit d'antenne comprend un enroulement dont les performances sont supérieures à une simple spire, sans toutefois nécessiter la présence d'un pont de bouclage. L'enroulement forme par exemple une pluralité de spires afin d'obtenir des performances particulièrement bonnes.
L'enroulement est par exemple inclut dans le circuit conducteur.
Selon une possibilité de réalisation, le circuit conducteur comprend un premier brin et un second brin formant chacun une spirale, le premier brin et le second brin étant entrelacés.
Le second brin est par exemple essentiellement parallèle en chaque point au premier brin.
Le premier brin et le second brin peuvent être séparés par une distance du même ordre de grandeur sur toute leur longueur et essentiellement constante dans chaque direction, ce qui permet de bien répartir l'antenne sur l'entité électronique, par exemple lorsqu'il s'agit d'une carte.
En pratique, le premier brin et le second brin peuvent être séparés d'au moins 8 mm.
Selon un mode de réalisation possible, le premier brin est relié à une première plage de connexion, le second brin est relié à une seconde plage de connexion, et le premier brin et le second brin sont reliés par une portion de liaison. L'une au moins desdites plages de connexion peut alors être située dans une région centrale de l'antenne, ce qui permet également une bonne répartition de l'antenne sur l'entité électronique.
L'antenne peut également comprendre un résonateur couplé au conducteur électrique afin d'augmenter encore ses performances.
Le conducteur électrique peut alors être formé d'une simple spire.
Le résonateur est par exemple couplé au circuit conducteur par couplage capacitif, ce qui permet un fonctionnement particulièrement intéressant de l'antenne comme expliqué plus loin. Pour ce faire, le résonateur comprend par exemple une spire située en regard au circuit conducteur sur une partie au moins de son périmètre.
Pour maximiser le couplage capacitif, la spire est située en regard de le circuit conducteur sur la quasi-totalité de son périmètre et/ou la spire et le circuit conducteur sont situés à une distance inférieure à 0,5 mm sur ladite partie de périmètre.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le résonateur est formé d'un enroulement conducteur à extrémités libres, qui peut alors comprendre une pluralité de spires. Dans ce cas, afin d'obtenir un résonateur particulièrement efficace, les spires sont séparées deux à deux d'une distance inférieure à 0,5 mm.
Selon un mode possible de réalisation, le circuit conducteur est situé à l'intérieur du résonateur. Selon un autre mode de réalisation, le résonateur est situé à l'intérieur du circuit conducteur.
Le circuit conducteur et le résonateur peuvent être déposés sur un même support plan.
En variante, le circuit conducteur est réalisé dans un premier plan, le résonateur est réalisé dans un second plan différent du premier plan et le résonateur est situé au droit du circuit conducteur, par exemple une spire médiane du résonateur est placé au droit du circuit conducteur pour obtenir un couplage particulièrement efficace.
La fréquence de résonance du résonateur seul (ou fréquence du résonateur à vide) est par exemple supérieure d'au maximum 10 % à une fréquence de communication du circuit électronique avec les dispositifs extérieurs (par exemple un lecteur sans contact). Ainsi, le couplage du circuit conducteur impliquant une fréquence de résonance du circuit dans son ensemble légèrement inférieure à la fréquence de résonance du résonateur seul, la fréquence de résonance du circuit dans son ensemble est particulièrement adapté pour profiter du phénomène d'amplification. L'antenne considérée ici est une antenne magnétique, c'est-à-dire une antenne qui génère essentiellement un courant d'induction.
Par exemple, le circuit électronique fonctionne à une fréquence de communication avec l'antenne inférieure à 100 MHz.
Ladite fréquence de communication peut notamment être comprise entre 1 MHz et 50 MHz, en particulier entre 13 MHz et 15 MHz.
Dans ce dernier cas, la fréquence de résonance du résonateur seul peut alors avantageusement être comprise entre 13,6 MHz et 17 MHz.
Les dimensions extérieures de l'entité électronique sont par exemple inférieures à 100 mm, voire inférieures à 30 mm. L'invention est particulièrement intéressante dans ces conditions où la surface disponible est réduite.
Dans ces conditions, la capacité du circuit électronique est par exemple supérieure à 100 pF et/ou le résonateur comprend plus de dix spires, ce qui est particulièrement propice à une bonne interaction des différents éléments.
L'entité électronique peut ainsi être une entité électronique de poche. Il s'agit par exemple d'une carte à microcircuit. Dans ce cas, l'antenne peut avantageusement seulement s'étendre sur environ la moitié de la surface de la carte.D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, faits en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un premier exemple d'une entité électronique réalisée conformément aux enseignements de l'invention ;
- la figure 2 représente un schéma électronique équivalent pour modéliser les principes généraux du comportement électrique de l'entité électronique de la figure 1 ; - la figure 3 représente une antenne utilisée dans un second exemple de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 représente une antenne selon un troisième exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente en vue de dessus un support portant une antenne selon un quatrième exemple de réalisation de l'invention ;
- la figure 6 représente en vue de dessous le support de la figure 5 ;
- la figure 7 représente un cinquième exemple de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 8 représente une antenne selon un sixième exemple de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 9 représente une antenne selon un septième exemple de mise en œuvre de l'invention ; - la figure 10 représente une antenne selon un huitième exemple de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 11 représente une antenne selon un neuvième exemple de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 12 représente une première partie d'une antenne selon un dixième exemple de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 13 représente une seconde partie de l'antenne dans le dixième exemple de réalisation de l'invention ;
- la figure 14 représente une antenne selon un onzième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente schématiquement un premier exemple d'entité électronique réalisée conformément aux enseignements de l'invention. Il s'agit ici d'une carte à microcircuit 2 dont on a représenté les éléments essentiels à la compréhension de l'invention, à savoir un circuit électronique 4 (tel qu'un circuit intégré) aux bornes duquel est connectée une antenne formée d'une part par une boucle 6 et d'autre part par un résonateur 8.
Le circuit électronique 4 est par exemple reçu dans un module que l'on vient déposer sur l'entité électronique 2 afin de réaliser la connexion du circuit électronique 4 à l'antenne (ici en pratique à la boucle 6), par exemple comme décrit dans le document FR 2 863 747. L'antenne permet au circuit électronique 4 d'effectuer une communication à distance avec d'autres dispositifs électroniques tels que par exemple un lecteur de carte. L'antenne est une antenne magnétique qui permet non seulement l'échange d'informations entre le circuit électronique 4 et le dispositif électronique extérieur à une fréquence prédéterminée, mais également la télé-alimentation du circuit électronique 4.
Pour des entités électroniques portables de poche de dimensions courantes (à savoir de l'ordre de, ou inférieures à, 10 cm), qui échangent des informations avec une portée de l'ordre du mètre, voire de quelques mètres, une telle antenne fonctionne en champ magnétique (c'est-à-dire à distance au plus de l'ordre de la longueur d'onde) jusqu'à des fréquences de l'ordre de 100 MHz (où la longueur d'onde est de 3 m).
L'entité électronique 2 décrite ici est par exemple une carte du type sans contact qui peut échanger des informations avec un dispositif électronique extérieur, par exemple tel que selon la norme ISO 14 443 sur une porteuse à 13,56 MHz.
La boucle 6 est ici réalisée par une simple spire et forme ainsi comme déjà indiqué un circuit conducteur connecté à chacune de ses extrémités à l'une des bornes du circuit électronique 4.
La boucle 6 est par exemple réalisée par gravure d'une piste de cuivre sur un support 10 réalisé en matériau diélectrique qui constitue une couche de l'entité électronique 2, notamment dans le cas décrit ici où l'entité électronique est une carte à microcircuit. D'autres formes de réalisation de la boucle 6 sont naturellement envisageables, telles que par exemple le dépôt d'un fil de cuivre ou d'une encre conductrice.
Le résonateur 8, formé ici également par des pistes conductrices (par exemple obtenues par gravure en cuivre avec une largeur d'environ 0,15 mm, par exemple entre 0,12 mm et 0,2 mm, et un espacement d'environ 0,15 mm, par exemple entre 0,12 mm et 0,2 mm), est disposé à une distance suffisamment faible de celle-ci pour permettre un couplage capacitif entre ces deux éléments.
Dans l'exemple représenté à la figure 1 , le résonateur 8 est formé de portions rectilignes qui forment une spirale conductrice à extrémités libres, formée de deux spires dans le cas décrit. L'une des spires du résonateur 8 (la spire extérieure en figure 1) est située en regard de la boucle 6, sur une partie substantielle au moins de son périmètre (ici la quasi-totalité de celui-ci), et à faible distance de celle-ci (c'est-à- dire moins de 0,5 mm et par exemple moins de 0,15 mm) afin d'assurer un bon couplage capacitif. En variante, la proximité de la spire du résonateur 8 et de la boucle 6 peut n'avoir lieu que sur une partie de leur périmètre (par exemple de l'ordre de la moitié de celui-ci), ce qui assure dans certains cas un couplage capacitif suffisant. Selon une autre variante, le couplage capacitif pourrait être réalisé en reliant la boucle 6 et le résonateur 8 au moyen d'un condensateur.
La disposition du résonateur 8 sous forme de spires génère un comportement inductif de cet élément, alors que la proximité des portions (ici rectilignes) de la spirale deux à deux et l'absence de bouclage (du fait des extrémités libres de la spirale) induit un comportement capacitif.
Le résonateur possède ainsi un coefficient de surtension élevé à une fréquence de résonance.
Ce coefficient de surtension à la résonance sera avantageusement utilisé pour amplifier, à la fréquence de communication utilisée, les signaux auxquels le résonateur est soumis. Ces signaux amplifiés sont transmis à la boucle par couplage capacitif. Pour ce faire, le résonateur 8 est conçu (de par la disposition de ces pistes, la largeur de celles-ci et l'espacement entre elles, et de par les matériaux utilisés pour le résonateur 8 et le support 10) afin d'avoir des effets inductif et capacitif qui provoquent une résonance à une fréquence proche de la fréquence de communication du circuit électronique, comme illustré dans les exemples décrits ci-après.
Pour le calcul des valeurs d'inductance et de capacité générées pour des caractéristiques données du résonateur, on se reportera par exemple aux documents "Inductance Calculation Techniques, part II : Calculations and Handbook Methods", de Marc T. Thompson, in Power Control and Intelligent Motion, décembre 1999, "Design and Optimization of a 10 nH Square-Spiral Inductor for Si RF les", de Tuan Huu Bui, University of North Carolina, octobre 1999, "Capacity Limits and Matching Properties of Integrated Capacitors", de Robert Aparicio et AIi Hajimiri, in IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 37 No. 3, mars 2002, "Interdigital sensors and transducers" de Alexander V. Mamishev et al., in Proceedings of the IEEE, Vol. 92, No. 5, mai 2004 et "Be Careful of Self and Mutual Inductance Formulae", de H. Kim et C. C-P. Chen, Université de Wisconsin, Madison, 2001. L'utilisation d'une pluralité de spires dans le résonateur, comme c'est le cas dans l'exemple de réalisation de l'invention présenté en figure 1 , permet non seulement d'augmenter l'effet inductif par l'augmentation de la longueur du conducteur utilisé, mais également l'effet capacitif par la coopération de chaque portion rectiligne du résonateur 8 avec une autre portion rectiligne de celui-ci.
Par ailleurs, comme pour la boucle 6, il existe de nombreuses possibilités de réalisation du résonateur 8 autre que les pistes en matériau conducteur, comme par exemple l'utilisation d'un fil de cuivre (de largeur comprise entre 0,088 mm et 0,15 mm et avec un espacement compris entre 0,112 mm et 0,2 mm) ou le dépôt d'une encre conductrice (de largeur comprise entre 0,15 mm et 0,3 mm et avec un espacement compris entre 0,3 mm et 0,5 mm).
Enfin, bien que le résonateur donné à titre d'exemple ci-dessus soit imposé de portions rectilignes, on comprend qu'on pourrait utiliser à la place des portions courbes.
On a représenté à la figure 2 un schéma électrique équivalent possible pour modéliser les principes généraux du comportement électrique de l'entité électronique de la figure 1 , qui permet de facilement comprendre le fonctionnement électrique de celle-ci. Le circuit électronique 4 est représenté classiquement par une résistance Rie et une capacité Cic en parallèle. Dans le cas où le circuit électronique est un circuit intégré, ces données sont en général fournies par le fabricant du circuit électronique, ou peuvent être mesurées.
La boucle 6 est quant à elle représentée principalement par l'association série d'une inductance LB et d'une résistance RB- Pour modéliser également les cas où la boucle 6 est formée d'une pluralité de spires, on prévoit également une capacité inter-spire CB connectée en parallèle à l'inductance LB de la boucle 6.
Le résonateur 8 est représenté par un circuit LC qui associe une inductance LR et une capacité CR dont une explication de l'origine physique est donnée ci-dessus.
Comme indiqué à propos de la figure 1 , la boucle 6 et le résonateur 8 sont associés par couplage capacitif, ce qui est représenté sur le schéma équivalent de la figure 2 par la connexion de la partie représentant la boucle 6 (principalement inductance LB et résistance RB) à la partie représentant le résonateur 8 (inductance LR et capacité CR) à travers une capacité Cc correspondant au couplage capacitif.
La figure 3 représente un second exemple d'antenne conforme aux enseignements de l'invention, qui est naturellement associée à un circuit électronique comme cela a été décrit à propos de la figure 1 pour former une entité électronique du type carte à microcircuit.
Une telle antenne est adaptée ici à une carte type ID1, de dimensions 85,6 mm x 54 mm. L'antenne représentée à la figure 3 comprend une boucle 36 formée par une simple spire (destinée à être connectée à chacune de ses extrémités au circuit électronique) et un résonateur 38 formé par une quinzaine de spires, l'enroulement formé par ces spires ayant des extrémités libres 31 , 32.
L'ensemble des éléments de l'antenne, à savoir la boucle 36 et le résonateur 38, sont ici formés dans un même plan, par exemple par dépôt sur un support en matériau diélectrique, par exemple du papier ou une matière plastique (de permittivité relative comprise entre 2 et 7).
Les pistes conductrices sont ici réalisées en cuivre par gravure.
Cet exemple de réalisation, réalisé ici pour une carte de dimension 81 mm x 50 mm, permet d'obtenir une capacité du résonateur CR de 0,6165 pF et une inductance du résonateur LR de 219,7 μH, ce qui définit une fréquence de résonance à vide (c'est-à-dire du résonateur considéré seul) de 13,678 MHz. Le couplage avec la boucle ayant pour effet de très légèrement diminuer la fréquence de résonance par rapport au résonateur à vide, l'antenne est particulièrement intéressante pour une carte à microcircuit dont le circuit électronique communique avec l'extérieur à une fréquence de 13,56 MHz (par exemple un circuit électronique
PHILIPS MIFAR PRO X).
La boucle 36 se termine naturellement à chaque extrémité destinée à être connectée au circuit électronique par une plage de connexion 33, 34. Du fait de l'utilisation d'une simple spire pour la boucle 36 et d'un enroulement à extrémités libres (c'est-à-dire sans rebouclage) pour le résonateur 38, l'antenne proposée à la figure 3 ne nécessite pas l'utilisation d'un pont. Toutefois, grâce à l'utilisation du résonateur, ses performances magnétiques sont particulièrement bonnes. La figure 4 représente une antenne utilisée dans un troisième exemple de mise en œuvre de l'invention, de conception relativement proche de l'antenne décrite en référence à la figure 3.
Ainsi, comme pour l'antenne décrite en référence à la figure 3, l'antenne de la figure 4 comprend une boucle 46 formée par une simple spire munie à ses deux extrémités 43, 44 de plages de connexion au circuit électronique.
A l'intérieur de la zone délimitée par la boucle 46, l'antenne comprend un résonateur 48 formée par l'enroulement à extrémités libres d'une quarantaine de spires. Chaque spire est réalisée par quatre portions rectilignes. Les caractéristiques de l'antenne de la figure 4, prévue pour une carte de dimension 61 mm x 40 mm permet d'obtenir comme dans le cas précédent, une fréquence de résonance proche de 13,56 MHz. En effet, on obtient ici une inductance du résonateur LR de 122,113 μH, une capacité du résonateur CR de 1,11 pF et ainsi une fréquence de résonance à vide de 13,653 MHz. Comme pour l'exemple de la figure 3, l'antenne représentée à la figure 4 ne nécessite pas la mise en place d'un pont de bouclage entre des éléments du circuit d'antenne.
Un quatrième exemple de mise œuvre de l'invention va à présent être décrit en référence aux figures 5 et 6. Selon cet exemple de réalisation, un support 55 porte sur une première face représentée en figure 5 une boucle 56 réalisée sous forme d'une simple spire avec des plages de connexion 53, 54 à chacune de ses extrémités pour connexion avec le circuit électronique de l'entité électronique considérée dans ce quatrième exemple de réalisation. Sur une seconde face du support 55, opposée à la première face et représentée en figure 6, l'entité électronique reçoit un résonateur 58 formé de portions rectilignes de pistes conductrices qui dessinent une spirale (formée ici de trois spires) à extrémités libres 51 , 52.
La boucle 56 et le résonateur 58 sont respectivement positionnés sur la première face et la seconde face du support 55 de telle sorte qu'au moins une partie substantielle de la longueur de la boucle 56 se trouve au droit du résonateur 58, de préférence au droit de portions rectilignes du résonateur 58, par exemple des portions extérieures de celui-ci, ou en variante de portions médianes de celui-ci (ce qui augmente le phénomène de couplage capacitif entre la boucle 56 et le résonateur 58).
Ainsi, certaines portions du résonateur 58 et la boucle 56 ne sont séparées que par l'épaisseur du support 55 réalisé en matériau diélectrique et la disposition qui vient d'être mentionnée réalise donc également un couplage capacitif entre la boucle 56 et le résonateur 58.
Si l'on souhaite obtenir un couplage particulièrement efficace, on utilise un support de faible épaisseur, par exemple inférieure à 0,5 mm, voire inférieure à 0,3 mm, et même inférieure à 0,15 mm. Le fonctionnement de l'entité électronique qui utilise l'antenne décrite aux figures 5 et 6 suit dès lors les mêmes principes déjà décrits pour l'entité électronique de la figure 1 en référence à la figure 2.
La figure 7 représente une antenne dans un cinquième mode de réalisation de l'invention. Cette antenne comporte un résonateur 78 formé d'une pluralité de spires réalisées au moyen de portions de piste conductrice rectilignes. La piste conductrice qui dessine le résonateur 78 forme ainsi une spirale avec deux extrémités libres 71 , 72.
On remarquera ici, comme c'est le cas à la figure 7, que le nombre des spires qui forment le résonateur n'est pas forcément un nombre entier sans que cela ne compromette la conception ou le fonctionnement physique de l'antenne. Cette remarque s'applique d'ailleurs également aux autres modes de réalisation.
La spire intérieure du résonateur (c'est-à-dire la spire qui se termine à une extrémité par l'extrémité libre 72) ménage une zone qui reçoit, comme bien visible sur la figure 7, une boucle 76 formée par une simple spire destinée à être connectée à un circuit électronique au moyen de plages de connexion 73, 74 situées chacune à une extrémité de la spire.
La boucle 76 est située à une distance suffisamment faible de la spire intérieure du résonateur 78 (sur une partie au moins de leur périmètre, et dans l'exemple décrit ici sur la totalité du périmètre de la spire formant la boucle 76) si bien qu'il existe un couplage capacitif entre la boucle 76 et le résonateur 78.
Le fonctionnement de l'antenne selon ce cinquième mode de réalisation suit donc les mêmes principes que pour les modes de réalisation précédents qui ont été expliqués en référence aux figures 1 et 2. La figure 8 représente une antenne conforme à un sixième exemple de réalisation de l'invention.
L'antenne représentée à la figure 8 comprend une boucle 86 qui possède à chacune de ses extrémités une plage de connexion 83, 84. L'antenne comprend également un résonateur 88 situé dans la surface intérieure définie par la spire 86.
Le résonateur est formé par une piste conductrice parallèle à la boucle
86 et situé à faible distance de celle-ci, et se prolonge de part et d'autre à proximité des plages de connexion 83, 84 jusqu'à deux plots 87, 89 situés en vis-à-vis, également à faible distance l'un de l'autre et formé chacun par un élargissement de la largeur de la piste conductrice qui forme le résonateur 88.
Les deux plots 87, 89 permettent la connexion d'un condensateur dont le comportement capacitif s'ajoute au comportement inductif de la piste conductrice du résonateur qui forme approximativement une spire. Ces deux effets conjugués permettent d'obtenir l'effet de résonateur.
De plus, du fait de la proximité de la piste conductrice qui forme le résonateur 88 avec d'une part la boucle 86 et, d'autre part les places de connexion 83, 84, il existe un couplage capacitif entre la boucle 86 et le résonateur 88.
Le sixième exemple de réalisation fonctionne ainsi selon les mêmes principes que les modes de réalisation précédemment décrits.
L'exemple de réalisation décrit à la figure 8 permet d'obtenir, pour une carte de dimension 23,6 mm x 20,4 mm les caractéristiques électriques suivantes, en associant une capacité au résonateur de 1325 pF : inductance du résonateur 104,4 nH et ainsi une fréquence du résonateur à vide de 13,625 MHz. La figure 9 représente une carte bancaire dans laquelle est implantée une antenne selon un septième exemple de mise œuvre de l'invention.
La carte schématiquement représentée à la figure 9 est une carte du type ID1 de dimensions 85,6 mm x 54 mm.
La figure 9 fait apparaître les zones de la carte dans lesquelles il est possible d'implanter des circuits électriques et électroniques (dont une antenne de télécommunication du microcircuit de la carte avec l'extérieur) et les zones dans lesquelles une telle implantation est impossible, par exemple du fait de sollicitations mécaniques postérieures à l'assemblage des différentes couches de la carte (typiquement par lamination), tels que les embossages destinés à réaliser des inscriptions sur la carte.
Ainsi la carte comprend-elle dans sa moitié verticale représentée à gauche sur la figure 9 une zone d'embossage 91 (dans laquelle l'implantation de l'antenne est impossible) de dimensions importantes par rapport à la totalité de cette moitié, et qui ne laisse de ce fait subsister qu'une zone étroite 92 pour l'implantation éventuelle de l'antenne.
Dans sa moitié verticale située à droite sur la figure 9, la piste magnétique que doit porter la carte définit une zone correspondante 97 sur laquelle il est préférable de limiter les implantations de circuits électriques.
Cette zone correspondant à la piste magnétique 97 laisse toutefois subsister, de part et d'autre, des régions de dimensions relativement importantes où l'implantation de circuits électriques et électroniques est possible, à savoir une région de forme allongée 99 située entre la zone correspondant à la piste magnétique 97 et le bord droit de la carte et une zone principale 95 située entre la zone d'embossage 91 et la zone correspondant à la piste magnétique 97.
On remarquera qu'une faible partie de la zone principale 95 ne peut recevoir d'implantation de circuit électrique comme cela est représenté à la figure 9. Toutefois, du fait de ses faibles dimensions, cette zone ne remet pas en cause les explications qui suivent.
On notera également que la zone principale 95 comprend une zone d'implantation 90 du circuit électronique de la carte.
Lorsque l'on souhaite obtenir une portée suffisante pour la carte ID1 qui vient d'être décrite, il est impossible d'utiliser la zone étroite 92 du fait que celle-ci ne peut recevoir qu'un nombre limité de spires.
On est donc contraint d'implanter l'antenne dans la moitié verticale
(représentée à droite sur la figure 9) qui ne contient pas la zone d'embossage 91 , ce qui implique toutefois une division par deux de la surface de l'antenne, et par conséquent selon la conception classique une division par deux du flux magnétique utilisée pour la télécommunication.
On propose ici, comme visible sur la figure 9, d'implanter une boucle 96 dont le périmètre correspond approximativement à celui de la moitié verticale représentée à gauche sur la figure 9. La boucle 96 s'étend ainsi principalement dans la zone principale 95 et, dans une moindre mesure, dans la région de forme allongée 99.
La boucle 96 comprend une simple spire connectée à ses deux extrémités au circuit électronique de la carte au moyen de plages de connexion 93, 94 qui s'étendent naturellement dans la zone d'implantation 90.
On propose en outre d'implanter un résonateur 98 à l'intérieur de la boucle 96.
Le résonateur est formé de portions de piste conductrice rectilignes qui forment un enroulement en spirale à extrémités libres. Le résonateur 98 s'étend, tout comme la boucle 96, principalement sur la zone des régions principales 95 et la région de forme allongée 99.
Le résonateur 98 est ici obtenu par l'enroulement en spirale de fils conducteurs de largeur 0,112 mm avec une largeur interspire de 0,088 mm.
Le résonateur 98 permet ainsi d'amplifier les signaux à la fréquence de communication du circuit électronique (ici 13,56 MHz), les signaux étant en outre échangés entre le résonateur 98 et la boucle 96 par couplage capacitif entre ces deux éléments, comme déjà décrit pour les modes de réalisation précédents.
On obtient ainsi, bien que les dimensions extérieures de l'antenne (à savoir ici la boucle 96) soient réduites (ici à légèrement moins de la moitié de la surface de la carte ID1), une sensibilité suffisante de l'antenne, et ainsi une portée suffisante de la carte en fonctionnement à distance.
La figure 10 représente une antenne selon un huitième mode de réalisation de l'invention. Cette antenne est formée par une boucle 106 destinée à être connectée au moyen d'une première et d'une seconde plages de connexion 101 , 102 au circuit électronique de l'entité concernée.
La boucle 106 comprend un premier brin, dit brin extérieur 103, qui s'étend en spirale à partir de la première plage de connexion 101. Comme visible sur la figure 10, le brin extérieur 103 s'étend sur plus de deux tours (ici sur environ
800°) autour de la première plage de connexion 101 et forme ainsi à lui seul une pluralité de spires (ici plus de deux spires).
La boucle 106 comprend également un second brin, dit brin intérieur 104, qui s'étend en spirale à partir de la seconde plage de connexion 102, parallèle en chaque point au brin extérieur 103 et à l'intérieur de celui-ci, de telle sorte que le brin extérieur 103 et le brin intérieur 104 forment deux spirales entrelacées. Le brin intérieur 104 s'étend sur environ deux tours (c'est-à-dire 720°) par rapport à la seconde plage de connexion 102 et autour de celle-ci.
Les brins intérieur 104 et extérieur 103 qui sont parallèles entre eux en chaque point de leur longueur, sont reliés entre eux, à leurs extrémités opposées à leur plage de connexion respective, au moyen d'une portion de liaison 105.
La boucle 106 forme ainsi un circuit conducteur continu qui, bien qu'il s'étende dans un plan, comporte une pluralité de spires (pour chacun des brins) ; ce circuit conducteur s'étend donc sur plus d'un tour (360°), ici même sur plus de deux tours pour chaque brin. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 10, les brins sont formés par un ensemble de portions rectilignes qui forme un enroulement en spirale parfois dénommé "spirale carrée". En variante, il pourrait naturellement s'agir de portions courbes.
Comme bien visible sur la figure 10, les deux brins 103, 104 sont séparés par une distance du même ordre de grandeur sur toute leur longueur, et essentiellement constante dans chaque direction (et qui correspond ici, dans une direction, à la distance séparant les plages de connexion 101 , 102 et à la longueur de la portion de liaison 105) qui permet de répartir la boucle 106 sur l'essentiel de la surface de l'entité électronique (par exemple une carte à microcircuit) qui la reçoit. Cette disposition particulière permet d'obtenir une faible capacité interspire et une surface interne de la boucle 106 suffisante.
Afin de garantir un fonctionnement optimal, sans couplage capacitif notable entre les brins intérieur 104 et extérieur 103, on prévoit qu'ils sont séparés d'une distance minimale de 8 mm, ce qui est intéressant en particulier pour une fréquence de l'ordre de 13,56 MHz (en pratique comprise entre 1 MHz et 50 MHz).
Du fait de l'utilisation de plus d'une spire (voire d'une pluralité de spires) pour chacun des brins, les performances de l'antenne sont bonnes. On a en effet constaté à propos de l'efficacité de l'antenne que, du fait notamment de la mutuelle inductance créée entre les brins, les phénomènes liés à la présence des spires qui constituent chaque brin sont prépondérants par rapport à ceux liés à la surface délimitée par les deux brins,
La figure 11 représente un neuvième exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention, qui constitue une variante de l'antenne représentée à la figure 10. En effet, l'antenne selon ce neuvième exemple est constituée d'une boucle 116 qui comprend un brin extérieur 113 qui s'étend en spirale à partir d'une première plage de connexion 111 et d'un brin intérieur 114 qui s'étend en spirale à partir d'une seconde plage de connexion 112 et à l'intérieur du brin extérieur 113. Le brin extérieur 113 s'étend sur plus d'un tour (c'est-à-dire sur plus de
360°) par rapport à la première plage de connexion 111 , c'est-à-dire que selon une approche géométrique toute demi-droite issue de la première plage de connexion 111 intersecte le brin extérieur 113 en au moins un point ; il forme ainsi à lui seul un enroulement qui s'étend sur plus d'une spire. Les brins extérieur 113 et intérieur 114 sont reliés, à leur extrémité opposée à leur plage de connexion respective 111, 112, par une portion de liaison 115 de telle sorte que la boucle 116 forme un circuit conducteur continu.
La boucle 116, bien qu'elle forme un circuit continu dont une partie forme une spire qui s'étend sur plus de 360°, est réalisée dans un même plan et forme ainsi, une fois les plages de connexion reliées par le circuit électronique, un circuit sans intersection en projection dans ce plan. Cette antenne peut ainsi être réalisée dans une seule couche de l'entité électronique, sans nécessiter un pont de rebouclage du circuit.
Les figures 12 et 13 représentent une antenne réalisée au sein d'une carte à microcircuit sur deux couches de cette carte respectivement représentée aux figures 12 et 13.
Sur une première couche 125 de la carte à microcircuit est déposée une boucle 126 adaptée à être connectée au circuit électronique de la carte au moyen de plages de connexion 123, 124, situées substantiellement au centre de la surface de la première couche 125.
A partir de la plage de connexion 124 s'étend en spirale un premier brin
127 de la boucle 126, dénommé dans la suite brin extérieur. Le brin extérieur 127 comprend une portion rectiligne qui s'étend essentiellement entre la plage de connexion 124 et un bord de la carte et quatre portions rectilignes qui s'étendent sur la quasi-totalité du périmètre de la carte, à faible distance du bord de celle-ci.
Le second brin 129 de la boucle 126 s'étend en spirale à partir de la plage de connexion 123, à l'intérieur de la spirale formée par le brin extérieur 127. Le second brin 129 est de ce fait dénommé brin intérieur. Le brin extérieur 127 et le brin intérieur 129 sont reliés l'un à l'autre à leurs extrémités opposées à la plage de connexion 123, 124 par une portion de liaison 130. La boucle 126 est ainsi apte à former, avec le circuit électronique de la carte, un circuit fermé. On remarque que les différents espacements entre les diverses portions de piste conductrice formant la boucle 126 (c'est-à-dire l'espacement entre les deux brins) sont (pris deux à deux) du même ordre de grandeur, et substantiellement égaux deux à deux dans chaque direction, afin d'une part de limiter la formation de capacités interspires et, d'autre part, de ménager une surface suffisante à l'intérieur de la boucle 126.
Sur une seconde couche 131 représentée à la figure 13, la carte à microcircuit porte un résonateur 128 formé de l'enroulement en spirale d'une piste conductrice à extrémités libres (formé ici d'un peu plus de deux spires).
La première couche 125 et la seconde couche 131 sont suffisamment proche pour qu'il existe un couplage capacitif entre le résonateur 128 et la boucle 126, et en particulier son brin extérieur 127 qui est disposé selon l'exemple donné ici substantiellement au droit des spires qui forment le résonateur 128.
On obtient ainsi un fonctionnement du type de celui décrit dans ses principes en référence aux figures 1 et 2. La figure 14 représente une antenne utilisée dans un onzième mode de réalisation de l'invention.
Cette antenne comprend une boucle 146 formée d'un brin extérieur 147 et d'un brin intérieur 149.
Chaque brin 147, 149 s'étend en spirale à partir d'une plage de connexion 143, 144 située substantiellement au centre de la carte.
Le brin extérieur 147 est formé par une spirale qui s'étend notamment sur la quasi-totalité du périmètre de la carte (en général plus des 3A de ce périmètre, et ici plus des 7/8ème de ce périmètre). De ce fait notamment, le brin extérieur 147 s'étend, vu de la plage de connexion 143, sur plus d'un tour (c'est-à-dire sur plus de 360°). Autrement dit, toute demi-droite (imaginaire) issue de la plage de connexion 143 a au moins une intersection avec le brin extérieur 147.
Le brin intérieur 149 s'étend quant à lui en spirale à partir de la plage de connexion 144 et à l'intérieur de la surface délimitée par le brin extérieur 147, de sorte qu'il est entrelacé avec le brin extérieur 147. Le brin extérieur 147 et le brin intérieur 149 sont reliés, à leur extrémité opposée à leur plage de connexion respective 143, 144, par une portion de liaison
145 et forment ainsi un circuit fermé plan lorsque le circuit électronique est connecté aux plages de connexion 143, 144. L'antenne comprend également un résonateur 148 formé par une piste conductrice à extrémités libres 141 , 142 enroulé en spirale.
Le résonateur 148 comprend environ deux spires enroulées autour de la boucle 146, dont une spire est à faible distance du brin extérieur 147 de la boucle
146 sur la quasi-totalité du périmètre de la carte. Le résonateur 148 comprend également une seconde partie liée électriquement à la première et qui s'enroule en spirale à l'intérieur de la boucle 146, en partie à proximité du brin extérieur 147 et en partie à proximité du brin intérieur 149, quasiment jusqu'à la plage de connexion de ce dernier.
La proximité du résonateur 148 et de la boucle 146 sur une partie importante de la longueur de la boucle 146 permet un couplage capacitif entre le résonateur 148 et la boucle 146 et ainsi un fonctionnement tel que déjà donné dans ses principes en référence aux figures 1 et 2.
Les exemples qui viennent d'être donnés ne représentent naturellement que des modes possibles de réalisation de l'invention. L'entité électronique peut notamment être autre qu'un carte à microcircuit, comme par exemple un assistant personnel numérique ou un passeport électronique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Entité électronique comprenant un circuit électronique et une antenne dont une partie au moins forme un circuit conducteur connecté à deux extrémités au circuit électronique, caractérisée en ce que la projection du circuit formé par l'antenne et le circuit électronique, dans un plan qui est substantiellement parallèle à celle-ci, forme une ligne sans intersection et en ce que l'antenne comprend un enroulement qui s'étend sur strictement plus d'une spire.
2. Entité électronique selon la revendication 1 , dans laquelle l'enroulement forme une pluralité de spires.
3. Entité électronique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le circuit conducteur inclut ledit enroulement.
4. Entité électronique selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le circuit conducteur comprend un premier brin et un second brin formant chacun une spirale, le premier brin et le second brin étant entrelacés.
5. Entité électronique selon la revendication 4, dans laquelle le second brin est essentiellement parallèle en chaque point au premier brin.
6. Entité électronique selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle le premier brin et le second brin sont séparés par une distance du même ordre de grandeur sur toute leur longueur et essentiellement constante dans chaque direction.
7. Entité électronique selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle le premier brin et le second brin sont séparés d'au moins 8 mm.
8. Entité électronique selon l'une des revendications 5 à 7, dans laquelle le premier brin est relié à une première plage de connexion, dans laquelle le second brin est relié à une seconde plage de connexion, et dans laquelle le premier brin et le second brin sont reliés par une portion de liaison.
9. Entité électronique selon la revendication 8, dans laquelle l'une au moins desdites plages de connexion est située dans une région centrale de l'antenne.
10. Entité électronique selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle l'antenne comprend un résonateur couplé au conducteur électrique.
11. Entité électrique selon la revendication 10, dans laquelle le conducteur électrique est formé d'une simple spire.
12. Entité électronique selon la revendication 10 ou 11 , dans laquelle le résonateur est couplé au circuit conducteur par couplage capacitif.
13. Entité électronique selon la revendication 12, dans laquelle le résonateur comprend une spire située en regard du circuit conducteur sur une partie au moins de son périmètre.
14. Entité électronique selon la revendication 13, dans laquelle la spire est située en regard du circuit conducteur sur la quasi-totalité de son périmètre.
15. Entité électronique selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle la spire et le circuit conducteur sont situés à une distance inférieure à 0,5 mm sur ladite partie de périmètre.
16. Entité électronique selon l'une des revendications 10 à 15, dans laquelle le résonateur est formé d'un enroulement conducteur à extrémités libres.
17. Entité électronique selon la revendication 16, dans laquelle ledit enroulement conducteur comprend une pluralité de spires.
18. Entité électronique selon la revendication 17, dans laquelle les spires sont séparées deux à deux d'une distance inférieure à 0,5 mm.
19. Entité électronique selon l'une des revendications 16 à 18, dans laquelle le circuit conducteur est situé à l'intérieur du résonateur.
20. Entité électronique selon l'une des revendications 10 à 18, dans laquelle le résonateur est situé à l'intérieur du circuit conducteur.
21. Entité électronique selon l'une des revendications 10 à 20, dans laquelle le circuit conducteur et le résonateur sont déposés sur un même support plan.
22. Entité électronique selon l'une des revendications 10 à 20, dans laquelle le circuit conducteur est réalisé dans un premier plan, dans laquelle le résonateur est réalisé dans un second plan différent du premier plan et dans laquelle le résonateur est situé au droit du circuit conducteur.
23. Entité électronique selon la revendication 22, dans laquelle une spire médiane du résonateur est placé au droit du circuit conducteur.
24. Entité électronique selon l'une des revendications 10 à 23, dans laquelle la fréquence de résonance du résonateur seul est supérieure d'au maximum 10 % à une fréquence de communication du circuit électronique.
25. Entité électronique selon l'une des revendication 10 à 24, dans laquelle la fréquence de résonance du résonateur seul est comprise entre 13,6 MHz et 17 MHz.
26. Entité électronique selon l'une des revendications 1 à 25, dans laquelle l'antenne est une antenne magnétique.
27. Entité électronique selon l'une des revendications 1 à 26, dans laquelle le circuit électronique fonctionne à une fréquence de communication inférieure à 100 MHz.
28. Entité électronique selon la revendication 27, dans laquelle ladite fréquence de communication est comprise entre 1 MHz et 50 MHz.
29. Entité électronique selon la revendication 28, dans laquelle la fréquence de communication est comprise entre 13 MHz et 15 MHz.
30. Entité électronique selon l'une des revendications 1 à 29, ayant des dimensions extérieures inférieures à 100 mm.
31. Entité électronique selon la revendication 30, dans laquelle la capacité du circuit électronique est supérieure à 100 pF.
32. Entité électronique selon la revendication 30 ou 31, dans laquelle lesdites dimensions extérieures sont inférieures à 30 mm.
33. Entité électronique selon l'une des revendications 1 à 32, caractérisé en ce qu'elle est une entité électronique de poche.
34. Entité électronique selon l'une des revendications 1 à 33, caractérisée en ce qu'elle est une carte à microcircuit.
35. Entité électronique selon la revendication 34, dans laquelle l'antenne s'étend sur environ la moitié de la surface de la carte.
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