Brevet FR2038185A1 — publié le 19710108

les facilités offertes par la présente invention permettent l'interrogation claire ou codée, au moyen d'ondes radio d'informa- tion codée, de répondeurs passifs préparés par un appareil sensible éloigné Quelques-unes des nombreuses applications sont les suivantes : (a) Tri automatique des bagages de passagers dans les aéroport s. (b) Tri et acheminement des lettres et paquets dans les services postaux. (cS identification, reconnaissance et situation du personnel dans les installations de sécurité, les usines1 hôpitaux ou établissements militaires (d) Contrôle des passagers dans les systèmes de transport. (e) Protection contre le vol des marchandises dans les maga sins ou entrepôts, des livres dans les librairies ou d'articles appropriés dans les usines ou autres lieux, en munissant ces objets d'un répondeur et en plaçant un récepteur couvrant chaque issue, afin de détecter le passage non autorisé de tels objets munis d'un répondeur par chaque issue. Le principe fondamental du fonctionnement de n'importe quel systeme d'interrogation de répondeurs passifs est le suivant : de l'énergie est transmise sous une orne quelconque au répondeur par une unité émetteur-antenne d'émission. Cette énergie est alors traitée d'une façon quelconque par le répondeur et 1'énergie résultante est retransmise par le répondeur sous la forme d'un signal de réponse. Cette énergie de réponse est alors détectée, traitée de façon appropriée et l'information en est extraite par une unité récepteur sensible et antenne de réception.Le principe de tous les systèmes d'interrogation est que l'énergie de réponse très faible en provenance du répondeur doit tre distinguée de l'énergie beaucoup plus forte de l'ém@tteur ou énergie d'interro- gation. Cette distinction peut s'obtenir par divers procédés, la présente invention utilise un procédé qui fournit le résultat désiré par l'incorporation d'un moyen dans le répondeur pour changer la fréquence de l'énergie, de sorte que l'énergie de réponse soit à une fréquence différente de celle de l'énergie d'interrogation, ce qui fait que l'énergie de réponse peut être séparée de l'énergie d'interrogation par la sélectivité de fréquence du récepteur.La fréquence de l'énergie de réponse peut être en relation harmonique, sous-harmonique ou non-harmonique avec la fréquence de l'énergie d'interrogation. Pour être satisfaisant, le système doit posseder les caractéristiques suivantes (a) Le système peut être conçu pour renvoyer plusieurs digits binaires ("bits") d'information à l'interrogateur. Un numéro de sécurité sociale par exemple demande 30 bits d'information. (b) Les répondeurs contenant l'information codée sont passifs, et possèdent une durée d'existence en stock infinie, peuvent etre lus sans tre détruits, et sont durables dans diverses conditions d'environnement et de manipulation , et sont de petite dimension et de fabrication peu coûteuse. (c) Les répondeurs peuvent avoir n'importe quelle orientation par rapport à l'appareil capteur et être situés à une distance considérable de celui-ci, peuvent être en mouvement, et être séparés du capteur par des écrans optiquement opaques. (d) Le signal codépeut être distingué-des signaux parasites de fond produits de façon accidentelle par l'environnement du répondeur en cours d'interrogation. (e) L'encodage de l'information sur le répondeur peut se faire par un moyen simple au moment de la mis en service du répondeur. Les utilisateurs du système n'ont qu1à stocker que des répondeurs vierges au lieu d'un jeu complet de répondeurs avec tous les codes possibles. Pour illustrer les principes mis en oeuvre dans ce système, il est décrit ci-apres une conception possible d'un système d'encodage de trois digits décimaux d'information (ce qui est approximativement égal à dix digits binaires dlinformation) dans une carte en matiere plastique de 5 em x 8cm x 1 mm.La fréquence centrale d'opération dans cet exemple est de 915 z et la distance de détection est de 3 mètres Afin de faciliter la compréhension de la nature de l'inven- tion, des formes de celle-ci sont décrites ci-après au moyen d'exemples et avec référence aux dessins annexés, dans lesquels La Figure 1 est un schéma synoptique montrant la disposition des composants du système La Figure 2 est un schéma synoptique montrant d'autres détails de l'unité d'émission; La Figure 3 est une @ue e@ plan d'un répondeur destiné au système; La Figure 4 est un schéma synoptique du circuit semiconducteur faisant partie du répondeur;; La Figure 5 est un schéma synoptique d'une unité de réception; La Figure 6 est un schéma du circuit des oscillateurs à relaxation de la Figure 4; et La Figure 7 est un schéma synoptique d'un répondeur codé qui produit un signal de réponse contenant dix bits d'information. Le système utilise les composants essentiels d'un émetteur lOl, d'un répondeur sensible 102, d'un récepteur 103 et d'une machine à coder séparée 104, comme représenté sur la Figure 1. Le principe général du système est de procurer dans le répondeur passif, des circuits susceptibles d'être excités par le rayonnement émis de manière à renvoyer au récepteur des signaux électro-magnétiques qui sont sans relation harmonique avec la fréquence de l'énergie émise. Le nombre et la valeur des- fréquences de sortie réfléchies contiennent l'information codée, D'autres détails de l'unité d'émission apparaissent sur la Figure 2. Les principaux composants et spécifications sont les suivants (a) Un maitre oscillateur 105 fonctionnan- sur une fréquence de 915 MHz. (b) Un générateur d'impulsions 1Ô6 produisant des impulsions rectangulaires d'une longueur de 100 sec., avec une fréquence de répétition d'impulsions de 9,3 secondes. (c) Un amplificateur de puissance d'impulsioN 107 de la porteuse 915 MEIz produisant des impulsions d'une puissance de pointe de 1 }t7 ayant la durée et la fréquence de répétition cidessus, avec un temps de montée de 7 microsecondes. (d) Un filtre de sortie 108 avec une fréquence centrale de 915 MHz, une largeur de bande de 3 décibels à 200 Khi, et de 50 décibels à 500 KHz. (e) Un système d'antenne micro-onde 109. (f) Des matériaux 110 absorbant les micro-ondes. La Figure 3 représente la structure d'un répondeur porteur d'informations approprié. La Figure 4 est un schéma synoptique du répondeur. Le répondeur a la forme d'une feuille en matière plastique souple 112 qui supporte des antennes dipolesSmagnétiques à tours multiples 113 et 117. L'énergie micro-onde émise est reçue par une antenne 113, redressée par un circuit à diode 118 et filtrée par un filtre de réjection à ligne de bande pour constituer une source de courant continu, afin d'alimenter un circuit semiconducteur intégré 115 composé de circuits d'oscillateurs à relaxation 120, 121 et 122. La production des trois composants de fréquence supplémentaires a lieu dans les trois oscillateurs à relaxation 120, 121 et 122. Les signaux produits sontsitués,dans cet exemple, au voisinage de 1 MHz. Les oscillateurs à relaxation sont couplés à une antenne de sortie en boucle 117 par l'intermédiaire d'un filtre à ligne de bande 116 ayant pour rdle d'empêcher une perturbation des circuits générateurs de fréquence par la fréquence de l'énergie a |alimentation. Le schéma d'encodage de l'information portée par la carte est que les trois digits décimaux p, q et r sont identifiés par des signaux de sortie distincts dont les périodes sont -(1 + p/1o0) / sec, (1 - 1 + q/100) sec, et (1,2 + r/100) /jLsec. Les divers composants du récepteur 122 sont représentés sous la forme d'un schéma synoptique par la Figure 5. Afin de simplifier la conception de l'antenne et Su récepteur, des récepteurs séparés sont utilisés dans cette versior pour les digits p, q et r, mais ce procédé n'est pas impératif. Le schéma concarne le récepteur du digit p seulement. Les signaux d'entrée dans la bande de 1000 à 910 IzHz sont reçus par l'antenne 123, passent par le filtre passe-bande 124 et son amplifiés par un pré-amplificateur de gain stabilisé 125. Un changement de fréquence à la bande de 200 à 109 KIIz est effectué par l'oscillateur local 126 et par le mélangeur équilibré 127, et l'amplification à cette fréquencei:itermédiaire est assurée par un post-amplificateur de gain contrôlé 128. L'amplificateur intermédiaire 129 est pourvu de dix soties reliées à une série de dix filtres de bande 130, dont un seul est représenté. Les filtres ont des fréquences centrales de 200, 190, 180, 171, 162, 153, 144, 135, 126, 117 et 109 KHz, avec des largeurs de bande de 5 KHz. La sortie de chacun de ceux-ci es transmise à un détecteur à diode 131, à un amplificateur intermédiaire final 132 et à l'une des dix bornes de sortie 133 produisent des signaux de sortie logiques pour les dix valeurs de digits décimaux p. Les sorties logiques de p, q, et r sont fournies aux circuits logiques (non représentés ) afin d'effectuer les diverses taches de commande, d'identification et de tri demandées à l'ensemble du système. Le dispositif d'encodage 104 est employé par les utilisateurs du système pour impressionner les codes voulus sur les répondeurs de stock vierges. Lors de leur fabrication, les répondeurs de stock sont prts e émettre les fréquences correspondant an code 000, Ces fréquences sont déterminées par les conductances et les capa- cités cs oscillateurs à relaxation 120, 121 et 122. Ces capacités sont disposées en parallèle avec pondération binaire. Les connexions de ces éléments de circuit peuvent être sectionnées. sélectivement au moyen du dispositif encodeur 104 pour fournir la capacité totale requise pour les fréquences de sortie voulues. La Figure 6 montre des détails de circuits appropriés pour les oscillateurs à relaxation. Le circuit semiconducteur est fabriqué à partir d'une seule tranche de cristal de silicium en utilisant la technologie normale des circuits intégrés.Les capacités à pondération binaire peuvent être incorporées sur cette tranche ou peuvent être placées sur la feuille en matière plastique souple Dans les deux cas les connexions de ces capacités sont ame @ées à Les pertes de puissance qui se produisent dans les diverses parties du parcours de transmission global entre l'émetteur et le récepteur sont les suivantes (a) Perte de propagation électromagnétique entre l'antenne d'émission et l'antenne de carte . 33 db. (b) Pertes de transformation et de filtrage de l'énergie micro-onde en énergie en courant continu 2 db. (c) Partage de la puissance en courant continu disponible entre les trois oscillateurs : 5 db. (d) Pertes dans les oscillateurs à relaxation 3 db. (e) Pertes dans le réseau d'accord entre l'antenne et les oscillateurs basse fréquence : 3Q db. (f) Perte par propagation électro-magnétique entre l'antenne de sortie de la carte et le récepteur o aa La perte totale du parcours de transmission est de 111 db. La largeur de bande de b@@it du récepteur est déterminée par les filtres passe-bande 130 @t est de 5 KHz. Le niveau de bruit à l'entrée du récepteur permettant une @aleur de bruit de 6 db est de moins 161 dbW. Le niveau d'entrée du signal au récepteur étant de - 81 dbW, le rapport signal/bruit du récepteur est de 80 db et et le système n'a pas de limitation de bruit à la réception. Etant donne que le système utilise des signaux de faible niveau dans la bande de fréquence de 760 à 1000 KHz, il est soumis à une interférence des autres usagers de cette bande de fréquence certains endroits. Dans une application qui nécessite le triage d'objets sur un convoyeur à bande, ce problème est résolu par l'utilisation d'un tunnel à champ libre d'interférences Les principes essentiels compris dans 'exemple qui vient d'être décrit peuvent être appliqués dans un cortain nombre de systèmes possibles. On peut faire varier particulièrement les paramètres suivants du système. (a) L'énergie d'entrée au répondeur peut être transférée par un moyen électro-magnétique utilisant des fréquences comprises entre 5 KHz et 20 GHz. Aux fréquences les plus basses le fonctionnement se fait dans la zone de champ rapprochée de l'antenne et les rayonnements indésirables sont évités au-deld de la région où la détection de la carte est désirée. L'utilisation de ces basses fréquences et le couplage par la compo@@@te magnétique d@ champ électromagnétique fournit une meilleure aptitude du système à détecter à travers des écrans accidentels, tels que les personnes, les vêtements, les matériaux d'emballage y compris les matériaux humides Les fréquences très élevées permettent une limitation des champs détecteurs en raison de la directivité améliorée des systèmes d'antenne permise par ces fréquences. (b) Le signal réfléchi par la carte peut se composer d'une fréquence porteuse, avec ou sans enveloppe de modulation. La fréquence porteuse peut être une harmonique ou une sous-harmonique (y compris la -premiere harmonique) de la fréquence de l'énergie fournie ou peut être une fréquence sans relation avec l'énergie fournie. Lorsque les fréquences harmoniques ou sous-harmoniques sont utilisées, le récepteur peut employer avantageusement la technique de détection synchrone. Le signal de modulation peut contenir l'information désirée sous la forme d'un groupe de fréquences de modulation continue ou d'un code d'impulsions. Lorsqu'un code d'impulsion est utilisé, il peut être synchronisé (avec un retard initial) avec l'impulsion d'excitation principale et par conséquent le dispositif de traitement du signal du récepteur ayant pour fonction de le recueillir. La Figure 7 montre la construction détaillée d'un répondeur codé qui produit un signal de réponse contenant dix bits d'information sous la forme d'un code d'impulsions modulant une fréquence porteuse qui est elle-même une sous-harmonique de la fréquence de l'énergie fournie. Les principaux composants sont les suivants 1. Une antenne a enroulements multiples 135 formée sur la feuille en matière plastique souple (par photogravure par exemple) qui reçoit l'énergie fournie à une fréquence qui est choisie, à titre d'exemple, comme étant de 10 KHz. 2. Un circuit filtre et redresseur à diode semi-conducteur 136 qui redresse le signal 10-024 mEz et fournit une énergie en courant continu aux autres circuits de la carte. 3. Un facteur de deux circuits de décomptage 137 qui fournit un signal de sortie à faible puissance à 5-12 MHz. 4. Un amplificateur à déclenchement périodique 138 qui fournit un signal modulé par un code d'impulsion avec une fréquence porteuse de 5 MHz, à l'antenne magnétique à tours multiples 139 ayant un couplage net zéro avec l'antenne 135. 5. Un circuit de décomptage facteur huit 140 qui fournit uls signal de sortie à faible puissance à la fréquence de 640 KHz qui sert de top de synchronisation pour un registre à décalage 142 de onze bits. 6. Un circuit de décomptage 141 facteur 32 qui produit des impulsions d'entrée à la fréquence de 20 KHz pour le registre à décalage. 7. Un jeu de connexions de codage 143 qui sont amenées à une partie d'accès facile du répondeur où le code peut être déterminé en sectionnant au moyen d'un poinçon, un groupe approprié de ces connexions. Les connexions qui demeurent ont pour rôle de connecter les diverses sorties du registre à décalage à la borne-de la porte de l'amplificateur à déclenchement périodique 138. La connexion de l'impulsion de sortie finale au registre décalage n'est pas sectionnée car elle a pour rôle de déterminer le commencement du code d'impulsios de de l'enveloppe de modulation du signal de sortie. Le signal de sortie d'un répondeur tel que décrit plus haut se compose d'une fréquence porteuse de 5-12 MHz, modulée en synchronisme par un code d'impulsions dans lequel chaque bit d'information est représenté par huit cycles de la fréquence porteuse, onze bits d'information étant suivis d'une période correspondant à 168 cycles de la fréquence porteuse dans laquelle aucune sortie n'est présente. L'extraction des dix bits d'information (le premier des onze bits du code d'impulsions de sortie est toujours présent et par conséquent ne porte aucune information) du code d'impulsiorsde sortie tel qu'il est détecté par le récepteur est une quèstion de technique normale et n'a pas lieu d'être décrite ici. Dans les exemples ci-dessus, les détails du circuit utilisé dans l'émetteur, le récepteur et le répondeur des diverses sections indiquées sur le schéma synoptique n'ont pas été donnés, pour des raisons de concision et de clarté, étant donné que chacun de ces circuits est construit selon les pratiques bien connues dans la technique et sur la base de l'information fournie, l'homme de l'art n'aura pas de difficultés à construire l'appareil nécessaire. R E V E N D N C A T I O N S 1. Un système de surveillance électronique comportant un émetteur de signaux électromagnétiques, un répondeur passif à fixer sur un objet à placer sous surveillance, le répondeur comportant un moyen de réeepton d'u signal dudit émetteur et d'émission d t un signal de réponse, es un récepteur pour la réception et le traitement dud@t signal de réponse, le système étant caractérisé par le fait que le répondeur est pourvu de moyens par lesquels l'énergie du signal reçu est utilisée pour produire un signal de réponse de fréquence, ou fréquences, différente de celle du signal reçu, ce qui fait que le signal de réponse peut être facilement distingué, dans le récepteur , du signal original émis. 2. Un système de surveillance électronique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le répondeur est pourvu de moyens pour encoder le signal de réponse ce qui fait que le signal de réponse fournit une information relative audit objet et est plus facilement distingué, dans le récepteur, du signal original émis. 3. Un système de surveillance électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le répondeur est pourvu de moyenss pour transformer le signal reçu en courant continu, et de moyens oscillateurs excités par ce courant continu pour produira le signal de réponse. 4. Un système de surveillance électronique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le répondeur est pourvu de moyens qui produisent un signal de réponse contenant un certain nombre de fréquences diverses sans relations harmoniques avec la fréquence du signal original émis. 5. Un système de sur lance électronique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit nombre de fréquences diverses est produit par un nombre correspondant d'oscillateurs dans le répondeur, dont chacun produit une fréquence faisant partie d'une gamme de fréquences dans une bande prédétorminée. 6 Un système de surveillance électronique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chacun desdits oscillateurs est associé à des moyens qui font que l'on peut choisir une fréquence spécifique dans la gamme des fréquences produites par cet oscillateur, cette fréquence spécifique étant indicatrice d'un digit décimal on autre unité d'information, le récepteur ayant des moyens pour recevoir ledit nombre de ces fréquences spécifiques et les traiter pour produire des sorties logiques dépendant es valeurs desdites fréquences. Un système de surveillance électronique selon la revendicanon 2, caractérisé par le fait que le répondeur est pourvu de moyens qui produisent un signai de réponse contenant plusieurs bits d'information sous forme de code d'impulsions modulant une fréquence porteuse 8. Un répondeur pour un système de surveillance electronique selon la revendication 1, à fixer sur un objet à placer sous surveillance, le répondeur comportant de moyens de réception du signal de l'émetteur, des moyens d'utilisation de l'énergie de ce signal pour produire un signal de fréquence, ou fréquences, différente et des moyens d'émission d'un signal de réponse sur cette fréquence, ou fréquencesa différente. 9. Un répondeur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'utilisation de l'énergie de ce signal comprennent des moyens pour le transformer en courant continu, et dans lequel les moyens d'utilisation de l'énergie de ce signal comprennent des moyens oscillateurs conçus pour entre excités par ce courant continu. 10. Un répondeur pour un système de surveillance électronique selon la revendication 1, à fixer sur un objet A placer sous surveillance, le répondeur ayant une première antenne pour la réception du signal émis, des moyens de transformation de l'éner- gie dudit signal émis en un courant électrique de radiofréquence, de fréquence, ou fréquences1 différente de celle du signal émis, et une seconde antenne pour rayonner un signal de réponse à cette fréquence, ou à ces fréquences. 11. Un répondeur selon la revendication 10, caractérisé par le fait que lesdits moyens de transformation de l'énergie du signal émis se composent de moyens qui transforment ce signal en un cou rant continu et de plusieurs oscillateurs excités par ledit courant continu, chacun étant conçu pour produire un signal d'une fréquence comprise dans une bande de fréquences prédéterminée la valeur de chaque fréquence étant indicatrice d'une unité d'information relative audit objet. 12 Un répondeur selon la revendication 8, caractérisé par des moyens d'encodage du signal do réponse ce qui fait que le signal de réponse fournit une information relative audit objet et qu'il est plus facilement distingué, dans le récepteur, du signal original émis, 13. Un répondeur selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les moyens d'encodage du signal de réponse comprennent un ensemble de onze éléments de circuit disposés de façon que la connexion de l'un quelconque de ces éléments dans le circuit puisse être sectionnée matériellement, ce qui fait qu'un utilisateur peut impressionner un code désiré sur le répondeur.