FR3006085A1 - Dispositif radiofrequence muni d'une antenne optimisee - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif radiofréquence destiné à communiquer sans contact avec un lecteur associé, composé d'une couche plane de support (11) et d'un circuit électrique, le circuit électrique comprenant une antenne (12) formée d'un enroulement plan d'au moins deux spires (10) qui se croisent sans se court-circuiter grâce à une couche de diélectrique (9) et une puce ou un module électronique (14) connectée à l'antenne. Selon la caractéristique principale de l'invention, la permittivité électrique relative de la couche de diélectrique (9) a une valeur supérieure à 20 et crée une capacité de croisement Cc dont la valeur augmente la capacité résultante C du circuit électrique de manière à diminuer l'inductance L de l'antenne en diminuant sa longueur d'un nombre entier de spires, le circuit électrique formant ainsi un circuit résonnant permettant la communication avec le lecteur associé.

Description

La présente invention concerne la fabrication d'une antenne pour dispositif radiofréquence équipant les cartes à puce ou les produits semi finis destinés à la réalisation des passeports électroniques et concerne en particulier un dispositif radiofréquence muni d'une antenne optimisée. Les dispositifs radiofréquences intégrés à des supports plans et flexible tels que des cartes à puce, des tickets sans contact, des documents de sécurité ou de valeur disposent d'une puce ou d'un module électronique et d'une antenne connectés ensemble. Ces dispositifs permettent l'échange d'informations avec l'extérieur par couplage électromagnétique à distance donc sans contact physique, entre son antenne et une deuxième antenne située dans un dispositif de lecture associé. Ces dispositifs sont utilisés aujourd'hui dans un grand nombre d'applications et en particulier pour l'identification des personnes circulant dans des zones à accès contrôlé ou transitant d'une zone à une autre. Il est connu qu'un circuit formé par une puce et une 20 antenne est un circuit résonnant dont le fonctionnement optimal est obtenu lorsque la loi de résonance du circuit suivante est respectée : LCw02 = 1 (1) dans laquelle L représente l'inductance de l'antenne, 25 C représente la capacité totale connectée à l'antenne et w la pulsation égale à 2nf, dans laquelle f représente la fréquence de résonnance recherchée (par exemple à 13.56 MHz). Donc il résulte que la fréquençe de résonnance du circuit fo est égale à : 30 fo = 1/2nVLE (2) Afin de réduire le prix de revient des puces, les fondeurs sont amenés de plus en plus à diminuer la dimension du condensateur intégré dans celles-ci et ainsi à réduire la capacité d'entrée du circuit. Ils peuvent ainsi 35 produire des puces de plus petites dimensions. Afin de respecter la loi LCo2 = 1 et d'obtenir un couplage optimal, on a cherché à augmenter l'inductance L de l'antenne pour compenser la baisse de la valeur de la capacité d'entrée de la puce. Dans le cas des antennes réalisées par gravure chimique du cuivre ou de l'aluminium, sous forme de spires sur un support diélectrique plastique, on a augmenté l'inductance en augmentant par exemple le nombre de spires. Cette solution engendre toutefois plusieurs inconvénients. En effet, tout circuit électrique ayant une résistance, l'augmentation du nombre de spires, qui correspond en fait à un allongement du circuit, entraîne une augmentation de la valeur de cette résistance. Ceci affecte les performances de l'antenne et donc de la carte. En effet, la distance de lecture de la carte est diminuée. Le prix de revient unitaire de l'antenne gravée augmente de façon significative. Ainsi, la réduction de coût obtenue par les fondeurs avec des puces ayant une capacité d'entrée plus faible se trouve annulée par ce surcoût des antennes. La fabrication et l'utilisation des cartes ne se trouvent donc pas plus rentables. Le document FR 2 803 439 décrit une solution aux 20 problèmes précités. Ce document décrit une antenne de couplage connectée à une puce contenant un ou plusieurs condensateurs intégrés. Cette antenne de couplage contient au moins une spire sérigraphiée sur un support constitué par un substrat diélectrique isolant et comprend également 25 un condensateur sérigraphié sur le support, connecté en parallèle, permettant ainsi de réduire la capacité fournie par le(s) condensateur(s) intégré(s) dans le dispositif, pour que la capacité résultante forme un circuit résonnant avec la spire. 30 Cette solution ne permet pas non plus d'économiser sur le prix de la matière sérigraphiée qui comprend alors le condensateur en plus de l'antenne. C'est pourquoi le but de l'invention est de pallier aux inconvénients précités en fournissant une antenne avec 35 une capacité parallèle obtenue à moindre coût, permettant d'obtenir une carte à puce dont le prix de revient est fortement diminué par rapport à celui des cartes à puce actuellement sur le marché, grâce à la diminution du nombre de spires de l'antenne. L'objet de l'invention est donc un dispositif radiofréquence destiné à communiquer sans contact avec un lecteur associé, composé d'une couche plane de support et d'un circuit électrique, le circuit électrique comprenant une antenne formée d'un enroulement plan d'au moins deux spires qui se croisent sans se court-circuiter grâce à une couche de diélectrique et une puce ou un module électronique connectée à l'antenne. Selon la caractéristique principale de l'invention, la permittivité électrique relative de la couche de diélectrique a une valeur supérieure à 20 et crée une capacité de croisement Cc dont la valeur augmente la capacité résultante C du circuit électrique de manière à diminuer l'inductance L de l'antenne en diminuant sa longueur d'un nombre entier de spires, le circuit électrique formant ainsi un circuit résonnant permettant la communication avec le lecteur associé.

Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : La figure 1 représente un schéma général du dispositif radiofréquence selon l'invention, La figure 2 représente le schéma électrique du dispositif radio fréquence selon l'invention. Le dispositif radio fréquence selon l'invention est destiné à communiquer sans contact avec un lecteur associé. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif est composé principalement d'une couche plane de support 11 sur lequel est réalisé une antenne 12 à laquelle on vient connecter une puce ou un module électronique 14. Le dispositif selon l'invention s'applique avantageusement à une carte ou à un ticket sans contact au format standard d'une carte à puce ou à un livret d'identité tel qu'un passeport. Il peut s'appliquer également à un produit semi-fini destiné à la fabrication d'une carte, d'un ticket sans contact, ou d'un livret d'identité, il est alors appelé communément « inlay ». Le support 11 est en papier, en papier synthétique tel que du teslin ou en matière plastique telle que du polychlorure de vinyle (PVC), du polyester (PET, PETG), du polycarbonate (PC) ou de l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). L'antenne est réalisée par impression offset, sérigraphique, héliographique ou flexographique d'une encre 10 conductrice du type encre conductrice polymère, chargée en éléments conducteurs tels que l'argent, le cuivre ou le carbone. L'antenne est formée d'un enroulement plan d'au moins deux spires 10 qui se croisent sans se court-circuiter en passant dessus et dessous une couche 15 électriquement isolante tel qu'une couche de diélectrique 9. L'antenne étant coupée elle comporte deux extrémités de connexion sur lesquels la puce est connectée. La figure 2 représente le schéma électrique équivalent du dispositif selon l'invention représenté sur 20 la figure 1. Selon le schéma, le dispositif radiofréquence selon l'invention est équivalent à un circuit électrique résonnant réalisé par une antenne 22 accordée par une puce électronique 24. La puce 24 possède une capacité interne Cp obtenue par l'intermédiaire des condensateurs contenus dans 25 la puce et une résistance de charge Rp. La puce comporte également une partie électronique correspondant à la zone mémoire et au processeur. L'antenne 22 est équivalente à une inductance L, une résistance r, une capacité inter-spires Cf et une capacité de croisement Cc. L'inductance L 30 est obtenue par la longueur équivalente des enroulements de l'antenne donc L est directement lié au nombre de spires de l'antenne. La capacité inter-spires Cf se créée dans l'espace entre les spires 10 et représente la capacité due à l'enroulement des spires ; la valeur de cette capacité 35 est négligeable. Pour une fréquence de résonnance cible, l'inductance devra atteindre une valeur nominale suivant la relation : 1/27rViTE. (3) Dans les dispositifs radiofréquences de l'art 5 antérieur, la valeur de la capacité C est fixée exclusivement par la valeur de la capacité Cp de la puce 22, les autres capacités représentées par la capacité interspire et la capacité de croisement étant considérées comme négligeables.

10 D'autre part, dans les dispositifs radiofréquences de l'art antérieur utilisant la technologie de l'antenne imprimée, le diélectrique utilisé pour réaliser le pont électrique de l'antenne à l'endroit du croisement des spires est constitué d'un matériau dit « transparent » 15 c'est-à-dire n'influençant pas son environnement proche de façon à ne pas perturber l'ajustement de l'antenne à la puce. On le considère comme de l'air et sa permittivité électrique est faible. Par conséquent, la valeur de la capacité d croisement est négligeable. Donc de manière à 20 obtenir la fréquence cible, et selon le type de puce utilisée l'antenne est ajustée à la puce par la valeur de son inductance. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, la capacité C est réévaluée d'après la valeur de la 25 capacité de croisement Cc de l'antenne 22 et par conséquent la valeur de l'inductance L diminue. On considère que la capacité C est égale à la somme de la Capacité de la puce Cp et de la capacité de croisement Cc. L'équation (3) devient : 30 fo = 1/27r.'/L. (Cp + Cc + Cf). (4) Dans notre cas, la capacité de croisement est déterminée de façon à réduire la longueur de l'enroulement 35 de l'antenne d'un nombre entier de spires pour que la capacité résultante du circuit composé de l'antenne et de la puce ou du module électronique 14 forme un circuit résonnant, c'est-à-dire apte à communiquer correctement avec le lecteur associé. La capacité de croisement est déterminée d'après la formule suivante : A C= EO* Er*d (5) Où : EO = 8,854187 10-12 F.m-1 (Permittivité de l'air) Sr: permittivité relative du diélectrique 9 A : Surface de croisement des spires conductrices en regard 10 et de part et d'autre de la couche de diélectrique 9 d : épaisseur du diélectrique formant le pont 9 Donc pour des dispositifs radiofréquences fonctionnant à la fréquence de 13.56 MHz, la permittivité électrique relative cr du diélectrique est supérieure à 20 15 et de préférence égale à 40, l'épaisseur d du diélectrique est comprise entre 10 et 40 gm. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé comme stratifié pour la fabrication d'un document d'identité tel qu'un passeport ou pour la fabrication d'un 20 document de sécurité ou de valeur tel qu'une carte d'identité ou un permis de conduire. Il peut être également utilisé dans la fabrication d'une carte à puce sans contact ou d'un ticket sans contact. 25

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif radiofréquence destiné à communiquer sans contact avec un lecteur associé, composé d'une couche plane de support (11) et d'un circuit électrique, ledit circuit électrique comprenant une antenne (12) formée d'un enroulement plan d'au moins deux spires (10) qui se croisent sans se court-circuiter grâce à une couche de diélectrique (9) et une puce ou un module électronique (14) connectée à ladite antenne, Caractérisé en ce que la permittivité électrique relative de ladite couche de diélectrique (9) a une valeur supérieure à 20 et crée une capacité de croisement Cc dont la valeur augmente la capacité résultante C dudit circuit électrique de manière à diminuer l'inductance L de l'antenne en diminuant sa longueur d'un nombre entier de spires, ledit circuit électrique formant ainsi un circuit résonnant permettant la communication avec le lecteur associé.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel 20 l'antenne est réalisée par impression d'une encre conductrice.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite couche de support (11) est en papier 25 synthétique tel que du teslin.
4. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, danà lequel ladite couche de support (11) est en polycarbonate. 30
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite couche de diélectrique a une épaisseur comprise entre 10 et 40 //m.
6. 6. Utilisation du dispositif radiofréquence selon 35 l'une des revendications précédentes comme stratifié pourtel qu'un passeport de sécurité ou de ou un permis de la fabrication d'un document d'identité ou pour la fabrication d'un document valeur tel qu'une carte d'identité conduire.
7. 7. Utilisation du dispositif radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 5 dans la fabrication d' une carte à puce sans contact.
8. 8. Utilisation du dispositif radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 5 dans la fabrication d'un ticket à puce sans contact.