Brevet FR2569321A1 — publié le 19860221

Transpondeur passif, notamment pour la recherche de personnes victimes d'une avalanche La présente invention est relative à un système de détection à distance de personnes ou d'objets à l'aide d'energie hyperfréquence. Plus particulièrement, l'invention concerne un tel systeme conçu pour rechercher des personnes accidentées, victimes d'avalanches. Par le brevet US-A-4 331 957, il est déjà connu de realiser un système du type indique ci-dessus, à l'aide d'un élément transpondeur passif destine à être porte par une personne, et d'un ensemble émetteur-récepteur émettant à une hyperfréquence donnée fO et accordé sur une fréquence de réception 2fo, l'énergie rayonnée par l'émetteur après avoir frappé le transpondeur étant renvoyée en partie par celui-ci avec une fréquence double de la fréquence d'émission. Dans un tel systeme, il convient naturellement de rejeter dans le spectre d'emission de l'émetteur la composante 2fous ce qui explique l'utilisation de la bande des hyperfréquences dans laquelle une telle réjection appartient tout à fait au domaine du possible.En pratique, on peut ainsi utiliser pour la fréquence fO une valeur de l'ordre du Gigahertz. Le transpondeur decrit dans le brevet précité est réalisé conformement à la figure 1 des dessins annexés. Une plaquette A en une matière diélectrique est recouverte sur toute sa surface par une feuille de protection B et entre cette plaquette et cette feuille est prise en sandwich une antenne C. Celle-ci est réalisée à partir d'une feuille métallique et présente deux éléments rayonnants D1 et D2 raccordés ensemble par un composant passif non-linéaire E, plus particulièrement une diode à caractéristique courant - tension quadratique. En outre, les deux éléments rayonnants sont connectés entre eux par un conducteur F.On notera egalement que chaque éle- ment rayonnant D1 et D2 se retrécit à partir d'une zone d'extrémité de largeur Q jusqu'à former, du côte opposé, une pointe de connexion à la diode. On a représenté sur la figure 2 le schéma équivalent du transpondeur de la figure 1. Pour que l'antenne puisse capter un maximum d'énergie à la fréquence fO, il convient de lui donner au moins approximativement une longueur 1/2 lO, qui est la demi-longueur d'onde de la fréquence qu'elle reçoit de l'émetteur. Par ailleurs, chaque élément rayonnant D1 et D2 a une longueur 1/4 ko pour pouvoir émettre à la fréquence 2fo à laquelle l'énergie captée par l'antenne est émise grâce à la diode E.Dès lors, on peut assimiler l'antenne, dans sa configuration de réception de l'énergie, a un générateur G produisant une tension Ug à la fréquence fO et débitant via une ca pacité Cj qui est celle de la diode E dans un circuit utilisateur J formé par les éléments rayonnants D1 et D2 avec une certaine perte en énergie qui est symbolisée ici par la résistance Rp La tension U1 de sortie du circuit sera donc inférieure à la tension du générateur G. Pour obtenir un meilleur rendement de transformation de l'éner- gie à la fréquence f0 en de l'énergie à la fréquence 2f,, le brevet américain précité prévoit de relier ensemble les deux éléments rayonnants par le conducteur F. Celui-ci constitue un trajet de conduction pour le courant continu et provoque une certaine polarisation de la diode E qui peut alors être employee avec un point de fonctionnement situé plus haut dans sa caractéristique courant tension. Pour fixer les idées, il est utile de noter que la longueur de l'antenne peut être d'environ 125 mm, sa largeur étant de 22 mm, par exemple, ces dimensions etant nécessaires pour obtenir, avec une certaine puissance d'émission de l'appareil de recherche, une réflexion d'énergie perceptible par le récepteur de cet appareil et exploitable pour la recherche de personnes. L'invention a pour but de fournir un transpondeur conçu selon le principe que l'on vient d'évoquer, mais qui, soit engendre une puissance ré-émise plus elevée, pour des dimensions comparables à celles du transpondeur de la technique antérieure, soit produit, avec des dimensions plus faibles, une puissance ré-émise comparable à celle engendrée par ce transpondeur antérieur. L'invention a donc pour objet un transpondeur du type passif destiné notamment à la recherche de personnes, à l'aide d'un emetteur-récepteur de recherche capable d'émettre à une première fréquence et de recevoir à une seconde fréquence harmonique de cette premiere frequence, ce transpondeur comportant un support diélectrique auquel est fixé une antenne realisée en une feuille mince conductrice et comportant un composant passif non-linéaire ainsi qu'une portion de conduction électriquement parallèle à ce composant pour en assurer la polarisation en courant continu, ce transpondeur étant caractérisé en ce que ladite feuille mince présente une dé- coupe dont le bord définit un trajet de conduction referme sur le composant passif de façon a constituer une boucle de self-induction formant avec la capacité propre du composant un circuit resonnant à ladite première frequence. Il résulte de ces caracteristiques que la transformation par l'antenne de l'énergie reçue par le transpondeur à a frequence f0 en de l'énergie disponible pour la ré-emission par ce transpondeur à une fréquence harmonique de la fréquence fO, est réalisée avec un meilleur rendement, puisque le coupleself-induction - capacité propre du composant provoque une augmentation par le facteur de qualité du circuit résonnant, de la tension à laquelle la transformation se produit. Ceci a pour effet, que le composant non-lineaire travaille avec un point plus favorable de fonctionnement de sa caractéristique courant - tension. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins qui l'illustrent titre d'exemple. Sur ces dessins La figure 1 represente schematiquement un transpondeur de la technique antérieure; La figure 2 est un schéma électrique equivalent de ce transpondeur; La figure 3 montre schématiquement un système de recherche de personnes utilisant un transpondeur suivant l'invention; La figure 4 montre une vue schematique d'un transpondeur conçu suivant l'invention; La figure 4A represente à plus grande échelle le détail du transpondeur de la figure 4 entouré de la ligne en traits mixtes 0; La figure 5 est un circuit électrique équivalent du transpondeur de la figure 4; La figure 6 est un diagramme comparatif relatif au fonctionnement des transpondeurs des figures 1 et 4; ; La figure 7 représente une montre dont le bracelet est pourvu d'un transpondeur du type représenté à la figure 4; La figure 7A est une vue en coupe longitudinale du bracelet de la figure 7; La figure 8 represente une montre dont le bracelet est pourvu d'un transpondeur conçu suivant un autre mode de réalisation de l'invention; La figure 8A est une vue en coupe longitudinale du bracelet représenté à la figure 8; Les figures 9 et 10 sont des vues representant d'autres modes de réalisation de l'invention. On va tout d'abord se référer à la figure 3 sur laquelle apparait le schéma fonctionnel d'un systeme de recherche de personnes utilise avec des transpondeurs suivant l'invention. Ce système comporte un ensemble 1 émetteur-récepteur logé dans un boîtier 2 qui, dans cet exemple, est réalisé sous la forme d'un boîtier portatif. Le boîtier est solidaire d'un harnais 3 pouvant être attache sur le dos d'une personne chargée de la recherche. Le boîtier 2 qui contient une source d'énergie ainsi que tous les circuits d'émission et de réception nécessaires (connus en soi) est relié à un ensemble d'antennes 4 que la personne peut manipuler à l'aide d'une poignée 5.Cet ensemble comporte une antenne d'émission 6 accordee sur la fréquence fO ainsi qu'une antenne de réception 7 accordée sur la fréquence 2f0. L'ensemble émetteur-récepteur comporte également un transducteur acoustique, tel qu'un casque 8 à l'aide duquel la personne préposée à la recherche peut constater acoustiquement qu'une réponse est reçue sur l'antenne 7. Dans l'exemple représenté, il est supposé que l'ensemble émetteur-récepteur 1 est destiné à coopérer avec des transpondeurs suivant l'invention portés par des personnes qui, en évoluant par exemple en haute montagne, risquent de subir une avalanche. Dans l'exemple de la figure 3, les transpondeurs sont supposés être incorporés dans des montresbracelets 9 d'une maniere qui sera expliquée par la suite. On a représenté sur les figures 4 et 4A un premier mode de réalisation du transpondeur suivant l'invention. Celui-ci comporte une lamelle 11 en un materiau diélectrique, rigide ou souple, sur laquelle est apportee, par exemple par collage ou autre, une mince feuille de métal 12 qui constitue l'antenne du transpondeur Celleci est recouverte d'une feuille de protection 3, electriquement neutre, et fixee, par exemple par collage, sur la lamelle de base 11. L'antenne 12 elle-même comporte essentiellement trois parties à savoir deux éléments rayonnants 14a et 14b s'étendant dans le prolongement l'un de l'autre et de part et d'autre d'une partie médiane 14c. Celle-ci presente une découpe 15, de préférence de forme circulaire et placée symétriquement au milieu de l'ensemble de l'antenne 12. La découpe 15 délimite dans la partie médiane 14c de l'antenne tout d'abord un passage de courant 16 situé sur l'un des côtés de l'antenne, ensuite des bords 17 qui suivent la périphérie de la decoupe 15 et enfin deux portions pointues 18 (voir en particulier figure 4A) servant au raccordement d'une diode 19 qui, dans le mode de réalisation représenté, constitue le composant non-linéaire du transpondeur. Bien que la forme de la découpe 15 ne soit pas critique sur le plan du rendement de transformation de l'antenne 12, il s'est avéré que la forme circulaire est très satisfaisante, toute discontinuité dans cette forme apportant une perturbation de ce rendement. Il est à noter toutefois que d'autres formes de la découpe se sont avérées possibles et notamment une forme de trou de serrure, une forme tri- angulaire à pans droits, etc.Par ailleurs, on a constaté que ce rendement peut être meilleur si les points de raccordement de la diode 19 sont de forme pointue comme representé en 18 sur la figure 4A, l'angle a de chaque pointe étant choisie de préférence à 600. Le composant non-linéaire est de préférence constitué par une diode de Schottky destinée à la détection des signaux dans la gamme des fré- quences de l'ordre du Gigahertz, celle fabriquée par la société Hewlett-Packard sous le No 5 082-2835 s'etant avérée la plus appropriée. La caractéristique courant - tension de cette dernière est quasi-quadratique. On va maintenant examiner le fonctionnement de l'antenne de la figure 4 à l'aide de la figure 5 qui en est le schéma équivalent supposé. En effet, on pense que l'amélioration du rendement de transformation de l'antenne 12 est provoquée par la création dans l'antenne d'une self-induction qui est située dans la partie 14c et qui est délimitee par la découpe 15. Cette configuration particu lière constitue un trajet de courant refermé sur la diode 19 et composé de l'étranglement 16, des bords 17 et des pointes 18 qui forment une boucle d'une spire présentant une certaine impedance à la fréquence de fonctionnement de l'antenne 2.Par conséquent, comme représenté à la figure 5, on peut supposer qu'à la fréquence fO, l'antenne constitue un générateur G fournissant une tension Ug rac cordée en série avec la capacité de jonction C. de la diode 19, J l'ensemble étant connecté en parallèle à une resistance de perte Rp et à une self-induction L. Le circuit équivalent de la figure 5 constitue ainsi un circuit resonnant accordé sur la fréquence f0 de sorte que la tension aux bornes 20a et 20b du circuit est égale à la tension Ug du générateur multiplié par le facteur de qualité Q. Les calculs théoriques montrent que ce facteur peut être de l'ordre de 3 ou 4 ou plus suivant la forme de la découpe 15. La figure 6 montre comment le point de fonctionnement du composant non-lineaire peut être decale sur sa caractéristique grâce à l'effet conjugue de la polarisation en courant continu et de l'augmentation de la tension de sortie du circuit de la figure 5. Alors que l'antenne de la technique antérieure permet d'obtenir un point de fonctionnement P1 donnant lieu à une excursion maximale el du courant de sortie du montage, le fait de prévoir dans l'antenne une self-induction L permet de decaler le point de fonctionnement P1 vers un point P2 situé plus haut sur la caractéristique de la diode, l'excursion maximale du courant de sortie étant alors égale à e2. Il en résulte en définitive un rendement nettement meilleur que par le passe de la transformation de l'énergie reçue par l'antenne 12 en de l'énergie emise, puisque une part nettement plus importante de l'énergie est rendue disponible pour être dégagée dans les éle- ments rayonnants 14a et 14b et être émise vers l'antenne de réception 7 (fig. 3) de l'ensemble émetteur-récepteur 1. Dans le mode de realisation de la figure 4, on a choisi pour la longueur de l'antenne 12 une valeur qui correspond approximativement à la demi-longueur d'onde Ao de la fréquence d'émission, tandis que les elements rayonnants 14a et 14b ont chacun une longueur à peu pres egale a 1/4 Xo pour être accordés sur la fréquence 2f0. Bien entendu, le choix de ces dimensions impose en définitive une contrainte au dimensionnement du transpondeur si on veut capter, avec une certaine energie émise par 7' l'émetteur-récepteur 1, une énergie maximale renvoyée sur l'antenne réceptrice 7. En d'autres termes, avec un meme appareillage de recherche (puissance d'émission et sensibilité de réceptiongales), la proba bilité avec laquelle un transpondeur suivant l'invention sera localisé sous la neige sera nettement plus grande qu'avec les transpondeurs du type de la figure 1. Cependant, grâce à l'augmentation de rendement apportée par l'invention, la probabilite de détection reste tout à fait satisfaisante même si le transpondeur n'est pas accorde sur les frequences fO et 2fou. Ceci revient à dire qu'au prix d'une energie renvoyée plus faible mais néanmoins suffisante, les dimensions du transpondeur peuvent être réduites. Des lors, il devient possible de l'adapter à des objets relativement petits susceptibles d'être portes par des personnes et notamment à des montres-bracelets. L'invention prevoit donc d'associer le transpondeur à un tel objet, plusieurs modes de réalisation concernant cette adaptation étant représentes sur les figures 7 à 10. Les figures 7 et 7A représentent une montre M pourvue d'un bracelet 21 dans l'une des branches 21a duquel est incorporée une antenne 12 de la forme représentée a la figure 4, le bracelet constituant dans ce cas le support diélectrique du transpondeur. Bien entendu, le bracelet peut être réalisé en toute matiere appropriee présentant une certaine constante diélectrique mais de préférence s'il est en matière plastique, l'antenne 12 peut y être incorporée lors du moulage du bracelet, ce qui revient à une fabrication particulièrement peu coûteuse. On notera que l'antenne 12 n'est raccordée à aucune source d'énergie et qu'elle n'apporte aucune gêne à l'utilisateur de la montre M. Les figures 8 et 8A montrent une variante du mode de realisation des figures 7 et 7A en ce que la diode 19A, au lieu d'être placée longitudinalement dans la branche 21a du bracelet, l'est transversalement, la découpe 15A etant légèrement décalée par rapport au plan médian transversal de l'antenne 12A. Il s'est avére que sur le plan électrique, ce décalage n'a que peu d'influence sur le rendement de transformation et que cette solution est par ticulièrement satisfaisante puisque la diode 19A étant placée transversalement dans la branche 21a, celle-ci peut parfaitement épouser la forme du poignet de l'utilisateur. Dans ce cas également et avantageusement, l'ensemble de l'antenne 12A est noye dans la branche 21a au cours de son moulage. La figure 9 représente une autre variante dans laquelle l'antenne 12B, tout en présentant un même contour que les antennes pre- cédentes, comporte de part et d'autre de la partie centrale constituant principalement la self-induction, des encoches 22 qui permettent de mieux délimiter et localiser le trajet de courant continu autour de la découpe-15B qui ici également se referme sur la diode 19B. Il s'est avére que la probabilite de detection reste satisfaisante même en réduisant a néant l'étendue des éléments rayonnants, mais en augmentant soit la puissance émise par l'antenne 6 (fig. 3) de l'ensemble émetteur-recepteur 1, soit en augmentant la sensibilité de réception de cet ensemble. La figure 10 montre ainsi une variante du transpondeur dans laquelle celui-ci est loge à l'intérieur du boîtier de la montre M même, l'antenne se réduisant dans ce cas à une simple boucle 12C dont l'ouverture intérieure constitue la découpe 15C et qui se referme sur la diode 19C. Cette antenne peut être fixee, à titre d'exemple, sur le cadran 23 de la montre M, ce cadran constituant ainsi le support dielectrique du transpondeur. Enfin, le transpondeur de l'invention n'est pas destiné exclusivement à être utilise pour la recherche de personnes victimes d'avalanches. Au contraire, on peut l'employer également pour localiser des personnes ou des objets se trouvant sur l'eau ou sous des decombres de bâtiments, par exemple. Ainsi, il est possible de fixer un ou plusieurs transpondeurs suivant l'invention sur une planche à voile, une embarcation de sauvetage et analogue pour permettre la localisation des personnes nécessitant du secours sur l'eau. REVENDICATIONS 1. Transpondeur du type passif destiné notamment à la recherche de personnes, à l'aide d'un ensemble émetteur-récepteur de recherche (1) capable d'émettre a une première fréquence (fO) et de recevoir à une seconde fréquence (2fi) harmonique de cette première fréquence, ce transpondeur comportant un support diélectrique (11, 21, 23) auquel est fixe une antenne (12, 12A, 12B, 12C) réalisée en une feuille mince conductrice et comportant un composant passif non linéaire (19, 19A, 19B, 19C) ainsi qu'une portion de conduction (16) électriquement parallèle à ce composant pour en assurer la polarisation en courant continu, ce transpondeur étant caractérisé en ce que ladite antenne (12, 12A, 12B, 12C) présente une découpe (15, 15A, 15B, 15C) dont le bord (16, 17, 18) definit un trajet de conduction refermé sur ledit composant passif (19, 19A, 19B, 19C) de facon à constituer une boucle de self-induction (14c) formant avec la capacité propre (Cj) du composant un circuit résonnant à ladite premiere fréquence (fi). 2. Transpondeur suivant la revendication 1, caracterise en ce que ladite antenne (19, 19A, 19B, 19C) comporte des éléments rayonnants (14a, 14b) s'etendant de part et d'autre de ladite boucle de self-induction et réalisées dans la même feuille mince. 3. Transpondeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la distance sur laquelle s'étendent lesdits éléments rayonnants (14a, 14b) à partir de ladite boucle de self-induction (14c), est a peu près égale ou inférieure au quart de la longueur d'onde de ladite seconde frequence (2fi). 4. Transpondeur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des portions en forme de pointe (18) sont prévues aux endroits de raccordement dudit composant non linéaire (19) avec ladite boucle de self-induction (L). 5. Transpondeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit support dielectrique est le bracelet (21) d'une montre (M). 6. Transpondeur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite antenne (12, 12A, 12B) est noyée par moulage dans ledit bracelet. 7. Transpondeur suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérise en ce que ledit composant non-linéaire (19A) est oriente transversalement dans le bracelet. 8. Transpondeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support diélectrique est le cadran (23) d'une montre (M). 9. Transpondeur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'à la jonction entre ladite boucle de selfinduction (L) et lesdits éléments rayonnants (14a, 14b) sont prévues des encoches (22) delimitant partiellement le contour extérieur de cette boucle.