Brevet FR2833383A1 — publié le 20030613

EQUIPEMENT POUR L'EXPLOITATION DE SUPPORTS D'INFORMATIONS SANS CONTACT, NOTAMMENT LECTEUR AMÉLIORÉ D'ÉTIQUETTES SANS CONTACT. La présente invention concerne le domaine des étiquettes électroniques permettant une lecture sans contact d'une information et qui sont lues à distance par un dispositif d'interrogation/lecture émettant un champ magnétique ou électronique. Il s'agit plus généralement de supports d'information pouvant prendre des formes variées, telles que des étiquettes, des cartes, des bouchons, et sans que la présente invention ne soit limitée à une forme particulière du support d'information. Ces étiquettes sont généralement désignées par les termes de TAGS , RFID ou LABEL . La figure 1 représente une vue schématique d'un exemple de mise en oeuvre d'un système de l'antérieur, comprenant un équipement d'exploitation (1) comprenant une antenne de couplage (2) alimentée par un signal alternatif de haute-fréquence et émettant un champ magnétique. L'étiquette comporte une antenne (3) reliée à un circuit intégré (4) assurant une modulation en amplitude de la porteuse par un signal de modulation représentatif de l'information à transmettre. Cette modulation en amplitude est détectée au niveau de l'équipement d'exploitation (1) par un circuit de démodulation relié à l'antenne de couplage (2). Le couplage entre le circuit d'amplification du signal et une ligne 50 ohms de liaison avec l'antenne (2) est réalisé par une diode. L'amplificateur du lecteur délivre un signal HF, par exemple à une fréquence de 13,56 Mhz, à l'antenne (2) sous une impédance caractéristique de 50 ohms. La figure 2 représente une vue schématique des signaux. La porteuse (5) est modulée en amplitude par un signal de modulation (6). Le circuit de démodulation permet d'extraire, sur la liaison entre la sortie de l'amplificateur et l'antenne (2), le signal de modulation (7) au niveau de l'équipement d'exploitation. La figure 3 représente une vue de l'architecture d'un équipement selon l'état de la technique. Les circuits électroniques comprennent un émetteur avec un amplificateur HF (10) dont la sortie est reliée à l'antenne de couplage (2) avec l'étiquette. L'entrée du récepteur (11) est reliée à un coupleur (12) dérivant une partie du signal HF sur la liaison entre l'émetteur et l'antenne (2). Le principe général de tels capteurs est connu dans l'état de la technique. À titre d'exemple, le brevet US62332796 décrit un lecteur d'étiquettes électroniques destiné à la lecture d'étiquettes sans contact. Ce dispositif de l'art antérieur comprend un lecteur d'étiquettes électroniques comportant un émetteur-récepteur capable de lire les informations d'identification sur les étiquettes électroniques et de les transmettre à une unité de base. Le système utilise le même émetteur-récepteur pour recevoir les informations provenant de l'unité de base et pour écrire les données sur les étiquettes. Il comporte un émetteur-récepteur qui génère un signal modulé ou non, un récepteur et un processeur de signaux qui traite le signal de retour. Le signal d'interrogation est modulé par les données d'identification et transmis à une unité de base par l'intermédiaire d'un réseau RLC. Un démodulateur incorpore à l'unité de lecture extrait les informations reçues de l'unité de base en vue de leur traitement local ou de leur transfert vers l'étiquette électronique. Dans l'un des modes de réalisation, le lecteur d'étiquettes électroniques comprend une interface utilisateur qui permet de lancer les instructions et d'afficher les informations d'état associées aux processus de lecture ou de téléchargement. De façon générale, pour qu'un équipement d'exploitation d'étiquettes électroniques communique efficacement avec une étiquette sans contact, il est nécessaire que : - l'étiquette soit alimentée par le champ généré par l'antenne du lecteur - le signal de modulation émis par l'étiquette soit suffisamment fort pour pouvoir être détecté et démodulé par le lecteur. En ce qui concerne l'alimentation de l'étiquette, la première condition ne pose pas trop de difficultés : il suffit d'augmenter la puissance du champ électromagnétique en augmentant les performances de l'étage de puissance de l'émetteur en fonction de la distance de lecture recherchée. Il est par contre plus difficile de respecter la deuxième condition, lorsque les distances de lecture sont importantes. En effet, plusieurs paramètres tels que : - la qualité du couplage entre l'antenne du lecteur et celle de l'étiquette - le bruit propre du récepteur - le bruit ambiant du système, notamment celui de l'amplificateur de puissance - le niveau de modulation par l'étiquette Il apparaît que généralement, la première condition est vérifiée sur des distances supérieures à celles admissibles pour le respect de la deuxième condition. On peut estimer que la dégradation de la réception intervient dès 70 % de la distance nominale d'alimentation. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un équipement d'exploitation permettant d'améliorer la qualité et la portée de la détection des étiquettes, pour une puissance donnée du signal d'émission. À cet effet l'invention concerne selon son acception la plus générale un équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact [par exemple des étiquettes sans contact RFID ou des cartes à mémoire sans contact] comprenant un module électronique de modulation du champ magnétique dans lequel ledit support est placé, ledit équipement comportant au moins une antenne de couplage reliée à un émetteur comportant un amplificateur de puissance délivrant un signal haute-fréquence, et des moyens pour détecter le signal modulé par ladite étiquette, caractérisé en ce que l'équipement comporte en outre au moins une antenne secondaire placée dans le champ électromagnétique généré par ladite antenne de couplage, ladite boucle délivrant un signal électrique à un circuit de réception et de démodulation. On entendra par antenne au sens de la présente demande de brevet un moyen sensible à un champ électromagnétique et délivrant une force électromotrice fonction du champ électromagnétique détecté par l'antenne. Le terme antenne s inclura un moyen tel qu'une boucle ou un brin. On entendra par boucle au sens de la présente demande de brevet un moyen sensible à un champ magnétique et délivrant une force électromotrice fonction du champ magnétique détecté par la boucle. L'invention permet d'améliorer la portée de l'équipement, pour une puissance d'émission donnée, et de supprimer les trous de communication constatés dans les équipements selon l'état de la technique. Ces trous de communication résultent des déphasages introduits par la présence de l'étiquette et se traduit par des dégradations du signal détecté dans des zones particulières, bien que cellesci soient dans le périmètre de détection. De préférence, l'antenne secondaire est formée par une boucle produisant une force électromotrice fonction du champ magnétique traversant ladite boucle, placée dans le champ magnétique généré par l'antenne de couplage. Une antenne secondaire formée par une boucle constitue le moyen préféré pour la présente invention. Selon une variante, l'antenne secondaire est formée par une boucle formée d'une pluralité de spires. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, l'équipement selon l'invention comporte un circuit de démodulation relié uniquement à l'antenne ou la boucle secondaire et en ce que l'antenne de couplage électronique n'est pas reliée à un moyen de réception. De préférence, l'impédance d'entrée du circuit relié à l'antenne secondaire est supérieure à 10 fois l'impédance de la boucle à sa fréquence de travail. Selon une première variante, la boucle secondaire est placée dans un plan situé entre l'antenne de couplage et la zone de travail. Selon une deuxième variante, l'antenne secondaire est placée dans un plan situé à l'opposé de la zone de travail par rapport au plan de l'antenne de couplage. Selon une troisième variante, l'antenne secondaire est formée par une boucle semi-circulaire. Selon une quatrième variante, la boucle secondaire est formée par une boucle sensiblement rectangulaire. Selon une autre variante, la boucle secondaire et l'antenne de couplage sont formées par des boucles imprimées sur un substrat. Selon un mode de réalisation particulier, l'équipement comporte au moins une antenne de couplage passive additionnelle. Selon une autre variante, la boucle secondaire est formée par un brin supplémentaire dans la nappe rayonnante de l'antenne de couplage. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, l'antenne secondaire et les circuits électroniques associés forment un sous-ensemble autonome, les circuits électroniques étant alimentés par une boucle d'induction, ledit ensemble autonome comprenant en outre un moyen de transmission à distance de l'information démodulée à l'équipement principal comprenant la boucle de couplage principale. Ce sous-ensemble constitue un moyen autonome alimenté par induction et ne nécessitant donc aucune liaison physique avec l'équipement principal. Il peut être disposé de façon à optimiser la détection du champ magnétique modulé par l'étiquette, et permet ainsi d'augmenter de façon significative la portée d'un équipement de lecture d'étiquettes sans contact. Selon une première variante, ledit sous-ensemble comprend un émetteur radiofréquence modulé par le signal démodulé délivré par le récepteur-démodulateur. Selon une deuxième variante, ledit sous-ensemble comprend un émetteur infra-rouge modulé par le signal démodulé délivré par le récepteur-démodulateur. Selon un mode de réalisation particulier, l'équipement comporte une pluralité de sous-ensembles. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, se référant aux dessins annexés où : La figure 1 représente une schématique d'un système conforme à l'art antérieur ; La figure 2 représente une vue des signaux exploités par un système d'exploitation d'étiquettes électroniques ; La figure 3 représente une vue de l'architecture d'un équipement selon l'état de la technique ; Les figures 4 et 5 représentent des vues schématiques d'un équipement selon l'invention ; La figure 6 représente une vue d'une variante de réalisation ; - Les figures 7 à 10 représentent différentes variantes d'antennes secondaires ; - Les figures 11 à 13 représentent différentes variantes de positionnement de la boucle secondaire par rapport à l'antenne principale ; La figure 14 représente une vue schématique des circuits électroniques de traitement des signaux délivrés par la boucle secondaire ; La figure 15 représente le schéma de principe d'un circuit d'adaptation d'impédance et de démodulation d'amplitude. L'invention se caractérise par la présence d'une antenne secondaire, indépendante de l'antenne de couplage (2). Les figures 4 et 5 représentent des vues schématiques d'un équipement selon l'invention. La boucle secondaire (20) est placée dans le champ magnétique créé par l'antenne de couplage (2). Le signal de sortie est délivré à un étage de réception et de démodulation (21). L'étiquette comporte un circuit de modulation modifiant l'impédance appliquée à l'antenne (3) de l'étiquette. Le champ magnétique dans l'espace compris entre l'antenne de couplage (2) et l'antenne (3) de l'étiquette est ainsi modulée par un signal numérique et l'antenne (20) assure la fonction unique de détection du champ magnétique modulé pour délivrer un signal électrique à un étage récepteur-démodulateur. L'équipement selon l'invention peut traiter les signaux de modulations provenant d'une pluralité d'étiquettes (3,31, 32) comme représenté en figure 5. La figure 6 représente une vue d'une variante de réalisation où l'équipement comporte outre l'antenne de couplage active (2) et la boucle de détection (20), un ou plusieurs antennes passives (32). La boucle de détection présente des dimensions proches de celles de l'antenne de l'étiquette, soit 0,6 à 1,4 fois les dimensions de l'antenne de détection. Les figures 7 à 10 représentent différentes variantes d'antennes secondaires. Cette forme peut être semi-circulaire comme représentée en figure 7, carrée comme représenté en figure 8, carrée à deux spires comme représentée en figure 9 ou carrée et imprimée sur un support comme représenté en figure 10. Les figures 11 à 13 représentent différentes variantes de positionnement de la boucle secondaire par rapport à l'antenne principale. La géométrie de la boucle sera similaire ou identique à la géométrie de l'antenne de couplage pour optimiser les performances. Pour une étiquette présentant une antenne (3) formée par une hélice carrée, la boucle (2) sera de préférence carrée avec une section similaire à la section de la spire extérieure de l'antenne (3) de l'étiquette. Dans la solution représentée en figure 12, la boucle secondaire (2) est disposée entre la zone de travail dans laquelle l'étiquette (15) est détectée et l'antenne de couplage (1). Dans la solution représentée en figure 13, la zone de travail dans laquelle l'étiquette (15) est détectée est située entre la boucle secondaire (2) et l'antenne de couplage (1). La figure 14 représente une vue schématique des circuits électroniques de traitement des signaux délivrés par l'antenne secondaire. Le circuit de traitement comporte un amplificateur à haute impédance d'entrée (16) chargeant la boucle secondaire (2). La sortie de cet amplificateur est reliée à un circuit de filtrage et de démodulation (17). La figure 15 représente le schéma de principe d'un circuit d'adaptation d'impédance et de démodulation d'amplitude. D'un aspect électrique, la boucle secondaire se présente comme un générateur de force électromotrice, délivrant une tension à la fréquence porteuse du lecteur, et d'impédance interne correspondant au premier ordre à la valeur de son inductance. La boucle (2) doit être chargée par un amplificateur à très haute impédance d'entrée pour ne pas dégrader le signal et pour ne pas perturber le fonctionnement des antennes de couplage du lecteur et des étiquettes. Ce résultat est obtenu dans le circuit représenté en figure 15 par l'utilisation d'un transistor (18) à effet de champ (JET ou MOS) comme étage tampon. Une fois le signal pré-amplifié, il peut être filtré, amplifié et démodulé. La tension d'alimentation du transistor (18) doit être suffisamment élevée pour pouvoir assurer une adaptation d'impédance et une amplification linéaire sur une partie du signal en évitant tout blocage ou saturation. La polarisation adéquate de l'étage tampon permet d'obtenir simultanément la démodulation d'amplitude et la bufferisation du signal issu de la boucle (2). Le transistor (18) est un transistor de type NMOS à enrichissement. La polarisation VpOl permet de contrôler l'angle de conduction du transistor (18) tout en évitant qu'une tension d'entrée trop négative ne détériore le composant. Si la tension d'entrée Tentrée est inférieure à la tension de seuil, positive dans l'exemple décrit, alors le transistor (18) est dans un état bloqué. Dans le cas contraire, le transistor (18) est passant. Le circuit comporte en outre un condensateur (19) de liaison et une résistance Rpol (21) fixant l'impédance d'entrée de l'étage tampon. La tension Vcc doit être suffisamment élevée pour éviter que le transistor (18) n'écrête l'alternance positive, porteuse de l'information modulée en amplitude. Le signal démodulé est filtré par une cellule passe-bas formée par un condensateur (22) et une résistance (23) en parallèles. La résistance (23) contribue en outre à fixer le point de polarisation du transistor. La boucle secondaire et les circuits électroniques associés (démodulation, amplification) peuvent être alimentés par une boucle d'induction, éventuellement la boucle secondaire elle-même. Le signal démodulé et amplifié sert de signal de modulation d'un émetteur radiofréquence qui transmet l'information à l'équipement principal situé à distance. Ceci permet d'optimiser l'implantation des boucles secondaires pour augmenter la portée de l'équipement de lecture, et éventuellement de disposer plusieurs sous-ensemble comprenant une boucle ou une antenne secondaire et les circuits de démodulation et d'amplification associés, chacun des sous-ensembles transmettant l'information à une station de base qui est la seule à nécessiter des branchements électriques et le raccordement informatique pour l'exploitation des informations transmises par les étiquettes. REVENDICATIONS Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact [par exemple des étiquettes sans contact RFID ou des cartes à mémoire sans contact] comprenant un module électronique de modulation du champ magnétique dans lequel ledit support est placé, ledit équipement comportant au moins une antenne de couplage reliée à un émetteur comportant un amplificateur de puissance délivrant un signal haute-fréquence, et des moyens pour détecter le signal modulé par ladite étiquette, caractérisé en ce que l'équipement comporte en outre au moins une antenne secondaire placée dans le champ magnétique généré par ladite antenne de couplage, ladite boucle délivrant un signal électrique à un circuit de réception et de démodulation. 2-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle secondaire est formée par une boucle placée dans le champ généré par l'antenne de couplage. 3-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boucle secondaire est formée par une boucle formée d'une pluralité de spires. 4-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de démodulation relié uniquement à la boucle secondaire et en ce que l'antenne de couplage électronique n'est pas reliée à un moyen de réception. 5-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'impédance d'entrée du circuit relié à la boucle secondaire est supérieure à au moins 10 fois l'impédance de la boucle à sa fréquence de travail. 6-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle secondaire est placée dans un plan situé entre l'antenne de couplage et la zone de travail. 7-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boucle secondaire est placée dans un plan situé à l'opposé de la zone de travail par rapport au plan de l'antenne de couplage. 8-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle secondaire est formée par une boucle semi-circulaire. 9-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boucle secondaire est formée par une boucle sensiblement rectangulaire. 10-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boucle secondaire est formée par un brin supplémentaire dans la nappe rayonnante de l'antenne de couplage. 11-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle secondaire et l'antenne de couplage sont formées par des boucles imprimées sur un substrat. 12-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle secondaire présente des dimensions comprises entre 0,6 et 1,4 fois celle de l'antenne des étiquettes exploitées par ledit lecteur. 13-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle secondaire présente une forme géométrique similaire à celle de l'antenne de couplage. 14-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une antenne de couplage passive additionnelle. 15-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne secondaire et les circuits électroniques associés forment un sous-ensemble autonome, les circuits électroniques étant alimentés par une boucle d'induction, ledit ensemble autonome comprenant en outre un moyen de transmission à distance de l'information démodulée à l'équipement principal comprenant la boucle de couplage principale. 16-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit sous-ensemble comprend un émetteur radiofréquence modulé par le signal démodulé délivré par le récepteur-démodulateur. 17-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit sous-ensemble comprend un émetteur infra-rouge modulé par le signal démodulé délivré par le récepteur-démodulateur. 18-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon la revendication 15,16 ou 17, caractérisé en ce que la boucle d'induction est constituée par la boucle secondaire. 19-Équipement pour l'exploitation de supports d'informations sans contact selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de sous-ensembles.