WO2005010811A1 - Antenne résonnante de détection ou d'identification insensible à son environnement - Google Patents

Antenne résonnante de détection ou d'identification insensible à son environnement Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a resonant detection or identification antenna of the type comprising at least one turn which comprises at least one electrically conductive wire and which is connected to a transponder electronic chip, and whose operating frequency is greater than or equal at 10 MHz, the surface defined by said at least one turn being substantially less than or equal to 0.30 m 2 .
  • the antenna forms a resonant circuit which operates at high frequency, the value of which is predetermined so as to collect enough energy to power the electronic chip.
  • the chip is thus said to be passive.
  • Such antennas are for example used in the field of contactless identification as well as in the field of detection in anti-theft systems. These antennas are still commonly called labels, their surface not exceeding 0.30 m 2 and their operating frequencies being high (greater than 10 MHz).
  • Resonant antennas are constructed so that their inductance matches the capacity of the circuit. This capacity is in practice close to that of the electronic chip.
  • circuits are very sensitive to the environment because it behaves like a dielectric medium which affects in particular the capacity of the circuit. It is therefore very difficult to produce antennas whose functioning is not affected by the change of environment.
  • the resonant antenna is integrated into a sports identification bib, and is therefore in contact with the human body, the capacity of the circuit increases.
  • the solutions envisaged have not produced satisfactory results.
  • a resonant antenna of the kind in question is essentially characterized in that the total capacity of the antenna is substantially greater than or equal to 140 pF and in that the coefficient of overvoltage of said at least one turn is substantially greater than or equal to 30. Thanks to these provisions, it has been surprisingly obtained, an antenna whose operating characteristics are not modified by the environment.
  • the transponder chip comprises a first capacity of predetermined value, and a second capacity is placed in parallel with respect to the electronic chip, so that the overall capacity of the antenna is greater than or equal to 140 pF. It is thus easy to adapt the capacity of the antenna as a function of the capacity of the chip predetermined during manufacture.
  • said at least one turn comprises mechanical properties adapted so that the antenna retains by itself a predetermined shape.
  • the antenna can then be used in the form of a bracelet or a necklace.
  • said at least one turn is secured to a support. Still more preferably, said at least one turn comprises a single-strand wire.
  • said at least one turn comprises a wire formed by seven strands and whose diameter is substantially equal to 0.25 mm for example.
  • said at least one turn takes the form of a track deposited on a substrate and whose width and thickness are substantially equal to at least 1, 4 mm and 35 ⁇ m respectively.
  • the antenna comprises a single turn.
  • the single turn is chosen from one of the rectangular shapes with hollow angles and rectangular with cut angles.
  • the antenna comprises a first turn and a second turn which is placed inside the first turn and whose surface is between approximately 10% and 90% of the surface of said first turn.
  • the area of the second turn is substantially equal to half the area of the first turn.
  • FIG. 1 represents a resonant antenna according to a first mode for carrying out the invention, associated with a sports identification bib.
  • Figure 2 is a plan view of a resonant antenna according to a second embodiment of the present invention.
  • Figures 3 and 4 are plan views of an antenna according to third and fourth embodiments of the present invention.
  • Figure 1 shows a preferred but not exclusive form of a resonant antenna 1 or label according to the invention, associated with a sports identification bib 2.
  • the antenna 1 is thin.
  • the antenna 1 thus comprises for example three turns 3, 4 and 5 of rectangular shape.
  • the shape of the turns can be different, the turns can be square, circular, ellipsoidal, or even hexagonal.
  • the shape of the turns is chosen according to the application of the antenna.
  • the resonant antenna 1 constitutes a supply and transmission antenna for a transponder chip 7 itself fixed on the support or bib 2.
  • the electronic chip 7 used is known per se and operates at high frequency, the value of which is greater than or equal to 10 Mhz, for example at a frequency of 13.56 Mhz.
  • This chip has intrinsic characteristics such as its capacity. The value of this capacity is determined during the manufacturing of the chip.
  • the antenna according to the invention can be used at other frequencies.
  • the antenna 1 is qualified as having a small thickness insofar as the surface of the constituent turns is significantly greater than the thickness of this antenna.
  • the surface delimited by the turns is small, that is to say less than or equal to 0.30 m 2 . It can for example be a square with a side of 0.5 m.
  • this antenna can consist of a single turn 3 connected to the chip 7.
  • the antenna 1 is constructed so that its overall capacity is greater than or equal to 140 pF and that the overvoltage coefficient of the coil constituted by the turns 3 to 5 (or of the turn 3 in the case of a single turn) is greater than or equal to 30.
  • the present invention advantageously provides for placing in parallel with the chip 7, a second capacity 8.
  • the value of this second capacity is adapted to that of the electronic chip 7 so that the total capacity of the antenna is greater than or equal to 140 pF.
  • the value of the total capacity can also be reached in several other different ways such as for example by having several localized capacities located at several points in the loop or even localized capacities associated with distributed capacities obtained from plates, screens , or cable sheaths.
  • the turns 3 to 5 are made for example in a copper or aluminum alloy and their geometric characteristics are adapted to obtain an overvoltage coefficient greater than or equal to 30. This gives a resonant antenna 1 insensitive to its immediate environment.
  • the antenna can thus comprise a wire formed of seven strands, the overall diameter of the wire being close to 0.25 mm.
  • the antenna can take a rectangular shape whose length is of the order of 190 mm and the width is close to 160 mm.
  • the support 2 on which the antenna is secured may be of any kind such as a plastic material, glass, cardboard, leather, wood, a nonwoven or even a woven.
  • the turns 3 to 5 can be secured to the support 2 using any known technology.
  • the turns can take the form of tracks deposited for example by etching or printing, or any other method of depositing a conductive material.
  • the track obtained has a width of 1.4 mm and a thickness of 35 ⁇ m.
  • the label 1 may not be secured to a support.
  • the turns or the single turn are then obtained in a material whose mechanical characteristics allow the turn to be maintained or turns by themselves.
  • the antenna can for example take the form of a single turn formed of a wire comprising 7 to 19 strands, the diameter of the wire then being close to 0.5 mm.
  • the antenna 10 can take any form suitable for the support on which it is intended to be applied, such as for example a case of substantially rectangular shape.
  • this antenna can for example be made up of a first coil 11 and a second coil 12, one of which is placed inside the other and which is of lower surface.
  • the second turn 12 is placed inside the first turn 11 and this second turn 12 has an area between
  • the antenna can comprise a single turn (connected to a chip and possibly to one or more additional capacitors). This turn can take different forms to perfectly match the resonant frequency of the antenna to the desired frequency while keeping an equal perimeter.
  • the antenna 20 comprises a single turn 21 of cross shape (rectangular shape whose angles are hollowed out).
  • the antenna 30 shown in FIG. 4 comprises a single turn 31 of rectangular shape whose angles are cut.
  • the resonant antenna according to the invention is not limited to the preferred embodiment described above by way of example, on the contrary it embraces all the variant embodiments within the scope of the claims below.

Abstract

Antenne résonnante de détection ou d'identification du type comprenant au moins une spire (3 à 5) qui comporte au moins un fil électriquement conducteur et qui est reliée à une puce électronique transpondeur (7), et dont la fréquence de fonctionnement est supérieure ou égale à 10 MHz, la surface définie par ladite au moins une spire étant sensiblement inférieure ou égale à 0,30 m x m. La capacité totale de l'antenne est sensiblement supérieure ou égale à 140 pF, et le coefficient de surtension de ladite au moins une spire est sensiblement supérieur ou égal à 30.

Description

Antenne résonnante de détection ou d'identification insensible à son environnement
La présente invention est relative à une antenne résonnante de détection ou d'identification du type comprenant au moins une spire qui comporte au moins un fil électriquement conducteur et qui est reliée à une puce électronique transpondeur, et dont la fréquence de fonctionnement est supérieure ou égale à 10 MHz, la surface définie par ladite au moins une spire étant sensiblement inférieure ou égale à 0,30 m2. L'antenne forme un circuit résonnant qui fonctionne à haute fréquence, dont la valeur est prédéterminée de manière à capter suffisamment d'énergie pour alimenter la puce électronique. La puce est ainsi dite passive. De telles antennes sont par exemple utilisées dans le domaine de l'identification sans contact ainsi que dans le domaine de la détection dans les systèmes antivol. Ces antennes sont encore couramment appelées étiquettes, leur surface ne dépassant pas 0,30 m2 et leurs fréquences de fonctionnement étant élevées (supérieures à 10 MHz). Les antennes résonnantes sont construites de sorte que leur inductance s'accorde à la capacité du circuit. Cette capacité est en pratique voisine de celle de la puce électronique. Or de tels circuits sont très sensibles à l'environnement car celui-ci se comporte comme un milieu diélectrique qui affecte notamment la capacité du circuit. Il est par conséquent très difficile de réaliser des antennes dont le fonctionnement ne soit pas altéré par le changement de milieu. En particulier, lorsque l'antenne résonnante est intégrée à un dossard d'identification sportive, et est donc en contact avec le corps humain, la capacité du circuit augmente. Pour résoudre cet inconvénient, il a été envisagé de modifier la forme de l'antenne ou bien encore de modifier le nombre de spires de l'antenne. Les solutions envisagées n'ont pas toutefois apporté de résultats satisfaisants. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités en fournissant une antenne résonnante qui soit quasi- insensible à l'environnement dans lequel elle est placée et ce, par des moyens simples, efficaces et peu coûteux. A cet effet, selon l'invention, une antenne résonnante du genre en question est essentiellement caractérisée en ce que la capacité totale de l'antenne est sensiblement supérieure ou égale à 140 pF et en ce que le coefficient de surtension de ladite au moins une spire est sensiblement supérieur ou égal à 30. Grâce à ces dispositions, il a été obtenu de façon surprenante, une antenne dont les caractéristiques de fonctionnement ne sont pas modifiées par l'environnement. Avantageusement, la puce transpondeur comprend une première capacité de valeur prédéterminée, et une deuxième capacité est placée en parallèle par rapport à la puce électronique, de sorte que la capacité d'ensemble de l'antenne est supérieure ou égale à 140 pF. Il est ainsi aisé d'adapter la capacité de l'antenne en fonction de la capacité de la puce prédéterminée lors de la fabrication. De préférence, ladite au moins une spire comporte des propriétés mécaniques adaptées pour que l'antenne garde par elle-même une forme prédéterminée. L'antenne peut alors être utilisée sous forme de bracelet ou de collier. Dans une forme avantageuse, ladite au moins une spire est solidaire d'un support. Encore de manière préférée, ladite au moins une spire comprend un fil monobrin. Avantageusement, ladite au moins une spire comprend un fil formé de sept brins et dont le diamètre est sensiblement égal à 0,25 mm par exemple. De préférence, ladite au moins une spire prend la forme d'une piste déposée sur un substrat et dont la largeur et l'épaisseur sont sensiblement égales à au moins 1 ,4 mm et 35μm respectivement. Encore avantageusement, l'antenne comprend une spire unique. De préférence, la spire unique est choisie parmi l'une des formes rectangulaire à angles évidés et rectangulaire à angles coupés. En variante, l'antenne comprend une première spire et une deuxième spire qui est placée à l'intérieur de la première spire et dont la surface est comprise sensiblement entre 10 % et 90 % de la surface de ladite première spire. De préférence, la surface de la deuxième spire est sensiblement égale à la moitié de la surface de la première spire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de deux de ses formes de réalisation, données à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé La figure 1 représente une antenne résonnante selon un premier mode de réalisation de l'invention, associée à un dossard d'identification sportive. La figure 2 est une vue en plan d'une antenne résonnante selon un second mode de réalisation de la présente invention. Les figures 3 et 4 sont des vues en plan d'une antenne selon des troisième et quatrième modes de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente une forme préférée mais non exclusive d'une antenne résonnante 1 ou étiquette selon l'invention, associée à un dossard d'identification sportive 2. L'antenne 1 est de faible épaisseur. L'antenne 1 comprend ainsi par exemple trois spires 3, 4 et 5 de forme rectangulaire. Bien entendu, la forme des spires peut être différente, les spires pouvant être de forme carrée, circulaire, ellipsoïdale, ou bien encore hexagonale. La forme des spires est choisie en fonction de l'application de l'antenne. L'antenne résonnante 1 constitue une antenne d'alimentation et d'émission pour une puce transpondeur 7 elle-même fixée sur le support ou dossard 2. La puce électronique 7 utilisée est connue en soi et fonctionne à haute fréquence, dont la valeur est supérieure ou égale à 10 Mhz, par exemple à une fréquence de 13,56 Mhz. Cette puce possède des caractéristiques intrinsèques telle que sa capacité. La valeur de cette capacité est déterminée lors de la fabrication de la puce. Bien entendu, l'antenne selon l'invention peut être utilisée à d'autres fréquences. Au sens de l'invention, l'antenne 1 est qualifiée comme ayant une faible épaisseur dans la mesure où la surface des spires constitutives est nettement supérieure à l'épaisseur de cette antenne. La surface délimitée par les spires est petite, c'est-à-dire inférieure ou égale à 0,30 m2. Il peut par exemple s'agir d'un carré de 0,5 m de côté. De plus, on comprend aisément que cette antenne peut être constituée d'une seule spire 3 reliée à la puce 7. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'antenne 1 est construite pour que sa capacité d'ensemble soit supérieure ou égale à 140 pF et que le coefficient de surtension de la bobine constituée par les spires 3 à 5 (ou de la spire 3 dans le cas d'une spire unique) soit supérieur ou égal à 30. Dans la mesure où la capacité de la puce électronique n'atteint pas par construction cette valeur seuil de 140 pF, la présente invention prévoit avantageusement de placer en parallèle à la puce 7, une deuxième capacité 8. La valeur de cette deuxième capacité est adaptée à celle de la puce électronique 7 pour que la capacité totale de l'antenne soit supérieure ou égale à 140 pF. La valeur de la capacité totale peut être également atteinte de plusieurs autres manières différentes telles que par exemple en disposant plusieurs capacités localisées situées en plusieurs points dans la boucle ou encore des capacités localisées associées à des capacités réparties obtenues à partir de plaques, d'écrans, ou encore de gaines de câbles. Les spires 3 à 5 sont réalisées par exemple dans un alliage de cuivre ou d'aluminium et leurs caractéristiques géométriques sont adaptées pour obtenir un coefficient de surtension supérieur ou égal à 30. On obtient ainsi une antenne résonnante 1 insensible à son environnement immédiat. Chaque spire peut être monobrin ou multibrins. L'antenne peut ainsi comprendre un fil formé de sept brins, le diamètre d'ensemble du fil étant voisin de 0,25 mm. L'antenne peut prendre une forme rectangulaire dont la longueur est de l'ordre de 190 mm et la largeur est voisine de 160 mm. Le support 2 sur lequel est solidarisé l'antenne peut être de toute nature tel qu'un matériau plastique, du verre, du carton, du cuir, du bois, un non-tissé ou bien encore un tissé. Les spires 3 à 5 peuvent être solidarisées sur le support 2 en employant toute technologie connue. Les spires peuvent prendre la forme de pistes déposées par exemple par gravure ou impression, ou tout autre procédé de dépose d'un matériau conducteur. A titre d'exemple non limitatif, la piste obtenue a pour largeur 1 ,4 mm et pour épaisseur 35 μm. Par ailleurs, l'étiquette 1 peut ne pas être solidarisée sur un support. Les spires ou la spire unique sont alors obtenues dans un matériau dont les caractéristiques mécaniques permettent une maintien de la spire ou des spires par elles-mêmes. L'antenne peut par exemple prendre la forme d'une seule spire formée d'un fil comprenant 7 à 19 brins, le diamètre du fil étant alors proche de 0,5 mm. Par ailleurs, dans un deuxième mode de réalisation tel que représenté à la figure 2, l'antenne 10 peut prendre toute forme adaptée au support sur lequel elle est destinée à être appliquée, tel que par exemple un boîtier de forme sensiblement rectangulaire. Afin d'atteindre les mêmes caractéristiques de capacité, de surface et de coefficient de surtension que dans le premier mode de réalisation, tout en tenant compte de l'environnement dans lequel elle est placée, cette antenne peut être par exemple constituée d'une première spire 11 et d'une deuxième spire 12 dont l'une est placée à l'intérieur de l'autre et qui est de surface inférieure. Par exemple, la deuxième spire 12 est placée à l'intérieur de la première spire 11 et cette deuxième spire 12 est d'une surface comprise entre
10 % et 90% de la surface de la première spire 11. Dans le cas présent, la deuxième spire 12 est sensiblement égale à la moitié de la surface de la première spirei Ainsi, la première spire 11 s'étend le long de la deuxième spire 12 seulement sur une fraction de sa longueur. Bien entendu, ces spires sont encore reliées à la puce électronique 7 décrite précédemment. Par ailleurs, comme décrit en regard du premier mode de réalisation, l'antenne peut comprendre une seule spire (reliée à une puce et éventuellement à une ou plusieurs capacités supplémentaires). Cette spire peut prendre différentes formes pour accorder parfaitement la fréquence de résonance de l'antenne à la fréquence souhaitée tout en gardant un périmètre égal. Par exemple, comme représenté à la figure 3, l'antenne 20 comprend une seule spire 21 de forme en croix (forme rectangulaire dont les angles sont évidés). Encore en variante, l'antenne 30 représentée à la figure 4 comprend une seule spire 31 de forme rectangulaire dont les angles sont coupés. Bien entendu, l'antenne résonnante selon l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS 1. Antenne résonnante de détection ou d'identification du type comprenant au moins une spire (3 à 5 ; 11 , 12 ; 21 ; 31 ) qui comporte au moins un fil électriquement conducteur et qui est reliée à une puce électronique transpondeur (7), et dont la fréquence de fonctionnement est supérieure ou égale à 10 MHz, la surface définie par ladite au moins une spire étant sensiblement inférieure ou égale à 0,30 m2, caractérisée en ce que la capacité totale de l'antenne (1 ;10 ; 20 ; 30) est sensiblement supérieure ou égale à 140 pF, et en ce que le coefficient de surtension de ladite au moins une spire (3 à 5 ; 11 , 12 ; 21 ; 31 ) est sensiblement supérieur ou égal à 30.
2. Antenne résonnante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la puce transpondeur (7) comprend une première capacité de valeur prédéterminée, et en ce qu'une deuxième capacité (8) est placée en parallèle par rapport à la puce électronique (7), de sorte que la capacité d'ensemble de l'antenne (1 ; 10 ; 20 ; 30) est supérieure ou égale à 140 pF.
3. Antenne résonnante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite au moins une spire (3 à 5 ; 11 , 12 ; 21 ; 31) comporte des propriétés mécaniques adaptées pour que l'antenne (1 ; 10 ; 20 ; 30) garde par elle-même une forme prédéterminée.
4. Antenne résonnante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite au moins une spire (3 à 5 ; 11 , 12 ; 21 ; 31) est solidaire d'un support (2).
5. Antenne résonnante selon l'une quelconque des revendications
1 à 4, caractérisée en ce que ladite au moins une spire (3 à 5 ; 11 , 12 ; 21 ; 31 ) comprend un fil monobrin.
6. Antenne résonnante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite au moins une spire (3 à 5 ; 11 , 12 ; 21 ; 31 ) comprend un fil formé de sept brins et dont le diamètre est sensiblement égal à 0,25 mm.
7. Antenne résonnante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite au moins une spire (3 à 5 ; 11 , 12 ; 21 ; 31 ) prend la forme d'une piste déposée sur un substrat et dont la largeur et l'épaisseur sont sensiblement égales à au moins 1 ,4 mm et 35μm respectivement.
8. Antenne résonnante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'antenne (1 ; 10 ; 20 ; 30) comprend une spire unique (3).
9. Antenne résonnante selon la revendication 8, caractérisée en ce que la spire unique est choisie parmi l'une des formes rectangulaire à angles évidés et rectangulaire à angles coupés.
10. Antenne résonnante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'antenne (10) comprend une première spire (11) et une deuxième spire (12) qui est placée à l'intérieur de la première spire et dont la surface est comprise sensiblement entre 10 % et 90 % de la surface de ladite première spire (11).
11. Antenne résonnante selon la revendication 10, caractérisée en ce que la surface de la deuxième spire (12) est sensiblement égale à la moitié de la surface de la première spire (11).
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