Brevet FR2888673A1 — publié le 20070119

La présente invention concerne une antenne électronique pour l'identification radiofréquence, ou RFID, et un procédé de réglage d'une antenne de ce type. Il est souhaitable, par exemple pour permettre l'identification de personnes en nombre important, portant chacune une étiquette radiofréquence ou RFID passive, et passant à travers un portique, comme dans le cas d'un évènement sportif de type course à pied, de réaliser cette identification dans des volumes importants, et à cet effet d'obtenir une induction magnétique uniforme au travers des étiquettes passives RFID susceptibles d'être présentes dans ce volume. Ceci est également souhaitable dans des applications où des objets, de type colis ou palette, peuvent être équipés d'étiquettes. On entend par volume important un volume sous un portique de plusieurs mètres, voire au-delà de dix mètres de longueur, d'au moins deux mètres de hauteur, et délimité par une profondeur supérieure à un mètre. La principale difficulté de fonctionnement d'un système de détection par radiofréquence, dans un volume important, est l'obtention dans ce volume d'un champ magnétique continu et pratiquement constant, sans zones d'annulation du champ, où les étiquettes ne seraient pas détectées. Or lorsque la longueur du fil de l'antenne augmente, notamment au-delà du quart de la longueur d'onde, il peut se produire des "trous" dans le champ magnétique. Le document WO03/012920 décrit une antenne du genre boucle , utilisable comme balise d'émission/réception, notamment dans un système d'identification de type radiofréquence, possédant une configuration générale en U renversé se situant dans un plan sensiblement vertical, au dessus du sol, l'antenne formant ainsi une boucle non fermée, l'antenne étant constituée d'un fil principal, et d'au moins un fil secondaire, le ou l'un des fils secondaires étant accolé, sans contact électrique, au fil principal sur une certaine longueur, pour constituer au moins un condensateur dont la partie diélectrique est formée par juxtaposition des gaines extérieures de deux extrémités de câble coaxial formant le fil principal et le fil secondaire. L'antenne ainsi obtenue, bouclée ou non bouclée, dont le rayonnement à courte distance donne un champ proche d'amplitude constante et dont la phase varie peu, permet, dans des volumes importants, d'obtenir une induction magnétique uniforme au travers d'étiquettes passives RFID par exemple à 13.560 MHz. En effet, si l'on introduit un condensateur ou une certaine capacité le long du fil de l'antenne, en série avec ce fil, la capacité étant de valeur bien déterminée et placée en une position judicieuse, l'on peut obtenir un champ magnétique continu et sans points d'annulation, sur toute la surface de la boucle formée par l'antenne. La fonction de la capacité insérée dans l'antenne est ici de ralentir la rotation de phase du courant le long du fil de l'antenne, et d'éviter ainsi toute inversion de phase de ce courant le long du fil. Le système décrit ci-dessus présente toutefois les limitations suivantes: - le réglage des condensateurs est manuel, - certaines valeurs de capacités ne peuvent être facilement obtenues par ce système, et - la reproductibilité des antennes en production est difficile à obtenir. L'objectif de la présente invention est de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus et de fournir une antenne entièrement électronique plus particulièrement destinée à l'identification radiofréquence dans de grands volumes de détection, et pouvant être adaptée facilement à son environnement. A cet effet, la présente invention a pour objet une antenne électronique de type boucle pour l'identification radiofréquence dans un volume de détection, caractérisée en ce qu'elle comporte: - au moins deux portions de fil conducteur, - au moins un boîtier d'interconnexion disposé entre les portions de fil, comprenant au moins un condensateur de capacité variable, et des moyens d'identification du boîtier et de commande de la valeur de la capacité du condensateur et - des moyens d'affectation à chaque boîtier d'interconnexion identifié d'une valeur de capacité pour le condensateur communiquant avec les moyens d'identification du boîtier et de commande de la valeur de la capacité du condensateur. Grâce à ces dispositions, les boîtiers d'interconnexion constituent ainsi un condensateur de valeur capacitive variable et ajustable automatiquement à partir d'ordres donnés par les moyens d'affectation. Chaque boîtier d'interconnexion étant identifié, une valeur différente peut être attribuée à chacun. Avantageusement, l'antenne comprend de plus un lecteur, associé aux moyens d'affectation, comportant des moyens d'analyse qui déterminent, en faisant varier les valeurs de capacité de l'au moins un condensateur, lesdites valeurs pour lesquelles une qualité donnée de signaux détectés, provenant notamment d'au moins une étiquette radiofréquence située dans le volume de détection, est obtenue. Ces dispositions permettent de réaliser un réglage automatique et 10 adapté de l'antenne, tenant compte de l'environnement. Selon un mode de réalisation, les moyens d'identification du boîtier et de commande de la valeur de la capacité du condensateur comportent une carte électronique porteuse d'un identifiant unique. Avantageusement, l'antenne comporte un boîtier d'interface et de commande reliant le lecteur au fil conducteur de l'antenne, ce boîtier comprenant les moyens d'affectation à chaque boîtier d'interconnexion d'une valeur de capacité adaptée pour le condensateur. Selon un mode de réalisation, le boîtier d'interface et de commande comprend de plus: - des moyens d'adaptation de l'antenne au lecteur, - des moyens de modification de la phase des signaux modulés reçus par l'antenne pour augmenter l'amplitude des signaux détectés la distance de détection. Avantageusement, les moyens d'adaptation et de modification de 25 phase comportent des moyens de commutation d'éléments inductifs ou capacitifs. Selon un mode de réalisation, les portions de fil conducteur sont constituées de câble coaxial. Avantageusement, le boîtier d'interconnexion est relié à deux 30 extrémités de portions de câble coaxial de la façon suivante: - les deux gaines extérieures des deux portions de câble, qui constituent la partie rayonnante de l'antenne sont reliées en série aux bornes du condensateur, - les deux âmes intérieures des deux portions de câble permettent 35 l'alimentation de la carte électronique et la communication des informations sur les valeurs des capacités des condensateurs. La présente invention a également pour objet un procédé de réglage d'une antenne électronique de type boucle pour l'identification radiofréquence dans un volume donné, comportant au moins un condensateur à capacité variable, comprenant les étapes consistant à : - déterminer une valeur de la capacité de chaque condensateur, permettant d'obtenir une qualité donnée de signaux détectés, et - affecter ladite valeur au condensateur. Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend de plus les étapes consistant à : - réaliser l'adaptation de l'antenne à un lecteur, -régler le déphasage des signaux modulés reçus par l'antenne pour augmenter l'amplitude des signaux détectés et la distance de détection. Avantageusement, la détermination des valeurs de capacité comporte une étape consistant à : - donner aux capacités des valeurs stockées dans une mémoire, notamment des valeurs déterminées lors d'un test précédent, en association avec le positionnement précis des condensateurs sur l'antenne. Selon un mode de mise en oeuvre, la détermination des valeurs de capacité comporte les étapes consistant à : - placer au moins une étiquette radiofréquence de test, en au moins un point considéré comme représentatif du volume. - analyser les signaux issus de l'au moins une étiquette en faisant varier les valeurs des capacité des condensateurs, - déterminer les valeurs des capacités des condensateurs, pour 25 lesquelles la meilleure qualité des signaux détectés est obtenue. Avantageusement, la qualité des signaux détectée est mesurée après adaptation et déphasage. Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comporte également une étape consistant à identifier des condensateurs pouvant être supprimés de 30 l'antenne. En effet, seuls quelques condensateurs sur les n envisagés peuvent être utiles pour obtenir une antenne optimisée. Ainsi, à partir d'une antenne comprenant n boîtiers au départ, on obtient une antenne optimisée avec seulement quelques condensateurs et boîtiers utiles. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation d'une antenne selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique, de face, d'une première antenne selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective, dans son environnement, de l'antenne de figure 1. La figure 3 est un schéma bloc d'un boîtier d'interconnexion de l'antenne de figure 1. La figure 4 est un schéma bloc du boîtier d'interface du pied 10 d'antenne. La figure 5 est une vue en perspective schématique de l'antenne de figure 1, illustrant les positionnements des étiquettes par rapport à l'antenne. La figure 6 est une vue en perspective schématique d'une seconde 15 antenne selon l'invention, et du positionnement des étiquettes par rapport à l'antenne. Selon un premier mode de réalisation, représenté sur les figures 1 à 5, une antenne 2 selon l'invention comporte: - un câble coaxial souple, par exemple du type RG58-50 f2 sous 20 forme de portions de câbles 3, -des boîtiers d'interconnexion 4 disposés entre des portions 3 du câble, et un boîtier d'interface et de commande 5 au pied de l'antenne. L'antenne 2 ainsi réalisée constitue une pseudo boucle en forme de portique disposé verticalement au-dessus du sol, transversalement à une voie de passage 7 et comportant une portion médiane horizontale 8, surmontant le passage considéré, et deux portions terminales verticales 9 et 10, situées respectivement sur les deux cotés de la voie de passage 7. La hauteur du portique est, à titre d'exemple, de 2,5 m et sa largeur 30 de plusieurs mètres. La pseudo boucle ainsi formée est maintenue en position par un support rigide électriquement isolant en forme de portique, non représenté. Le boîtier d'interface 5 est attaché à un plan de sol 6, de type treillis ou grillage, disposé au sol et connu par ailleurs. Un lecteur 12 est raccordé au boîtier d'interface 5 de l'antenne 2 par l'intermédiaire d'un câble de liaison 13, formant ainsi un système d'identification. II est par exemple possible, à travers le portique, de laisser passer 5 des personnes en nombre important portant chacune une étiquette Radiofréquence 14 passive, destinée par exemple à fonctionner à une fréquence de 13.560 MHz. Alternativement, des objets type colis ou palette peuvent être équipés d'étiquettes. Le système crée un champ magnétique uniforme dans le volume de passage V déterminé par le portique qui alimente par induction magnétique la puce électronique disposée sur l'étiquette 14. Aussitôt son alimentation établie, cette puce va dialoguer via l'antenne 2 avec le lecteur 12. La position des boîtiers sur la pseudo boucle est au préalable déterminée par analyse en laboratoire et fonction du type et de l'envergure de l'antenne 2 concernée. Ainsi que représenté sur la figure 3, un boîtier d'interconnexion 4 comporte un condensateur 15 de capacité variable. Une inductance 16 est reliée en parallèle au condensateur 15 pour permettre le passage d'un courant basse fréquence. Le boîtier d'interconnexion 4 comporte également une carte électronique 17 comprenant au moins un microprocesseur qui permet d'identifier le boîtier 4 par un identifiant unique ID, de communiquer avec le boîtier d'interface 5 et de commander la valeur de la capacité du condensateur 15. Le boîtier d'interconnexion 4 est relié à deux extrémités de deux portions de câble coaxial 3 de la façon suivante: - les deux gaines extérieures 18 des deux portions de câble 3, qui 30 constituent la partie rayonnante de l'antenne 2 sont reliées en série aux bornes du condensateur 15 et de l'inductance 16, - les deux âmes intérieures 19 des deux portions de câble 3 permettent l'alimentation et la communication de la carte électronique 17, en étant reliées à une référence commune 21 par l'intermédiaire d'une 35 inductance 20, 22. La carte électronique 17 présente deux entrées 23, 24, l'une reliée à la ligne reliant les gaines extérieures, au niveau d'une borne du condensateur 17, l'autre étant reliée à la référence commune 21 et ainsi à l'âme 19 des câble coaxiaux 3. Le réglage de la capacité variable du condensateur 15 peut se faire de façon continue ou par valeurs successives au moyen de diodes PIN ou relais, comme indiqué sur la figure 3. Lorsque la carte 17 est alimentée, celle ci peut communiquer avec le boîtier d'interface 5 par la référence commune 21 et l'âme 19 du câble coaxial, en utilisant, à titre d'exemple, la fréquence 13.560 MHz modulée à 26 KHz en voie montante et modulée à 423 KHz en voie descendante. Le boîtier d'interface et de commande 5 associé au lecteur 12 peut identifier chaque carte 17, et chaque boîtier d'interconnexion 4 associé, par l'identifiant unique ID transmis lors des communications. Les boîtiers d'interconnexion 4 constituent ainsi un condensateur de valeur capacitive variable et ajustable automatiquement à partir d'ordres donnés par le boîtier d'interface 5. Ainsi que représenté sur la figure 4, un boîtier d'interface 5 situé au pied de l'antenne 2 comprend: - une carte électronique 26 comprenant un microprocesseur, - un composant d'adaptation 27 de l'antenne 2, et - un composant de réglage de phase 28 Le boîtier d'interface 5 placé à la base de l'antenne 2 remplit les fonctions suivantes, sous le contrôle de la carte 26. La carte électronique 26, qui communique par l'intermédiaire de l'âme du câble coaxial 3 avec les cartes de chacun des boîtiers d'interconnexion 17, affecte à chaque boîtier d'interconnexion 4 identifié une valeur de capacité adaptée pour le condensateur 15. Le composant d'adaptation 27 réalise l'adaptation de l'antenne 2 à 30 l'impédance 50 S2 de sortie du lecteur 12. Le composant de réglage de phase 28 modifie la phase des signaux modulés des étiquettes 14, reçus par l'antenne 2, pour que l'amplitude des signaux détectés soit maximale et que la distance de détection soit la plus grande possible. Les variations d'adaptation et de phase au niveau des composants d'adaptation 27 et de réglage de phase 28 sont réalisées au moyen de la commutation d'éléments inductifs ou capacitifs. La détermination des valeurs de capacité à affecter à chaque 5 condensateur 15 de chaque boîtier d'interconnexion 4 peut s'effectuer de différentes façons. Selon une première possibilité, l'antenne 2 considérée a été testée en laboratoire et les valeurs de capacité des condensateurs 15 considérés sont prédéterminées, en association avec le positionnement précis des boîtiers d'interconnexion 4 correspondant sur l'antenne 2, lui aussi déterminé en laboratoire. Ces valeurs sont stockées dans une mémoire, non représentée, du boîtier 5 ou du lecteur 12. Ainsi, lorsque l'antenne est installée en un endroit donné, définitivement ou provisoirement, le boîtier d'interface et de commande 5 applique les valeurs de capacité mémorisées après les tests en laboratoire. Dans ce cas, seules les configurations d'adaptation et de déphasage sont optimisées pour obtenir le réglage final de l'antenne 2. Selon une seconde possibilité, l'antenne 2 considérée a été préalablement testée en laboratoire et les valeurs de capacité des condensateurs 15 considérés sont prédéterminées, mais de façon approximative, pour fixer une valeur initiale de ces capacités. Lorsque l'antenne est installée, des étiquettes RFID 14 de test, dont les caractéristiques sont bien connues et représentatives d'une population d'étiquette données, sont placées en des points considérés comme représentatifs du volume concerné. Des moyens d'analyse 33 du lecteur 12, pouvant notamment être constitués par un logiciel d'optimisation ou des moyens électroniques, analysent alors les. signaux issus des trois étiquettes en faisant varier les valeurs des capacités des condensateurs 15. Ces moyens d'analyse 33 déterminent les valeurs optimales des capacités pour que la qualité des signaux détectés soit la meilleure possible après adaptation et déphasage. Ces valeurs sont ensuite affectées aux condensateurs 15, par le 35 boîtier d'interface 5. A titre d'exemple, la figure 5 représente le cas d'une antenne destinée à lire les étiquettes dans une dimension, telle que celle représentée sur les figures 1 à 5, l'antenne comportant deux boîtiers d'interconnexion 4, comprenant chacun un condensateur 15 dont la capacité est respectivement notée Cl ou C2. Des étiquettes 14 de test peuvent être placés verticalement, c'est-à-dire parallèlement au plan de l'antenne, à une distance D donnée et à une hauteur h, en des positions 29, 30, 32 espacées régulièrement dans la direction transversale de la voie de passage 7. Les caractéristiques de ces étiquettes peuvent être comprises dans une fourchette des fréquences 13.550 MHz à 13.750 MHz et présenter une valeur minimale des coefficients de surtension de l'ordre de 30. Selon une troisième possibilité, non représentée, l'antenne considérée est constituée de portions de câble de petite longueur, notamment bien inférieure au quart d'onde, c'est-à-dire 5.50m, reliées entre elles par n boîtiers d'interconnexion. Les valeurs des capacités des condensateurs possibles Cl, C2... Cn correspondant aux positions régulières des boîtiers, sont automatiquement changées par les moyens d'analyses précédemment décrits pour la seconde possibilité, afin d'optimiser ces valeurs en fonction de la qualité des signaux reçus. Les moyens d'analyse essaient également de supprimer des capacités. En effet, seuls quelques condensateurs sur les n envisagés sont utiles pour obtenir une antenne optimisée. Ainsi, à partir d'une antenne comprenant n boîtiers au départ, on obtient une antenne optimisée avec seulement quelques condensateurs et boîtiers utiles. Cette troisième possibilité permet d'optimiser rapidement l'antenne en laboratoire. La phase d'optimisation doit toujours être réalisée en utilisant les étiquettes de test, comme décrit pour la seconde possibilité. La figure 6 représente une antenne 34 selon un second mode de réalisation, destinée à lire les étiquettes dans deux dimensions. Cette antenne 34 présente la même structure que l'antenne du premier mode de réalisation, avec des boîtiers d'interconnexion et des portions de câble coaxial. Géométriquement, cette antenne 34 forme une première partie en U 35 renversé vertical au dessus de la zone de passage 7, perpendiculairement à la direction de celle-ci. Cette première partie en U 35 comporte une première branche verticale 36 plus longue reliée au boîtier d'interface et de commande 5, une portion médiane horizontale 37 et une seconde branche verticale 38 plus courte. La seconde branche verticale 38 est reliée par son extrémité basse à une portion 39 perpendiculaire au plan de la première partie en U, elle-même reliée à une seconde partie en U 40. Cette seconde partie en U 40, parallèle à la première, est symétrique et comporte une première branche verticale 42 reliée à la 10 portion 38, une portion médiane horizontale 43 et une seconde branche verticale 44. La seconde branche 44 est reliée à une dernière portion droite 45 parallèle à la portion 38, dont l'extrémité terminale est libre. Dans ce cas, pour réaliser le réglage automatique des valeurs de capacité, selon les deuxièmes et troisième possibilités décrites ci-dessus pour le premier mode de réalisation, les étiquettes de test 14 sont placées en des points différents représentatifs du volume considéré, certaines étiquettes pouvant être horizontales, d'autres verticales, ou encore inclinées selon un angle représentatif de l'inclinaison d'une population d'étiquettes destinées à être identifiées par cette antenne. Par exemple, des étiquettes 14 de test peuvent être placées: horizontalement, à une hauteur h et à une distance D donnée de la première partie en U 35, en des positions 46, 47 espacées régulièrement dans la direction transversale de la voie de 25 passage 7, et - verticalement, dans le plan de la première boucle en des positions 48, 49 espacées régulièrement dans la direction transversale de la voie de passage 7. Un ensemble de six étiquettes de test peut être considéré pour 30 mener à bien une optimisation des signaux et donc de l'antenne 34, comme décrit précédemment. Selon des variantes, les condensateurs à capacité variables peuvent être réalisés notamment à partir de capacités à variation séquentielle par relais ou diodes PIN ou tout autre élément de commutation, ou encore de capacités à variation continue du type connu sous le nom VARICAP. Ces deux types de réalisation peuvent être utilisés en fonction de la précision des capacités nécessaires. Selon une autre variante, il est possible de disposer au niveau de chaque condensateur des moyens de mesure du courant ou de la tension présente en cet endroit et l'envoyer au lecteur, ce courant et/ou cette tension étant associé à la valeur de la capacité à cet endroit. Comme il va se soi, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle décrite ci-dessus, à titre d'exemples non limitatif; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Antenne (2) électronique de type boucle pour l'identification radiofréquence dans un volume de détection (V), caractérisée en ce qu'elle comporte: - au moins deux portions de fil conducteur (3), - au moins un boîtier d'interconnexion (4) disposé entre les portions de fil (3), comprenant au moins un condensateur (15) de capacité variable, et des moyens (17) d'identification du boîtier (4) et de commande de la valeur de la capacité du condensateur (15) et - des moyens (5) d'affectation à chaque boîtier d'interconnexion (4) identifié d'une valeur de capacité pour le condensateur (15) communiquant avec les moyens (17) d'identification du boîtier (4) et de commande de la valeur de la capacité du condensateur (15). 2. Antenne (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un lecteur (12), associé aux moyens d'affectation (5), comportant des moyens d'analyse (33) qui déterminent, en faisant varier les valeurs de capacité de l'au moins un condensateur (15), lesdites valeurs pour lesquelles une qualité donnée de signaux détectés, provenant notamment d'au moins une étiquette radiofréquence (14) située dans le volume de détection (V), est obtenue. 3. Antenne (2) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens (17) d'identification du boîtier (4) et de commande de la valeur de la capacité du condensateur (15) comportent une carte électronique (17) porteuse d'un identifiant unique (ID). 4. Antenne (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'elle comporte un boîtier d'interface et de commande (5) reliant le lecteur (12) au fil conducteur de l'antenne (2), ce boîtier comprenant les moyens d'affectation à chaque boîtier d'interconnexion (4) d'une valeur de capacité adaptée pour le condensateur (15). 5. Antenne (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier d'interface et de commande (5) comprend de plus: - des moyens d'adaptation (27) de l'antenne au lecteur (12), - des moyens de modification (28) de la phase des signaux 35 modulés reçus par l'antenne (2) pour augmenter l'amplitude des signaux détectés la distance de détection. 6. Antenne (2) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation (27) et de modification de phase (28) comportent des moyens de commutation d'éléments inductifs ou capacitifs. 7. Antenne (2) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en 5 ce que les portions de fil conducteur (3) sont constituées de câble coaxial. 8. Antenne (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le boîtier d'interconnexion (4) est relié à deux extrémités de portions de câble coaxial (3) de la façon suivante: - les deux gaines extérieures (18) des deux portions de câble (3), 10 qui constituent la partie rayonnante de l'antenne (2) sont reliées en série aux bornes du condensateur (15), - les deux âmes intérieures (19) des deux portions de câble (3) permettent l'alimentation de la carte électronique (17) et la communication des informations sur les valeurs des capacités des condensateurs (15). 9. Procédé de réglage d'une antenne (2) électronique de type boucle pour l'identification radiofréquence dans un volume donné (V), comportant au moins un condensateur à capacité variable (15), comprenant les étapes consistant à : - déterminer une valeur de la capacité de chaque 20 condensateur (15), permettant d'obtenir une qualité donnée de signaux détectés, et - affecter ladite valeur au condensateur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes consistant à : - réaliser l'adaptation de l'antenne à un lecteur, - régler le déphasage des signaux modulés reçus par l'antenne (2) pour augmenter l'amplitude des signaux détectés et la distance de détection. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la détermination des valeurs de capacité comporte une étape consistant à : - donner aux capacités des valeurs stockées dans une mémoire, notamment des valeurs déterminées lors d'un test précédent, en association avec le positionnement précis des condensateurs (15) sur l'antenne (2). 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la détermination des valeurs de capacité comporte les étapes consistant à : - placer au moins une étiquette radiofréquence (14) de test, en au moins un point considéré comme représentatif du volume (V). - analyser les signaux issus de l'au moins une étiquette (14) en faisant varier les valeurs des capacité des condensateurs (15), -déterminer les valeurs des capacités des condensateurs (15), pour lesquelles la meilleure qualité des signaux détectés est obtenue. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la qualité des signaux détectée est mesurée après adaptation et déphasage. 14. Procédé selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'il comporte également une étape consistant à identifier des condensateurs pouvant être supprimés de l'antenne.