FR3062240A1

FR3062240A1 - Circuit d'antenne rfid et/ou nfc

Info

Publication number: FR3062240A1
Application number: FR1750517A
Authority: FR
Inventors: Yves Eray; Thomas Eray
Original assignee: Tywaves
Current assignee: Eray Innovation SRL
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2037-01-23
Also published as: FR3062240B1

Abstract

L'invention concerne un circuit d'antenne RFID et/ou NFC, comportant au moins une capacité (CO) d'accord ayant une borne (11) de capacité et une deuxième borne (12), et des spires tridimensionnelles, la capacité (CO) et les spires étant reliées en série entre une première borne (BAI) et une deuxième borne (BA2), aptes à reliées à une charge (CHA). L'invention est caractérisée en ce que les spires sont formées par au moins un premier groupe (L1) de premières spires tridimensionnelles reliées entre la borne (BAI) de connexion et un premier point (1) d'une des première spires, et par au moins un deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles, reliées entre la borne (BA2) de connexion et un deuxième point (2) d'une des deuxièmes spires, le point (1) étant relié à la borne (11) de capacité et le point (2) étant relié à la deuxième borne (12) de capacité, le point (1) étant éloigné du point (2) par une distance (D), qui est supérieure à un intervalle (Di1) entre les premières spires et qui est supérieure à un intervalle (Di2) entre les deuxièmes spires.

Description

Titulaire(s) : tée.

TYWAVES Société à responsabilité limiO Demande(s) d’extension :

(® Mandataire(s) : REGIMBEAU.

FR 3 062 240 - A1 © CIRCUIT D'ANTENNE RFID ET/OU NFC.

(57) L'invention concerne un circuit d'antenne RFID et/ou NFC, comportant au moins une capacité (CO) d'accord ayant une borne (11) de capacité et une deuxième borne (12), et des spires tridimensionnelles, la capacité (CO) et les spires étant reliées en série entre une première borne (BAI) et une deuxième borne (BA2), aptes à reliées à une charge (CHA).

L'invention est caractérisée en ce que les spires sont formées par au moins un premier groupe (L1) de premières spires tridimensionnelles reliées entre la borne (BAI) de connexion et un premier point (1 ) d'une des première spires, et par au moins un deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles, reliées entre la borne (BA2) de connexion et un deuxième point (2) d'une des deuxièmes spires, le point (1) étant relié à la borne (11) de capacité et le point (2) étant relié à la deuxième borne (12) de capacité, le point (1) étant éloigné du point (2) par une distance (D), qui est supérieure à un intervalle (Di1) entre les premières spires et qui est supérieure à un intervalle (Di2) entre les deuxièmes spires.

L’invention concerne un circuit d’antenne RFID et/ou NFC.

RFID est l’abréviation d’identification par radiofréquence (en anglais : « radio frequency identification »).

NFC est l’abréviation de communication en champ proche (en anglais : « near field communication »).

Un domaine d’application de l’invention est les circuits d’antenne pouvant être utilisés dans les lecteurs RFID et/ou NFC et dans les transpondeurs RFID et/ou NFC.

Art antérieur

Aux figures 1 et 2, les antennes de lecteurs RFID et NFC selon l’état de la technique ont en général une inductance LO formée de 1 à 3 voire 5 enroulements associée à une capacité CO d’accord montée en parallèle de l’inductance LO.

Les antennes pour transpondeurs RFID et NFC ont en général le nombre d’enroulements adéquat afin que l’accord en fréquence Fo soit réalisé par l’inductance de l’antenne, la capacité inter-spires Cia de l’antenne et la capacité C de la charge de l’antenne en parallèle de l’inductance.

Le nombre d’enroulements d’une antenne NFC et/ou RFID est en rapport direct avec la géométrie et la surface voulue ou allouée de l’antenne, sa charge, le circuit d’impédance entre la charge et l’antenne et la fréquence de travail recherchée.

Problématique

Dans le cas où une application RFID et/ou NFC dans laquelle est attendue une grande distance de communication (>20cm), comme par exemple un transpondeur RFID et NFC intégré dans la gaine d’un câble électrique enfoui dans le sol, on cherche à obtenir un lecteur qui garantit une lecture répétable du transpondeur jusqu’à 70cm, voire jusqu’à 2 ou 3 mètres.

Un grand nombre N d’enroulements entraîne une augmentation de l’inductance Lo mais aussi une augmentation de la capacité inter-spires Cia. La fréquence Fa d’accord naturelle de l’antenne, c'est-à-dire d’une antenne sans capacité d’accord, est définie par Lo et Cia. Plus Lo et/ou Cia augmente, plus la valeur de Fa diminue.

Si Lo ou Cia ont des valeurs importantes, il est tout à fait réaliste que la fréquence d’accord en fréquence obtenue soit inférieure à la fréquence de travail recherchée.

Plus Cia augmente, plus les pertes diélectriques de l’antenne augmentent.

Une antenne RFID NFC formée par un nombre de spire plus grand que l’art connue (Ex >10 ou >20 spires) présente donc 2 problèmes techniques majeures : une fréquence d’accord en fréquence basse provoquée par Lo de grande valeur (par exemple >10 μΗ) et Cia de grande valeur (par exemple > 5 μΗ), et une perte diélectrique importante.

Un problème est de générer un maximum de courant dans l’antenne afin de garantir cette distance de communication.

Un autre problème est de garantir la répétitivité de la distance de lecture malgré l’environnement qui peut être différent (Ex : air, eau, terre, roche, métal) du transpondeur et donc introduire de fortes variations sur l’accord en fréquence de l’antenne.

Objet de l’invention

A cet effet, un premier objet de l’invention est un circuit d’antenne RFID et/ou NFC, comportant au moins une capacité (C0) d’accord ayant une première borne (11) de capacité et une deuxième borne (12) de capacité, et des spires, la capacité (C0) d’accord et les spires étant reliées en série entre une première borne (BAI) de connexion et une deuxième borne (BA2) de connexion, aptes à reliées à une charge (CHA), caractérisé en ce que les spires sont formées par au moins un premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles reliées entre la première borne (BAI) de connexion et un premier point (1) d’une des première spires, et par au moins un deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles, reliées entre la deuxième borne (BA2) de connexion et un deuxième point (2) d’une des deuxièmes spires, le premier point (1) étant relié à la première borne (11) de capacité et le deuxième point (2) étant relié à la deuxième borne (12) de capacité.

Suivant un mode de réalisation de l'invention, le premier point (1) est éloigné du deuxième point (2) par une distance (D), qui est supérieure à un premier intervalle (Dil) entre les premières spires et qui est supérieure à un deuxième intervalle (Di2) entre les deuxièmes spires.

Grâce à l’invention, le circuit d’antenne produit un maximum de courant dans l’antenne par l’usage du plus grand nombre possible N d’enroulements composant l’antenne, tout en limitant la capacité inter-spires de l’antenne Cia, et garantit la fréquence de travail désirée et une bonne efficacité de l’antenne, tout en limitant la sensibilité de l’antenne à l’environnement, et ce malgré le grand nombre d’enroulements.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles et le deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles ont une certaine symétrie dans leur intervalle (Dil, Di2) et/ou leur forme et/ou leur nombre et/ou leur valeur inductive, par exemple dans une plage à ± 10 %.

Ainsi suivant un mode de réalisation de l’invention, le rapport entre le premier intervalle (Dil) du premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles et le deuxième intervalle (Di2) du deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à

1.1, et/ou le rapport entre une première dimension du premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles et une deuxième dimension du deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles, homologue de la première dimension ou parallèle à la première dimension, est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à

1.1, et/ou le rapport entre le premier nombre de premières spires tridimensionnelles du premier groupe (Ll) et le deuxième nombre de deuxièmes spires tridimensionnelles du deuxième groupe (L2) est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à 1.1, et/ou le rapport entre une première valeur inductive du premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles et une deuxième valeur inductive du deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à 1.1.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la distance (D) est supérieure à 10 fois le premier intervalle (Dil) entre les premières spires et est supérieure à 10 fois le deuxième intervalle (Di2) entre les deuxièmes spires et/ou la distance (D) est comprise entre 5mm et 30mm. Cela permet une distinction physique des groupes d’enroulements tridimensionnels conduisant à une réduction majeure de la capacité inter-spires de l’antenne.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier groupe (Ll) a le même nombre (N) de spires que le deuxième groupe (L2).

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier groupe (Ll) de spires est symétrique dans sa géométrie par rapport au deuxième groupe (L2) de spires.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier groupe (Ll) de spires est symétrique dans sa valeur inductive par rapport au deuxième groupe (L2) de spires.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier groupe (Ll) de spires est symétrique par la capacité d’accord en fréquence (C0) dans sa géométrie par rapport au deuxième groupe (L2) de spires.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, un ensemble de troisièmes spires (L5) est disposé le long des premières et deuxièmes spires du premier groupe (Ll) de spires et du deuxième groupe (L2) de spires dans les intervalles (Dil, Di2) à distance de celles-ci et de la capacité (C0), sans leur être connectées.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, les premières et/ou deuxièmes spires tridimensionnelles (Ll, L2) s’étendent autour d’une direction longitudinale (DL), au moins un ruban (RU) de blindage, comportant un substrat (SUB) électriquement isolant, sur lequel se trouvent des surfaces électriquement conductrices (SC) séparées par des espaces (FE) entre elles le long du ruban (RU), est enroulé par son substrat (SUB) autour des premières et/ou deuxièmes spires tridimensionnelles (Ll, L2) ou contre une surface intérieure des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2), pour qu’à l’état enroulé du ruban (RU) les espaces (FE) soient alignés le long de la direction longitudinale (DL) et que les surfaces électriquement conductrices (SC) soient en contact entre elles le long de la direction longitudinale (DL).

Suivant un mode de réalisation de l’invention, les premières et/ou deuxièmes spires tridimensionnelles (Ll, L2) s’étendent autour d’une première direction longitudinale (DL), une feuille (F) de blindage, comportant un substrat (SUB) électriquement isolant, sur lequel se trouve au moins une surface électriquement conductrice (SC) s’étendant d’une première extrémité (El) électriquement conductrice à une deuxième extrémité (E2) électriquement conductrice suivant une deuxième direction (DT) transversale à la direction longitudinale (DL), est enroulée par son substrat (SUB) autour des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2) ou contre une surface intérieure des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2), dans une configuration où les première et deuxième extrémités (El, E2) ne sont pas en contact entre elles.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la largeur (DF) de la surface électriquement conductrice (SC), allant de la première extrémité (El) électriquement conductrice à la deuxième extrémité (E2) électriquement conductrice dans un plan (PT) transversal à la première direction longitudinale (DL) est inférieure au périmètre des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2) dans le plan transversal (PT).

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la valeur de la capacité (C0) d’accord située entre le premier groupe (Ll) de premières spires et le deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires est supérieure ou égale à 1 pF et inférieure ou égale à 22 pF.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, les première et/ou deuxièmes spires (Ll, L2) et/ou les troisièmes spires (L5) et/ou le ruban (RU) de blindage et/ou la feuille (F) de blindage sont disposées autour d’un tube (TU) de transport de fluide ou contre une surface intérieure d’un tube (TU) de transport de fluide et/ou autour d’un câble électrique (CE) ou dans un câble électrique (CE).

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le blindage réalisé par une feuille (F) conductrice et/ou le blindage réalisé par le ruban (RU) et/ou le groupe de troisième spires (L5) et/ou les groupes de spires d’antennes (Ll, L2) est déposé et/ou associé à un substrat ferrite planaire.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, un substrat ferrite entoure/enrobe les câbles conducteurs utilisés dans la réalisation des groupes de troisième spires (L5) et/ou les groupes de spires (Ll, L2).

Suivant un mode de réalisation, afin de limiter les effets d’un environnement « métal ou conducteur électrique » - tube métal, câbles conducteurs composant la partie transport du signal électrique du câble électrique CE - sur l’antenne, on peut isoler l’antenne en enrobant ses enroulements d’un substrat ferrite. L’enroulement conducteur XYZ peut être donc composé d’une partie conductrice et d’une partie ferrite entourant la partie conductrice de l’antenne. La ferrite peut être agglomérée ou associée en XYZ au câble conducteur utilisé pour réaliser la partie conductrice de l’antenne ou une surface de ferrite peut être déposée sur une ou sur les deux surfaces d’un ruban conducteur utilisé pour réaliser la partie conductrice de l’antenne.

Un deuxième objet de l’invention est un transpondeur RFID et/ou NFC, comportant le circuit d’antenne RFID et/ou NFC suivant l’une quelconque des revendications précédentes. Le transpondeur RFID et/ou NFC peut avoir une charge (CHA) reliée aux première et deuxième bornes (BAI, BA2) de connexion. Cette charge (CHA) peut comprendre un émetteur d’un signal et/ou un récepteur d’un signal et/ou un émetteur-récepteur d’un signal.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures des dessins annexés, mentionnées ci-dessous.

Les termes de spire et d’enroulement peuvent être intervertis. Le terme d’antenne peut être utilisé à la place de circuit d’antenne.

La Figure 1 représente un schéma électrique connu d’un circuit d’antenne à boucle magnétique selon l’état de la technique avec une charge CHA connectée en parallèle à une inductance Lo connectée en parallèle à une capacité C0, où Lo représente les enroulements de l’antenne magnétique et C0 représente la capacité d’accord en fréquence du circuit.

La Figure 2 représente un schéma électrique standard d’un circuit d’antenne à boucle magnétique selon la Figure 1, où la charge CHA est modélisée par un circuit électrique parallèle R et C.

La Figure 3 représente un schéma électrique d’un circuit d’antenne à boucle magnétique bidimensionnelle selon l’état de la technique avec une charge R, C connectée en parallèle à une capacité C0 du circuit et une antenne Lo formée par 3 enroulements.

La Figure 4 représente un schéma électrique d’un circuit d’antenne suivant un mode de réalisation de l’invention, avec une charge CHA connectée par une première borne d’accès BAI à une inductance Ll, qui est elle-même connectée en série à une capacité C0, qui est elle-même connectée en série à une inductance L2, qui est elle-même connectée à la charge CHA par une seconde borne d’accès BA2, où Ll représente un premier groupe d’enroulements de l’antenne magnétique, où C0 représente la capacité d’accord en fréquence du circuit, où L2 représente un second groupe d’enroulements.

Suivant un mode de réalisation, représenté aux figures 4 à 17, les premières spires du premier groupe Ll s’étendent autour d’une direction longitudinale, pouvant être par exemple DL. Suivant un mode de réalisation, les deuxièmes spires du deuxième groupe L2 s’étendent autour d’une direction longitudinale, pouvant être par exemple DL. La direction longitudinale DL autour de laquelle s’étendent les premières spires du premier groupe Ll peut être par exemple égale à la direction longitudinale DL autour de laquelle s’étendent les deuxièmes spires du deuxième groupe L2. Les spires L1 et/ou L2 et/ou L5 peuvent comporter des tronçons courbes et/ou des tronçons rectilignes ou être hélicoïdale ou circulaires ou autres.

La Figure 5 reprend la Figure 6 où la charge CHA est modélisée par un circuit ayant une résistance R et une capacité C en parallèle, connectées via BAI et BA2 à un circuit série Ll, C0 et L2.

La Figure 6 représente un schéma d’un circuit d’antenne tridimensionnelle suivant un mode de réalisation de l’invention, avec une charge R, C connectée via BAI et BA2 à un circuit série Ll, C0 et L2, où Ll réalise un premier groupe de 3 enroulements consécutifs, par exemple de forme hélicoïdale définie en XYZ, où C0 représente la capacité d’accord en fréquence du circuit, où L2 réalise un second groupe de 3 enroulements consécutifs, par exemple de forme hélicoïdale définie en XYZ. La définition en XYZ signifie des spires tridimensionnelles ou des enroulements tridimensionnels. La définition en XY signifie des spires bidimensionnelles ou des enroulements bidimensionnels.

La Figure 7 représente un schéma électrique d’un circuit d’antenne tridimensionnelle suivant un mode de réalisation de l’invention, avec une charge R, C connectée via BAI et BA2 à un circuit série Ll, C0 et L2, où Ll réalise un premier groupe d’enroulements consécutifs de forme rectangulaire définie en XYZ (tridimensionnels), où C0 représente la capacité d’accord en fréquence du circuit, où L2 réalise un second groupe d’enroulements consécutifs de forme rectangulaire définie en XYZ (tridimensionnels) et distant de Ll d’une longueur D.

Bien entendu, chaque groupe peut lui-même comporter plusieurs sousgroupes de spires espacés entre eux d’une distance D, les différentes distances D pouvant être identiques ou différentes entre elles. Ainsi, la Figure 8 représente un schéma électrique d’un circuit d’antenne tridimensionnelle suivant un mode de réalisation de l’invention, avec une charge R, C connectée via BAI et BA2 à un circuit série Ll, L2, C0, L3 et L4 où Ll réalise un premier groupe d’enroulements consécutifs de forme hélicoïdale définie en XYZ, où L2 réalise un second groupe d’enroulements consécutifs de forme hélicoïdale définie en XYZ et distant de Ll d’une longueur D, où C0 représente la capacité d’accord en fréquence du circuit, où

L3 réalise un troisième groupe d’enroulements consécutifs de forme hélicoïdale définie en XYZ et où L4 réalise un quatrième groupe d’enroulements consécutifs de forme hélicoïdale définie en XYZ et distant de L3 d’une longueur D. Chaque groupe peut avoir par exemple 3 enroulements.

La Figure 9 représente 1 groupe L1 de 2 enroulements tridimensionnels consécutifs.

La Figure 10 représente 2 groupes Ll, L2 de 2 enroulements tridimensionnels consécutifs espacés d’une distance D.

La Figure 11 représente 2 groupes Ll, L2 de 2 enroulements tridimensionnels reliés entre eux via une capacité C0.

La Figure 12 représente une vue schématique d’un circuit d’antenne tridimensionnelle suivant un mode de réalisation de l’invention sur un tube TU, pouvant être circulaire ou un câble CE pouvant être circulaire. Dans ce qui suit, la référence TU ou le terme de tube désigne aussi bien le tube TU que le câble électrique CE.

Bien entendu, le groupe Ll et/ou le groupe L2 peuvent avoir un nombre quelconque de spires. Bien entendu, le groupe L3 peuvt avoir un nombre quelconque de spires.

La Figure 13 représente une vue schématique d’un circuit d’antenne tridimensionnelle suivant un mode de réalisation de l’invention, avec un blindage B intrinsèque réalisé par des enroulements L5 dans l’inter-spires Dil de Ll et dans l’inter-spires Di2 de L2. Cela permet d’augmenter la capacité inter-spires de l’antenne afin de limiter l’influence de l’environnement extérieur (eau, air, terre, roche). Ces enroulements L5 peuvent aussi être une surface planaire.

La Figure 14A représente une vue schématique d’un circuit d’antenne suivant un mode de réalisation de l’invention, avec un blindage B réalisé par un ruban RU ou surface planaire RU, comportant des surfaces conductrices SC espacées Tune à la suite de l’autre le long du ruban RU dans la direction DR du ruban RU. Il est par exemple prévu entre les surfaces conductrices SC des espaces FE ou fentes FE ou isolations FE, qui s’étendent transversalement à la direction DR du ruban RU, et qui sont donc de longueur LFE non nulle suivant la direction DR du ruban RU. Ces ίο espaces FE ou fentes FE ou isolations FE peuvent avoir par exemple une longueur LFE de 1 mm suivant la direction DR du ruban RU. On enroule le ruban RU de la figure 14A autour du tube TU de la figure 14B autour duquel sont enroulées les spires Ll, L2, ainsi que représenté à la figure 15, par exemple comme une spirale ou circulairement comme représenté à la figure 15.

La Figure 15 représente une vue schématique d’un circuit d’antenne suivant un mode de réalisation de l’invention, avec un blindage B réalisé par le ruban RU enroulé autour du tube TU, autour duquel sont enroulées les spires Ll, L2 et/ou L3.

La Figure 16A représente une vue schématique en perspective d’un circuit d’antenne suivant un mode de réalisation de l’invention, comportant un blindage B réalisé par une feuille F conductrice dont la longueur DF autour du tube TU et de la direction longitudinale DL est inférieure à la circonférence ramenée au diamètre Di du tube TU de la figure 16C, en ayant la fente FE entre ses extrémités El et E2. La fente FE peut être par exemple de 1 mm.

La Figure 17 représente une vue schématique en perspective d’un circuit d’antenne suivant un mode de réalisation de l’invention, avec un blindage B réalisé par la feuille F enroulée autour du tube TU.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le circuit RFID et/ou NFC comporte une charge CHA (puce, capteur) à 2 bornes de connexion BAI BA2, une antenne spirale inductive composée d’au moins 2 groupes Ll, L2 d’enroulements et une capacité C0 permettant l’accord en fréquence Fo du circuit.

La charge (puce, capteur) - à 2 bornes de connexion BAI BA2 - est connectée à une antenne inductive composée d’au moins 2 groupes Ll, L2 d’enroulements (pouvant avoir par exemple chacun N enroulements) et d’une capacité C0 permettant l’accord en fréquence Fo du circuit, connectée en série entre le groupe Ll d’enroulements et le groupe L2 d’enroulements.

Chaque groupe d’enroulements Ll, L2 est composé d’au moins 2 enroulements consécutifs et rapprochés formant l’inductance propre du groupe d’enroulements.

L’inductance est formée par un (ou plusieurs) premier groupe Ll de premières spires (ou enroulements) tridimensionnelles, qui sont reliées entre la première borne BAI de connexion et un premier point 1 d’une des première spires, et par un (ou plusieurs) deuxième groupe L2 de deuxièmes spires (ou enroulements) tridimensionnelles, qui sont reliées entre la deuxième borne BA2 de connexion et un deuxième point 2 d’une des deuxièmes spires.

Le premier point 1 est relié à la première borne 11 de la capacité C0 d’accord et le deuxième point 2 est relié à la deuxième borne 12 de la capacité C0 d’accord.

Le premier point 1 est éloigné du deuxième point 2 par une distance D, qui est supérieure à un premier intervalle Dil entre les premières spires du groupe L1 et qui est supérieure à un deuxième intervalle Di2 entre les deuxièmes spires du groupe L2.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier groupe L1 d’enroulements est espacé du second groupe L2 d’enroulements d’une distance D supérieure à la distance Dil (appelée distance inter-spires ou intervalle entre spires ou inter-spires) entre 2 enroulements consécutifs du groupe L1 et/ou supérieure à la distance Di2 (appelée distance inter-spires ou intervalle entre spires ou inter-spires) entre 2 enroulements consécutifs du groupe L2, ainsi que représenté aux figures 7A, et 8.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la distance D est telle que la capacité inter-spires entre le dernier enroulement de L1 (relié à la capacité C0) et le premier enroulement de L2 (relié à la capacité C0) soit négligeable, comparée à la capacité inter-spires de L1 et L2 (formée de plusieurs enroulements donc capacité inter-spires pouvant être de 1 à 5pF).

Suivant un mode de réalisation de l’invention, la distance inter-spires Dil ou Di2 est située entre 0.15 mm et 0.5 mm voire 1 mm.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, D>10 x Dil à 20 x Dil et/ou D>10 x Di2 à 20 x Di2. On obtient ainsi un effet d’écroulement de la capacité interspires totale de l’antenne ou capacité inter-spires résultante de l’antenne formée en groupes.

Suivant un mode de réalisation de l’invention, pour corriger la fréquence d’accord, on place une capacité C0 de faible valeur (entre 5 et 15pF par exemple), afin que sa partie imaginaire (-1/jCw donc très forte) annule une partie de la partie imaginaire de l’inductance créée par L1 et L2 (jLw).

Le couple Ll, L2 (ou Ll, L2, L3, L4 à la figure 8) forme l’inductance totale de l’antenne.

Suivant un mode de réalisation préféré de l’invention, Ll est le symétrique de L2 par C0.

Explication du phénomène physique de l’invention

On réalise l’antenne par au moins 2 groupes d’enroulements Ll, L2 espacés l’un de l’autre afin de limiter la capacité inter-spires généré par les enroulements conducteurs.

La capacité inter-spires totale Cit d’une antenne composée de 2 groupes d’enroulements Ll et L2 (Ll et L2 étant composé chacun de N enroulements, Ll étant espacé de L2 d’une distance supérieure à l’écart inter-spires Dil et/ou Di2 entre 2 enroulements consécutifs) est différente de la somme de la capacité interspires Cil du groupe d’enroulements Ll avec la capacité inter-spires Ci2 du groupe d’enroulements L2.

La capacité inter-spires totale Cit d’une antenne composée de 2 groupes d’enroulements Ll et L2 (Ll et L2 étant composé chacun de N enroulements, Ll étant espacé de L2 d’une distance supérieure à l’écart inter-spires Dil et/ou Di2 entre 2 enroulements consécutifs) est inférieure à la capacité inter-spires totale Cit d’une antenne composée de 2xN enroulements consécutifs.

L’effet sur l’accord en fréquence de la capacité inter-spires d’une antenne composée de 2 groupes d’enroulements Ll L2 - Ll et L2 étant composé chacun de N enroulements - Ll étant espacé de L2 d’une distance supérieure à la distance entre 2 enroulements consécutifs - est différent que l’effet sur l’accord en fréquence de la capacité inter-spires totale Cit d’une antenne composée de 2xN enroulements consécutifs.

En augmentant le nombre de groupe d’enroulements, la capacité inter-spires totale Cit diminue encore.

C’est une première méthode pour augmenter le nombre d’enroulements de l’antenne inductive donc l’inductance totale Lo en limitant la capacité inter-spires totale Cit de l’antenne.

Même en diminuant la capacité inter-spires totale Cit de l’antenne en augmentant le nombre de groupes Ll, L2 jusqu’à Ln, une limite du nombre total d’enroulements N est atteinte quand la fréquence d’accord - définie par Lo et Cit est atteinte.

Suivant un mode de réalisation, pour augmenter encore Lo ou le nombre d’enroulements, on place alors une capacité CO en série sur l’antenne - entre Ll et L2 - permettant de réduire la valeur inductive Lo de l’antenne, donc d’augmenter la fréquence d’accord jusqu’à atteindre la fréquence de travail recherchée.

Suivant un mode de réalisation, l’antenne formée de n groupes formés de N enroulements est favorablement symétrique sur CO. Par exemple, si une des bornes de CO voit 1 groupe de 3 enroulements, alors la seconde borne de CO voit aussi 1 groupe de 3 enroulements. La valeur inductive de l’antenne connectée à une première borne de CO est idéalement la même valeur inductive de l’antenne connectée à la seconde borne de CO. La capacité CO est donc favorablement au milieu de la longueur axiale totale de l'antenne.

Une dissymétrie entre Ll et L2 est possible, mais engendrera une légère perte d’efficacité par un déséquilibre des paramètres analogiques entre Ll et L2.

Ll et L2 peuvent être réalisés par un nombre n de groupes de N enroulements.

Blindage de l’antenne

En augmentant le nombre d’enroulements avec une optimisation de la capacité inter-spires totale Cit, la sensibilité diélectrique extérieure augmente.

Cette sensibilité diélectrique extérieure est un problème réel et majeur dans le cas où l’antenne est exposée à des environnements de nature différentes comme le métal, l’eau, la terre ou la roche.

Afin de garantir une bonne répétitivité des paramètres analogiques intrinsèques de l’antenne donc de la répétitivité des performances de l’antenne, il faut diminuer toutes les influences extérieures sur l’antenne.

Les influences - de la perméabilité et de la permittivité - sur l’antenne ne sont pas traitées par une même et unique solution, car leurs effets sont bien différents. Une solution unique ne permet pas d’atteindre les objectifs de performance et de répétitivité.

Solution de blindage de l’antenne contre l’influence non métal (par exemple eau, terre, roche)

Une des solutions la plus connue de l’homme du métier consiste à former un tunnel conducteur non débouchant composé de 2 couches conductrices réparties en XY et reliées en Z par des vias.

Cette solution répandue oblige donc à utiliser au moins 3 couches conductrices superposées - 2 pour le blindage et 1 au minimum pour une antenne composé de 1 boucle.

Si l’antenne est composée de 2 couches conductrices superposées - 1 pour les enroulements de l’antenne et une pour le pont afin de ramener un des points de connexion vers l’autre point de connexion où se trouve la charge ou la capacité d’accord de l’antenne - il faut alors un circuit composé de 4 couches conductrices superposées, qui est un grand standard dans la réalisation d’un circuit Lecteur RFID NFC.

Dans le cas d’une antenne RFID NFC et intégrée dans la gaine d’un tube ou d’un câble électrique donc définie en XYZ et d’une forme hélice, cercle ou une ellipse, pour réaliser industriellement ce tunnel XYZ non débouchant, une solution est de réaliser un blindage intrinsèque à l’antenne par un déplacement du tunnel dans l’antenne, c’est-à-dire en ajoutant un ou plusieurs troisièmes enroulements supplémentaires L5 dans l’inter-spires des enroulements Ll, L2 formant l’antenne, ainsi qu’illustré à la figure 13, ces troisièmes enroulements supplémentaires L5 étant par exemple entrelacés.

Ces enroulements inter-spires L5 sont non débouchants et non connectés électriquement à l’antenne et au circuit d’antenne.

Ces enroulements inter-spires L5 peuvent être de même nature et de même technologie que l’antenne (substrat, matériaux, conducteur ...).

Ces enroulements inter-spires L5 peuvent être sur la même couche que les enroulements Ll, L2 de l’antenne.

Pour une réalisation définie en XYZ, une première solution consiste à enrouler - en spirale par exemple - autour de l’antenne un ruban RU conducteur fendu répétitivement afin de produire une ligne non conductrice dans le sens axial DL de l’antenne ou du tube ou du câble électrique, ainsi que représenté par exemple aux figures 14A, 14B et 15.

Pour une réalisation définie en XYZ, une seconde solution consiste à enrouler - en cercle par exemple - autour de l’antenne un ruban F conducteur dont la longueur (suivant la direction longitudinale DL du ruban entre les extrémités El et E2) est inférieure à la circonférence de l’antenne ou du tube TU ou du câble électrique TU, afin de produire une ligne non conductrice dans le sens axial de l’antenne ou tube TU ou du câble électrique TU, ainsi que représenté par exemple aux figures 16A, 16B et 17.

Le ruban RI et/ou F peut être enroulé sur la face extérieure de l’antenne.

Le ruban RI et/ou F peut être enroulé sur la face intérieure de l’antenne.

Solution de blindage de l’antenne de l’influence métal

Suivant un mode de réalisation, afin de limiter les effets d’un environnement « métal ou conducteur électrique » - tube métal, câbles conducteurs composant la partie transport du signal électrique du câble électrique CE - sur l’antenne, on peut blinder l’antenne en enrobant l’enroulement d’un substrat ferrite. L’enroulement conducteur XYZ peut être donc composé d’une partie conductrice et d’une partie ferrite. La ferrite peut s’agglomérer en XYZ du câble conducteur ou une surface de ferrite peut être déposée sur une ou sur les deux surfaces d’un ruban conducteur.

L’antenne peut aussi être déposée sur un substrat ferrite dont les dimensions XYZ sont au moins ou au plus équivalentes aux dimensions XYZ de l’antenne.

L’antenne peut aussi être déposée entre 2 couches de substrat ferrite.

Autres caractéristiques générales

Les enroulements peuvent réalisés par un câble conducteur (cuivre, aluminium ...) définie par son diamètre.

Les enroulements peuvent être réalisés par un ruban de surface conductrice planaire (cuivre, aluminium ...) définie par son épaisseur et sa largeur.

Le câble conducteur peut être enrobé d’une matière ferrite.

La surface planaire conductrice peut être supportée par une matière ferrite.

Les enroulements conducteurs peuvent être réalisés sur un substrat, par exemple papier, epoxy.

Les enroulements peuvent être réalisés de forme cercle ou spirale ou elliptique définie par un diamètre, une longueur et une distance inter-spires.

Caractéristiques spécifiques aux applications tubes et câbles électriques

L’antenne A et le blindage B peuvent être intégrés dans la gaine d’un câble électrique CE.

L’antenne A et le blindage B peuvent être intégrés dans la gaine du câble électrique CE pendant la phase de fabrication dite « extrusion ».

L’antenne A et le blindage B peuvent être intégrés entre le diélectrique central du câble électrique CE et les câbles conducteurs composant la partie transport du signal électrique du câble électrique CE.

L’antenne A et le blindage B peuvent être intégrés entre les câbles conducteurs composant la partie transport du signal électrique du câble et la gaine extérieure du câble électrique CE.

L’antenne A et le blindage B peuvent être entrelacés mais sans contact électrique avec les câbles conducteurs composant la partie transport du signal électrique du câble électrique CE.

Le câble électrique CE peut être un tube T de transport de fluide, par exemple gazeux ou liquide, par exemple de gaz naturel.

Le circuit d’antenne peut faire partie d’un lecteur RFID et/ou NFC et/ou d’un transpondeur RFID et/ou NFC.

Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit d’antenne RFID et/ou NFC, comportant au moins une capacité (CO) d’accord ayant une première borne (11) de capacité et une deuxième borne (12) de capacité, et des spires tridimensionnelles, la capacité (CO) d’accord et les spires étant reliées en série entre une première borne (BAI) de connexion et une deuxième borne (BA2) de connexion, aptes à reliées à une charge (CHA), caractérisé en ce que les spires sont formées par au moins un premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles reliées entre la première borne (BAI) de connexion et un premier point (1) d’une des première spires, et par au moins un deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles, reliées entre la deuxième borne (BA2) de connexion et un deuxième point (2) d’une des deuxièmes spires, le premier point (1) étant relié à la première borne (11) de capacité et le deuxième point (2) étant relié à la deuxième borne (12) de capacité, le premier point (1) étant éloigné du deuxième point (2) par une distance (D), qui est supérieure à un premier intervalle (Dil) entre les premières spires et qui est supérieure à un deuxième intervalle (Di2) entre les deuxièmes spires.
2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le premier intervalle (Dil) du premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles et le deuxième intervalle (Di2) du deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à

1.1, et/ou le rapport entre une première dimension du premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles et une deuxième dimension du deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles, homologue de la première dimension ou parallèle à la première dimension, est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à

1.1, et/ou le rapport entre le premier nombre de premières spires tridimensionnelles du premier groupe (Ll) et le deuxième nombre de deuxièmes spires tridimensionnelles du deuxième groupe (L2) est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à 1.1, et/ou le rapport entre une première valeur inductive du premier groupe (Ll) de premières spires tridimensionnelles et une deuxième valeur inductive du deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires tridimensionnelles est supérieur ou égal à 0.9 et inférieur ou égal à 1.1.
3. Circuit suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance (D) est supérieure à 10 fois le premier intervalle (Dil) entre les premières spires et est supérieure à 10 fois le deuxième intervalle (Di2) entre les deuxièmes spires et/ou la distance (D) est comprise entre 5mm et 30mm.
4. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe (Ll) a le même nombre (N) de spires que le deuxième groupe (L2).
5. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe (Ll) de spires est symétrique dans sa géométrie par rapport au deuxième groupe (L2) de spires.
6. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe (Ll) de spires est symétrique dans sa valeur inductive par rapport au deuxième groupe (L2) de spires.
7. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe (Ll) de spires est symétrique par la capacité d’accord en fréquence (C0) dans sa géométrie par rapport au deuxième groupe (L2) de spires.
8. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un ensemble de troisièmes spires (L5) est disposé le long des premières et deuxièmes spires du premier groupe (Ll) de spires et du deuxième groupe (L2) de spires dans les intervalles (Dil, Di2) à distance de celles-ci et de la capacité (C0), sans leur être connectées.
9. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières et/ou deuxièmes spires tridimensionnelles (Ll, L2) s’étendent autour d’une direction longitudinale (DL), au moins un ruban (RU) de blindage, comportant un substrat (SUB) électriquement isolant, sur lequel se trouvent des surfaces électriquement conductrices (SC) séparées par des espaces (FE) entre elles le long du ruban (RU), est enroulé par son substrat (SUB) autour des premières et/ou deuxièmes spires tridimensionnelles (Ll, L2) ou contre une surface intérieure des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2), pour qu’à l’état enroulé du ruban (RU) les espaces (FE) soient alignés le long de la direction longitudinale (DL) et que les surfaces électriquement conductrices (SC) soient en contact entre elles le long de la direction longitudinale (DL).
10. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières et/ou deuxièmes spires tridimensionnelles (Ll, L2) s’étendent autour d’une première direction longitudinale (DL), une feuille (F) de blindage, comportant un substrat (SUB) électriquement isolant, sur lequel se trouve au moins une surface électriquement conductrice (SC) s’étendant d’une première extrémité (El) électriquement conductrice à une deuxième extrémité (E2) électriquement conductrice suivant une deuxième direction (DT) transversale à la direction longitudinale (DL), est enroulée par son substrat (SUB) autour des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2) ou contre une surface intérieure des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2), dans une configuration où les première et deuxième extrémités (El, E2) ne sont pas en contact entre elles.
11. Circuit suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la largeur (DF) de la surface électriquement conductrice (SC), allant de la première extrémité (El) électriquement conductrice à la deuxième extrémité (E2) électriquement conductrice dans un plan (PT) transversal à la première direction longitudinale (DL) est inférieure au périmètre des premières et/ou deuxièmes spires (Ll, L2) dans le plan transversal (PT).
12. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de la capacité (C0) d’accord située entre le premier groupe (Ll) de premières spires et le deuxième groupe (L2) de deuxièmes spires est supérieure ou égale à 1 pF et inférieure ou égale à 22 pF.
13. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et/ou deuxièmes spires (Ll, L2) et/ou les troisièmes spires (L5) et/ou le ruban (RU) de blindage et/ou la feuille (F) de blindage sont disposées autour d’un tube (TU) de transport de fluide ou contre une surface intérieure d’un tube (TU) de transport de fluide et/ou autour d’un câble électrique (CE) ou dans un câble électrique (CE).
14. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le blindage réalisé par une feuille (F) conductrice et/ou le blindage réalisé par le ruban (RU) et/ou le groupe de troisième spires (L5) et/ou les groupes de spires d’antennes (Ll, L2) est déposé et/ou associé à un substrat ferrite planaire.
15. Circuit suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un substrat ferrite entoure/enrobe les câbles conducteurs utilisés dans la réalisation des groupes de troisième spires (L5) et/ou les groupes de spires (Ll, L2).
16. Transpondeur RFID et/ou NFC, comportant le circuit d’antenne RFID et/ou NFC suivant l’une quelconque des revendications précédentes.