Etat de la technique Les objets portables utilisés pour l'identification de leur possesseur ou pour l'accès à des zones à accès contrôlé telles que les réseaux de transport public comme la RATP ou la SNCF utilisent de plus en plus la technique dite « sans contact » par, opposition aux objets classiques (cartes ou tickets) avec contact.

L'échange d'informations entre un objet sans contact et le lecteur s'effectue de manière générale par couplage électromagnétique à distance entre une première antenne logée dans 1'objet portable sans contact et une deuxième antenne située dans le lecteur. L'objet est muni par ailleurs, d'un module électronique comportant la première antenne connectée à une pastille semi-conductrice ou puce qui contient, entre autres, une partie radio-fréquence (RF), une mémoire dans laquelle sont stockées les informations à fournir au lecteur et les fonctions logiques nécessaires pour élaborer les informations à émettre et traiter les informations reçues.

Dans le domaine de l'accès à des zones à accès contrôlé telles qu'un réseau de transport public, il existe deux groupes d'usagers, les usagers permanents et les usagers occasionnels. Pour le premier groupe, la carte à puce sans contact au format ISO est la solution la plus adaptée dans la mesure où le prix de revient de la carte réparti sur la totalité des voyages effectués sur une longue période restera toujours faible pour l'usager. Mais le prix de revient de la carte devient exorbitant par rapport au coût du voyage pour le deuxième groupe composé d'usagers occasionnels qui achèteraient une carte pour un seul voyage.

Il existe donc, en même temps que la carte au format ISO, des tickets portables faisant 1'objet de la demande de brevet français n°9908802, de format réduit par rapport à la carte ISO et jetables contrairement à cette dernière. Leur format réduit entraîne évidemment la réduction de la surface de l'antenne se trouvant sur le ticket, ce qui implique une énergie de fonctionnement plus élevée pour ces tickets que pour les cartes de format ISO.

Dans la mesure où le lecteur est appelé à fonctionner aussi, bien avec des cartes de format ISO qu'avec des tickets jetables, il est nécessaire que l'énergie fournie par ledit lecteur soit suffisante lorsque l'objet sans contact qui lui est présenté est un ticket jetable. Une antenne de lecteur classique composée de plusieurs spires pourra s'avérer suffisante pour un objet sans contact de la taille d'une carte de format ISO mais insuffisante pour un objet sans contact de la taille d'un ticket.

Une solution à ce problème consisterait à introduire un champ élevé à l'intérieur de l'antenne en ajoutant à celle- ci une petite boucle constituée de quelques spires et destinée à augmenter au maximum la composante normale du champ magnétique émis dans la zone de la petite boucle.

Malheureusement,, une telle antenne présenterait une difficulté ergonomique dans la mesure où elle ne fonctionnerait correctement, en présence d'un ticket jetable, que dans la zone de la petite boucle. En outre, la composante normale du champ magnétique créé par la petite boucle à l'intérieur de l'antenne de lecteur est en opposition de phase avec le champ créé par les spires de l'antenne, ce qui a pour conséquence un trou de fonctionnement significatif pour une carte de format ISO lorsqu'elle est en regard de la petite boucle.

Par ailleurs les lecteurs décrits dans l'état de la. technique tels que le brevet EP 0. 766. 200 ou encore le brevet US 4. 922. 261 ne se préoccupent pas de ce problème mais plutôt du problème posé par le couplage de l'antenne émettrice et de l'antenne réceptrice du lecteur en disposant l'une des deux antennes en deux groupes de spires enroulées dans des sens opposés pour créer une opposition de phase de façon à avoir une mutuelle sur l'autre antenne qui soit nulle. Malheureusement, cette solution ne peut pas servir à résoudre le problème ci-dessus dans la mesure où le champ magnétique résultant n'est pas du tout uniforme sur le lecteur.

Exposé de l'invention C'est pourquoi, le but principal de l'invention est de fournir une antenne de lecteur dans un système d'identification ou d'accès sans contact permettant d'utiliser indifféremment comme objet portable une carte de format ISO aussi bien qu'un ticket jetable.

Un autre objet de l'invention est de disposer d'une antenne de lecteur dans un système d'identification ou d'accès sans contact fournissant un champ magnétique à peu près uniforme sur toute la surface du lecteur.

L'objet de l'invention est donc une antenne de lecteur dans un système d'identification ou d'accès à une zone d'accès contrôlé comprenant un lecteur destiné à détecter des signaux électromagnétiques de réponse en provenance d'un objet portable sans contact tel qu'une carte de type ISO ou un ticket jetable, les signaux électromagnétiques de réponse étant émis par une antenne située dans l'objet portable en réponse à la réception de signaux électromagnétiques émis par l'antenne de lecteur lorsque le possesseur de l'objet portable présente l'objet portable devant le lecteur.

L'antenne comprend n groupes de spires disposés en série dans lesquels chaque groupe de spires k-1 comporte un nombre de spires Nk_l inférieur au nombre de spires Nk du groupe de spires k avec k variant de 2 à n et est écarté du groupe de spires k par une distance Dk-i supérieure à une valeur prédéfinie, les spires de tous les groupes étant enroulées dans le même sens.

Description brève des figures Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit en référence aux dessins joints dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement une antenne de lecteur classique à plusieurs spires avec l'indication de la valeur de la composante normale du champ magnétique à différents endroits de l'antenne. Par la suite, l'expression champ magnétique s'appliquera en fait à la composante du champ magnétique normale au plan de l'antenne ; la figure 2 représente une antenne de lecteur selon l'invention composée de deux groupes de spires.

la figure 3 représente l'emplacement des brins verticaux des spires d'une antenne de lecteur selon l'invention comportant trois groupes de spires, la figure 4 est un diagramme représentant la valeur du champ magnétique en tout point distant de x d'un fil métallique'infiniment long dans lequel circule un courant électrique, les figures 5A, 5B, 5C sont des diagrammes représentant respectivement les valeurs du champ magnétique généré par le groupe de spires extérieur, du champ magnétique généré par le groupe de spires intérieur et le champ magnétique résultant, la figure 6 est un exemple de diagramme représentant le champ magnétique généré par une antenne de lecteur comportant un seul groupe de spires périphérique, la figure 7 est un exemple de diagramme. représentant le champ magnétique généré par une antenne de lecteur comportant plusieurs groupes de spires remplissant les conditions de l'invention, et la figure 8 est un exemple de diagramme représentant le champ magnétique généré par une antenne de lecteur comportant plusieurs groupes de spires mais ne remplissant pas les conditions de l'invention.

Description détaillée de l'invention Comme illustré sur la figure 1, une antenne classique 10 comportant une pluralité de spires 12, 14, 16 fournit un champ magnétique variable selon l'endroit où on se trouve.

Ainsi, dans la zone intérieure aux spires, cette valeur est positive alors qu'à l'extérieur des spires, le champ est négatif. Au point milieu entre deux spires et si on fait abstraction du champ magnétique dû aux autres parties des spires, faible du fait qu'il décroît de façon inverse à la

distance, le champ magnétique est nul puisque c est la résultante d'un champ positif dû à un brin de spire et un champ négatif de même valeur absolue dû à l'autre brin de spire.

Un champ magnétique variable est un inconvénient majeur pour la génération des signaux électromagnétiques émis par l'antenne. En effet, la surface du lecteur devant lequel est présenté 1'objet portable se présente généralement sous la forme d'un carré (ou d'un rectangle) dont le côté mesure de 15cm à 20cm. Si 1/antenne est trop au centre de cette surface, il existe alors une zone extérieure aux spires dans laquelle le champ magnétique est négatif. Si par contre les spires de 1/antenne se trouvent à la périphérie de la surface du lecteur, le champ magnétique est bien positif sur toute la surface du lecteur (intérieure à l'antenne), mais plus on s'éloigne des spires, plus le champ magnétique, inversement proportionnel à la distance, décroît. Il existe alors une zone morte au centre de la surface. Il n'y aura donc pas suffisamment d'énergie reçue par 1'objet portable si ce dernier est présenté devant cette zone. En outre, la solution consistant à augmenter énormément le nombre de spires pour accroître le champ magnétique n'est pas viable dans la mesure où la surface occupée par les spires augmente et donc également les zones où le champ magnétique est nul.

La solution qui fait 1'objet de l'invention consiste donc à utiliser une antenne formée de n groupes de spires en série, chaque groupe de spires k (k variant de 1 à n-1) étant intérieur au groupe k+l et 1'extrémité de la spire extérieure du groupe k étant connectée à l'extrémité de la spire intérieure du groupe k+1. Le nombre de spires d'un groupe k est inférieur au nombre de spires du groupe k+1.

Enfin, les spires de tous les groupes de spires sont enroulées dans le même sens, par exemple dans le sens

inverse des aiguilles d'une montre en allant du groupe 1 au groupe n.

Un exemple de réalisation est illustré sous forme de deux groupes sur la figure 2 dans lequel le premier groupe de spires 20 comprend 2 spires carrées et le deuxième groupe 22 comprend 4 spires carrées séparées de l'autre groupe par une distance D.

Si on considère la figure 3 représentant les brins verticaux gauches de trois groupes de spires successifs 40, 42, 44, le champ magnétique généré par le groupe de spires 40 est négatif à l'extérieur, c'est à dire à gauche du groupe 40. Par contre, la présence d'un groupe de spires 42 entourant le groupe de spires 40 permet la génération d'un champ magnétique positif à l'intérieur des spires et en particulier dans l'intervalle entre le groupe 40 et le groupe 42.

De façon générale, le champ magnétique induit par un fil métallique de largeur lm dans lequel passe un courant I a une valeur représentée par la courbe illustrée sur la figure 4. Au milieu du fil métallique, le champ magnétique est nul. Puis il augmente très rapidement pour atteindre une valeur à peu près constante selon l'expression suivante si 1"origine des abscisses se trouve au milieu du fil : <BR> <BR> <BR> <BR> H, = K1. 2I1 pour 0 < x : 1.<BR> <BR> <BR> <P> 2#lm Puis la valeur de H décroît en fonction inverse de l'abscisse selon l'expression suivante H2=K2. pour x > 2sx La valeur du champ généré par un groupe de N spires est <BR> <BR> <BR> donc :<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> H=O pour x=O

NI 2#lm<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> NI<BR> H = K2 pour x > lm<BR> <BR> <BR> 2#x Revenant à la figure 3, la valeur du champ généré par chaque groupe de spires 40 ou 42, dans l'espace séparant les deux groupes peut être représentée respectivement par les courbes illustrées sur les figures 5A et 5B pour lesquelles l'origine des abscisses est prise au point milieu des spires du groupe 42. On notera que le champ (Hl) généré à l'intérieur dés spires du groupe 42 (Fig. 5A) est positif alors que le champ (-H2) généré à l'extérieur des spires du groupe 40 (Fig. 5B) est négatif.

La valeur (HR) du champ résultant dans l'espace entre les groupes 40 et 42 est alors la somme algébrique des champs illustrés sur les figures 5A et 5B. La valeur de ce champ illustrée sur la figure 5C est donc : HR = H,-H2 Comme on le constate, cette valeur du champ résultant est d'abord positive, puis négative à partir d'une distance Dl'du groupe de spires 42. Si la différence entre Dl et Dl', pour laquelle le champ résultant est négatif, n'est pas très importante et bien inférieure à la plus petite dimension de l'antenne se trouvant sur un ticket jetable, ceci n'a pas une importance primordiale dans la mesure où la valeur du champ moyen reçu par le ticket reste positive et doit être supérieure à une valeur minimale suffisante pour garantir le fonctionnement du ticket. Il est toutefois possible de réduire cette zone à 0 en choisissant la distance D séparant les deux groupes de spires égale à Dl', ce qui permet d'avoir un champ toujours positif dans l'espace entre les deux groupes de spires. Pour ceci, la condition est que la valeur absolue maximale du champ négatif-H2 soit

inférieure ou égale à la valeur absolue minimale du champ positif +Hl ; c'est à dire approximativement : N1I N2I Kr. # K2<BR> <BR> 2#lm1 2#D1 Soit encore : K,. N.. D,. # K2.N2.lm1 En première approximation si on admet que les deux coefficients Kl et K2 sont égaux, ont obtient : N1.D1#N2.lm1 lml étant forcément inférieur à D1, on voit donc que cette inégalité pourra être, vérifiée en choisissant des valeurs adéquates de Ni et N2 telles que : N2 D1 # N1 lm1 ou de façon générale entre deux groupes de spires consécutifs k et k-1 (k variant de 2 à n) : Nk > Dk-1 Nk-.'L (k-l) On doit noter que le champ positif généré par le groupe de spires 42 s'ajoute au champ positif généré par le groupe de spires 40 à l'intérieur des spires, mais de façon moindre dans la mesure où. le champ s'affaiblit lorsqu'on s'éloigne des spires 42. De la même façon, un groupe de spires 44 entoure le groupe de spires 42. Le champ magnétique positif généré par le groupe de spires 44 à l'intérieur des spires compense donc le champ magnétique négatif créé par le groupe de spires 42 dans la zone située entre les deux groupes de spires (mais également le champ négatif généré par le groupe 40), ce qui permet de créer un champ positif dans cette zone ou au moins un champ moyen positif si le nombre de spires est suffisamment important. On doit noter que le champ magnétique positif généré par le groupe de spires 44 s'ajoute au champ positif généré par le groupe 42 à

l'intérieur des spires 42 et également au champ positif généré par le groupe 40 à l'intérieur des spires 40, mais de plus en plus faiblement étant donnée la distance de plus en plus grande.

De façon récurrente, une pluralité de n groupes de spires comportant un nombre de spires de plus en plus important peut être disposée sur le support d'antenne jusqu'à couvrir toute la surface du lecteur destinée à l'antenne. Toutefois, un paramètre détermine le nombre n de groupes de'spires de l'antenne, c'est la distance entre les groupes, soit Dl entre le premier et le deuxième groupes, D2 entre le deuxième et le troisième groupes, et ainsi de suite jusqu'à Dn-1 entre les groupes n-1 et n. Cette distance Di (entre les groupes 40 et 42) ou D2 (entre les groupes 42 et 44) doit être optimisée. Elle ne doit pas être trop petite pour éviter l'accumulation des champs magnétiques aux environs du point milieu comme on l'a mentionné précédemment en référence à la figure 1. Mais cette distance ne doit pas être trop importante pour que le champ magnétique positif soit suffisant pour compenser le champ magnétique négatif créé par le groupe de spires précédent à l'extérieur de ses spires.

Il existe un paramètre déterminant qui conditionne également la structure de l'antenne selon l'invention, c'est le fait que le ticket jetable doit recevoir un champ moyen positif en tout point du lecteur et en particulier lorsqu'il se trouve au dessus d'un groupe de spires pour lequel le champ généré est nul. Il faut donc que le plus petit côté de l'antenne du ticket soit plus grand que la largeur de chaque groupe de spires comme illustré sur la figure 3 où la largeur de l'antenne 48 sur le ticket 46 est plus grande que la largeur totale du plus large groupe de spires 44. Sachant que le nombre de spires augmente pour chaque groupe au fur

et à mesure que l'on se dirige vers la périphérie de 1'antenne, il est donc impératif que la largeur de métal des spires diminue au fur et à mesure que l'on passe d'un groupe à un groupe plus grand pour que la largeur du groupe de spires soit toujours inférieure à la plus petite dimension de Iranienne sur le ticket. Par conséquent, en plus des inégalités suivantes s'appliquant à 1'exemple illustré sur la figure 2 : <BR> <BR> <BR> <BR> N2 # D1<BR> <BR> <BR> <BR> N1 1m1<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> N, D<BR> <BR> <BR> N, D<BR> <BR> N2 lm2 on doit également vérifier les inégalités : lml > lm2 > lm3 Toujours en respectant les inégalités énoncées ci- dessus, il est clair que plus on augmente le nombre de spires d'un groupe extérieur, par exemple N3, plus on peut augmenter la distance séparant ce groupe du groupe intérieur immédiat, par exemple D2.

On doit noter que la distance d séparant deux spires dans chaque groupe de spires doit être la plus petite possible, c'est à dire la distance minimale autorisée dans la fabrication des spires. De façon générale, cette distance d est un ordre de grandeur inférieur à la distance D. En d'autres termes, le rapport entre la distance D et la distance d doit être supérieur à un rapport optimal prédéterminé. Par conséquent, si la largeur interspire a une valeur donnée d, cela signifie que la distance D devra être supérieure à une valeur prédédéfinie.

Grâce aux groupes successifs de spires tels que décrit ci-dessus, on peut obtenir un champ suffisant du lecteur aussi bien pour une carte que pour un ticket jetable. En outre, cette disposition permet d'obtenir un champ

relativement uniforme sur toute la surface du lecteur qui ne dépasse pas une valeur prédéterminée du champ au-delà des normes applicables aux objets sans contact. Ceci est démontré par les trois exemples suivants illustrés sur les figures 5, 6 et 7 où l'origine des abscisses est située au centre du lecteur et pour lesquels on a considéré que : -le ticket jetable comporte une antenne de forme carrée de 2cm x 2cm, -le lecteur à pour dimensions 20cm x 20cm, -le champ minimal à générer pour la carte est de 0, 8A/m -le champ minimal pour le ticket jetable est de 2A/m, -la valeur du champ à ne pas dépasser est de 7, 5A/m, -le courant circulant dans les spires est de 50MA.

1. Dans, le premier cas illustré sur la figure 6, le lecteur dispose d'une antenne simple formée de 4 spires concentriques à la périphérie du lecteur dont la largeur de métal est de 1mm et l'interspire également de lmm.

On constate que le champ maximum est de 15A/m à la périphérie, donc supérieur au seuil, admissible. Par contre, vers le centre du lecteur, le champ n'est que de 0, 8A/m donc suffisant pour la lecture d'une carte mais insuffisant pour la lecture d'un ticket jetable.

2. Dans le deuxième cas illustré sur la figure 7, 1'antenne du lecteur est formée selon l'invention, de trois groupes de spires : -un premier groupe de 2 spires de dimensions 6cm x 6cm, de largeur de métal 0, 3cm et une largeur interspire de 0, lmm,

-un deuxième groupe de 4 spires de dimensions 17cm x 17cm, de largeur de métal 0, 3cm et une largeur interspire de 0, lmm, -un troisième groupe de 6 spires de dimensions 20cm x 20cm, de largeur de métal 1mm et une largeur interspire de 0, lmm.

On s'aperçoit que le champ minimal est de 2A/m et donc suffisant pour la lecture d'un ticket jetable ou d'une carte, et que le champ maximal est de 7, 5A/m et donc égal au seuil à ne pas dépasser.

3. Dans le troisième cas illustré sur la figure 8, l'antenne du lecteur est similaire à celle du deuxième cas excepté que pour le troisième groupe de spires, la largeur de métal est égale à 0, 3cm au lieu de lmm.

On s'aperçoit que le. champ devient négatif dans l'espace situé entre le deuxième groupe et le troisième groupe, ceci étant dû au fait que la largeur de métal n'a pas été diminuée dans le troisième groupe de spires alors que le nombre de spires est plus grand que celui du deuxième groupe.