WO2000038275A1 - Agencement d'une antenne dans un environnement metallique - Google Patents

Abstract

Agencement d'une antenne (A) en forme générale de boucle, directement à proximité d'au moins un élément métallique (10). Selon l'invention, chaque élément métallique (10) comporte une lumière (18) ménagée sensiblement en regard de la surface délimitée par l'antenne (A), et une fente (16) formant entrefer, ménagée à travers l'épaisseur de l'élément métallique (10), entre le bord interne (21) délimitant la lumière (18) et le bord externe (20) dudit élément métallique (10). Application au domaine des lecteurs et autres dispositifs de communication radiofréquence.

Description

AGENCEMENT D'UNE ANTENNE DANS UN ENVIRONNEMENT METALLIQUE

La présente invention concerne un agencement d'une antenne dans un environnement métallique.

L'invention concerne plus particulièrement l'agencement d'une antenne en forme générale de boucle, du type comportant au moins une spire ; ladite antenne s 'étendant directement à proximité et de manière sensiblement parallèle à au moins un élément métallique. II est connu de l'état de la technique que la présence de métal, à proximité immédiate d'une antenne en forme de boucle, génère des perturbations au niveau de l'émission et/ou de la réception des ondes électromagnétiques. En effet, une telle antenne a généralement pour fonction de transmettre ou de capter un champ à dominante magnétique. Si elle est positionnée au voisinage direct d'un élément métallique, celui-ci va avoir naturellement tendance à se comporter comme une spire en court- circuit. Les performances de l'antenne vont par conséquent être dégradées, voir même annihilées complètement.

L'utilisation d'antennes en forme de boucle se généralise et trouve de nombreuses applications puisqu'on les retrouve par exemple dans le corps des cartes à microprocesseurs de type sans contact, dans l'élément support des étiquettes électroniques dites "intelligentes", mais surtout dans de nombreux lecteurs et autres dispositifs de communication radiofréquence.

Pour de nombreuses applications, comme par exemple le contrôle d'accès ou les vending machines, il est important que les antennes et l'électronique associée puissent être protégées contre le vandalisme et par conséquent être intégrées dans un environnement métallique.

Afin d'éviter les problèmes mentionnés précédemment, c'est-à-dire ceux résultant de l'influence de l'environnement métallique sur le fonctionnement de l'antenne, il a déjà été proposé d'interposer une couche de matériau "absorbant" entre l'antenne et l'élément métallique support. Cependant, il s'agit généralement d'un matériau coûteux tel que de la ferrite, ce qui limite sensiblement l'intérêt de cette solution.

Plus généralement, l'antenne est volontairement éloignée de l'environnement métallique, la position relative entre ces deux éléments étant déterminée pour obtenir un fonctionnement satisfaisant de l'antenne. Ce type d'agencement présente toutefois l'inconvénient d'accroître considérablement l'encombrement total de l'ensemble.

Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un agencement d'une antenne en forme générale de boucle, directement à proximité d'au moins un élément métallique, agencement qui permettrait d'éviter les problèmes de l'état de la technique en offrant un encombrement minimum, tout en demeurant d'un coût de réalisation limité.

La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que chaque élément métallique comporte, d'une part, une lumière ménagée sensiblement en regard de la surface délimitée par l'antenne, et d'autre part, une fente formant entrefer, ménagée à travers l'épaisseur de l'élément métallique, entre le bord interne délimitant la lumière et le bord externe dudit élément métallique. La combinaison de la lumière et de l'entrefer ménagée sur chaque élément métallique permet d'éviter tout phénomène de blindage de l'antenne par ledit élément métallique. L'invention telle qu'ainsi définie présente l'avantage de garantir un fonctionnement parfait de l'antenne dans un environnement métallique, même en l'absence de matériau absorbant interposé ou de séparation importante entre ladite antenne et l'élément métallique considéré. Ainsi donc, l'antenne offre des performances identiques ou équivalentes à celles qu'elle aurait dans un environnement non métallique, tout en bénéficiant des avantages propres à l'utilisation de métal, notamment en terme de sécurité et plus particulièrement de résistance au vandalisme.

De manière particulièrement avantageuse, l'antenne s'étend de manière sensiblement parallèle à l'élément métallique dont elle est directement à proximité, afin de limiter au maximum l'encombrement de l'ensemble. L'antenne et l'élément métallique contiguë sont ainsi positionnés côte à côte avec un espace intercalaire réduit, pouvant même être nul.

Selon une particularité de l'invention, la surface délimitée par le bord interne de la lumière est sensiblement égale à la surface de l'antenne. Les caractéristiques formelles et dimensionnelles de la lumière ont en effet un impact direct sur les performances de l'antenne, puisque le passage des ondes électromagnétiques s'effectue précisément à travers ladite lumière, indépendamment de l'indispensable présence de l'entrefer.

Selon une autre particularité de l'invention, le bord interne de la lumière est conformé de manière à être sensiblement parallèle au contour de l'antenne. En d'autres termes, la forme de la lumière correspond sensiblement à la projection du contour de l'antenne sur l'élément métallique. Un fonctionnement optimisé est en effet obtenu lorsque les surfaces respectives de la lumière et de l'antenne sont équivalentes.

De manière particulièrement avantageuse, le bord interne de la lumière coïncide avec l'axe moyen de la boucle constituant l'antenne. La forme de la lumière correspond ici à la projection de l'axe moyen de l'antenne sur l'élément métallique. Il est à noter que l'axe moyen désigne la ligne médiane passant longitudinalement à travers la boucle, et ceci quel que soit le nombre de spires constituant l'antenne. Cette conformation constitue une solution optimale en ce sens que de part et d'autre de l'axe moyen, c'est-à-dire dans le cas où la forme de la lumière est plus grande ou plus petite que cette limite, les performances de l'antenne sont diminuées de manière significative.

Selon une variante de l'invention, l'antenne s'étend entre deux éléments métalliques, par rapport à chacun desquels ladite antenne est positionnée directement à proximité. Bien entendu, chaque élément métallique est conforme à l'invention, c'est-à-dire qu'il présente une lumière et un entrefer tels que précédemment définis.

Cette configuration, dans laquelle deux éléments métalliques sont positionnés de part et d'autre de l'antenne, correspond par exemple à l'intégration d'un antenne à l'intérieur d'une quelconque pièce métallique, tel un boîtier de montre par exemple.

Selon une autre variante de l'invention, l'antenne s'étend à l'extérieur d'un ensemble comportant deux éléments métalliques entre lesquels est ménagé un espace apte à recevoir un dispositif amovible doté également d'une antenne en forme de boucle ; l'antenne extérieure étant positionnée directement à proximité de la face externe d'un des éléments métalliques. Cette configuration peut concerner par exemple un lecteur à insertion, de carte sans contact ou d'étiquettes électroniques. Selon une autre caractéristique de l'invention, les différents éléments métalliques étant solidaires, les lumières et fentes respectives sont associées de manière à constituer un unique entrefer. L'important est que l'entrefer propre à chaque élément métallique ne soit pas court-circuité par une quelconque portion de l'élément métallique adjacent. Cela conduit à positionner les fentes sensiblement en vis-à-vis, et ceci quelles que soient leurs dimensions respectives. Ainsi donc, on peut considérer que les éléments métalliques solidaires ne disposent que d'un seul entrefer.

De manière avantageuse, les éléments métalliques destinés à être positionnés à proximité de l'antenne peuvent être symétriques. Cela signifie que leurs formes identiques peuvent être positionnées aisément en vis-à-vis, symétriquement par rapport à l'antenne, de manière à pouvoir disposer très simplement d'un unique entrefer. Les lumières des différents éléments métalliques, tout comme les fentes d'ailleurs, sont alors positionnées précisément en regard les unes des autres.

Selon une autre particularité de l'invention, les différents éléments métalliques appartiennent à une même pièce. Cette configuration est bien entendu équivalente à celle pour laquelle les différentes parties, venant se positionner à proximité de l'antenne, sont solidaires.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description détaillée fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.

La figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée, qui illustre un premier exemple d'agencement d'une antenne boucle conformément aux enseignements de l'invention. La figure 2 est une vue en bout, selon la flèche F2 de la figure 1, qui illustre l'antenne boucle en position sur sa pièce métallique de support.

La figure 3 est une vue schématique en section selon la ligne 3-3 de la figure 2.

Les figures 4 et 5 sont des vues similaires à celles des figures 2 et 3 qui illustrent un second exemple d'agencement selon l'invention, dans lequel l'antenne est intégrée entre deux éléments métalliques adjacents.

La figure 6 est une vue latérale en élévation illustrant une autre application d'un agencement conforme aux enseignements de l'invention.

Elle représente une carte dotée d'une antenne, en position d'approche en vue de son introduction dans un dispositif de lecture à environnement métallique comportant lui aussi une antenne boucle. La figure 7 est une vue latérale en bout du dispositif de lecture, selon la flèche F7 de la figure 6.

La figure 8 est une vue de dessous, selon la flèche F8 de la figure 6, de l'ensemble illustré à la figure 6. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique.

Le mode de réalisation particulier, illustré aux figures 1 à 3, concerne l'intégration d'une antenne boucle A derrière une plaque métallique 10. Bien que basique, cette configuration est très importante en raison du fait qu'elle est susceptible d'être appliquée très largement. On pense ici notamment à l' agencements d'une antenne derrière une face avant métallique, par exemple d'un distributeur de type vending machine ou d'un appareil de contrôle d'accès de type tripode de métro.

Dans cet exemple de réalisation, l'élément métallique est donc constitué par une plaque métallique 10 délimitée par deux faces planes opposées 12 et 14. Conformément aux enseignements de l'invention, la plaque métallique 10 comporte une lumière 18 et une fente 16 formant entrefer.

Plus précisément, la fente 16 est ménagée à travers l'épaisseur de la plaque métallique 10, entre le bord interne 21 délimitant la lumière 18 et le bord externe 20 de ladite plaque métallique 10. En d'autres termes, c'est une fente débouchante qui s'étend d'une part axialement selon l'axe X-X de l'antenne A, l'axe étant sensiblement perpendiculaire au plan moyen de la boucle de ladite antenne A. La fente 16 débouche ainsi au niveau de chacune des faces opposées 12, 14 de la plaque métallique 10. D'autre part, la fente 16 s'étend également transversalement par rapport à ce même axe X-X, depuis un bord latéral extérieur 20 de la plaque 10, ici verticalement vers le bas en considérant les figures 1 et 3, pour déboucher radialement vers l'intérieur, au niveau du bord interne 21 de la lumière 18.

Du point de vue électromagnétique, la fente 16 constitue un entrefer qui permet "d'ouvrir" l'environnement métallique à proximité duquel est positionnée l'antenne boucle A ; la portion de la plaque 10 disposée en vis- à-vis de la surface de ladite antenne A étant bien évidemment dégagée de tout métal. Dans ce premier exemple choisi pour illustrer l'invention, l'antenne boucle A est de forme rectangulaire. Indépendamment de sa forme qui peut être variable, il est à noter que l'antenne boucle A peut être de toute conception,, c'est-à-dire notamment constituée par un enroulement en boucle d'une ou de plusieurs spires.

La plaque métallique 10 sert ici directement de support à l'antenne boucle A . Cette dernière est fixée, par exemple par collage, sur la face 12 tandis que la face opposée 14 demeure libre. Dans cette configuration extrême, l'antenne A est véritablement positionnée directement à proximité de l'élément métallique, puisqu'elle s'étend de manière parfaitement parallèle à la face interne 12 de la plaque 10. La portion de cette face 12, le long de laquelle s'étend l'antenne boucle A, est ici parfaitement plane.

Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 1 à 3, le bord interne 21 délimitant la lumière 18 présente un contour rectangulaire qui correspond sensiblement au contour rectangulaire de l'antenne A. Il en résulte que la surface délimitée par le bord interne 21 de la lumière 18 est sensiblement égale à la surface de l'antenne A.

De manière plus précise, les dimensions ainsi que le positionnement relatif de l'antenne A et de la lumière 18 sont tels que le bord interne 21 de la lumière 18 est parallèle au profil rectangulaire de l'antenne boucle A. En d'autres termes, chaque portion linéaire 22, 24, 26, 28 du bord interne 21 est individuellement parallèle à chaque portion linéaire 32, 34, 36, 38 matérialisant le contour de l'antenne A.

Afin d'optimiser les performances de l'antenne boucle A, le bord interne est dimensionné de manière à coïncider avec l'axe moyen de l'antenne A, c'est-à-dire avec l'axe moyen de sa spire lorsqu'elle en comporte une seule, ou avec l'axe moyen du groupe de spires constituant l'antenne boucle A dans le cas contraire.

C'est lors de la fixation de l'antenne A sur la plaque métallique 10 formant support, par exemple par collage de sa face 30 sur les parties correspondantes de la face 12 de la plaque 10, qu'est assuré le positionnement précis et optimal de l'antenne boucle A par rapport à la lumière 18.

L'agencement qui vient d'être décrit, en référence aux figures 1 à 3, permet ainsi l'intégration d'une antenne boucle A dans un environnement métallique quelle que soit la conformation du support 10, celui-ci n'étant pas nécessairement une plaque mais pouvant être une pièce quelconque, de plus grande épaisseur notamment. Cette intégration est bien entendu indépendante de la forme externe de ladite pièce métallique.

La pièce métallique n'est pas nécessairement une pièce unique à structure continue. Elle peut aussi être constituée par un assemblage de différents éléments métalliques. De la même manière, l'invention n'est pas non plus limitée au cas où la boucle de l'antenne est de contour rectangulaire.

L'intégration selon l'invention est obtenue avantageusement sans ajout de matériau ou de composant, et donc d'une façon très économique. Elle permet également le plaquage de l'antenne A contre la pièce 10, c'est-à-dire qu'elle n'impose pas d'augmenter inutilement l'encombrement de l'ensemble.

Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 4 et 5, le second exemple de réalisation choisi pour illustrer l'invention concerne l'intégration d'une antenne boucle à l'intérieur même d'un environnement métallique.

Pour d'évidentes raisons de simplicité et donc de clarté, l'antenne est ici du même type que celle précédemment décrite. De même, l' environnement métallique est simplement composé de deux plaques métalliques adjacentes 10 et 10', par ailleurs sensiblement similaires à la plaque 10 décrite en référence aux figures 1 à 3. La conception de l'agencement illustré aux figures 4 et 5 présente en outre une symétrie par rapport à un plan P qui correspond au plan moyen de l'antenne boucle A (figure 5). Ainsi donc, chaque élément métallique 10, 10' comporte une fente débouchante 16, 16' formant entrefer, qui s'étend axialement selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan moyen P de la boucle de l'antenne A, dans toute l'épaisseur dudit élément 10, 10'. Cette fente 16, 16' s'étend aussi transversalement depuis un bord latéral extérieur 20, 20' de l'élément métallique 10, 10', jusqu'au bord interne 21, 21' d'une lumière centrale 18, 18' ménagée axialement à travers ledit élément métallique 10, 10', sensiblement en regard de la zone interne de l'antenne qui est délimitée par la boucle.

Comme indiqué précédemment, chaque plaque métallique 10, 10' est donc conformée de manière sensiblement analogue à son homologue du premier exemple de réalisation. Elle n'en diffère en fait essentiellement que par la présence d'un logement 40, 40' de forme complémentaire à la partie de l'antenne boucle A avec laquelle, elle est destiné à venir en contact, ou tout du moins à proximité. L'ensemble est conformé de manière à ce que l'antenne A soit parfaitement intégrée entre les plaques métalliques 10, 10' lorsque les faces internes 12, 12' respectives desdites plaques sont en contact l'une de l'autre. Cela signifie que l'antenne A est ici avantageusement intercalée sans aucun jeu, quel que soit la direction considérée. Cette caractéristique permet également de positionner avec précision l'antenne A dans son environnement métallique, puisque ladite antenne A est emprisonnée entre les deux plaques métalliques 10 et 10', dans le logement 40-40'.

La symétrie de conception est telle que les fentes 16 et 16' sont alignées l'une en face de l'autre de manière à constituer un unique entrefer formant "ouverture ou interruption" de l'environnement métallique. Le troisième exemple, choisi pour illustrer l'invention, concerne quant à lui un mode de réalisation particulier mettant en oeuvre deux antennes en forme générale de boucle. La première antenne est équivalente à celles précédemment décrites, en ce sens qu'elle est solidaire de l'environnement métallique. Elle est en effet positionnée directement à proximité de la face externe d'un élément métallique. La seconde antenne est par contre liée à un dispositif indépendant et amovible, apte à prendre place à l'intérieur de l'environnement métallique, de manière similaire au deuxième mode de réalisation, à la différence près que cette disposition n'est pas figée. En cela, ce troisième mode de réalisation peut être considéré comme une combinaison des deux premiers.

Un exemple de ce type de configuration est illustré aux figures 6 à 8, sous la forme d'un lecteur à insertion pour cartes sans contact. Ainsi donc, on a représenté un dispositif de lecture 44 comportant une fente 42 à travers laquelle peut être insérée et/ou retirée une carte C intégrant une antenne boucle A'. Bien évidemment, le dispositif de lecture 44 est doté d'une antenne A de réception et/ou d'émission destinée à échanger des données avec l'antenne A' de la carte C.

Le corps principal du dispositif de lecture 44 est constitué par deux plaques métalliques adjacentes 10 et 10' comportant chacune une fente 16, 16' formant entrefer et une lumière centrale 18, 18'. Le tout est conformé et disposé de manière sensiblement similaire à leurs homologues des figures 4 et 5.

Il n'en est pas de même en ce qui concerne l'antenne A associée, puisque le positionnement de cette dernière par rapport à l'environnement métallique correspond plutôt à l'agencement illustré aux figures 1 à 3. Dans ce cas précis, l'antenne A s'étend en effet à proximité de la face externe 14 de la plaque 10 et n'est par conséquent pas directement au contact de l'autre plaque 10'. Au final, cela correspond à l'agencement d'une antenne boucle dans un environnement métallique constitué ici par la superposition de deux plaques métalliques 10, 10' identiques et symétriques.

L'espace ménagé entre les plaques métalliques 10, 10', qui dans le deuxième mode de réalisation était destiné à recevoir l'antenne boucle de manière permanente, est ici conformé afin de pouvoir accueillir occasionnellement la carte C, après son insertion à travers la fente 42 ménagée dans le panneau frontal 41. Ainsi donc, lorsque la carte C est en position d'échange de données dans le dispositif de lecture 44, son positionnement précis par rapport aux ouvertures 18 et 18' est tel que l'agencement de l'antenne A' par rapport aux plaques 10, 10' est alors similaire à celui illustré aux figures 4 et 5, c'est-à-dire que l'on retrouve le cas d'une antenne A' agencée à l'intérieur même d'un environnement métallique.

Ici encore, pour optimiser tant les performances de l'antenne A que celles de l'antenne A', il est souhaitable que le contour des lumières alignées 18 et 18' coïncide avec l'axe moyen des antennes A et A'. Au cas où la géométrie et/ou les dimensions des deux antennes A et A' seraient légèrement différentes, un compromis est déterminé entre le meilleur couplage possible des deux antennes et les performances individuelles respectives de celles-ci par rapport à l'environnement métallique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Agencement d'une antenne A en forme générale de boucle, directement à proximité d'au moins un élément métallique 10, 10', caractérisé en ce que chaque élément métallique 10, 10' comporte, d'une part, une lumière 18, 18' ménagée sensiblement en regard de la surface délimitée par l'antenne A, et d'autre part, une fente 16, 16' formant entrefer, ménagée à travers l'épaisseur de l'élément métallique 10, 10', entre le bord interne 21, 21' délimitant la lumière 18, 18' et le bord externe 20, 20' dudit élément métallique 10, 10'.

2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne A s'étend de manière sensiblement parallèle à l'élément métallique 10, 10' dont elle est directement à proximité.

3. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface délimitée par le bord interne 21, 21' de la lumière 18, 18' est sensiblement égale à la surface de l'antenne A.

4. Agencement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord interne 21, 21' de la lumière 18, 18' est sensiblement parallèle au contour de l'antenne A.

5. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bord interne 21, 21' de la lumière 18, 18' coïncide avec l'axe moyen P de la boucle constituant l'antenne A.

6. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'antenne A s'étend entre deux éléments métalliques 10, 10', par rapport à chacun desquels ladite antenne A est positionnée directement à proximité.

7. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'antenne A s'étend à l'extérieur d'un ensemble comportant deux éléments métalliques 10, 10' entre lesquels est ménagé un espace apte à recevoir un dispositif amovible C doté d'une antenne A' en forme de boucle, l'antenne A extérieure étant positionnée directement à proximité de la face externe 14, 14' d'un des éléments métalliques 10, 10'.

8. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les différents éléments métalliques 10, 10' étant solidaires, les lumières 18, 18' et fentes 16, 16' respectives sont associées de manière à constituer un unique entrefer.

9. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les lumières 18, 18' des différents éléments métalliques 10, 10' sont en regard les unes des autres.

10. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les fentes 16, 16' des différents éléments métalliques

10, 10' sont en regard les unes des autres.

11. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les différents éléments métalliques 10, 10' sont de formes sensiblement identiques.

12. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les différents éléments métalliques 10, 10' appartiennent à une même pièce.

13. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la portion de l'élément métallique 10, 10', à proximité de laquelle s'étend l'antenne A, est plane.

14. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'au moins un des éléments métalliques 10, 10' est une plaque métallique.