Brevet FR2776864A1 — publié le 19991001

DISPOSITIF POUR CREER UN CHAMP MAGNETIQUE TOURNANT DAN8 L'ESPACE EN VUE D'ALIMENTER DES ETIQUETTES ELECTRONIQUES BANS CONTACT L'invention concerne le domaine des étiquettes électroniques sans contact qui sont utilisées pour identifier des produits en les soumettant au champ électromagnétique d'un dispositif de lecture ou de lecture/écriture, la composante magnétique du champ électromagnétique étant détectée par une antenne à circuit accordé dont l'enroulement inductif est planaire. Elle concerne plus particulièrement des perfectionnements au dispositif de lecture ou de lecture/écriture de telles étiquettes électroniques pour alimenter ces dernières quelle que soit l'orientation dans l'espace de l'enroulement inductif du circuit accordé de l'antenne. A cet effet, l'invention prévoit de créer, par le dispositif de lecture ou de lecture/écriture, un champ magnétique tournant dans l'espace. Les étiquettes électroniques sont réalisées à l'aide de microcircuits disposés sensiblement suivant un plan dans lequel sont bobinées quelques spires réalisant l'enroulement inductif du circuit accordé de l'antenne. Le diagramme de rayonnement de telles antennes n'est pas omnidirectionnel car elles ne sont pas sensibles aux lignes de force d'un champ magnétique qui seraient coplanaires mais ont une sensibilité maximale aux lignes de force qui seraient orthogonales au plan des spires de l'enroulement. Or, ces étiquettes ont une orientation quelconque dans l'espace par rapport au champ magnétique émis par le dispositif de lecture ou lecture/écriture et il en est de même du plan des spires de l'enroulement de sorte que certaines étiquettes peuvent ne pas être couplées ou peu couplées à l'antenne émettrice et il en résulte une absence d'alimentation ou une alimentation insuffisante des étiquettes correspondantes. Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser trois antennes orthogonales qui sont commutées en séquence afin d'orienter séquentiellement le vecteur champ magnétique dans l'une des trois directions définies par les axes d'un trièdre rectangle. Ce dispositif à trois antennes orthogonales représente un progrès sensible par rapport au dispositif d'émission à antenne unique mais ne garantit pas que toutes les étiquettes ont été "illuminées" à un instant donné de manière optimale pour aboutir à une même probabilité de succès de communication. Le but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif d'émission d'un champ électromagnétique qui permet d'alimenter les étiquettes électroniques et donc de communiquer avec elles quelle que soit l'orientation dans l'espace de l'antenne de l'étiquette, et donc de la position du produit, par rapport au dispositif d'émission. Ce but est atteint en créant un champ magnétique tournant dans l'espace à l'aide de trois antennes orthogonales qui sont alimentées par des courants d'amplitude et de phase contrôlées. L'invention concerne donc un dispositif pour créer un champ magnétique tournant l'espace en vue d'alimenter des étiquettes électroniques sans contact, caractérisé en ce qu'il comprend - trois antennes planaires disposées dans trois plans orthogonaux de manière à créer trois champs magnétiques orthogonaux dirigés suivant les axes d'un trièdre rectangle, et - des moyens pour alimenter respectivement les trois antennes par des courants en phase à la fréquence porteuse Fg et modulés en amplitude par des fonctions du temps de manière à obtenir un vecteur champ magnétique qui prend toutes les directions dans l'espace en fonction du temps. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement deux enroulements d'antennes orthogonales créant des champs magnétiques orthogonaux ainsi que leur composition vectorielle, - la figure 2 est un diagramme montrant la composition vectorielle de trois champs magnétiques orthogonaux, - la figure 3 est un diagramme montrant le volume décrit par la résultante vectorielle de trois champs magnétiques orthogonaux selon l'invention, et - la figure 4 est un schéma fonctionnel d'un dispositif selon l'invention pour obtenir un champ magnétique tournant dans l'espace. Sur la figure 1, une spire 10 alimentée par un courant Ix représente une antenne Ax qui crée un champ magnétique Hx orienté selon un axe PX ; de même, une spire 12 alimentée par un courant Iy représente une antenne Ay qui crée un champ magnétique Hy orienté selon un axe PY. Comme les plans des spires sont orthogonaux et perpendiculaires au plan de la figure 1, les champs magnétiques Hx et Hy sont également orthogonaux et situés dans le plan de la figure 1. La composition vectorielle de ces deux champs magnétiques Hx et Hy donne un champ résultant Hr(x,y). Cette composition vectorielle montre qu'une variation de l'amplitude de l'un des vecteurs représentant Hx et Hy se répercute sur l'amplitude et la direction du champ résultant Hr(x,y). Ainsi, une modulation sinusoïdale de pulsation w1 en quadrature des deux vecteurs Hx et Hy créera un champ Hr(x, y) d'amplitude constante tournant à cette même pulsation w1 dans le plan défini par les vecteurs Hr et Hy. Une troisième antenne Az (non représentée) constituée d'un enroulement planaire alimenté par un courant Iz et disposé dans le plan de la figure 1 créera un champ magnétique Hz dirigé perpendiculairement au plan défini par les vecteurs Hx et Hy. Comme le montre le diagramme vectoriel de la figure 2, le vecteur champ magnétique Hz se composera avec le vecteur Hr(x, y) pour créer un champ magnétique résultant Hr(x, y, z). Si, en même temps que la modulation sinusoïdale de pulsation w1 en quadrature des champs magnétiques Hx et Hy, on réalise une modulation sinusoïdale de pulsation w2 du champ magnétique Hz, cette dernière provoquera la rotation du plan contenant les vecteurs Hx et Hy à cette même pulsation w2 et il en résultera un vecteur résultant Hr(x, y, z) qui prendra toutes les directions dans l'espace. Ainsi, le contrôle de l'amplitude et de la phase des composantes Hx, Hy et Hz permet le contrôle de l'amplitude et de la direction dans l'espace du vecteur résultant Hr(x, y, z). Le diagramme de la figure 3 permet de déterminer les valeurs des champs magnétiques Hx, Hy et Hz en fonction de la valeur du champ Hr(x, y, z) représentée par le vecteur OH de l'angle a entre le vecteur Hr (x, y) et le vecteur Hx et l'angle ss entre le vecteur Hr(x, y, z) et le vecteur Hr(x, y). Les valeurs Hx, Hy et Hz selon les axes x'x, y'y et z'z sont alors définies par Hx = IOHxI cosa.cosss Hy = |OHy| sina.cosss Hz = |OHz| sinss Le contrôle des angles a et p entre O et 2# aura pour résultat de générer un vecteur résultant OH d'origine O dont l'extrémité H pourra se situer en un point quelconque de la sphère de centre O et de rayon lOHI dans le cas où a et p sont des fonctions sinusoïdales du temps. En donnant une valeur particulière à chaque élongation |OHx|, |OHy| et |OHz| de chacune des composantes Hx, Hy et Hz, le point H décrira cette fois non plus une surface sphérique mais une surface quelconque, un ellipsoïde par exemple, ce qui aura pour intérêt de favoriser une direction préférentielle dans certains cas d'application. Les valeurs des angles a et ss et des élongations |OHx|, |OHy| et |OHz| seront choisies pour que le vecteur résultant prenne toutes les valeurs et les directions souhaitées. Le dispositif pour générer un vecteur H est représenté par le schéma fonctionnel de la figure 4 et consiste à contrôler l'amplitude des courants Ix, Iy et Iz à la fréquence porteuse FO qui alimentent respectivement les antennes Ax, Ay et Az. Le dispositif comprend un oscillateur 20 à la fréquence FOI soit une pulsation n = 2#FO, qui fournit un courant Icosnt à des boucles de phase 40, 42 et 44 associées respectivement aux antennes Az, Ay et Ax. Ces boucles de phase maintiennent un déphasage P de référence fourni par un circuit 38 de manière que tous les courants Ix, Iy et Iz soient strictement en phase. Pour obtenir ces courants Ix, Iy et Iz, le courant Icos#t de l'oscillateur est multiplié respectivement par cos a(t).cos P(t), dans le circuit multiplicateur 50, par sina(t).cosss(t) dans le circuit multiplicateur 48, par sinss(t) dans le circuit multiplicateur 46. Les valeurs sina(t) et cosa(t) sont obtenues respectivement par les circuits 30 et 32 à partir des valeurs de la fonction a(t). Les valeurs de sinp(t) et cosss(t) sont obtenues respectivement par les circuits 24 et 26 à partir des valeurs de la fonction ss(t). Les circuits multiplicateurs 34 et 36 réalisent respectivement les multiplications sina(t).cosss(t) et cosa(t).cosss(t) dont les résultats sont appliqués respectivement aux circuits multiplicateurs 48 et 50. Les fonctions a(t) et ss(t) peuvent être des fonctions continues ou discrètes du temps. Les fonctions des éléments décrits en relation avec la figure 4 sont de préférence réalisées par des moyens informatiques tels qu'un microprocesseur. Comme on l'a indiqué ci-dessus, si a(t) et ss(t) sont des fonctions sinusoïdales du temps, l'extrémité du vecteur OH décrira une sphère. Si, en plus, on modifie la valeur de deux des élongations ou modules 1OHxi, |OHy| ou |OHz|, le point H décrira un ellipsoïde de révolution, ce qui permet de privilégier certaines directions du champ magnétique. Egalement, les trois élongations peuvent être modifiées de manière que le vecteur champ magnétique Hr(x, y, z) ait des valeurs différentes selon les directions de l'espace. Les modifications de ces élongations peuvent être obtenues en insérant un circuit à cet effet sur la borne de sortie des multiplicateurs 46, 48 et 50, ce qui revient à modifier la valeur de I. L'invention a été décrite avec une boucle de phase g constante, mais l'invention peut être mise en oeuvre avec une phase v qui est variable au cours du temps de manière continue ou discrète. De même, les élongations peuvent être variables au cours du temps de manière continue ou discrète et ceci de manière indépendante entre les antennes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour créer un champ magnétique tournant dans l'espace en vue d'alimenter des étiquettes électroniques sans contact, caractérisé en ce qu'il comprend : - trois antennes (Ax, Ay, Az) planaires disposées dans trois plans orthogonaux de manière à créer trois champs orthogonaux (Hx, Hy, Hz) dirigés suivant les axes d'un trièdre rectangle, et - des moyens t20 à 50) pour alimenter respectivement les antennes (Ax, Ay, Az) par des courants (Ix, Iy, Iz) en phase à la fréquence porteuse haute fréquence (FO) et modulés en amplitude par des fonctions du temps (a(t), B ss(t)) de manière à obtenir un vecteur champ magnétique (Hr(x, y, z)) qui prend toutes les directions dans l'espace en fonction du temps. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fonctions du temps (a(t), ss(t)) sont continues. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fonctions du temps (a(t), ss(t)) sont discrètes. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les fonctions (a(t)) et (ss(t)) sont des fonctions sinusoïdales de pulsations différentes (w1, w2) de sorte que l'extrémité du vecteur champ magnétique Hr(x,y,z) décrit une sphère. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux des modules des courants (Ix, Iy, Iz) alimentant les antennes (Ax, Ay, Az) ont des valeurs différentes de sorte que l'extrémité du vecteur champ magnétique Hr(x, y, z) décrit un ellipsoïde. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les trois modules des courants (Ix, Iy, Iz) alimentant respectivement les antennes (Ax, Ay, Az) ont des valeurs différentes de manière que le vecteur champ magnétique Hr(x, y, z) ait des valeurs différentes selon les directions de l'espace. 7. Dispositif selon la revendication précédente 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier les élongations (OHx, OHy, OHz) au cours du temps de manière continue ou discrète. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les courants (Ix, Iy, Iz) alimentant les antennes (Ax, Ay, Az) sont fournis chacun par l'intermédiaire d'une boucle de phase (40, 42, 44) qui maintient les courants (Ix, Iy, Iz) en phase. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la phase des courants (Ix, Iy, Iz) alimentant les antennes (Ax, Ay, Az) au cours du temps de manière continue ou discrète. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens (20 à 50) sont réalisés à l'aide d'un microprocesseur.