Brevet FR2953332A1 — publié le 20110603

L'invention concerne un procédé de communication par un rayonnement d'ondes polarisé dans une bande de radiofréquences (RF), ainsi qu'une antenne et un badge de commande d'un véhicule à distance de mise en oeuvre d'un tel procédé. Les systèmes de commande de véhicule à distance permettent une gestion à distance des équipements à gestion électronique des véhicules actuels, tels que : déverrouillage des portières, démarrage du moteur, déclenchement du chauffage ou du système de climatisation, réglage de la position du siège conducteur, contrôle de la pression des pneumatiques, abaissement des vitres, ouverture du coffre à bagages, etc. Ces systèmes communiquent des données par liaison dans une bande de fréquences RF ù classiquement dans une gamme de très hautes fréquences dite VHF (initiales de « Very High Frequency » en anglais) de 30 à 300 MHz ou d'ultra hautes fréquences dites UHF (initiales de « Ultra High Frequency » en anglais) comprises entre 300 MHz et 3 GHz, ou sur des fréquences encore supérieures. Par exemple en Europe, une fréquence autorisée et généralement utilisée est 433 MHz. La communication principalement visée par la présente invention se rapporte à la transmission entre un émetteur intégré dans un badge, une carte ou une clé détenue par l'utilisateur et un récepteur de module de gestion embarqué dans le véhicule. Bien entendu, l'invention pourrait s'appliquer directement et plus généralement à des moyens émetteurs/récepteurs communiquant entre un badge et un module de gestion embarqué, quel que soit le sens de la transmission, chaque moyen devenant émetteur ou récepteur selon le sens de la communication. Ces moyens émetteurs/récepteurs peuvent être composés d'un émetteur et d'un récepteur ou être combinés en un seul élément bidirectionnel, appelé « transceiver » en traduction anglaise dans la bande RF. Dans l'application principale, le badge et le récepteur sont programmés en usine pour pouvoir se reconnaître mutuellement via des mécanismes de sécurité. L'émission de signaux par le badge est alors reconnue par le récepteur du véhicule après conversion numérique d'une séquence d'identification. Une difficulté majeure résulte de la sensibilité du rayonnement émis ù en général selon une polarisation rectiligne ù à l'orientation du badge dans l'espace. En effet, la position du badge porté par l'utilisateur ù dans une poche de veste, un sac ou à la main ù induit une direction privilégiée du rayonnement, avec une puissance d'émission maximale dans cette direction et une puissance faible ou nulle dans les autres directions. Or, le badge ou la carte étant sensiblement plat et le rayonnement étant polarisé linéairement, un positionnement du badge dans un secteur approprié pourra 2953332. 2 assurer une propagation du rayonnement dans un espace embrassant le module du véhicule. Comme illustré schématiquement en figure 1, un badge 1, équipé d'une antenne à polarisation linéaire 10 û par exemple filaire û qui émet un rayonnement d'ondes RL 5 polarisé linéairement, est disposé selon deux positions I et II obtenues par rotation de 90° de l'une par rapport à l'autre. Le rayonnement RL se propage principalement selon la direction définie par l'orientation de l'antenne 10 et une puissance maximale sera reçue dans cette direction. En position I, la propagation du rayonnement RL - selon la direction horizontale Dh dans le plan de la figure û est orientée vers le récepteur 3 : une puissance 10 maximale de rayonnement sera reçue par le récepteur. Dans la position II, le rayonnement RL se propage principalement perpendiculairement à la direction Dh : la puissance du rayonnement selon cette direction Dh est alors minimale et le récepteur 3 recevra un signal de niveau de puissance minimal. Plus généralement, des répartitions de puissance du rayonnement RL en positions I 15 et II sont illustrées par la figure 2. De telles répartitions sont mesurées en chambre anéchoïde par un diagramme de rayonnement sur 360° et représentées par des lobes de rayonnement, LH et Lv, respectivement dans un plan horizontal et un plan vertical de la chambre. La représentation montre que les lobes présentent des conformations totalement différentes d'une position à l'autre : la puissance maximale est donc 20 aléatoirement reçue par le récepteur car elle reste essentiellement sensible à l'orientation et à la position du plan du badge. De plus, la détection de ce rayonnement reste limitée dans des zones de propagation plus ou moins complexes en fonction de l'environnement du véhicule. En effet, dans certaines zones autour du véhicule, la complexité du canal de 25 communication RF peut défavoriser la réception des ondes dans une direction de polarisation et favoriser une direction qui lui est perpendiculaire. Les graphes expérimentaux GAI et GLII de la figure 3 illustrent cette réception différenciée par la mise en valeur de la distribution cumulée de puissance (CDF en langue anglaise, initiales de « Cumulative Distribution Function ») en fonction de la puissance 30 exprimée en dBm (en décibel-milliwatt, c'est-à-dire en décibels rapportées à un milliwatt) pour û respectivement û les deux positions I et II de l'antenne ci-dessus, à polarisation linéaire. Ainsi, en émission selon la position II, seulement 42 % des points reçoivent à 65 dBm de puissance. Pour une émission en position I, 21 % des points reçoivent à la puissance de - 65 dBm et 46 % à la puissance de - 60 dBm. Un autre enseignement de ces graphes est la non-uniformité de réception, à une puissance donnée, par rapport à la position de l'antenne : à - 65 dBm, la réception est à 42 % des points lors d'une émission en position II alors qu'elle est à 21 % en position I et, à - 60 dBm, la différence des pourcentages de points de réception passe de 21 à 44 %. La qualité de réception est donc liée à la position de l'émetteur dans les plages de réception habituelles. Afin de réduire ces problèmes de réception, Il est connu, par exemple du document de brevet FR 2 659 173, d'équiper le véhicule d'une antenne à polarisation circulaire réalisant un champ tournant. Ces solutions permettent de disposer dans l'espace d'une composante de champ non nulle. Cependant, ces antennes relèvent d'une technologie de type magnétique avec des bobinages en boucles fermées û pour créer des rayonnements induits û technologie certes adaptée au domaine des basses fréquences ou fréquences LF (initiales de « Low Frequency » en traduction anglaise) mais totalement inadaptée au domaine des fréquences RF. En effet, ces antennes sont constituées de plusieurs bobines en couplage électromagnétique pour leur alimentation et leur émission. Or un tel couplage en espace libre induirait dans le domaine RF une importante perte d'énergie. De plus, de telles antennes ne peuvent, pour des raisons d'encombrement, être insérées dans un badge ou une carte d'épaisseur typiquement de l'ordre du millimètre. L'invention vise précisément à réaliser une émission par un rayonnement d'ondes polarisé dans le domaine des fréquences RF à partir d'un badge du type décrit ci-dessus, sans perte d'énergie par couplage électromagnétique ni sensibilité à l'orientation ou à la position du badge. Pour ce faire, il est prévu de combiner deux ondes polarisées déphasées via une alimentation électronique directe. A ce titre, la présente invention a pour objet un procédé de communication dans une bande de radiofréquences RF par un rayonnement d'ondes polarisé émis par un badge, et dans lequel au moins deux éléments d'antenne sont intégrés au badge et reliés à des voies électroniques d'alimentation de signaux porteurs de mêmes données numériques. Chaque élément émet une composante de rayonnement polarisée dans un plan formant un angle de découplage déterminé avec l'autre. De plus, les deux composantes sont de même fréquences et déphasées de sorte à former un rayonnement à polarisation elliptique. Dans ces conditions, le couplage électromagnétique entre les ondes est quasiment inexistant, si bien que la couverture spatiale de chaque onde est indépendante de l'autre : leur complémentarité permet alors la réception d'au moins l'une des deux ondes par le module du véhicule. De plus, les deux ondes sont bien différenciées et donc bien décorrélées : il est alors possible d'établir des diagrammes de rayonnement selon le plan de polarisation sans risque de confusion entre les rayonnements. Selon un mode préféré, les composantes du rayonnement ont même amplitude et le déphasage est en quadrature de sorte que le rayonnement émis est à polarisation circulaire. Avantageusement, l'angle de découplage est égal à 90°. L'invention se rapporte également à une antenne de badge de contrôle de véhicule à distance pour la mise en oeuvre dudit procédé. Une telle antenne se compose de deux éléments intégrés dans le badge sur toute leur longueur et formant entre eux un angle déterminé. De plus, ces éléments présentent des extrémités d'alimentation espacées d'une distance déterminée d'une façon particulière. L'invention concerne aussi un badge de contrôle de véhicule à distance équipé d'un émetteur comportant l'antenne définie ci-dessus en liaison électronique avec un circuit d'alimentation et d'adaptation d'antenne. L'antenne de l'émetteur est en double liaison électronique avec le circuit d'alimentation et d'adaptation. Ce circuit est apte à fournir, à chaque élément d'antenne, via une voie électronique, un signal modulé selon des données numériques identiques, de même fréquence et déphasé selon un déphasage déterminé. Selon des modes de réalisation particuliers : • le circuit de l'émetteur comporte une unité de traitement numérique couplée à une mémoire et à un modulateur apte à fournir une porteuse de fréquence déterminée et modulée par les données numériques transmises par l'unité de traitement ; le modulateur est par ailleurs couplé à un composant diviseur-déphaseur apte à fournir une sous-porteuse du signal modulé et déphasé dans chaque voie électronique reliant le modulateur à chaque élément d'antenne via un amplificateur ; • le composant diviseur-déphaseur du circuit d'alimentation de l'émetteur comporte 25 un circuit de déphasage composé d'éléments LC ou RLC aptes à créer un déphasage en quadrature entre les porteuses des signaux transmis aux éléments d'antenne. L'émission d'un signal d'activation par le module du véhicule fournit également au badge, dans le cas d'un émetteur passif ou semi-actif, la source d'énergie permettant au 30 badge d'émettre un signal porteur d'un code d'identification contenu dans sa mémoire. Grâce à la configuration du rayonnement à champ tournant selon l'invention, ce signal codé est reçu par le module de contrôle du véhicule quelle que soit l'orientation du badge ou la complexité des canaux de communication du module de contrôle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 35 description d'un exemple de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : • les figures 1 et 2, une vue schématique d'un badge à polarisation linéaire selon deux positions perpendiculaires I et II d'un élément d'antenne polarisé linéairement, et des lobes de rayonnement selon ces positions (déjà commentées) ; • la figure 3, des graphes de distribution de puissance en fonction de la puissance exprimée en dBm selon les deux positions I et II ; • la figure 4, le schéma d'un exemple d'émetteur de badge selon l'invention ; • la figure 5, des diagrammes de rayonnement émis par un badge selon l'invention, et • la figure 6, des graphes de distribution de puissance en fonction de la puissance exprimée en dBm selon les deux positions I et II avec une antenne composée d'éléments selon l'invention. En référence à la figure 4, un émetteur 2 de badge selon l'invention est intégré dans le badge de communication dans des systèmes de contrôle de véhicule à distance du type PASE (initiales de « Passive Start and Entry », c'est-à-dire « démarrage et entrée passifs » en langue anglaise) ou RKE (initiales de « Remote Keyless Entry », soit « entrée sans clé à distance » en anglais). Dans d'autres variantes, l'émetteur peut être intégré dans une clé ou dans une carte, de manière équivalente et appropriée. L'émetteur 2 comporte une antenne 11 qui se compose de deux éléments 120 et 130, filaires dans l'exemple, intégrés dans le badge sur toute leur longueur et formant entre eux un angle de découplage A déterminé, de 90° dans l'exemple non limitatif illustré pour obtenir un découplage maximal. Les éléments 120, 130 présentent respectivement des extrémités d'alimentation proches, 121 et 131, espacées d'une distante D déterminée. La détermination de cette distance résulte d'un compromis entre une apparition de couplage de proximité û entre les ondes émises par des éléments trop rapprochés û et qui conduit à une perte d'indépendance dans la couverture spatiale, et une perte de gain du rayonnement composé par ces ondes liée à un éloignement trop important entre ces éléments. Dans l'exemple, une distance D de 2 cms entre ces extrémités est utilisée. Les éléments d'antenne, 120 et 130, sont reliés à leurs extrémités à un circuit d'alimentation et d'adaptation d'antenne 14, composé d'un microprocesseur 141 couplé à une mémoire 15 et à un modulateur 16 par exemple de type à verrouillage de phase (en abrégé PLL, initiales de « Phase Locked Loop » en langue anglaise). Un tel modulateur 16 est apte à fournir une porteuse de fréquence déterminée et modulée par des séquences numériques fournies par le microprocesseur 141. La fréquence de 433 MHz utilisée dans l'exemple est l'une des fréquences de la bande radiofréquence UHF autorisées dans les appareils de faible portée. La porteuse est ensuite divisée en deux sous-porteuses dans un composant diviseur-déphaseur 17, comportant un circuit déphaseur 17a et un circuit diviseur 17b, qui constitue deux voies V1 et V2 de liaison électronique aux éléments d'antenne, 120 et 130. Sur ces voies, les sous-porteuses sont amplifiées dans des amplificateurs 18 pour former des signaux modulés sensiblement de même amplitude, respectivement S1 et S2, transmis respectivement aux éléments d'antenne, 120 et 130. Le déphasage est réalisé classiquement par un ou plusieurs circuits LC ou RLC (Inductance - Condensateur ou Résistance û Inductance û condensateur) en série pour un déphasage en quadrature du signal S2, comme dans le présent exemple. Pour tout autre angle de déphasage, des circuits RLC appropriés peuvent être utilisés. En fonctionnement, l'émetteur 2 étant passif dans l'exemple, l'émission d'un signal d'activation par le module du véhicule fournit la source d'énergie pour activer l'émetteur 2. A réception de ce signal, l'émetteur répond en émettant un rayonnement à polarisation circulaire Rc à partir des signaux S1 et S2 en quadrature de phase provenant du composant 17. Ces signaux ont été modulés pour porter la séquence numérique du code d'identification du badge stocké dans la mémoire 15 et transmis au modulateur 16 par le microprocesseur 141. Par ailleurs, les signaux S1 et S2 sont bien décorrélés. En effet, il est possible de retrouver la contribution de chacun de ces signaux sans confusion dans les lobes des diagrammes décrits ci-dessus par décomposition mathématique de leur apport. Par cette configuration d'émetteur 2 qui fournit un rayonnement à champ tournant, un signal codé est reçu par le module de contrôle du véhicule quelle que soit l'orientation du badge ou la complexité des canaux de communication du module de contrôle, du fait du découplage des deux ondes sans nuire au gain. Afin d'illustrer cet effet, les diagrammes de rayonnement de la figure 5 montrent les répartitions de puissance du rayonnement polarisé circulairement Rc fourni par le badge selon l'invention dans les positions I et II de la figure 1. Comme précédemment (cf. figure 2), ces répartitions sont mesurées en chambre anéchoïde avec un balayage sur 360°. Les lobes de rayonnement, CH et Cv, respectivement obtenus dans le plan horizontal et le plan vertical de la chambre, présentent des conformations similaires d'une position à l'autre. Ainsi, aucune orientation privilégiée du badge n'est relevée et une puissance maximale en réception est obtenue indépendamment de l'orientation et de la position du plan du badge. Il est également possible de vérifier la réception du rayonnement transmis par le badge selon l'invention, quel que soit la complexité du canal de réception du module du véhicule, ainsi que l'efficacité d'une telle transmission. Une telle vérification peut se faire à partir des graphes expérimentaux GAI et GcII de la figure 6 de la CDF de puissance, obtenus à partir d'une antenne composée d'éléments selon l'invention respectivement en positions de type I et II. Ces graphes GcI et GcII sont sensiblement identiques, ce qui montre une bonne uniformité de réception à partir du rayonnement polarisé circulairement Rc selon les positions orthogonales I et II du badge définies précédemment. De plus, ces graphes montrent également un pourcentage de réception élevé pour la réception d'une puissance de niveau habituel, par exemple plus de 90 % (92 et 94 %) selon les positions I et II pour une puissance de - 60 dBm. En comparaison, avec un badge de l'art antérieur (cf. figure 3), ce pourcentage n'atteignait que 46 % (position I) ou 82 % (position II), soit 64 % en moyenne. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ou représentés. Il est par exemple possible d'appliquer le procédé selon l'invention au rayonnement transmis par l'émetteur/récepteur du module du véhicule. En outre, l'émetteur peut être actif et, dans ce cas, intégrer une pile extra-plate pour son alimentation. Par ailleurs, les éléments d'antenne peuvent être orientés selon un angle de découplage compris entre 90° et un angle pouvant se rapprocher de 0°, avec une distance adaptée pour maintenir un découplage suffisant sans nuire au gain. De plus, les dimensions de ces éléments û égales ou différentes û peuvent être adaptées aux dimensions du badge et varier par exemple entre la diagonale et la largeur du badge. II est également possible de prévoir plus de deux éléments d'antenne avec un nombre de déphaseurs supplémentaires approprié. De préférence les éléments d'antenne sont alors appariés deux par deux avec un circuit déphaseur du type de celui décrit ci-dessus. Par ailleurs, les éléments appariés ne sont pas nécessairement disposés physiquement à angle droit. Comme précisé au paragraphe précédent, ils peuvent être sensiblement parallèles, par exemple pour répondre à des problèmes d'encombrement, tout en conservant des directions de propagation de rayonnement en quadrature par leur déphasage. REVENDICATIONS1. Procédé de communication dans une bande de radiofréquences par un rayonnement d'ondes (Rc) polarisé émis par un badge (2), caractérisé en ce qu'au moins deux éléments (120, 130) d'antenne (11) sont intégrés au badge (2) et reliés à des voies électroniques (V1, V2) d'alimentation de signaux (Si, S2) porteurs de mêmes données numériques, chaque élément (120, 130) émettant une composante de rayonnement polarisée dans des plans formant un angle de découplage déterminé (A) entre eux, et en ce que les deux composantes sont de même fréquence et déphasées de sorte à former un rayonnement à polarisation elliptique (Rc). 2. Procédé de communication selon la revendication 1, dans lequel les composantes 10 du rayonnement ont même amplitude et le déphasage est en quadrature de sorte que le rayonnement émis est à polarisation circulaire. 3. Procédé de communication selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'angle de découplage (A) est égal à 90°. 4. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans 15 lequel les éléments d'antenne (120, 130) présentent des extrémités d'alimentation (121, 131) espacées d'une distance déterminée (D) par un compromis entre une perte d'indépendance de couverture spatiale par apparition d'un couplage de proximité entre ces éléments et une perte de gain liée à un éloignement entre ces éléments. 5. Antenne (11) de badge de contrôle de véhicule à distance pour la mise en oeuvre du 20 procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle se compose de deux éléments (120, 130) intégrés dans le badge sur toute leur longueur et formant entre eux un angle déterminé (A) et en ce que ces éléments (120, 130) présentent des extrémités d'alimentation (121, 131) espacées d'une distance déterminée (D) par le compromis entre l'apparition de couplage et la perte de gain du rayonnement. 25 6. Badge de communication en radiofréquences dans un système de contrôle de véhicule à distance, équipé d'un émetteur (2) comportant une antenne (11) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'antenne (11) de l'émetteur (2) est en double liaison électronique (V1, V2) avec un circuit d'alimentation et d'adaptation d'antenne (14) apte à fournir, à chaque élément d'antenne (120, 130) via une voie 30 électronique (V1, V2), un signal (Si, S2) modulé selon des données numériques identiques, de même fréquence et déphasé selon un déphasage déterminé. 7. Badge de communication selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (14) de l'émetteur (2) comporte une unité de traitement numérique (141) couplée à une mémoire (15) et à un modulateur (16) apte à fournir une porteuse de fréquence 35 déterminée et modulée par les données numériques transmises par l'unité de traitement (141), et dans lequel le modulateur (16) est couplé à un composant diviseur-déphaseur(17) apte à fournir une sous-porteuse du signal (Si, S2) modulé et déphasé dans chaque voie électronique (V1, V2) reliant le modulateur (16) à chaque élément d'antenne (120, 130) via un amplificateur (18). 8. Badge de communication selon la revendication précédente, dans lequel le composant diviseur-déphaseur (17) du circuit de l'émetteur (14) comporte un circuit de déphasage (17a) composé de circuits composés d'inductances et de condensateurs ou d'inductances, de condensateurs et de résistances, aptes à créer un déphasage en quadrature entre les porteuses des signaux (Si, S2) transmis aux éléments d'antenne (120, 130) 9. Badge de communication selon la revendication précédente, dans lequel les éléments d'antenne (120, 130) sont perpendiculaires.