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ANTENNE HAUTE FREQUENCE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne de façon générale les
antennes et, plus particulièrement, la réalisation d'une antenne
inductive haute fréquence.
L'invention s'applique plus particulièrement aux
antennes destinées à des transmissions radiofréquence de plu-
sieurs MHz, par exemple pour des systèmes de transmission de
type à carte sans contact, à étiquette RFID, à transpondeur
électromagnétique.
Exposé de l'art antérieur
La figure 1 représente, de façon très schématique, un
exemple de système de transmission de type inductif du type
auquel s'applique à titre d'exemple la présente invention.
Un tel système comporte un lecteur ou station de base
1 générant un champ électromagnétique propre à être capté par un
ou plusieurs transpondeurs 2 se situant dans son champ. Ces
transpondeurs 2 sont, par exemple, une étiquette électronique 2'
rapportée sur un objet afin de l'identifier, une carte à puce
sans contact 2" ou plus généralement n'importe quel transpondeur
électromagnétique (symbolisé par un bloc 2 en figure 1).
Côté lecteur 1, un circuit résonant série est cons-
titué d'une résistance r, d'un condensateur Cl et d'un élément
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inductif Li ou antenne. Ce circuit est excité par un générateur
haute fréquence 12 (HF) commandé (liaison 14) par d'autres
circuits non représentés de la station de base 1. Une porteuse
haute fréquence est généralement modulée (en amplitude et/ou en
phase) pour transmettre des informations au transpondeur.
Côté transpondeur 2, un circuit résonant, généralement
parallèle, comporte un élément inductif ou antenne L2 en
parallèle avec un condensateur C2 et avec une charge R
représentant les circuits électroniques 22 du transpondeur 2. Ce
circuit résonant capte, lorsqu'il se trouve dans le champ du
lecteur, le signal haute fréquence transmis par la station de
base. Dans le cas d'une carte sans contact, ces circuits
symbolisés par un bloc 22 incluant une ou plusieurs puces sont
reliés à une antenne L2 généralement portée par le support de la
carte. Dans le cas d'une étiquette électronique 2', l'élément
inductif L2 est formé d'un enroulement conducteur relié à une
puce électronique 22.
La représentation symbolique sous forme de circuit
résonant série côté station de base et parallèle côté trans-
pondeur est habituelle même si, en pratique, on pourra trouver
des circuits résonants série côté transpondeur et parallèle côté
station de base.
Les circuits résonants du lecteur et du transpondeur
sont généralement accordés sur une même fréquence de résonance W
(Ll.C1.(02 = L2.C2.w2 = 1).
Les transpondeurs sont généralement dépourvus d'alimen-
tation autonome et captent l'énergie nécessaire à leur fonction-
nement du champ magnétique produit par la station de base 1.
Selon un autre exemple d'application, la station de
base sert à recharger une batterie ou autre élément de stockage
d'énergie du transpondeur. Le champ haute fréquence rayonné par
la station de base n'est alors pas nécessairement modulé pour
transmettre des informations.
Dans une antenne inductive, le circuit conducteur est
le plus souvent un circuit fermé le long duquel circule le
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courant destiné à produire le champ magnétique radiofréquence.
Le circuit conducteur fermé est alimenté par le générateur radio-
fréquence 12.
Lorsque la taille de l'antenne vis-à-vis de la ion-
gueur d'onde devient importante, la circulation du courant
destiné à produire le champ magnétique le long du conducteur
n'est plus assurée de manière simple. L'amplitude et la phase du
courant présentent de fortes variations le long du circuit qui
ne permettent plus un fonctionnement de l'antenne en boucle
inductive. Par ailleurs, il est souvent souhaitable de disposer,
côté station de base, d'une antenne de grande taille par rapport
à la taille de l'antenne des transpondeurs. En effet, les
transpondeurs sont généralement en mouvement (portés par un
utilisateur) lorsqu'ils sont présentés à une station de base et
il est souhaitable qu'ils puissent capter le champ même dans ce
déplacement. Dans d'autres cas, il est recherché que la taille
de la zone où la communication avec un transpondeur est
possible, soit importante. D'autre part, il est avantageux de
recourir à une boucle inductive de grande taille pour assurer
une portée de communication importante.
Or, plus le circuit conducteur de l'antenne est long,
plus son inductance L est élevée et plus le condensateur qui
doit être associé à l'antenne présente une valeur faible. Il en
découle que, pour des antennes de grande dimension, la valeur du
condensateur peut être de l'ordre des capacités parasites
présentes entre les différentes parties du circuit conducteur et
des capacités parasites susceptibles d'être introduites dans le
système, (par exemple par la main d'un utilisateur), ce qui
perturbe le fonctionnement.
Plus le circuit conducteur de l'antenne inductive est
long, plus la circulation du courant le long du circuit est
différente de celle souhaitée. On assiste alors à une variation
importante de l'amplitude et de la phase du courant le long du
circuit qui modifie et perturbe la répartition spatiale du champ
magnétique produit. On assiste également à une augmentation des
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potentiels électriques entre différentes parties du circuit
conducteur qui rend le comportement de l'antenne sensible à la
présence de matériaux diélectriques dans son environnement
proche.
La longueur des boucles inductives est donc
classiquement limitée.
On a déjà proposé de subdiviser la boucle conductrice
en éléments présentant individuellement la même longueur, et de
reconnecter ces éléments par des condensateurs pour permettre
l'utilisation d'une boucle de grande taille. Une telle solution
est décrite par exemple dans le brevet US 5,258,766.
On a également déjà proposé d'utiliser des boucles
inductives blindées avec une interruption du blindage et une
inversion des conducteurs. De telles boucles sont généralement
dénommées "boucle de Moebius". De telles structures sont
décrites, par exemple, dans l'article "Analysis of the Moebius
Loop Magnetic Field Sensor" de P. H. Duncan, paru dans IEEE
Transaction on Electromagnetic Compatibility, mai 1974. De
telles structures restent cependant limitées en longueur.
Il existe donc un besoin pour la réalisation d'une
antenne inductive de grande dimension.
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation de la présente
invention est de proposer une antenne inductive qui pallie tout
ou partie des inconvénients des antennes classiques.
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente
invention est de proposer une antenne particulièrement adaptée
aux transmissions dans une plage de fréquences allant du MHz à
la centaine de MHz.
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente
invention est de proposer une antenne inductive de grande
dimension (s'inscrivant dans une surface au moins dix fois
supérieure) par rapport aux antennes des transpondeurs avec
lesquels elle est destinée coopérer.
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Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente
invention est de proposer une structure d'antenne compatible
avec des tracés variés.
Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que
5 d'autres, il est prévu une antenne inductive formée d'au moins
deux paires de tronçons géométriquement bout à bout et
comportant chacun un premier et un second éléments conducteurs
parallèles et isolés l'un de l'autre, chaque paire comportant à
chaque extrémité une unique borne de raccordement électrique de
son premier élément conducteur à celui de la paire voisine, dans
laquelle lesdites paires sont :
d'un premier type dans lequel les éléments conducteurs
sont interrompus approximativement en leur milieu pour définir
les deux tronçons, le premier, respectivement second, élément
conducteur d'un tronçon étant connecté au second, respectivement
premier, élément conducteur de l'autre tronçon de la paire ; ou
d'un second type dans lequel le premier élément
conducteur est interrompu approximativement en son milieu pour
définir les deux tronçons, le second élément conducteur n'étant
pas interrompu.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
les tronçons conducteurs sont longilignes, l'antenne formant une
boucle de géométrie quelconque dans l'espace.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
les longueurs respectives des éléments conducteurs sont choisies
en fonction de la fréquence de résonance de l'antenne.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
les longueurs respectives des éléments conducteurs sont choisies
en fonction de la capacité linéique entre les premier et second
éléments conducteurs.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
au moins un élément capacitif relie entre eux les seconds
éléments conducteurs de paires voisines ou les premier et second
éléments conducteurs d'une même paire.
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Selon un mode de réalisation de la présente invention,
au moins un élément résistif relie entre eux les seconds
éléments conducteurs de paires voisines ou les premier et second
éléments conducteurs d'une même paire.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
chaque tronçon est un tronçon de câble coaxial.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
les tronçons sont formés d'éléments conducteurs torsadés.
On prévoit également un système de génération d'un
champ haute fréquence comportant :
une antenne inductive ; et
un circuit d'excitation de l'antenne par un signal
haute fréquence.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
ledit circuit d'excitation comporte un transformateur haute
fréquence dont un enroulement secondaire est intercalé entre les
premiers éléments conducteurs de deux paires voisines de
l'antenne.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que
d'autres seront exposés en détail dans la description suivante
de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif
en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 qui a été décrite précédemment représente,
de façon schématique et sous forme de blocs, un exemple de
système de transmission radiofréquence du type auquel s'applique
la présente invention ;
la figure 2 est une représentation schématique d'un
mode de réalisation d'une antenne inductive selon l'invention ;
la figure 3 représente un mode de réalisation d'une
paire de tronçons d'un premier type de l'antenne de la figure
2 ;
la figure 4 est une représentation schématique d'un
autre mode de réalisation d'une antenne inductive selon
l'invention ;
7
la figure 5 représente le tracé électrique d'un mode de
réalisation d'un premier type de paire de tronçons d'une antenne ;
la figure 5A représente le schéma-électrique équivalent de
la paire de la figure 5 ;
la figure 6 représente le tracé électrique d'un mode de
réalisation d'un second type de paire de tronçons d'une antenne ;
la figure 6A représente le schéma-électrique équivalent de
la paire de la figure 6 ;
la figure 7 représente un mode de réalisation d'une
antenne inductive et de circuits d'excitation et de réglage ;
les figures 8A et 8B représente deux autres modes de
réalisation d'une paire de tronçons du premier type ;
la figure 9 représente un autre mode de réalisation d'une
paire de tronçons du second type ;
la figure 10 est une représentation schématique d'une
antenne selon un autre mode de réalisation ; et
la figure 11 est une représentation schématique d'une
variante de réalisation.
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références
aux différentes figures qui ont été tracées sans respect d'échelle.
Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension de
l'invention ont été représentés et seront décrits. En particulier,
les circuits d'excitation d'une antenne inductive n'ont pas été
détaillés, l'invention étant compatible avec les signaux
d'excitation habituellement utilisés pour ce genre d'antenne. De
plus, les transpondeurs auxquels sont destinés des antennes de
génération de champ qui vont être décrites n'ont pas non plus été
détaillées, l'invention étant compatible avec les divers
transpondeurs, cartes sans contact, étiquettes RFID, etc. usuels.
La figure 2 est une représentation schématique d'une
antenne selon un mode de réalisation de la présente invention.
Dans cet exemple, on prévoit de mettre bout à bout
plusieurs tronçons 32 et 34 de câble coaxial. Ces tronçons sont
réunis par paires 3 dans chacune desquelles les deux tronçons 32 et
34 sont connectés dans une connexion de type Moebius, c'est-
CAN_DMS= \1074310801
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à-dire que l'âme 324 d'un premier des tronçons est connectée à
la tresse 342 du second tronçon de la paire, tandis que sa
tresse 322 est connectée à l'âme 344 de ce second tronçon.
Dans l'exemple préféré de la figure 2, quatre paires 3
de tronçons sont mises bout à bout. La connexion 4 électrique
entre deux paires voisines ne s'effectue que par un seul des
éléments conducteurs. Dans l'exemple de la figure 2, cette
connexion 4 entre deux paires voisines s'effectue par les
tresses respectives des tronçons des deux paires en regard.
L'autre élément conducteur est non connecté, c'est-à-dire que
dans l'exemple de la figure 2, les âmes de deux paires voisines
ne sont pas connectées.
Il parait plus simple d'effectuer un choix uniforme
pour tous les tronçons de manière à ce que tous les premiers
conducteurs correspondent soit à la tresse soit à l'âme de tous
les tronçons. Dans ce contexte l'élément conducteur de même
type, tresse ou âme, sera utilisé pour relier les paires de
toute l'antenne. Le choix de la tresse est privilégié du fait
que cette manière conduit à un meilleur blindage électrique. En
variante, on pourra prévoir que les connexions 4 s'effectuent
par les âmes respectives des paires en regard. Mais, il est
reste possible d'effectuer un choix différent d'affectation de
premier élément conducteur et de second élément conducteur entre
le premier tronçon et le second tronçon d'une même paire, par
exemple la tresse comme premier élément conducteur pour le
premier tronçon et l'âme comme premier élément conducteur pour
le second tronçon. Ainsi, selon une autre variante, on pourra
prévoir que les connexions 4 entre deux paires voisines
s'effectuent d'âme à tresse ou inversement.
La figure 3 est une représentation schématique d'une
paire 3 de deux tronçons 32 et 34 de l'antenne de la figure 2,
correspondant à un premier type de paire de tronçons. Au niveau
de la connexion centrale 36, l'âme conductrice 324 du tronçon 32
est connectée à la tresse (ou blindage) 342 du tronçon 34, et la
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tresse 322 du tronçon 32 est connectée à l'âme 344 du tronçon
34.
La figure 4 est une représentation schématique d'un
autre mode de réalisation d'une antenne.
Deux paires 3 de tronçons 32 et 34 du premier type (à
connexion centrale croisée - figure 3) sont connectées en
alternance avec deux paires 5 de tronçons 52 et 54 de câble
coaxial dans lesquelles la connexion centrale 56 des tronçons
est différente. Dans ces paires 5 d'un second type, les tronçons
52 et 54 sont connectés par leurs âmes respectives 524 et 544
tandis que leurs tresses 522 et 542 ne sont pas connectées. Les
connexions électriques des paires bout à bout s'effectuent
toujours par l'intermédiaire d'une connexion 4 des tresses entre
elles alors que les âmes ne sont pas connectées.
La répartition et le nombre de paires des deux types
peut varier. Toutefois, les paires du premier type sont plus
avantageuses.
En effet, une paire du premier type permet au niveau
du croisement une zone exposée, ce qui diminue la sensibilité du
circuit aux perturbations parasites. De plus, pour une même
fréquence de résonance, les paires de tronçons peuvent présenter
une longueur deux fois moindre que pour une paire du second
type. La réduction de longueur facilite la réalisation de
l'antenne. La valeur de l'inductance LO associée à une paire du
premier type peut alors être deux fois moindre de celle associée
à une paire du second type. Pour un même courant de circulation,
la tension électrique présente entre les premiers conducteurs
dans la zone de connexion 36 des deux tronçons d'une paire du
premier type est alors deux fois moindre que la tension
électrique dans la zone de connexion 56 d'une paire du second
type. La zone de connexion au sein d'une paire est une zone
exposée qui conditionnent la sensibilité du circuit aux pertur-
bations parasites d'autant que la tension électrique est
importante dans cette zone. La réduction de la tension
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électrique dans cette zone apportée par la paire du premier type
permet une réduction de la sensibilité aux perturbations.
La figure 5 représente le tracé électrique du premier
type de paire 3 de tronçons.
5 La figure
5A représente le schéma-électrique équi-
valent de la paire de la figure 5.
Une paire 3 de tronçons 32 et 34 comporte deux bornes
42 et 44 de connexion aux paires voisines. La borne 42 est
reliée à un premier élément conducteur 322 du tronçon 32 qui,
10 par son autre extrémité, est relié, par l'interconnexion croisée
36, à un second élément conducteur 344 du tronçon 34 dont une
extrémité libre 3441 (côté borne 44) est non connectée. Le
deuxième élément conducteur 324 du tronçon 32 a une extrémité
libre 3241 (côté borne 42) et son autre extrémité connectée, par
la connexion 36, au premier tronçon conducteur 342 du tronçon 34
dont l'autre extrémité est reliée à la borne 44.
Le schéma électrique équivalent d'une telle paire est
représenté en figure 5A et revient à disposer électriquement, en
série, une inductance de valeur LO et un condensateur de valeur
CO, où LO représente l'inductance correspondant à l'association
des tronçons de conducteurs 322 et 342 considérés comme un seul
et même conducteur pour le calcul de cette valeur, et où CO
représente l'ensemble des capacités internes, entre âme et
tresse dans le cas d'un câble coaxial - entre les deux
conducteurs (entre les conducteur 322 et 324 et entre les
conducteurs 342 et 344) dans le cas des autres réalisations.
Dans ce qui précède, on néglige les mutuelles entre
l'association des tronçons 322 et 342 (considérés pour le calcul
comme un conducteur) et les associations de tronçons équivalents
aux tronçons 322 et 342 des autres paires (également considérés
pour le calcul comme un conducteur). Par la formation en boucle,
les différentes paires sont suffisamment éloignées les unes des
autres pour pourvoir négliger les mutuelles devant la valeur de
LO telle que considérée ci-dessus.
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En négligeant les pertes ohmiques dans les conducteurs
et les pertes diélectriques entre les conducteurs, l'impédance
d'une paire de tronçons peut, dans ce mode de réalisation,
s'écrire Z = jL0cel/jC0co.
La figure 6 représente le tracé électrique du second
type de paire 5 de tronçons.
La figure 6A représente le schéma-électrique équi-
valent de la paire de la figure 6.
Dans une paire 5 de tronçons 52 et 54, un premier
conducteur 522 d'un premier tronçon 52 est relié à une première
borne d'accès 42 et son autre extrémité 5222 est laissée en
l'air (non connectée). Un premier élément conducteur 542 d'un
second tronçon 54 est, côté tronçon 52, laissé en l'air
(extrémité 5422) et, à son autre extrémité, relié à la borne
d'accès 44 à la paire 5. Le second conducteur 524 du premier
tronçon 52 est relié, par l'interconnexion 56, au second
conducteur 544 du second tronçon 54. Les extrémités 5241 et 5441
des tronçons 524 et 544 sont laissées en l'air.
D'un point de vue électrique et comme l'illustre la
figure 6A, en supposant les conducteurs des paires 3 et 5 de
même longueur, la paire 5 revient à une connexion en série d'un
élément inductif de valeur LO avec un élément capacitif de
valeur C0/4, où LO représente l'inductance correspondant à
l'association des tronçons de conducteurs 522 et 542 et CO
l'ensemble des capacités internes (entre les conducteur 522 et
524 et entre les conducteurs 542 et 544).
L'impédance d'une paire de tronçons dans ce mode de
réalisation est Z = jL00.)+1/j (C0/4)0).
D'un point de vue électrique, deux paires de tronçons
3 en série sont équivalentes à une paire de tronçons 5 de
longueur double.
Les longueurs seront adaptées à la fréquence de
travail de l'antenne pour que chaque paire de tronçons respecte
l'accord, c'est-à-dire que LCW = 1. On voit que l'on peut donc
jouer en fonction de la distribution des types de paire entre
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les paires 3 et 5 sur les longueurs des éléments conducteurs et
les valeurs de capacité linéique entre les deux conducteurs des
tronçons. Les valeurs des éléments capacitifs ne sont désormais
plus négligeables et l'antenne est moins sensible aux
perturbations de son environnement.
Former une antenne avec plusieurs paires de tronçons
du type des figures 5 et 6 permet de fractionner le circuit
électrique et évite les éléments inductifs de trop grande
longueur dans lequel le courant circulant le long du circuit de
boucle inductive ne parviendrait pas à avoir une amplitude et
une phase homogènes le long du circuit. En effet, la connexion
des paires entre-elles revient à connecter en série plusieurs
circuits résonants de même fréquence de résonnance. La longueur
des antennes inductives n'est désormais plus limitée.
Les différentes paires de tronçons n'ont pas néces-
sairement les mêmes longueurs, pourvu que chaque paire respecte,
le cas échéant avec l'interposition d'un condensateur connecté
entre deux conducteurs au niveau d'une jonction entre deux
paires, la relation de résonance.
La figure 7 représente un mode de réalisation d'une
antenne inductive et de circuits d'excitation et de réglage.
L'antenne comporte ici trois paires 3 du premier type.
Le circuit d'excitation 18 est un transformateur haute
fréquence dont le primaire 182 reçoit un signal d'excitation du
générateur haute fréquence 12 (figure 1) et dont les deux bornes
du secondaire 184 sont reliées aux bornes 42 et 44 de deux
paires voisines en lieu et place de leur interconnexion 4.
L'enroulement secondaire forme donc cette connexion entre ces
deux paires. Le transformateur sera de préférence choisi pour
ramener côté secondaire une inductance négligeable à la
fréquence de travail devant la valeur LO, ce qui est par exemple
le cas lorsque le couplage est proche de 1.
Par ailleurs, un circuit de réglage 16 connecte les
extrémités libres 3241 et 3441 des conducteurs 324 et 344 de ces
deux paires qui se trouvent donc reliées. Ce circuit 16 est,
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dans l'exemple de la figure 7, un circuit résistif (résistance
R4) et capacitif (condensateur C4). Le rôle du condensateur C4
est d'ajuster la fréquence de résonance de l'antenne. Le rôle de
la résistance R4 est de régler le facteur de qualité Q de
l'antenne à une valeur choisie, par exemple, pour ajuster la
bande passante.
Des condensateurs peuvent être intercalés entre
différentes paires, connectés entre les éléments conducteurs
d'un même tronçon, entre éléments conducteurs laissés libres
(ici les âmes des tronçons coaxiaux) et le point de connexion 42
ou 44 (ici les tresses des tronçons coaxiaux), ou entre les
conducteurs laissés libres des tronçons interconnectés de chaque
paire, pour diminuer la fréquence de résonnance.
On pourra également réduire la longueur de l'élément
conducteur 324 ou 344 laissé libre (ici les âmes) de façon à
réduire la capacité totale du tronçon correspondant pour
augmenter la fréquence de résonance.
De façon similaire, des éléments résistifs pourront
être connectés entre les extrémités libres des éléments
conducteurs entre deux paires pour ajuster et abaisser le
facteur de qualité de l'antenne ainsi constituée. Des éléments
résistifs peuvent être également insérés en lieu et place d'une
interconnexion 4 entre deux paires pour abaisser et ajuster le
facteur de qualité.
La forme à donner aux différents tronçons n'est pas
nécessairement rectiligne. Comme l'illustre la figure 7, les
tronçons peuvent suivre des tracés divers. Ainsi, l'antenne
fermée de l'invention peut suivre le tracé d'un cadre, effectuer
des boucles, suivre une forme arrondie, suivre des formes dans
les trois dimensions de l'espace, etc.
Dans les modes de réalisation ci-dessus, les circuits
de réglage ont été illustrés avec une connexion entre les
paires. On notera qu'en variante et dans le cas de paires du
second type (5), de tels circuits pourraient être insérés au
sein même des paires de tronçons. Dans ce cas, pour l'intro-
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duction d'un condensateur, celui-ci relie les deux extrémités
libres non interconnectées des éléments 522 et 542.
Des éléments résistifs peuvent également être insérés
en lieu et place des connexions entre conducteurs des deux
tronçons d'une même paire (du premier type 3 et du second type
5) au niveau de la jonction 36 et 56 pour abaisser le facteur de
qualité.
Les figures 8A, 8B et 9 représentent des paires de
tronçons conducteurs selon un autre mode de réalisation de la
présente invention. Ce mode de réalisation illustre que des
paires de tronçons conducteurs peuvent être réalisées aux moyens
de conducteurs torsadés plutôt qu'aux moyens de tronçons coaxiaux.
Les figures 8A et 8B représente deux modes de
réalisation d'une paire 3 de tronçons du premier type.
En figure 8A, deux tronçons de fils torsadés sont
interconnectés de façon similaire à celle décrite en relation
avec les tronçons de câble coaxial.
La figure 8B représente un autre mode de réalisation
d'une paire de tronçons à interconnexion croisée dans lequel le
croisement est en fait obtenu en inversant le conducteur sur
lequel est connectée la borne de sortie (par exemple 44) par
rapport à celui sur lequel est connectée la borne d'entrée (par
exemple 42), les tronçons conducteurs n'étant pas interrompus à
l'intérieur de la paire.
La figure 9 représente un mode de réalisation d'une
paire 5 de tronçons 52 et 54 du second type, réalisé par des
conducteurs torsadés.
Selon encore un autre mode de réalisation non repré-
senté, les paires de tronçons sont réalisées avec des conducteur
non torsadés, blindés ou non.
Selon encore un autre mode de réalisation non
représenté, les paires de tronçons sont réalisées par des pistes
déposées sur un substrat isolant.
Une antenne telle que décrite ci-dessus peut également
être définie comme comportant au moins deux sous-ensembles de
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forme longiligne (3, 5, 3') géométriquement bout à bout et
comportant chacun, suivant leur longueur, un premier et un
second élément conducteurs parallèles et isolés l'un de l'autre,
et à chaque extrémité, en connexion avec le premier élément
5 conducteur,
une unique borne de raccordement électrique au sous-
ensemble voisin, le second conducteur n'étant pas raccordé
électriquement, dans laquelle tout ou partie des sous-ensembles
sont :
d'un premier type dans lequel chacun des premier et
10 second conducteurs est interrompu approximativement en son
milieu et reconnecté à l'autre conducteur du sous-ensemble ; ou
d'un second type dans lequel le premier conducteur est
interrompu approximativement en son milieu, le second conducteur
n'étant pas interrompu.
15 Avec une
telle définition, un élément conducteur est,
dans le cas d'une connexion croisée (figures 3, 5 et 8A) formé
de deux portions électriquement en série de fils conducteurs
(âme ou tresse) différents du câble utilisé de sorte que chaque
borne de raccordement est connectée au conducteur de même nature
(tresse ou âme) du sous-ensemble tout en étant non connectée
électriquement à l'autre borne.
A titre d'exemple particulier de réalisation, on
pourra former les tronçons en découpant des lignes coaxiales
usuelles. Il en existe couramment avec des impédances
caractéristiques de 50, 75 et 93 ohms dont les valeurs de
capacité linéiques sont respectivement 100 pF/m, 60 pF/m et
45 pF/m. Par exemple, avec un câble coaxial 50 ohms, on peut
obtenir dans l'exemple d'une connexion croisée, des inductances
LO de l'ordre du pH.
Selon un autre exemple particulier utilisant des
conducteurs gainés (torsadés ou non), on trouve des câbles dont
la capacité linéique entre conducteurs est de l'ordre de 30 à
pF/m. Avec de tels câbles on peut, par exemple, obtenir des
inductances LO d'une valeur comprise entre environ 2 et 3 pH.
CA 02805083 2013-01-10
WO 2011/157942 PCT/FR2011/051346
16
La figure 10 est une représentation schématique d'une
antenne selon un autre mode de réalisation. Comme dans les
autres modes de réalisation, l'antenne comporte au moins deux
paires (du premier type 3, figure 5 ou du second type 5, figure
6) de tronçons, formés chacun d'éléments conducteurs parallèles
et isolés l'un de l'autre. Dans l'exemple de la figure 10, on
suppose des paires de tronçons de câble coaxial. Cette structure
est complétée par une demi-paire additionnelle constituée de
deux éléments conducteurs du premier type 32, 34 ou du second
type 52, 54. Le cas échéant, la demi-paire n'est pas en
terminaison de l'antenne mais est intercalée entre deux paires.
La présence de la demi-paire supplémentaire peut servir à
ajuster la longueur de l'antenne.
La figure 11 est une représentation schématique d'une
variante selon laquelle deux segments 61 et 63 de câble coaxial
sont disposés mécaniquement côte à côte en parallèle et leurs
tresses sont connectées électriquement l'une à l'autre, au moins
aux deux extrémités pour former un seul premier élément
conducteur (connexion 67). Les âmes sont connectées
électriquement pour former un seul second élément conducteur
(connexion 65 à une des extrémités). Chaque élément du type
illustré en figure 11 constitue un tronçon 32, 34, 52 ou 54 de
la structure d'antenne. Un avantage du tronçon formé par
l'assemblage des segments de la figure 11 est d'augmenter la
capacité linéique du tronçon, entre le premier élément
conducteur et le second élément conducteur. Ceci permet de
réduire la longueur nécessaire d'une paire pour une même
fréquence de résonance et donc de bénéficier d'une plus grande
souplesse sur la géométrie de l'antenne.
Dans la réalisation d'antenne par des tronçons
coaxiaux, on tire plus profit de la capacité entre le blindage
et l'âme conductrice pour réaliser des tronçons inductifs et
capacitifs, ayant une capacité plus élevée (donc pouvant être
plus court pour une même fréquence) que dans une réalisation à
élément filaires.
CA 02805083 2013-01-10
WO 2011/157942 PCT/FR2011/051346
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Un avantage des modes de réalisation qui ont été
décrits est qu'ils permettent la réalisation d'antennes de
grandes dimensions pour des applications à des fréquences de
résonance supérieures au MHz (typiquement entre 10 et 100 MHz).
On peut ainsi créer des antennes sur des portiques, des
comptoirs, etc. tout en ayant une circulation de courant
homogène le long de la boucle pour produire le champ voulu.
A titre d'exemple particulier de réalisation, une
antenne adaptée à un fonctionnement à une fréquence de 13,56 Mhz
peut être réalisée sous la forme d'une boucle rectangulaire
d'environ 87 cm par 75 cm constituée de trois paires de
conducteurs (trois fois deux tronçons) du premier type en câble
coaxial 50 ohms, 100 pF/m (diamètre de tresse de 3,5 mm), répartis
en deux paires suivant un tracé en L d'environ 1,07 m en
longueur déployée (présentant une inductance LO d'environ
1,22 pH ou 1,21 pH en tenant compte de la mutuelle inductance)
et une paire suivant un tracé en U d'environ 1,08 m en longueur
déployée (présentant une inductance LO d'environ 1,20 pH ou
1,19 pH en tenant compte des mutuelles inductances). La
fréquence de résonnance peut être ajustée par un condensateur
variable.
Divers modes de réalisation ont été décrits, diverses
variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En
particulier, les dimensions à donner aux tronçons conducteurs et
aux éléments capacitifs dépendent de l'application et leur
calcul est à la portée de l'homme du métier à partir des
indications fonctionnelles données ci-dessus et de la fréquence
de résonance et de la taille d'antenne souhaitées.
