Brevet FR2682546A1 — publié le 19930416

SYSTEME DE TRANSMISSION DE DONNES PAR ECHANGE D'ONDES HYPERFREQUENCES La présente invention concerne un système de transmission de données par modulation-démodulation d'une onde hyperfréquence, pour communication bidirectionnelle entre une station fixe, dite balise ou lecteur, et une station mobile, dite badge ou répondeur. Plus précisément, I'invention concerne la structure du système qui est organisée de façon à simplifier à l'extrême l'une des deux stations, préférentiellement le badge. Cet objectif est atteint par le choix d'antennes polarisées de différentes manières selon la station considérée. Ce type d'échange de données trouve ses applications dans le contrôle de mobiles, tel qu'identification de wagons sur une voie, d'automobiles à un péage ou de piétons à une entrée d'immeuble : dans ces cas, les badges mobiles défilent devant le lecteur fixe. Néanmoins, dans certains cas de recherche, il se peut que les badges soient fixes, liés à un objet recherché, et que le lecteur défile jusqu a ce qu'il ait trouvé l'objet recherché : par convention, et pour rendre plus clair l'exposé de l'invention, on conservera les dénominations de "lecteur" et "badge répondeur" ou transpondeur" même si le lecteur devient mobile et le badge devient fixe. Les systèmes d'échange d'informations par hyperfréquences utilisant des badges du type carte de crédit ne pouvant se développer que si le coût du système est faible, c'est-à-dire si le coût d'un badge est faible, puisqu'il y a une grande quantité de badges par rapport au nombre de lecteurs. I1 est donc important de disposer de solutions techniques permettant d'obtenir des niveaux de performances compatibles avec les applications envisagées à l'aide d'un système utilisant des badges très simples, donc très économiques. En outre, l'intérêt technique de badges simples est de permettre en rendement de fabrication très élevé, ce qui contribue à diminuer le coût : les réglages de paramètres sur un badge sont à proscrire, et cela sera plus facilement obtenu si le badge est une fonction simple. Le badge se présente comme une carte à puce, et il doit être extrêmement économe en énergie, car il est alimenté par de petites piles dites "boutons", ou par des cellules photovoltaiques en silicium amorphe, owl encore par l'énergie transportée par une onde hyperfréquence. Le schéma d'ensemble d'un système d'échange de données par hyperfréquence, selon l'art connu, est assez simple, et est décrit dans les demandes de brevets français nO 90 14289, 290,291 et 292 déposées le 16 novembre 1990 par la Demanderesse. Une station mobile ou badge comprend une partie hyperfréquence, une partie traitement de l'information et une alimentation. Les échanges entre ces deux parties concernent la modulation-démodulation et les commandes émission/réception. Une station fixe ou balise comprend une source hyperfréquence, une partie hyperfréquence, une partie de traitement de l'information, et un calculateur qui permet de gérer l'ensemble des échanges radioélectriques effectués avec les badges, par l'intermédiaire des antennes de badge et de balise ou lecteur. Les demandes de brevets citées sont essentiellement orientées vers une optimisation de lténel gie dans le badge, et décrivant différentes solutions selon lesquelles le modem (modulateur-démodulateur) du badge change de structure ou de fonction, toutes ces solutions ayant un point commun que le modem ne consomme que lorsqu'il est actif. Par oppositions, la présente invention est davantage orientée vers le lecteur qui regroupe un maximum de fonctions nécessaires aux échanges hyperfréquences, de façon à ce que le badge n'en comprenne plus qu'un minimurn et soit très simple. Ceci se traduit par le fait que le lecteur comporte deux voies en parallèle, une voie pour l'écriture - interrogation du badge - qui émet au moyen d'une antenne à polarisation circulaire d'un premier type, et une voie pour la lecture - ou réponse du badge - qui reçoit au moyen ci 'une seconde antenne à polarisation circulaire d'un second type. Le badge reçoit et réémet au moyen d'une unique antenne à polarisation rectiligne. Ceci a en outre l'avantage que les échanges de données, fonctionnent quelle que soit l'orientation du badge par rapport à l'axe reliant les antennes d'émission et reception. De façon plus précise, l'invention concerne un système de transmission de données, par échange d'ondes hyperfréquences entre un première station dite interrogateur ou balise et au moins une deuxième station dite répondeur ou badge, ce système étant caractérisé en ce que la balise émet une onde au moyen d'une première antenne à polarisation circulaire d'un premier type et reçoit au moyen d'une deuxième antenne à polarisation circulaire d'un second type en opposition avec le premier type, et en ce que le badge reçoit et réémet au moyen d'une unique antenne à polarisation rectiligne. L'invention sera mieux comprise par la description qui suit d'un exemple d'application, appuyée sur les deux figures jointes en annexe qui représentent toutes deux un schéma électrique simplifié du système d'échanges de données selon l'invention. La figure 1 donne le schéma fonctionnel de ce système, représenté dans sa forme minimale : un lecteur ou interrogateur 1, et au moins un badge ou répondeur on ranspondeur 2. Le lecteur 1 comprend au moins - une source 3, oscillateur hyperfréquence, - un circuit 4 de modulation de la porteuse hyperfréquence, - un circuit 5 de démodulation synchrone, - une première antenne 6, reliée all circuit de modulation 4 et polarisée en circulaire d'un premier sens, par exemple droite, - une deuxième antenne 7, reliée au circuit de démodulation 5 et polarisée en circulaire d'un second sens, par conséquent gauche selon l'exemple, - une unité 8 de traitement de l 'information, qui élabore les signaux d'interrogation ou écriture adressés au circuit de modulation 4 et reçoit les signaux de réponse ou lecture envoyés par le circuit de démodulation 5. Le badge 2 comprend au moins - une antenne 9, à polarisation linéaire, - un circuit 10 de démodulation de la porteuse hyperfréquence, lorsqu'elle est modulée, - un circuit 11 de modulation de cette porteuse, lorsqu'elle n'est pas modulée, - une unité 12 de traitement de l'inFormation. Chacun des composants du système, pris en particulier, est en soi connu, et est disponible dans le commerce, ou peut être réalisé selon différents schémas publiés dans la littérature. L'exposé du fonctionnement du système permettra de mieux comprendre son architecture. Dans le mode interrogation ou écriture, c 'est-à-dire échange de données dans le sens du lecteur 1 vers le badge 2, le lecteur émet une porteuse hyperfréquence modulée, par le modulateur 4, sur la première antenne 6 à polarisation circulaire droite. Le badge reçoit, au moyen de son antenne 9 à polarisation rectiligne, cette porteuse modulée, la démodule au moyen du circuit 10, et la transmet à son unité de traitement 12. Ce système ne fonctionne pas en émission-réception simultanée : après avoir interrogé, all écrit, le lecteur 1 attend du badge 2 qu'il lui fournisse une réponse. Dans le mode réponse ou lecture, c'est-à-dire échange de données dans le sens du badge 2 vers le lecteur 1, ce dernier émet par sa première antenne 6 une porteuse hyperfréquence non modulée. Le badge 2 reçoit par son antenne 9 cette porteuse non modulée la module par le modulateur 11, et la réémet par la même antenne. Le lecteur 1 reçoit ce signal modulé par sa deuxième antenne 7 à polarisation circulaire gauche, la démodule par le circuit 5, de détection synchrone, et la transmet à son unité de traitement 8. La conjugaison des antennes 6 et 7 à polarisations circulaires sur le lecteur et de l'antenne 9 à polarisation rectiligne sur le badge permet les échanges de données quelle que soit l'orientation réciproque des antennes, qui peuvent subir une rotation complète sur 3600 d'angle autour de l'axe lecteur-badge. Le système fonctionne donc même si le badge est présenté à l'envers. L'architecture proposée est compatible avec l'utilisation d'un badge très simple, donc peu coûteux à fabriquer et sans réglages, puisqu'il n'utilise qu'une seule antenne à polarisation rectiligne, qui est la plus simple et la moins encombrante De son côté, le lecteur est très performant parce qu'il utilise deux voies découplées entre elles pour les fonctions lecture et écriture, un découplage de 40 à 60 dB étant obtenu au moyen des deux antennes à polarisations circulaires inversées, droite et gauche. La performance de sensibilité du lecteur, en mode lecture, peut être améliorée en plaçant un amplificateur microonde 13 dans la voie de réception, comme le montre la figure 2, qui donne quelques détails de réalisation du système. Dans le lecteur ou balise 1, écriture par modulation en 4 se fait au moyen d'un commutateur, qui peut être un transistor. La lecture se fait, au niveau du démodulateur 5, après un éventuel amplificateur 13, au moyen d'un mélangeur double, sommateur des deux bandes latérales de modulation. Dans le répondeur ou badge 2, un 'Inique circuit remplit les fonctions nécessaires à la démodulation en réception et à la modulation en émission. Ce modem est essentiellement constitué autour d'un transistor à effet de champ hyperfréquence, qui fonctionne en détecteur de niveau à la réception et en modulateur du coefficient de réflexion de l'antenne 9 à l'émission, c'est-à-dire lorsque le badge répond au lecteur par modulation de la porteuse émise non modulée. Les schémas du modem 10 + 11 du badge 2 sont en soi déjà connus, par exemple des demandes de brevets citées précédemment. Les types de modulations employées pendant les échanges de données sont les suivantes - pendant la phase d'écriture, ou interrogation, la balise 1 émet par l'antenne 6 un signal hyperfréquence à modulation OOK (On - Off Keying) ou ASK (Amplitude Shift Keying). - pendant la phase de lecture, ou réponse, la balise 1 émet par l'antenne 6 un signal hyperfréquence à modulation nulle (porteuse) qui est modulé par l'antenne 9 du badge, en OOK, ASK ou PSK (Phase Shift Keying) et détecté par l'antenne 7 de la balise. De façon générale, les circuits de modulation, démodulation, les sources hyperfréquences (1 à 10 GHZ) ou les circuits de traitement sont connus, et l'objet de ltinvention, qui est précisée par les revendications suivantes, est essentiellement d'organiser l'architecture de produits connus pour obtenir un badge qui soit le plus simple possible, ce qui autorise une fabrication en série aisée, sans réglages unitaires sur les badges. REVENDICATIONS 1. Système de transmission de données, par échange d'ondes hyperfréquences entre une première station dite interrogateur ou balise (1) et au moins une deuxième station dite répondeur ou badge (2), ce système étant caractérisé en ce que la balise émet une onde au moyen d'un première antenne (6) à polarisation circulaire dtun premier type et reçoit au moyen d'une deuxième antenne (7) à polarisation circulaire d'un second type en opposition avec le premier type, et en ce que le badge reçoit et réémet au moyen d'une unique antenne (9) à polarisation rectiligne. 2. Système selon la revendication l, caractérisé en ce que la balise (1) comprend un modulateur (4) qui module une porteuse hyperfréquence pendant la phase d'interrogation du badge (2), et ne module pas ladite porteuse pendant la phase de réponse du badge (2). 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en de que le badge (2) comprend un modulatellr- démodulateur (10,11) qui, pendant la phase de réponse, module le coefficient de réflexion de l'antenne (9) du badge, ce qui crée une modulation de la porteuse émise par la balise (1). 4. Système selon la revendication l, caractérise en ce que les antennes (6,7) de la balise (1) sont l'une à polarisation circulaire droite et l'autre à polation circlllaire gauche.