EP1559170B1 - Reader or transmitter and/or receiver comprising a shrouded antenna - Google Patents

Description

Translated fromFrench

La présente invention concerne un lecteur ou un émetteur équipé d'une antenne blindée. En particulier, l'invention concerne un tel dispositif prévu pour communiquer avec des transpondeurs placés à l'intérieur d'un volume de communication défini par l'antenne, notamment par les dimensions géométriques de celle-ci. A titre d'exemple, le volume de communication est prévu à l'intérieur d'un cylindre ou d'un parallélépipède rectangle autour duquel est agencé l'antenne.The present invention relates to a reader or transmitter equipped with a shielded antenna. In particular, the invention relates to such a device provided for communicating with transponders placed inside a communication volume defined by the antenna, in particular by the geometric dimensions thereof. By way of example, the communication volume is provided inside a rectangular cylinder or parallelepiped around which the antenna is arranged.

Afin de blinder l'antenne, notamment pour que celle-ci ne perturbe pas son environnement, il est connu de l'homme du métier d'agencer, conformément à lafigure 1, une bobine centrale 2 définissant à l'intérieur de ses spires 4 un volume de communication 6 et, de part et d'autre de cette bobine 2, deux bobines de blindage 8 et 9. Pour ne pas diminuer le volume de communication de l'antenne, les bobines 8 et 9 sont agencées à une certaine distance de la bobine 2. En effet, pour obtenir une annulation du champ magnétique hors de l'antenne, les bobines 8 et 9 sont alimentées avec un déphasage de 180° relativement à la bobine centrale de communication. Comme cela ressort du graphe inférieur de lafigure 1, une forte diminution de l'amplitude du champ de l'antenne blindée intervient entre les trois régions où dominent les champs respectifs des trois bobines considérées. Ces régions 11 et 12 de diminution de l'amplitude du champ magnétique résultent donc du déphasage de 180° susmentionné pour l'alimentation des bobines de blindage. On notera que, dans les régions 11 et 12, la diminution du champ magnétique est relativement importante, de sorte qu'une communication entre le lecteur ou émetteur des transpondeurs ne peut être assurée dans ces régions. Par conséquent, la zone active ZA de l'antenne blindée représentée à lafigure 1 est limitée à l'intérieur des dimensions géométriques de la bobine 2. Ceci représente un inconvénient majeur pour un tel dispositif.In order to shield the antenna, especially so that it does not disturb its environment, it is known to those skilled in the art to arrange, in accordance with the figure 1 , acentral coil 2 defining inside its turns 4 acommunication volume 6 and, on either side of thiscoil 2, twoshielding coils 8 and 9. To not reduce the communication volume of the 8, thecoils 8 and 9 are arranged at a certain distance from thecoil 2. Indeed, to obtain a cancellation of the magnetic field out of the antenna, thecoils 8 and 9 are supplied with a phase shift of 180 ° relative to the central communication coil. As can be seen from the lower graph of figure 1 a sharp decrease in the amplitude of the field of the shielded antenna occurs between the three regions dominated by the respective fields of the three coils considered. Theseregions 11 and 12 for decreasing the amplitude of the magnetic field thus result from the aforementioned 180 ° phase shift for feeding the shielding coils. Note that in theregions 11 and 12, the decrease in the magnetic field is relatively large, so that communication between the reader or transmitter transponders can be assured in these regions. Therefore, the active area ZA of the shielded antenna shown in FIG. figure 1 is limited within the geometrical dimensions of thecoil 2. This represents a major disadvantage for such a device.

En effet, l'antenne blindée de l'art antérieur selon lafigure 1 présente un volume utile de communication d'une longueur ZA relativement petite par rapport à la longueur totale L de l'antenne blindée.Indeed, the shielded antenna of the prior art according to the figure 1 has a useful communication volume of a relatively small length ZA with respect to the total length L of the shielded antenna.

Un but de la présente invention est de pallier l'inconvénient majeur susmentionné en proposant un lecteur ou un émetteur avec une antenne blindée dont la zone utile de communication correspond sensiblement à la longueur totale de cette antenne blindée. Le documentWO9638877 A1 divulgue un système de surveillance d'articles comprenant une pluralité de bobines. A cet effet, l'invention concerne un lecteur ou émetteur prévu pour communiquer avec des transpondeurs dont l'antenne est formée de plusieurs spires définissant un axe central et un volume intérieur global, caractérisé en ce que cette antenne comprend un premier groupe de spires formant au moins deux premières bobines et un deuxième groupe de spires formant deux deuxièmes bobines, ces première et deuxième bobines étant alimentées en quadrature de phase et agencées de manière à engendrer un champ de communication avec une amplitude environ constante sur sensiblement la longueur totale de ladite antenne le long de son axe central et diminuant rapidement à l'extérieur de cette antenne en s'éloignant de celle-ci.An object of the present invention is to overcome the major disadvantage mentioned above by providing a reader or transmitter with a shielded antenna whose useful area of communication substantially corresponds to the total length of the shielded antenna. The document WO9638877 A1 discloses an article surveillance system comprising a plurality of coils. For this purpose, the invention relates to a reader or transmitter intended to communicate with transponders whose antenna is formed of several turns defining a central axis and a global interior volume, characterized in that this antenna comprises a first group of turns forming at least two first coils and a second group of turns forming two second coils, these first and second coils being supplied in phase quadrature and arranged to generate a communication field with an approximately constant amplitude on substantially the entire length of said antenna along its central axis and decreasing rapidly outside this antenna away from it.

Dans un mode de réalisation particulier, il est prévu de modifier l'antenne blindée de l'art antérieur représenté à lafigure 1 en incorporant deux bobines de compensation entre la bobine centrale et respectivement les deux bobines d'extrémité, ces deux bobines de compensation étant alimentées avec un déphasage de 90° relativement aux trois autres bobines. Ces deux bobines de compensation sont alimentées avec un déphasage de 180° entre elles, de manière à annuler rapidement leur champ résultant hors de l'antenne, et sont agencées relativement aux trois premières bobines représentées à lafigure 1 de manière à compenser la diminution du champ magnétique dans les régions 11 et 12, c'est-à-dire entre la bobine centrale 2 et les bobines d'extrémité 8 et 9.In a particular embodiment, it is intended to modify the shielded antenna of the prior art shown in FIG. figure 1 by incorporating two compensation coils between the central coil and respectively the two end coils, these two compensation coils being supplied with a phase shift of 90 ° relative to the other three coils. These two compensation coils are supplied with a phase shift of 180 ° between them, so as to quickly cancel their resulting field out of the antenna, and are arranged relative to the first three coils shown in FIG. figure 1 in order to compensate for the decrease of the magnetic field in theregions 11 and 12, ie between thecentral coil 2 and theend coils 8 and 9.

La présente invention sera décrite plus en détail ci-après à l'aide du dessin annexé, donné à titre d'exemple nullement limitatif, dans lequel :

• lafigure 1, déjà décrite, représente une antenne blindée selon l'art antérieur et l'amplitude résultante du champ magnétique le long de son axe central;
• lafigure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un lecteur ou émetteur selon l'invention avec un graphe donnant les amplitudes des champs magnétiques en présence et le champ magnétique résultant;
• lafigure 3 montre une variante particulière du premier mode de réalisation;
• lafigure 4 montre un schéma électrique de l'alimentation des bobines de l'antenne du premier mode de réalisation, et
• lafigure 5 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un lecteur ou émetteur selon l'invention, avec un graphe donnant les amplitudes des champs magnétiques en présence et le champ magnétique résultant.

The present invention will be described in more detail below with the aid of the accompanying drawing, given by way of non-limiting example, in which:

• the figure 1 , already described, represents a shielded antenna according to the prior art and the resulting amplitude of the magnetic field along its central axis;
• the figure 2 schematically represents a first embodiment of a reader or transmitter according to the invention with a graph giving the amplitudes of the magnetic fields in the presence and the resulting magnetic field;
• the figure 3 shows a particular variant of the first embodiment;
• the figure 4 shows an electrical diagram of the supply of the coils of the antenna of the first embodiment, and
• the figure 5 schematically represents a second embodiment of a reader or transmitter according to the invention, with a graph giving the amplitudes of the magnetic fields in the presence and the resulting magnetic field.

A l'aide desfigures 2 à 4, on décrira ci-après un premier mode de réalisation de l'invention. Selon l'invention, il est prévu d'agencer entre la bobine centrale 6 et les deux bobines d'extrémité 8 et 9 de l'antenne 14 deux autres bobines 16 et 17 alimentées en quadrature de phase relativement aux bobines 6, 8 et 9. Plus précisément, comme à lafigure 1, les bobines 8 et 9 sont alimentées par les moyens d'alimentation et de commande 20 du lecteur 22 avec un déphasage de 180° relativement à la bobine centrale 6. Ensuite, les bobines 16 et 17 sont alimentées l'une relativement à l'autre avec un déphasage également de 180° et avec un déphasage 90° relativement aux autres bobines 6, 8 et 9. Finalement, les deux bobines 16 et 17 sont agencées de manière que leur champ magnétique le long de l'axe central 24 de l'antenne 14 soit maximal respectivement dans les deux régions 11 et 12 où le champ magnétique résultant pour les trois bobines 6, 8 et 9 diminue ou s'annule, comme cela est représenté sur le graphe de lafigure 2 qui montre ces amplitudes du champ magnétique H le long de l'axe central 24 de l'antenne. Les déphasages à l'alimentation sont décrits par une alimentation en cosinus (Cos) et en sinus (Sin) avec l'un des deux signes arithmétique +/- placé devant. La position de chaque bobine le long de l'axe central 24 et les caractéristiques de chaque bobine sont déterminées de manière à obtenir une amplitude du champ magnétique 30 relativement constante à l'intérieur du volume 32 définit par l'antenne, c'est-à-dire par l'ensemble des bobines définissant une longueur totale L sur l'axe 24.With the help of Figures 2 to 4 , hereinafter will be described a first embodiment of the invention. According to the invention, provision is made to arrange between thecentral coil 6 and the twoend coils 8 and 9 of theantenna 14 twoother coils 16 and 17 powered in quadrature phase with respect to thecoils 6, 8 and 9 . More precisely, as at figure 1 , thecoils 8 and 9 are fed by the power supply and control means 20 of thereader 22 with a phase shift of 180 ° relative to thecentral coil 6. Then, thecoils 16 and 17 are fed one relative to the other with a phase shift also of 180 ° and with a phase shift of 90 ° relative to theother coils 6, 8 and 9. Finally, the twocoils 16 and 17 are arranged so that their magnetic field along thecentral axis 24 of theantenna 14 is maximum respectively in the tworegions 11 and 12 where the resulting magnetic field for the threecoils 6, 8 and 9 decreases or vanishes, as shown in the graph of FIG. figure 2 which shows these amplitudes of the magnetic field H along thecentral axis 24 of the antenna. Power phase shifts are described by a cosine (Sin) and sin (Sin) supply with one of the two +/- arithmetic signs placed in front. The position of each coil along thecentral axis 24 and the characteristics of each coil are determined so as to obtain a relatively constant amplitude of themagnetic field 30 within thevolume 32 defined by the antenna, that is, that is to say by the set of coils defining a total length L on theaxis 24.

Grâce aux caractéristiques de l'invention, le blindage de l'antenne principale, c'est-à-dire de l'antenne centrale 6, est agencé de manière à ce que le volume global défini par l'ensemble des bobines prévues constitue le volume utile de communication avec des transpondeurs. En d'autres termes, le blindage est intégré dans l'antenne elle-même. A l'intérieur de cette antenne aucune diminution significative ou annulation du champ magnétique n'intervient le long de la zone active ZA, de sorte que le lecteur selon l'invention peut communiquer avec tout transpondeur situé à l'intérieur du volume 32 défini par l'ensemble de bobines formant l'antenne. L'annulation du champ magnétique dû aux contre-antennes alimentées avec un déphasage de 180° est compensée par l'agencement de bobines alimentées en quadrature de phase. La somme vectorielle de tous les champs générés par l'ensemble des bobines correspond à une somme quadratique entre le champ résultant du premier groupe de bobines 6, 8 et 9 et le champ résultant du deuxième groupe de bobines 16 et 17. Chaque bobine est formée d'au moins 1 spire. Ainsi, le premier groupe de bobines constitue un premier groupe de spires alors que le deuxième groupe de bobines constitue un deuxième groupe de spires.Thanks to the characteristics of the invention, the shielding of the main antenna, that is to say of thecentral antenna 6, is arranged in such a way that the overall volume defined by the set of coils provided constitutes the Useful volume of communication with transponders. In other words, the shielding is integrated into the antenna itself. Inside this antenna, no significant reduction or cancellation of the magnetic field takes place along the active zone ZA, so that the reader according to the invention can communicate with any transponder situated inside thevolume 32 defined by the set of coils forming the antenna. The cancellation of the magnetic field due to the counter-antennas fed with a phase shift of 180 ° is compensated by the arrangement of coils fed in quadrature phase. The vector sum of all the fields generated by the set of coils corresponds to a quadratic sum between the resulting field of the first group ofcoils 6, 8 and 9 and the resulting field of the second group ofcoils 16 and 17. Each coil is formed at least 1 turn. Thus, the first group of coils constitutes a first group of turns while the second group of coils constitutes a second group of turns.

On remarquera encore que les deux bobines 16 et 17 sont alimentées avec un déphasage de 180° de manière à assurer un blindage mutuel hors de l'antenne. Le schéma électrique de l'alimentation des bobines est donné à lafigure 4. Afin d'obtenir le déphasage de 180° entre la bobine 6 et les bobines 8 et 9, respectivement entre les bobines 16 et 17, il est prévu d'enrouler les spires de chaque bobine dans un premier sens pour les bobines 6 et 16 et dans l'autre sens pour les bobines 8, 9 et 17.It will also be noted that the twocoils 16 and 17 are supplied with a phase shift of 180 ° so as to ensure mutual shielding out of the antenna. The electrical diagram of the power supply of the coils is given to the figure 4 . In order to obtain the phase shift of 180 ° between thecoil 6 and thecoils 8 and 9, respectively between thecoils 16 and 17, it is intended to wind the turns of each coil in a first direction for thecoils 6 and 16 and in the other direction for thecoils 8, 9 and 17.

A lafigure 3 est représentée une variante de l'agencement d'une antenne selon l'invention. La position des cinq bobines 6, 8, 9, 16 et 17 est représentée schématiquement sur le dessin supérieur. La bobine centrale 6 comporte 28 spires et s'étend le long de l'axe 24 entre -13,5 cm et 13,5 cm. Les bobines 8 et 9 sont formées chacune de 18 spires et sont situées respectivement à -70 cm et + 70 cm. Lorsqu'elles sont alimentées, ces trois bobines du premier groupe sont parcourues par un courant de 1A. Les deux bobines 16 et 17 du deuxième groupe comporte chacune 15 spires et sont placées respectivement à -30 cm et + 30 cm. L'alimentation électrique de ce deuxième groupe est prévue avec 1,57 A.To the figure 3 is shown a variant of the arrangement of an antenna according to the invention. The position of the fivecoils 6, 8, 9, 16 and 17 is shown schematically in the upper drawing. Thecentral spool 6 has 28 turns and extends along theaxis 24 between -13.5 cm and 13.5 cm. Thecoils 8 and 9 are each formed of 18 turns and are respectively at -70 cm and + 70 cm. When energized, these three coils of the first group are traversed by a current of 1A. The twocoils 16 and 17 of the second group each have 15 turns and are placed respectively at -30 cm and + 30 cm. The power supply of this second group is provided with 1.57 A.

Sur le graphe inférieur donnant les amplitudes du champ magnétique le long de l'axe central 24, on constate que le champ résultant total 36 est sensiblement constant à l'intérieur de l'antenne sur toute la distance entre les deux bobines d'extrémité 8 et 9. Sur ce graphe sont encore représentées d'une part l'amplitude du champ magnétique 38 engendré par le premier groupe de bobines, et d'autre part l'amplitude du champ magnétique 40 engendré par le deuxième groupe de bobines.In the lower graph giving the amplitudes of the magnetic field along thecentral axis 24, it can be seen that the total resultingfield 36 is substantially constant inside the antenna over the entire distance between the two end coils. and 9. On this graph are still represented on the one hand the amplitude of themagnetic field 38 generated by the first group of coils, and secondly the amplitude of themagnetic field 40 generated by the second group of coils.

A lafigure 5 est représenté schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans la partie supérieure de cette figure, on remarque que l'antenne 42 est formée par seulement quatre bobines, à savoir un premier groupe constitué des bobines 44 et 46 et un deuxième groupe constitué des bobines 48 et 50. Sur le graphe inférieur de lafigure 5 sont représentées les amplitudes 52 et 54 engendrées respectivement par le premier et le deuxième groupe de bobines. Le champ magnétique résultant total est donné par la courbe 56 qui correspond à la somme quadratique des courbes 52 et 54.To the figure 5 schematically shows a second embodiment of the invention. In the upper part of this figure, it is noted that theantenna 42 is formed by only four coils, namely a first group consisting ofcoils 44 and 46 and a second group consisting ofcoils 48 and 50. On the lower graph of FIG. figure 5 theamplitudes 52 and 54 generated respectively by the first and the second group of coils are represented. The resulting total magnetic field is given bycurve 56 which corresponds to the quadratic sum ofcurves 52 and 54.

Comme dans le premier mode de réalisation, les bobines du deuxième groupe sont alimentées en quadrature de phase relativement aux bobines du premier groupe. De plus, les deux bobines d'un même groupe sont alimentées avec un déphasage de 180° de manière à engendrer un blindage mutuel. L'amplitude résultante 56 à l'intérieur du volume défini par l'antenne 42 est sensiblement constante mais présente une légère variation. Ainsi, ce deuxième mode de réalisation permet l'économie d'une bobine mais doit se satisfaire d'une certaine variation de champ à l'intérieur du volume de l'antenne, c'est-à-dire de la zone active ZA de communication avec les transpondeurs. Toutefois, dans le cadre de la présente invention, une telle variation relativement petite par rapport à l'amplitude du champ magnétique H peut être considérée comme sensiblement constante.As in the first embodiment, the coils of the second group are energized in quadrature phase relative to the coils of the first group. In addition, the two coils of the same group are supplied with a phase shift of 180 ° so as to generate mutual shielding. Theresulting amplitude 56 within the volume defined by theantenna 42 is substantially constant but has a slight variation. Thus, this second embodiment allows the economy of a coil but must be satisfied with a certain variation of field within the volume of the antenna, that is to say the active zone ZA of communication with transponders. However, in the context of the present invention, such a relatively small variation with respect to the amplitude of the magnetic field H can be considered substantially constant.

A titre d'exemple, l'antenne 42 est agencée de la manière suivante : la bobine 46 s'étend de -70 cm à -39 cm et la bobine 48 s'étend de -22 cm à 9 cm. La bobine 44 s'étend de -9 cm à 22 cm et la bobine 50 s'étend de 39 cm à 70 cm. Toutes les bobines sont formées de 15 spires et sont alimentées par un courant électrique de 1 A. Les courbes d'amplitude données sur le graphe correspondent à cet exemple numérique.By way of example, theantenna 42 is arranged as follows: thecoil 46 extends from -70 cm to -39 cm and thecoil 48 extends from -22 cm to 9 cm. Thespool 44 extends from -9 cm to 22 cm and thespool 50 extends from 39 cm to 70 cm. All the coils are formed of 15 turns and are powered by an electric current of 1 A. The amplitude curves given on the graph correspond to this numerical example.

Bien évidemment l'homme du métier pourra optimiser l'agencement du lecteur selon l'invention, en particulier des bobines de son antenne pour obtenir au mieux le résultat recherché par la présente invention, à savoir un champ sensiblement constant à l'intérieur du volume géométrique de l'antenne de manière à permettre une communication efficace avec des transpondeurs placés à l'intérieur de celle-ci.Of course, those skilled in the art will be able to optimize the arrangement of the reader according to the invention, in particular the coils of its antenna, in order to obtain at best the result sought by the present invention, namely a substantially constant field inside the volume. geometry of the antenna so as to allow efficient communication with transponders placed therein.

Claims (5)

1. A reader or transmitter (22; 42) for communication with transponders and including an antenna formed of a plurality of turns defining a central axis (24) and an overall inner volume, wherein said antenna includes a first group of turns forming at least two first coils (6, 8, 9; 44, 46) and a second group of turns forming two second coils (16, 17; 48, 50), said first and second groups of turns being powered in phase quadrature and arranged so as to generate a total magnetic field with an approximately constant amplitude over substantially the entire length (L) of said antenna along its central axis and decreasing rapidly outside said antenna as it moves away from the latter.
2. The reader or transmitter according to claim 1, wherein said first group of turns is formed of three coils (6, 8, 9) of which one central coil (6) and two end coils (8, 9) respectively placed at the two ends of the antenna, said central coil being powered with a phase shift of 180° relative to the two end coils, wherein said second group of turns is formed of two compensation coils (16 and 17) arranged between said central coil and respectively the two end coils, so as to compensate for the decrease in, or cancelling out of the magnetic field between the central coil and the two end coils used for shielding said central coil, the two compensation coils being powered with a phase shift of 180°.
3. The reader or transmitter according to claim 1, wherein said first group of turns is formed of two coils (44 and 46) powered with a phase shift of 180° and said second group of turns is formed of two coils (48 and 50) also powered with a phase shift of 180°, the two coils of the first group being placed at a certain distance from each other, the distance being substantially equal to that separating the two coils of said second group, said first and second groups being positioned relative to each other such that each of said groups compensates for the decrease in, or cancelling out of the magnetic field between the two coils of the other group.
4. The reader or transmitter according to claim 2, wherein the first group of turns is powered with an electric current of a lower value than that of the current flowing in the second group of turns, the number of turns of each coil being provided such that said total magnetic field is substantially constant inside said overall inner volume of the antenna.
5. The reader or transmitter according to claim 3, wherein one coil (44) of the first group of turns is partially superposed onto one coil (48) of the second group of turns.

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