Brevet FR2527870A1 — publié le 19831202

Carte répondeuse codée, destinée à être associée à un émetteur-récepteur de micro-ondes en particulier, en vue de l'identification d'objets. L'invention se rapporte aux répondeurs destinés à recevoir un signal d'interrogation émis par un émetteur-récepteur et à renvoyer à celui-ci un signal d'écho apte à fournir à l'émetteur-récepteur d'interrogation un code caractéristique du répondeur. Ces répondeurs peuvent servir à l'identification d'objets fixes ou mobiles porteurs du répondeur. Dans le premier cas, l'interrogateur est mobile et les applications concernées sont, par exemple, l'identification de personnes ou la communication d'informations diverses à des véhicules automobiles munis de l'interrogateur, à partir de répondeurs placés dans la chaussée. Dans le second cas, l'interrogateur est fixe et les applications concernées sont par exemple, le tri de colis postaux portés par des convoyeurs roulants, l'identification d'un véhicule dans la circulation routière, ou d'un objet sur une chatne de fabrication en série, d'un être humain pénétrant dans une zone dangereuse ou interdite, etc... Le code du répondeur peut être mis en mémoire dans un ordinateur et commander un processus et, par conséquent, le répondeur doit être capable de fournir une quantité d'information importante sous la forme numérique. Par ailleurs, le répondeur doit ne comporter aucune source d'énergie propre, telle que pile ou accumulateur. Dans certains cas, on a proposé d'associer le répondeur à un interrogateur émettant une fréquence découpée en signaux rectangulaires périodiques brefs et de faire comporter au répondeur un élément non linéaire qui engendre, à partir du signal a:' interrogation, un harmonique, de préférence l'harmonique deux, de ladite fréquence et un modulateur, commandé par un dispositif de codage, qui module ledit harmonique pour donner un signal de réponse lui-même découpé en signaux rectangulaires. On a proposé également d'alimenter le dispositif de codage et le modulateur par redressement du signal d'interrogation dans le répondeur. Toutefois, aucune mise en oeuvre pratique satisfaisante des conceptions susvisées ne semble avoir été faite et le pro blème se pose donc de réaliser un répondeur qui remplisse l'ensemble des conditions énoncées ci-dessus et se présente sous la forme d'une carte de faibles dimensions, facile à placer sur l'objet, ayant une durée de vie pratiquement illimitée et ne nécessitant aucun entretien. L'invention a pour objet une telle carte répondeuse passive, qui soit de réalisation simple, compatible avec une production en série, apte à répondre à des signaux d'interrogation de puissance faible (par exemple 10 à 15 milliwatts pendant la durée de chaque signal rectangulaire) et à renvoyer des signaux de réponse à fréquence porteuse double de celle des signaux d'interrogation ayant une amplitude satisfaisante. Suivant l'invention, ces résultats sont principalement obtenus en constituant le répondeur sous la forme d'une carte composée d'une première plaque de diélectrique sur la surface externe de laquelle est réalisée, sous la forme de micro-ruban, une surface rayonnante rectangulaire unique agencée pour constituer une antenne de réception de la fréquence du signal d'interrogation et d'émission de la fréquence double du signal de réponse, d'une seconde et d'une troisième plaques de diélectrique, la seconde plaque étant disposée en sandwich entre les deux autres et recouverte d'une couche conductrice formant conducteur de masse, la troisième plaque comportant des circuits micro-ondes de redressement, de filtrage, de conversion de fréquence, de modulation et de codage. Suivant un mode d'exécution préféré, un même circuit effectue à la fois la conversion de fréquence et la modulation du signal de réponse et comprend un filtre passe-bande d'entrée centré sur la fréquence du signal d'interrogation, un composant électronique non linéaire, un filtre passe-bande de sortie centré sur la fréquence double et des moyens d'appliquer audit composant les signaux de codage, de façon qu'ils constituent une tension de polarisation faisant varier les pertes de conversion dudit composant. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaitront clairement à la lumière de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est une vue éclatée d'une carte répondeuse conforme à un mode d'exécution préféré de l'inven tion La figure 2 est un schéma équivalent, en éléments à constantes localisées, du circuit de redressement que comporte ladite carte La figure 3 est un schéma équivalent, en éléments à constantes localisées, du circuit de conversion de fréquence et de modulation ; et La figure 4 représente un mode d'exécution préféré du circuit de codage. A la figure 1, on a représenté une carte constituée par l'assemblage en sandwich de trois plaques de" diélectrique (par exemple alumine) 1, 2 3. L'épaisseur totale de la carte ne dépasse pas 4 mm, sa surface 9 x 4 cm. La plaque 1 porte sur sa face externe une couche métallique formant, avec le diélectrique et la couche métallique 20 portée par la face correspondante de la plaque 2, une cavité résonnante parallélépipédique 10, une ligne d'adaptation d'impédance 11 pour le signal d'interrogation reçu à la fréquence f et une ligne d'adaptation d'impédance 12 pour le signal de réponse réémis à la fréquence 2f. Les deux faces latérales étroites de la cavité correspondant aux petits cotés du rectangle 10, constituent un dipôle de réception de la fréquence f, tandis que les deux autres faces latérales étroites, correspondant aux grands côtés du rectangle 10, constituent un dipôle d'émission de la fréquence 2f. L'utilisation de la meme cavité résonnante pour la réception et la ré-émission du signal limite l'encombrement sur la carte. Aucun réglage d'une telle antenne a double fréquence n'est nécessaire, une fois qu'elle a été convenablement calculée. L'antenne présente une polarisation linéaire. Elle a un gain relativement faible (par exemple, 2,5 dB pour f = 1.250 MHz et 6 dB pour f = 2.500 MHz).La ligne 11 est reliée, au moyen d'un conducteur 110, à un circuit de redressement formé par une couche métallique portée par la face interne de la plaque 3 et par une diode 30 incorporée dans ladite plaque, tandis que la ligne 12 est reliée, au moyen d'un conducteur 120, à un circuit de conversion de fréquence et de modulation formé par une couche métallique portée par la face interne de la plaque 3 et par une diode 31 incorporée dans ladite plaque. Le circuit de redressement est la transposition, en éléments à constantes réparties, du schéma de principe de la figure 2. I1 comprend essentiellement un filtre passebande, centré sur la fréquence f (Selfs L1, L2 capacité C1) ; la diode 30 ; un filtre passe-bas (L3, L4, C2) et un circuit d'adaptation d'impédance à l'entrée comprenant un transformateur T1. La charge, d'impédance Zc est constituée par le circuit de codage, représenté en 4 à la figure 1, et qui peut être incorporé à la plaque 3. On retrouve, à la figure 1, les éléments équivalents, affectés des mêmes symboles de référence. Les tronçons de ligne Tlo et T11 sont équivalents au transformateur T1 qui permet au circuit de se comporter, vu de l'entrée, comme une impédance caractéristique ZR = 15 ohms pour la fréquence f. On notera que les lignes larges, donc à faible impédance caractéristique, sont équivalentes à une capacité en dérivation, alors que les lignes étroites, à haute impédance caractéristique, sont équivalentes à une self en série. Le filtre passe-bande centré sur la fréquence f a pour rôle de réfléchir les harmoniques engendrés par la diode, qui sont ainsi renvoyés vers celle-ci. Son impédance, placée en dérivation sur la ligne, doit donc être très grande pour le signal de fréquence f, et tendre vers un court-circuit pour les autres fréquences. Le filtre passe-bas doit empêcher la sortie du signal de fréquence f et de ses harmoniques et être calculé pour donner un minimum d'ondulation en sortie. On a donné ci-dessus, à titre d'exemple, les valeurs f = 1.250 MHz et f = 2.440 MHz. En pratique, la fréquence d'émission sera choisie dans cette gamme des ondes décimétriques, pour laquelle les antennes micro-ruban et les circuits d'accord des diodes auront un faible encombrement et la directivité des antennes sera suffisante pour faciliter la localisation, cependant que les pertes de conversion du doublage de fréquence restent relativement faibles. C'est également pour éviter d'augmenter les pertes de conversion que l'on a choisi l'harmonique deux, plutôt que des harmoniques de rang plus élevé, pour faciliter l'extraction, par le récepteur, du signal utile au milieu des signaux à la fréquence f, réfléchis par des obstacles divers. En pratique, on utilisera de préférence un signal d'interrogation ayant une puissance de crête comprise entre 10 à 100 watts, découpé en signaux rectangulaires ayant une largeur e de l'ordre d'une cinquantaine de micro-secondes, avec une période de récurrence de l'ordre de 50 ms par exemple. On s'arrange pour travailler avec une puissance de crête et à une distance entre interrogateur et répondeur telle que la puissance du signal reçu par le répondeur à la fréquence f soit comprise entre 10 et 15 milliwatts pendant la durée 0. La diode 30 reçoit environ les 8/10 de cette puissance, et le circuit de redressement est calculé pour obtenir un rendement maximal (de 85 % par exemple) dans ces conditions. On obtient ainsi, à la sortie du circuit de redressement, une tension continue de 4 volts, avec une puissance largement suffisante pour alimenter les circuits de codage pendant la durée e. Le circuit de conversion de fréquence et de modulation est la transposition, en éléments à constantes réparties, du schéma de principe de la figure 3. I1 comprend essentiellement un filtre passe-bande L5, C3, L6, centré sur la fréquence f, un filtre passe-bande L7, C4, L8, C5, centré sur la fréquence 2f et présentant une impédance importante pour cette fréquence et réfléchissant vers la diode 31 toutes les autres fréquences, et un filtre passe-bas Lg, C6 permettant aux signaux de codage, appliqués à son entrée 32-33, d'être transmis à la diode, tout en empêchant les signaux aux fréquences f ou 2f d'atteindre les circuits de codage. Les deux tronçons de ligne T20 et T21 réalisent une adaptation d'impédance et sont équivalents au transformateur T2 de la figure 3, d'impédance caractéristique ZD = 60 ohms. Le rapport entre la puissance d'entrée du redresseur et la puissance d'entrée du doubleur est égal à Une ligne 34 (figure 1) permet d'adapter les deux impédances ZD et ZR en parallèle à l'impédance de sortie de l'antenne de réception ZC = 50 ohms. Pendant les niveaux zéro du signal de codage, la diode 31 n'est pas polarisée et la perte de conversion est de 9 dB, tandis qu'elle est polarisée pendant les niveaux un, si bien que la perte de conversion est augmentée d'au moins 3 dB. I1 en résulte une modulation du signal à fréquence 2f ré-émis à la borne 35. Ce système de modulation conduit à une réalisation particulièrement simple des circuits. Le circuit de codage, représenté à la figure 4, comprend un générateur de message, composé de six registres à décalage de huit bits chacun, 41 à 46. Des plots de programmation à huit fusibles chacun, (410 à 460) permettent de programmer ces registres. Le circuit de codage comprend en outre un codeur Manchester composé d'une bascule 47 et de trois portes NON ET 48 à 50, un oscillateur, composé de deux inverseurs 51-52 en série et une bascule D montée en diviseur 53, qui effectue la mise en forme des signaux d'horloge fournis par l'oscillateur. A la mise sous tension, assurée par la tension redressée Vcc fournie en L4 pendant les intervalles 0 du signal d'interrogation, l'oscillateur démarre et, par ailleurs, la-ligne "parallèle-série" P/S est maintenue pendant un certain temps au niveau logique un par le circuit 54. Pendant ce temps, les informations programmées sur les plots sont chargées dans les registres à décalage. Puis, la ligne P/S passe au niveau zéro, ce qui entrasse la transmission en série du message à la sortie 500, reliée à l'entrée de codage 32 de la figure 3. I1 va de soi que diverses modifications pourront être apportées au répondeur décrit et représenté, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Revendications de brevet 1. Répondeur destiné à recevoir un signal d'interrogation émis par un émetteur-récepteur et à renvoyer à celui-ci un signal d'écho apte à fournir à ltémetteur-récepteur d'interrogation un code caractéristique du répondeur, caractérisé en ce que ledit répondeur est principalement constitué d'une carte composée d'une première plaque (1) de diélectrique sur la surface externe de laquelle est réalisée, sous la forme de micro-ruban, une surface rayonnante rectangulaire unique (10) agencée pour constituer une antenne de reception de la fréquence du signal d'interrogation et d'émission de la fréquence double du signal de réponse, d'une seconde (2) et d'une troisième (3) plaques de diélectrique, la seconde plaque étant disposée en sandwich entre les deux autres et recouverte d'une couche conductrice (20) formant Conducteur de masse, la troisième plaque (3) comportant des circuits micro-ondes de redressement, de filtrage, de conversion de fréquence, de mcdulation et de codage. 2. Répondeur selon la revendication 1, caractérisé par un même circuit qui effectue à la fois la conversion de fréquence et la modulation du signal de réponse et comprend un filtre passe-bande d'entrée (L5, C3, L6) centré sur la fréquence du signal d'interrogation, un composant électronique non linéaire (31), un filtre passebande de sortie (L7, C4, L8, C5), centré sur la fréquence double et des moyens (L9, C63 d'appliquer audit composant les signaux de codage, de façon qu'ils constituent une tension de polarisation faisant varier les pertes de conversion dudit composant. 3. Répondeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit circuit de redressement comprend un filtre passe-bande (L1, L2, C1) centré sur la fréquence du signal d'interrogation, un composant électronique non linéaire (30) et un filtre passe-bas (L3, C2, L4) agencé pour empêcher la transmission, à sa sortie, de la fréquence dudit signal d'interrogation et de ses harmoniques. 4. Répondeur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'appliquer les signaux de codage comprennent un filtre passe-bas (L9, C6) empêchant la transmission de la fréquence dudit signal d'interrogation et de ses harmoniques au circuit de codage. 5. Répondeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les circuits et les antennes qu'il comporte sont agencés pour travailler avec un rendement maximum avec un signal d'interrogation en ondes décimétriques découpé en signaux rectangulaires ayant une durée de l'ordre de quelques dizaines de micro-secondes et une péiode de récurrence de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes, avec des puissances reçues de l'ordre d'une dizaine de milliwalts pendant ladite durée. 6. Répondeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par un circuit logique de codage alimenté par ledit circuit de redressement et délivrant audit filtre passe-bas les signaux du message de réponse, ledit circuit logique comprenant un générateur de message composé d'une pluralité de registres à décalage (41 à 46) programmables au moyen de plots à fusibles (410 à 460), un codeur Manchester composé d'une bascule (47) et de trois portes NON ET (48 à 50) et un générateur d'horloge (51-52).