Brevet FR2903216A1 — publié le 20080104

La présente invention concerne un perfectionnement aux supports de données, plus particulièrement aux supports optiques. Elle concerne l'intégration à l'intérieur d'un support de données optiques d'une puce ou tag électronique, plus particulièrement d'un tag fonctionnant en fréquence RF. La technique d'identification à distance ou à l'aide des fréquences radio connue en Europe sous le terme Technique RFID ou aux Etats-Unis sous le terme de Technique RF , permet l'identification et, d'une manière plus générale, la lecture à distance d'informations incluses dans un circuit intégré ou puce grâce à un système d'interrogation utilisant des ondes radio-fréquences appelé lecteur RFID ( RFID reader en langue anglaise). Le circuit intégré se présente sous forme d'une puce reliée à une antenne d'émission/réception généralement connue sous le terme RFID tag et attachée à un objet. De manière connue, le tag RFID est activé quand il rentre dans le champ généré par le RFID reader auquel il est associé et renvoie vers celui-ci les informations demandées et stockées dans la puce. Les tags RFID peuvent être passifs ou actifs. Les tags actifs sont alimentés par une source d'énergie propre telle qu'une batterie tandis que les tags passifs reçoivent l'énergie du signal radio-fréquence reçu par le tag. La technique RFID peut être utilisée dans un nombre important d'applications allant de l'étiquetage jusqu'à l'authentification des produits en passant par la logistique de pointe. Ainsi, pour les disques optiques tels que les disques compacts (CD) ou les disques versatiles numériques (DVD), l'utilisation d'un tag RFID peut être utile pour lutter contre la copie illégale et contre le vol dans les magasins. Dans ce cas, il est intéressant que le tag soit intégré à la structure du disque optique et non pas simplement attaché, par exemple sur la pochette contenant ledit disque. L'intégration d'un tag RFID dans la structure d'un disque optique a déjà été proposée. Ainsi, on a proposé de réaliser une antenne de type dipôle en utilisant une technique d'impression avec une encre conductrice. Toutefois, ces antennes de type dipôle souffrent d'un mauvais rendement lié 2903216 2 d'une part aux pertes de l'encre conductrice et d'autre part à la très forte proximité de l'antenne du type dipôle avec la couche réfléchissante mais aussi conductrice qui fait partie intrinsèque de la structure du disque optique. Ce type de solution est représenté sur la figure 1. Dans cette figure, la 5 référence 1 représente la couche réfléchissante d'un CD en aluminium. La référence 2 représente le bord du CD constitué par un substrat diélectrique, notamment en polycarbonate. La référence 3 représente l'antenne de type dipôle obtenue par l'impression sur le bord du disque optique d'une ligne réalisée à l'aide d'une encre conductrice. La référence 4 représente 10 l'alimentation de l'antenne connectée à une puce RFID. La référence 5 représente l'ouverture centrale du disque permettant son entraînement à l'intérieur d'un lecteur. Les simulations faites sur une antenne de ce type montrent que l'effet du à la proximité de l'antenne par rapport à la couche conductrice est 15 important même quand l'antenne de type dipôle est imprimée au niveau du bord externe du disque, dans une partie sans métallisation. En effet, dans ce cas, le courant induit par le dipôle sur la couche conductrice se trouve quasiment en opposition de phase avec le courant dans le dipôle et a pour effet de détruire le rayonnement de celui-ci. D'autre part, l'utilisation d'une 20 antenne de type dipôle comme élément rayonnant ne permet pas une adaptation optimale et simple de l'antenne à la puce. Un autre type de solution a été proposé, notamment dans la demande de brevet US 2005/276210 Al. Dans ce cas, l'antenne est constituée par un ou plusieurs anneaux conducteurs réalisés par la couche 25 conductrice de la structure du disque optique qui peut être un CD ou un DVD, ces anneaux étant couplés à la puce. Pour réaliser ces anneaux ou arcs d'anneaux conducteurs et/ou les coupler à la puce, la couche conductrice est démétallisée par endroits. Cette solution utilise comme antenne la couche conductrice, notamment la couche d'aluminium qui fait 30 partie de la structure même d'un CD ou d'un DVD. Elle présente toutefois un certain nombre d'inconvénients, notamment un nombre limité de résonances imposé par la dimension 2903216 3 standard du disque optique et de la couronne conductrice. En effet il est possible d'exciter le disque conducteur à la manière d'un monopole déséquilibré. Le plan de masse de ce monopole est gravé sur une partie du périmètre du disque optique. Des simulations ont montré qu'une telle 5 excitation génère une fréquence de résonance en dehors de la bande de fréquence désirée. Il est alors impossible de changer cette fréquence de résonance, celle-ci étant imposée principalement par la taille du disque. D'autre part, la démétallisation par endroits de la couche conductrice qui contient en fait les informations enregistrées dans le disque optique et, 10 d'autre part, un très faible contrôle de l'impédance présentée par l'antenne limitent les performances du système RFID et, en particulier, sa portée qui dépend fortement de la qualité de couplage de l'antenne à la puce. La présente invention propose donc une nouvelle solution d'intégration d'une puce ou tag radio-fréquence dans la structure d'un disque 15 optique ou similaire permettant de remédier aux inconvénients des solutions de l'art antérieur. La présente invention concerne plus particulièrement la réalisation de la structure d'antenne et son couplage au circuit intégré ou puce. La présente invention concerne donc un support de données formé 20 d'au moins un substrat diélectrique recouvert d'une couche conductrice, la couche conductrice comportant une partie recevant des données et une partie sans données, ledit support comportant un circuit d'identification formé d'un circuit intégré et d'une antenne, caractérisé en ce que l'antenne est constituée par une fente résonante gravée dans la partie sans données de la 25 couche conductrice. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la fente présente une longueur L telle que L=Xg/2 où Xg est égale à la longueur d'onde dans la fente à la fréquence de résonance. Xg étant fonction de la permittivité effective de la fente, cette valeur dépendant de la permittivité du 30 matériau, de son épaisseur et aussi de la largeur de la fente. Il est donc possible de modifier la fréquence de résonance en ajustant la longueur et la largeur de la fente. 2903216 4 Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'antenne est constituée par au moins deux fentes résonantes concentriques couplées électromagnétiquement l'une à l'autre. Selon encore une autre caractéristique de la présente invention, 5 l'antenne est constituée par au moins deux fentes résonantes se recouvrant partiellement. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit intégré est placé sur la fente, de préférence le circuit intégré est couplé électromagnétiquement à la fente résonante. Toutefois le circuit intégré peut 10 être couplé par connexion directe à la fente. Pour obtenir un couplage maximum, le circuit intégré est positionné sur la fente résonante à une longueur L' par rapport à une des extrémités de la fente résonante, de manière à optimiser l'impédance de la fente résonnante. 15 Le support de données est un disque optique tel qu'un disque compact (CD), un disque versatile numérique (DVD), un mini-disc ou similaire. Le circuit intégré ou puce est un circuit RFID ou un circuit RF. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 20 apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après, avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : Figure 1 déjà décrite est une vue schématique de dessus d'un disque optique muni d'un tag RFID selon un mode de réalisation de l'art antérieur. 25 Figure 2 est une vue schématique de dessus d'un disque optique muni d'un tag RFID selon un mode de réalisation de la présente invention. Figure 3 est une vue agrandie de la partie du disque optique recevant le tag RFID. Figure 4 représente, pour une longueur de fente donnée, 30 respectivement la partie réelle et la partie imaginaire des réponses fréquentielles d'impédance pour plusieurs largeurs de fente. 2903216 5 Figure 5 est une vue schématique de dessus d'un disque optique muni d'un tag RFID selon la présente invention, montrant différentes positions pour le circuit intégré. Figure 6 représente des courbes donnant les parties réelles et 5 imaginaires des réponses fréquentielles d'impédance pour les différentes positions données à la figure 5. Figure 7 et figure 8 sont des représentations schématiques d'autres modes de réalisation conformes à la présente invention. On décrira tout d'abord avec référence aux figures 2 à 6, un 10 premier mode de réalisation de la présente invention. Cette description sera faite en se référant à un support de données constitué par un support de données optiques tel qu'un compact-disc (CD). Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut s'appliquer à d'autres supports de données, notamment à des disques numériques versatiles 15 (DVD), des mini-discs ou similaires. La structure d'un disque compact ou CD est bien connue de l'homme de l'art et ne sera pas décrite de manière très détaillée. Elle est constituée par un empilement d'au moins une couche diélectrique, plus particulièrement une couche de polycarbonate, dans laquelle sont gravés des pits représentant les données. Cette couche est 20 recouverte d'une couche réfléchissante, plus particulièrement d'une couche d'aluminium, cette dernière étant recouverte d'un matériau diélectrique le plus souvent une laque anti-UV en acrylique créant un film protecteur pour les données .. Comme représenté sur la figure 2, un disque compact a la forme 25 d'un anneau 10 en aluminium qui, dans le cadre de la présente invention, comporte une première couronne 10a recevant les données et une seconde couronne 10b qui est une partie sans données. Dans le mode de réalisation représenté, la partie sans données se trouve au niveau de la couronne interne. Toutefois, on peut envisager, sans sortir du cadre de l'invention, de 30 réaliser cette partie sans données au niveau d'une couronne externe. De plus, le disque comporte un trou central 11 permettant de le monter sur l'axe de rotation d'un lecteur. 2903216 6 Comme représenté sur la figure 3 qui est une vue agrandie de la partie centrale du disque de la figure 2, le trou central 11 présente un rayon r;. Ce rayon r; détermine le périmètre interne de la couronne sans données qui s'étend jusqu'à un cercle de rayon r;m de telle sorte que la couronne de la 5 partie sans données s'étend sur une largeur égale à r;m ù r;. Conformément à la présente invention et comme représenté sur les figures 2 et 3, dans cette zone sans données a été gravée une fente 12 présentant une longueur L inférieure au périmètre déterminé par le rayon r;m. La longueur 13 dans la zone sans données prolongeant la fente 12 est une 10 zone métallisée. La fente 12 est dimensionnée pour réaliser une fente rayonnante et sa longueur L est calculée de telle sorte que, à la fréquence de travail, L = 2 g/2 où 1g est égal à la longueur d'onde dans la fente, de préférence 2,,g = XOkceff où 2 0 est la longueur d'onde dans le vide avec 10 = c/f, c étant la vitesse de la lumière et Eeff est la permittivité relative de la 15 fente, cette permittivité dépendant de la permittivité du matériau, de son épaisseur mais aussi de la largeur de la fente. Ainsi, conformément à la présente invention, on a réalisé une antenne rayonnante dans une partie sans données du disque optique, de préférence une partie se trouvant près du centre de rotation du disque. Les dimensions de cette partie sans 20 données peuvent être limitées par le périmètre externe de l'antenne rayonnante. Comme représenté sur les figures 2 et 3, la fente 12 est alimentée en un point 14. Dans ce cas, l'alimentation de la fente est faite par couplage électromagnétique en plaçant la puce ou tag RFID 14 en parallèle sur la 25 fente. Selon un autre mode de réalisation, le tag RFID, au lieu d'être relié par un couplage électromagnétique à la fente résonante 12, peut être connecté directement à la fente. Comme décrit ultérieurement, le point de connexion est choisi de manière à correspondre au point d'impédance de la fente qui assure la meilleure transmission d'énergie de l'antenne vers la puce et 30 inversement. Un disque CD muni d'une antenne de type fente résonante telle que représenté sur les figures 2 et 3, a été simulé en utilisant un logiciel 2903216 7 électromagnétique du commerce (IE3D de chez Zeland). On a utilisé les paramètres suivants pour la simulation. Le disque optique est constitué par un substrat en polycarbonate présentant une épaisseur de 0.6 mm, un permittivité (sr) de 2.8 et un tanM1 e û 4. Le substrat en polycarbonate est 5 recouvert d'une couche d'aluminium présentant une conductivité de 38000000 Siemens/m et une épaisseur de 50 nm. Le rayon interne r; du disque métallique est de 7.5 mm tandis que le rayon externe R du disque est de 60 mm. Sur ce disque et conformément à la présente invention, une fente résonante 12 a été gravée dans la couche d'aluminium. Cette fente 12 10 présente une longueur L égale à 115 mm pour obtenir une résonance autour de 950 MHz. Cette fente est inscrite ici dans le cercle de rayon nm inférieur ou égal à 20mm. Avec le disque tel que décrit ci-dessus, on a tout d'abord simulé les réponses fréquentielles d'impédance (partie réelle et imaginaire) de la 15 fente pour plusieurs largeurs de fentes variant entre 0.5 mm et 3.5 mm. Les résultats de la simulation sont donnés à la figure 4. En effet, l'ajustement de la largeur de la fente permet d'ajuster l'impédance de l'antenne. Toutefois, une modification de la largeur de la fente entraînant une modification de la fréquence de résonance, comme cela découle des applications données cidessus, il est donc possible de modifier la fréquence de résonance en ajustant la longueur de la fente En fonction de la charge présentée par le tag RFID et à l'aide de la figure 4, Il est alors possible de choisir la largeur de fente permettant de présenter l'impédance conjuguée du tag RFID, pour adapter au mieux l'antenne au circuit RFID. La largeur de la fente est donc 25 un des moyens de contrôle de l'impédance de l'antenne à présenter au tag RFID, et cela pour une position de l'excitation de la fente donnée. D'autre part, comme mentionné ci-dessus, le tag RFID est couplé en parallèle sur la fente résonante 12. Pour obtenir le meilleur couplage possible, celui-ci doit avoir lieu à une longueur L' d'une des extrémités de la 30 fente qui est choisie de manière à optimiser ce couplage. Pour déterminer cette position optimale, différentes positions ont été simulées à l'aide du 2903216 8 logiciel mentionné ci-dessus, cette simulation étant nécessaire pour déterminer la position optimale car la fente n'est pas de forme rectiligne. Les résultats de la simulation sont donnés sur la figure 6, qui représente les réponses fréquentielles d'impédance (parties réelle et 5 imaginaire) pour les différentes positions 0 à 6 du tag. Les résultats obtenus montrent qu'un couplage maximal est obtenu pour la position 0 Un raisonnement similaire à celui formulé pour le choix de la largeur de la fente peut-être également fait ici. 10 On décrira maintenant avec référence aux figures 7 et 8 d'autres modes de réalisation de la présente invention. Sur la figure 7, on a représenté très schématiquement une première fente résonante 12' réalisant une antenne conforme à la présente invention. Sur cette fente 12' a été monté en parallèle un tag ou puce RFID 15 14', ce tag étant couplé électromagnétiquement à la fente résonante 12'. Dans ce mode de réalisation, une seconde fente 15 est réalisée entre le trou central et la fente 12'. Cette fente 15 est une fente résonante qui peut être couplée électromagnétiquement à la fente 12'. La seconde fente 15 est dimensionnée pour résonner sur une autre fréquence, ce qui permet 20 d'obtenir un fonctionnement sur plusieurs fréquences. Sur la figure 8, on a représenté encore un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce cas, une seconde fente 16 recouvre partiellement la première fente 12' et se développe à l'intérieur de la fente résonante 12'. Cette fente 16 permet d'apporter une certaine flexibilité 25 au niveau de l'adaptation du tag ou puce RFID 14', sur plusieurs bandes de fréquence. II est évident pour l'homme de l'art que le nombre de fentes annulaires qui peut être ajouté par couplage de proximité à la fente principale reliée directement au tag ou puce RFID n'est pas limité. 30 La présente invention a été décrite en se référant à un disque optique tel qu'un disque compact. Toutefois il est évident pour l'homme de l'art qu'elle peut s'appliquer à d'autres types de support de données réalisés 2903216 9 dans des matériaux autres que le polycarbonate et l'aluminium sous réserve que le substrat soit un diélectrique recouvert d'une métallisation. REVENDICATIONS 1/ Support de données formé d'au moins un substrat diélectrique recouvert d'une couche conductrice, la couche conductrice (10) comportant une partie recevant des données (10A) et une partie sans données (10B), le dit support comportant un circuit d'identification formé d'un circuit intégré (14) et d'une antenne (12), caractérisé en ce que l'antenne est constituée par au moins une fente (12) résonante gravée dans la partie sans données (10B) de la couche conductrice. 2/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente 15 (12) présente une longueur L telle que L=1g/2 où X g est égale à la longueur d'onde dans la fente à la fréquence de résonance. 3/ Support selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'antenne est constituée par au moins 2 fentes résonantes concentriques 20 (12', 15) couplées électromagnétiquement l'une à l'autre. 4/ Support selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'antenne est constituée par au moins 2 fentes résonantes (12', 16) se recouvrant partiellement. 5/ Support selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit intégré (14, 14') est placé sur la fente résonnante (12, 12'). 6/ Support selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit 30 intégré est couplé électromagnétiquement à la fente résonante. 7/ Support selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit intégré est positionné sur la fente résonnante à une longueur L' 25 2903216 11 par rapport à une extrémité de la fente résonante optimisant l'impédance de la fente résonnante. 8/ Support selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 caractérisé en ce que le support de données est un disque tel qu'un disque compact (CD), un disque versatile digital (DVD), un minidisque. 9/ Support de données selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le 'circuit intégré est un circuit RFID, un circuit 10 RF.