FR2642873A1 - Dispositif personnalisable d'identification passive - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les étiquettes répondeuses destinées à protéger les objets contre le vol. Elle consiste à aménager la ligne à retard à onde de volume d'une telle étiquette en prévoyant un ensemble de transducteurs 1-9 sur un même substrat 50 aménagé 60 pour obtenir un ensemble de retards distincts. Ces transducteurs sont réunis à l'antenne d'émission-réception 40 par un système de connexions 11-39 pouvant être coupées par l'utilisateur afin de former un codage connu de lui seul. Elle permet de personnaliser une telle étiquette par l'utilisateur lui-même pour améliorer la sécurité du système.

Description

DISPOSITIF PERSONNALISABLE
D'IDENTIFICATION PASSIVE
La présente invention se rapporte à un dispositif d'identification interrogeable à distance, fonctionnant de manière entièrement passive sans aucun apport dténergie locale et pouvant être personnalisé par l'utilisateur. Un tel dispositif peut être intégré dans un article que l?on désire protéger contre le vol, un livre dans une bibliothèque par exemple, et son interrogation à distance, à la sortie de la bibliothèque par exemple, permet de déclencher une alarme.

Il est connu du brevet US 4 059 831, inventeur Max
EPSTEIN, déposant NORTHWESTERN UNIVERSITY, de réaliser un tel dispositif, parfois appelé étiquette passive, en utilisant un dispositif à ondes de surface relié à une antenne radio-électrique. Celle-ci sert à la fois à alimenter le dispositif à ondes de surface et à émettre un code déterminé par ce dernier.

Un tel dispositif à ondes de surface comporte sur un substrat piézo-électrique, par exemple en ntobate de lithium, au moins deux transducteurs en forme de peignes interdigités qui sont gravés dans une couche conductrice. L'un au moins des peignes est formé d'un ensemble de transducteurs élémentaires pondérés chacun par un poids Ai et apportant chacun un retard t i. On obtient ainsi un codage de ltonde acoustique qui circule à la surface du substrat entre les deux transducteurs.Ce code est tel que, si h(t) est la réponse impulsionnelle d'un transducteur élémentaire, la réponse impulsionnelle s(t) du composant est de la forme
s(t) =i Ai h (t-ti)
Dans les réalisations les plus simples les poids A. ont pour valeur + 1,0 ou -1 et la complexité du code est obtenue par un nombre important de retards élémentaires, par exemple 16 ou 32.

Les deux transducteurs d'entrée et de sortie sont reliés à des antennes éIectromagnétiques, ou éventuellement à une antenne commune.

Un émetteur récepteur d'ondes radioélectriques sert d'interrogateur de ce dispositif. Pour cela il émet une impulsion de faible durée par rapport à h(t) et à t.. Ce signal est reçu par l'antenne et vient donc exciter au moins l'un des transducteurs en donnant naissance à une onde de surface. Cette onde de surface est reçue par l'autre transducteur qui délivre un signal égal à s(t) en raison du codage apporté par le transducteur codé. Ce signal s(t) est réémis par l'antenne à laquelle est relié le transducteur de sortie, puis reçu par l'interrogateur. A l'intérieur de l'interrogateur des circuits électroniques d'analyse permettent de déterminer si le signal reçu est bien de la forme s(t), et dans ce cas déclenchent une alarme.

L'interrogateur doit émettre avec une puissance suffisante afin d'obtenir un signal suffisamment fort en reponse à l'interrogation, ce qui entraîne la réception d'un grand nombre d'échos directs de l'onde électromagnétique. Toutefois, du fait de la très grande différence de vitesse entre les ondes électromagnétiques et les ondes acoustiques de surface, le retard apporté -par le dispositif d'identification est beaucoup plus long que celui des échos directs et ceux-ci ne peuvent pas brouilleur la réponse du dispositif.

Entre autres avantages ce procédé permet une interrogation à distance et il est entièrement passif.

Le signal h(t) étant relativement court, son énergie est assez faible et l'énergie du signal reçu par l'interrogateur est encore plus faible. Pour améliorer le rapport signal/bruit on peut alors avoir recours à un traitement cohérent bien connu dans la technique du traitement du signal. Ce procédé consiste à émettre un signal relativement long modulé linéairement en fréquence, connu sous le nom anglo-saxon de "chirp". Le signal réémis par le dispositif correspond au produit de convolution de s(t) avec le chirp. En procédant dans l'interrogateur à un traitement connu, comportant entre autres une nouvelle convolution avec le chirp et une transformée de Fourier inverse, on retrouve le signal s (t) mais avec un gain en rapport signal/bruit égal à BT1 où B est la bande passante du chirp et T sa durée.Pour B = 20 MHz et T = 10 ms par exemple le gain est de 53 dB, ce qui est considérable.

L'utilisation d'un dispositif à ondes de surface pour réaliser un tel appareil comporte toutefois de sérieux inconvénients.

Tout d'abord la fréquence de fonctionnement d'un dispositif à ondes de surface peut difficilement être supérieure à 1 GHz, en raison des difficultés de gravure des transducteurs, qui augmentent avec la fréquence, laquelle réduit la largeur et l'espacement des doigts de ces transducteurs. L'antenne utilisée doit donc être assez longue.

Par ailleurs il convient de protéger la surface du dispositif pour éviter de perturber la propagation des ondes. Il faut donc utiliser un boîtier de protection relativement élaboré et donc coûteux.

Pour pallier ces inconvénients, on a proposé dans la demande de brevet français 88 09459 déposée le 12 juillet 1988, inventeur Charles Maerfeld, d'utiliser à la place du dispositif à ondes de surface, un dispositif à ondes de volume convenablement usiné pour produire le code désiré.

Toutefois ces dispositifs ont pour inconvénient que le code utilisé peut être connu tant au stade de la fabrication qu'au stade de la mise en place dans l'objet à protéger.

Pour obtenir un code qui ne soit connu de personne, on a proposé dans la demande de brevet français 88 10609 déposée le 5 août 1988, inventeur Charles Maerfeld, de sceller dans l'objet à proposer un répondeur portant un dispositif à ondes de volume de telle manière que le matériaux de scellement vienne modifier de manière aléatoire les caractéristiques de ce dispositif et qu'il ne soit pas possible d'extraire ce répondeur sans modifier ses caractéristiques.

Toutefois avec un tel procédé il est nécessaire de procéder après le scellement du dispositif à une lecture de la réponse ainsi modifiée de manière à mémoriser celle-ci dans l'interrogateur. Cet interrogateur va donc être plus compliqué qu'un interrogateur simple et une telle lecture doit se faire dans des conditions d'isolement relativement strictes afin qu'il n'y ait pas de perturbations extérieures susceptibles de brouiller le codage à mémoriser.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif personnalisable d'identification passive, comprenant une antenne destinée à recevoir un signal d'interrogation et à émettre un signal codé en retour, et un dispositif à ondes acoustiques relié à cette antenne pour être excité par le signal d'interrogation puis appliquer à l'antenne le signal de retour affecté d'au moins un retard par rapport au signal d 'interrogation, principalement caractérisé en ce que le dispositif à ondes acoustiques comprend au moins un ensemble de transducteurs électro-acoustiques permettant d'affecter le signal de retour d'un ensemble de retards distincts, et des moyens de connexion pour relier ces transducteurs à l'antenne ; ces moyens de connexion pouvant être coupés de manière à interrompre séparément la connexion de chacun des transducteurs à l'antenne.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante) présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent
- la figure 1, une vue en perspective cavalière de la surface supérieure d'un dispositif selon l'invention
- la figure 2, une vue en coupe du dispositif de la figure I.

Le dispositif selon l'invention représenté sur les figures 1 et 2 comprend un substrat 50 formé d'un matériau tel que du verre, ou plus avantageusement du corindon, permettant une propagation des ondes acoustiques avec une atténuation relativement faible. Ce substrat a la forme d'un parallélépipède carré relativement plat, dont les dimensions extérieures sont de l'ordre de 5x5 mm2 pour une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, lorsqu'il est prévu pour fonctionner à des fréquences de l'ordre de 4 GHz.

A la surface supérieure de ce substrat, on a déposé deux électrodes 20 et 30, séparées entre elles mais réunies électriquement par un fil de connexion 40 qui forme une boucle servant d'antenne émettrice et réceptrice.

Du point de vue électrique, ces électrodes sont symétriques, mais on considérera conventionnellement l' électrode 20 comme une électrode de masse. Cette électrode recouvre la surface supérieure du substrat le long du côté droit de celle-ci et présente une partie centrale 60 en forme de languette qui s'allonge vers le milieu de cette face supérieure.

On a déposé sur l'extrémité de cette languette, sensiblement au centre de la surface supérieure du substrat, une couche mince 10, de forme circulaire sur la figure, en matériau piézo-électrique, du Zno par exemple. A la surface supérieure de cette couche piézo-éleetrlque, on a déposé un ensemble de petites électrodes distinctes. Sur la figure et dans l'exemple décrit ces électrodes ont la forme de carrés de quelques dixièmes de mm de côté, disposés pour former une mosaïque de 9 électrodes 1 å 9. Avec l'électrode de masse 20 et la couche piézo-électrique 10, on obtient ainsi un ensemble de 9 transducteurs électro-acoustiques distincts qui peuvent émettre, lorsqu'ils sont excités par un signal électrique, des signaux acoustiques ultrasonores dans la masse du substrat 50 vers la face inférieure de celui-ci.

Pour alimenter ces électrodes 1 å 9 on les a - réunies à l'aide d'un ensemble de connexions 21 à 29 à l'électrode 30. Ces fils sont soudés à leurs deux extrémités aux électrodes selon les techniques connues pour les circuits hybrides ou les semiconducteurs. Ces techniques sont également utilisées pour le dépot et la gravure des électrodes et de la couche piézo-électrique.

L'électrode 30, . que nous appellerons électrode collectrice, s'étend le long des 3 côtés de la face supérieure laissés libres par l'électrode 20. Elle comprend un corps et des doigts qui s'étendent radialement vers l'extrémité de la languette 60 de manière à entourer cette extrémité. Ces doigts comprennent une partie large 21-29, permettant de souder facilement les fils correspondants, réunie au corps de l'électrode collective par une partie étroite 31-39.

En raison - des fréquences utilisées (4 GHz par exemple), les ondes acoustiques ultrasonores qui sont émises au niveau des transducteurs se propagent dans le sein du substrat 50 sous la forme de faisceaux ayant une section sensiblement constante identique à Ia forme de l'électrode supérieure définissant le transducteur émetteur. Ces faisceaux sont perpendiculaires aux faces supérieure et inférieure et ils se réfléchissent sur cette face inférieure pour venir exciter en retour les transducteurs. Ceux-ci alimentent la boucle 40 qui forme à ce moment là antenne d'émission selon la technique connue et exposée plus haut. En modifiant les retards apportés par les 9 lignes à retard ainsi créées, on obtient un codage du signal de réponse qui est spécifique du dispositif.

On modifie la durée du retard de chacune des lignes à retard en usinant la face inférieure du substrat 50 pour former des creux repérés 60 sur Ia figure 2 ; selon I'inventhn, chacun des transducteurs 1 à 9 est en regard d'un creux distinct et le faisceau émis par chaque transducteur se réfléchit donc plus ou moins vite selon la profondeur du creux correspondant.

Le retard de base est égal à deux fois la durée de propagation des ondes acoustiques dans l'épaisseur du substrat.

Ce retard de base est raccourci pour chacun des transducteurs d'une durée égale au parcours de 2xh, h étant la profondeur du creux associé au transducteur considéré. Ainsi, sur la figure, le retard pour le transducteur 9 est diminué de la durée du parcours correspondant à 2xh1 et pour le transducteur 4 à 2xh2.

Il est tout-à-fait possible de ne pas faire de creux pour un ou plusieurs des transducteurs, la durée du parcours restant alors celle de base.

Selon l'invention le dispositif est livré à l'utilisateur final dans l'état représenté sur la figure 1 et cet utilisateur final le personnalise en coupant certaines des liaisons entre les transducteurs et l'électrode collectrice 30.

Cette coupure se fait de préférence en coupant les parties étroites 31-39 à l'aide d'un outil tranchant, sous une loupe binoculaire par exemple. La géométrie qui a été représentée sur la figure et décrite dans le texte permet de couper facilement la liaison entre le corps de ltélectrode 30 et ses parties larges 21 à 29 au niveau de ses parties étroites 31 à 39 sans risquer d'abîmer le reste du circuit. Le nombre de coupures et leur position donnent la personnalisation du dispositif.

Comme il y a N transducteurs, 9 dans l'exemple décrit, il y a N! combinaisons possibles à Ia disposition de l'opérateur qui est alors le seul à les connaître, s'il prend soin ensuite d'enrober le circuit, par exemple dans un ciment permettant de fixer le dispositif sur l'objet à protéger.

Bien entendu, toutes les variantes de codage décrites dans les demandes de brevet 88 09459 et 88 10609 sont utilisables en combinaison avec la structure selon l'invention. On peut ainsi par exemple utiliser une face inférieure inclinée portant des rugosités déterminant un codage aléatoire, ou des encoches en escalier. De même la signature du dispositif peut être modifiée de manière aléatoire lors du scellement de celui-ci sur l'objet à protéger, en faisant varier de manière aléatoire le coefficient de réflexion de la face inférieure du dispositif à l'aide du ciment de scellement.

La réalisation d'un tel dispositif peut se faire selon les techniques connues pour les circuits hybrides et pour les circuits intégrés, telles que les dépôts en couches minces, les masquages successifs et la photolithogravure. L'usinage de la face arrière se fera de préférence par gravure ionique, technique qui est plus particulièrement adaptée aux profondeurs à obtenir qui sont de l'ordre de quelques milliers de nanomètres, compte tenu des fréquences utilises.

La répartition des électrodes à la surface supérieure du substrat n'est bien entendu pas limitée à l'exemple décrit et il suffit qu'il y ait un ensemble d'électrodes déterminant un ensemble de transducteurs, ces électrodes étant réunies à une électrode collectrice par des moyens permettant de couper ces connections au gré de l'utilisateur.

Il est également intéressant de recouvrir la surface supérieure du dispositif à l'aide d'une couche de résine après la fixation des fils de connexion 21 à 29, en choisissant une résine de protection que l'on puisse elle-même aisément couper pour accéder aux parties étroites à couper sans arracher les autres parties du dispositif. Les résines de protection couramment utilisées dans les circuits hybrides et les circuits intégrés permettent le plus souvent d'obtenir ce résultat sans problème particulier.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Dispositif personnalisable d'identification passive, comprenant une antenne (40) destinée à recevoir un signal d'interrogation et à émettre un signal codé en retour, et un dispositif à ondes acoustiques relié à cette- antenne pour être excité par le signal d'interrogation puis appliquer à l'antenne le signal de retour affecté d'au moins un retard par rapport au signal d'interrogation, caractérisé en ce que le dispositif à ondes acoustiques comprend au moins un ensemble de transducteurs électro-acoustiques permettant d'affecter le signal de retour d'un ensemble de retards distinctes, et des moyens de connexion (11-39) pour relier ces transducteurs à l'antenne ; ces moyens de connexion pouvant être coupés de manière à interrompre séparément la connexion de chacun des transducteurs à antenne.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à ondes acoustiques est un dispositif à- ondes de volume comprenant une surface supérieure et une surface inférieure, une électrode de masse (20) déposée sur une partie de la surface supérieure, une couche de matériau piézo-électrique (10) déposée sur cet électrode de masse1 un ensemble d'électrodes distinctes (1-9) déposées sur cette couche piézo-électrique pour former les dits transducteurs électro-acoustiques, une électrode collectrice (30) déposée sur l'autre partie de la surface et comportant un corps muni d'ensemble de doigts (11-19) s'étendant vers la partie (60) de lrélectrode de masse comportant la couche piézo-électriquè, un ensemble de fils (21-29) reliant les électrodes distinctes aux doigts, et une boucle (40) reliant l'électrode de masse et l'électrode collectrice et formant la dite antenne ; la dite face inférieure étant gravée au regard des électrodes distinctes de manière à obtenir des trajets de longueurs distinctes pour les ondes acoustiques qui proviennent des transducteurs et se réfléchissent sur cette face inférieure.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les doigts comprennent une partie large (11-19) sur laquelle sont fixés les fils (21-29) et une partie étroite (31-39) réunissant cette partie large au corps de l'électrode collectrice (30) et destinée à être coupée lors de la personnalisation du dispositif.