Dispositivo de transmisión de señales, por acoplamiento inductivo sin contacto,

que comprende al menos unaestructura de antena que forma una o varias antenas, comprendiendo dicha estructura al menos primera y segundapluralidades de enlaces conductores (102, 106), formando cada pluralidad de enlaces conductores un circuitoconductor (104, 204, 304, 404, 504, 604, 704; 108, 208, 308, 408, 508, 608, 708) por el que circulará una corriente(I1; I2),

estando dichos enlaces conductores distribuidos en al menos 2 planos paralelos distintos,

siendo los circuitos conductores distintos y no estando conectados entre sí en dicha estructura de antena, de modoque las corrientes que circulan en cada circuito conductor puedan ser diferentes,

estando el conjunto de dichos enlaces conductores dispuestos de modo que una proyección en un mismo plano delos enlaces conductores tenga la forma de un primer contorno (C1) según una primera forma, de un segundocontorno (C2) situado en el interior del primer contorno y según una segunda forma, homotética de dicha primeraforma y de una pluralidad de segmentos que conectan el primer contorno y el segundo contorno.

Antena inductiva de banda ancha para sistemas de comunicación sin contacto

5 Campo técnico

El campo al que se refiere la invención es el de las antenas, particularmente en los sistemas de transmisión de datos mediante acoplamiento inductivo, eventualmente en dispositivos susceptibles de asegurar una alimentación a distancia.

La invención prevé la implementación de nuevas estructuras de antenas inductivas, en particular en sistemas de comunicación sin contacto que realizan intercambios de informaciones entre una estación fija (lector, interrogador, acoplador, PCD) y un objeto móvil (transpondedor, etiqueta, tarjeta, PICC) , colocado en el campo electromagnético emitido por la estación fija.

La invención se aplica, por ejemplo, a los sistemas de identificación por radiofrecuencia RFID (RFID por “Radio Frequency Identification”) , a los dispositivos que siguen la norma ISO 14443, en los que se realizan intercambios sin contacto entre un elemento PICC (PICC por “Proximity Integrated Circuit Card”) y un elemento PCD (PCD por “Proximity Coupling Device”) , a los dispositivos NFC según la norma 18892.

El dispositivo de antena de acuerdo con la invención puede estar previsto para estaciones fijas, tales como los lectores de tarjetas y permitir obtener grandes velocidades de transmisión de datos en emisión o/y en recepción, y eventualmente asegurar una función óptima de alimentación a distancia.

25 Técnica anterior

Los sistemas de comunicación que siguen la norma 14443 utilizan generalmente una frecuencia central del orden de 13, 56 MHz, con una longitud de onda del orden de 22 metros muy superior a las dimensiones del sistema de comunicación. En estos sistemas, las dimensiones de las antenas y la distancia entre la estación fija, por ejemplo un lector y un objeto móvil, por ejemplo una tarjeta, no superan generalmente varios decímetros. Las comunicaciones se establecen por medio de una conexión inalámbrica entre dos bobinados, una antena de lector y una antena de tarjeta, mediante acoplamiento de tipo inductivo. Los parámetros principales de las antenas del sistema de comunicación son las inductancias de los bobinados, las inductancias mutuas o coeficientes de acoplamiento entre bobinados, el factor de calidad de los bobinados. La antena del lector en forma de un bobinado, está conectada a un 35 generador de señal previsto para suministrar una corriente en el bobinado, para producir un campo magnético variable a una frecuencia central dada, por ejemplo de 13, 56 MHz, en el espacio que rodea a esta antena. Cuando la tarjeta se coloca en las proximidades del lector, la antena de la tarjeta es sometida a un campo variable, que genera una fuerza electromotriz (f.e.m) en el bobinado de antena de la tarjeta. Un montaje llamado “en resonancia paralela”, mediante la conexión de una capacidad a los bornes del bobinado permite generar una tensión mayor, Q x f.e.m, en los bornes del bobinado, con Q un factor de sobretensión. Esta tensión puede permitir alimentar un circuito electrónico específico, por ejemplo un chip electrónico, conectado a los bornes del bobinado de antena de la tarjeta. Se cualifica este tipo de alimentación sin contacto o inalámbrica o también de “alimentación a distancia”. Mediante la modulación de la señal aplicada al bobinado de antena del lector, también es posible transmitir informaciones al chip electrónico de la tarjeta. El hecho de que el bobinado de antena de la tarjeta esté conectado a una capacidad y a un

45 circuito electrónico, conduce a una circulación de corriente en este bobinado. Esta corriente que circula en el bobinado de la tarjeta produce un segundo campo que se añade al primero en el espacio que rodea al sistema y produce una segunda fuerza electromotriz en el bobinado de antena del lector. Siendo este efecto proporcional a la corriente que circula en el bobinado de antena del lector, la fuerza electromotriz producida por la tarjeta sobre el bobinado de antena del lector puede asimilarse a una impedancia, llamada impedancia transferida por acoplamiento. La variación de los parámetros de impedancia del chip electrónico conectado al bobinado de antena de la tarjeta conduce a una variación de esta impedancia transferida al bobinado de antena del lector. Le es posible, entonces, a la tarjeta, mediante este medio denominado habitualmente "modulación de carga", transmitir informaciones al lector. De este modo, puede realizarse una transmisión de datos entre el lector y la tarjeta.

55 Los órganos de acoplamiento entre la tarjeta y el lector son bobinados o bobinas de elementos conductores. Estos elementos conductores pueden estar en diferentes formas, por ejemplo cables de sección circular o las pistas de un circuito impreso, por ejemplo. De manera general, estos bobinados se denominan antenas o antenas inductivas. La banda pasante del lector está definida principalmente por el factor de calidad de un resonador, con un ancho de banda proporcional a la resistencia de pérdidas en serie. La capacidad de producir un campo está directamente vinculada a la corriente que circula en el bobinado de antena. La corriente será tanto más reducida, a tensión de fuente constante cuanto mayor sea la resistencia en serie. Las antenas del lector pueden estar formadas por un circuito conductor realizado en circuito impreso, cuya geometría puede ser, por ejemplo, de forma rectangular, circular o elíptica y de un tamaño que puede ir de varios centímetros a varios decímetros. Por geometría de la antena se entiende el diseño o el motivo formado por un bobinado o por las pistas metálicas que forman la antena.

65 El documento US-A-5691731 describe un interrogador RFID equipado con una antena de tipo de ranura que

comprende un bucle interno y un bucle externo.

Los actuales sistemas de tarjetas de identificación sin contacto por radiofrecuencia emplean, generalmente, una velocidad reducida de transmisión de datos, en la medida en que las aplicaciones actuales, tales como el 5 intercambio de datos de fecha, de hora, de un número de identificación, un código de barras, no necesitan transferencias voluminosas.

Con la aparición de nuevas aplicaciones, por ejemplo el intercambio de datos biométricos para los pasaportes, están previstas transmisiones de volúmenes de datos mayores. Se han añadido enmiendas a la norma 14443 para

alcanzar velocidades cualificadas de "altas velocidades” (por ejemplo 212 kbps, 424 kbps y 847 kbps) , mientras que hay enmiendas previstas para velocidades cualificadas como “velocidades muy altas” (por ejemplo 1, 7 Mbps, 3, 4 Mbps y 5, 1 Mbps, 10.1 Mbps) .

Para obtener dichas velocidades, una solución consiste en ensanchar la banda pasante de las antenas de los

lectores. La implementación de una modulación compleja, por ejemplo, con múltiples niveles de amplitud o/y múltiples niveles de fase puede, en cuanto a sí, permitir aumentar la velocidad mientras limitan el ensanchamiento necesario de la banda pasante. Ello no quita que, con dicha modulación, se plantea el problema de obtener una buena relación de señal con respecto a ruido de la conexión lector-tarjeta.

El aumento de la amortiguación de la antena del lector conduce a un aumento importante de la potencia necesaria para un nivel de campo producido idéntico. El aumento de la amortiguación conduce también a una reducción de la sensibilidad a la retro-modulación o modulación de carga de la tarjeta.

Se plantea el problema de encontrar una nueva estructura de antena inductiva, en particular para un lector de un

sistema de comunicación que permite obtener una banda suficientemente ancha para aplicaciones a velocidad muy alta, sin degradar la eficacia de la antena, en particular la relación campo/potencia en emisión y la eficacia en recepción.

Exposición de la invención

La presente invención prevé la realización de una estructura de antena de banda pasante ancha, adaptada a intercambios de datos a alta velocidad o muy alta velocidad.

El objeto de la invención se define mediante la reivindicación 1 y realizaciones ventajosas se precisan en las 35 reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se entenderá mejor con la lectura de la descripción de ejemplos de realización dados, a título 40 puramente indicativo y en absoluto limitante, haciendo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de transmisión de señales, por acoplamiento inductivo sin contacto, que comprende al menos una estructura de antena que forma una o varias antenas, comprendiendo dicha estructura al menos primera y segunda

pluralidades de enlaces conductores (102, 106) , formando cada pluralidad de enlaces conductores un circuito conductor (104, 204, 304, 404, 504, 604, 704; 108, 208, 308, 408, 508, 608, 708) por el que circulará una corriente (I1; I2) ,

estando dichos enlaces conductores distribuidos en al menos 2 planos paralelos distintos,

siendo los circuitos conductores distintos y no estando conectados entre sí en dicha estructura de antena, de modo que las corrientes que circulan en cada circuito conductor puedan ser diferentes,

estando el conjunto de dichos enlaces conductores dispuestos de modo que una proyección en un mismo plano de

los enlaces conductores tenga la forma de un primer contorno (C1) según una primera forma, de un segundo contorno (C2) situado en el interior del primer contorno y según una segunda forma, homotética de dicha primera forma y de una pluralidad de segmentos que conectan el primer contorno y el segundo contorno.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo cada circuito conductor una sucesión de partes conductoras, estando cada parte conductora formada:

- por un primer enlace conductor (1021, 1061; 2021, 2061) cuya proyección forma una parte de dicho primer contorno (C1) ,

- por un segundo enlace conductor (1022, 1062; 2022, 2062) cuya proyección forma un segmento de transición entre el primer contorno y el segundo contorno,

- por un tercer enlace conductor (1023, 1063; 2023, 2063) cuya proyección forma una parte del segundo contorno

- por un cuarto enlace conductor (1024, 1064; 2024, 2064) cuya proyección forma un segmento de transición entre el segundo contorno y el primer contorno.

3. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, estando dichos enlaces conductores dispuestos de modo

que dichos circuitos tienen, dos a dos, un coeficiente de acoplamiento nulo o al menos inferior al 5% o al 1%. 35

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que cada circuito (104, 108, 204, 208) está dispuesto para formar un bucle resonante.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, estando dichos segmentos que conectan el primer contorno y el segundo contorno situados en rectas que pasan por el centro de homotecia de dichos contornos.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha primera forma y dicha segunda forma son poligonales o circulares o elípticas.

45 7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que al menos uno de dichos circuitos conductores comprende uno o más componentes pasivos.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo dicha estructura tres pluralidades de enlaces conductores que forman tres circuitos conductores distintos (304, 306, 308) .

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, estando cada circuito unido o acoplado o conectado a un generador.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que al menos uno de dichos circuitos

55 conductores está conectado à un generador, y al menos otro de dichos circuitos está conectado a una etapa de recepción de señales.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que uno o más de dichos circuitos conductores están conectados a uno o más generadores, comprendiendo el dispositivo al menos un bloque de conexión entre dichos circuitos conductores y dichos generadores, comprendiendo el bloque de conexión al menos un módulo divisor de potencia y/o al menos un módulo desfasador y/o al menos un módulo de adaptación de impedancia.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que uno o más de dichos circuitos están

65 conectados a una o más etapas de recepción de señales, comprendiendo el dispositivo al menos un bloque de conexión entre dichos circuitos conductores y dichas etapas de recepción, comprendiendo el bloque de conexión al menos medios de filtrado y/o al menos un módulo de adaptación de impedancia.

13. Dispositivo de comunicación por acoplamiento inductivo o sin contacto entre un lector y al menos un objeto móvil, en particular una tarjeta sin contacto o una etiqueta, que comprende un dispositivo de transmisión de señales de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12.