L’invention concerne un dispositif de communication en champ proche et à haute fréquence de type NFC et de rechargement par induction d’un appareil électronique portable.

Plus particulièrement, mais de manière non exclusive, l’invention s’applique aux chargeurs inductifs d’appareils électroniques portables en tant que dispositifs de rechargement par induction, les appareils électroniques portables étant destinés à être embarqués dans un véhicule automobile et comportant un dispositif de communication en champ proche, c’est-à-dire à courte distance, afin de communiquer avec un appareil portable une fois ledit équipement placé sur la surface de pose du chargeur inductif. On entend par communication en champ proche une communication de fréquence située aux alentours de 13,56 MHz mais la présente invention est applicable à toute communication à haute fréquence entre 3 à 30 MHz.

Le chargeur inductif dans ce dernier cas, lorsqu’il est équipé de moyen de communication en champ lointain, peut alors fonctionner comme un émetteur/récepteur d’un système d’accès « main libre » au véhicule et autoriser l’accès au véhicule et/ou le démarrage du véhicule pour tout utilisateur portant avec lui l’appareil portable, téléphone portable ou badge, préalablement authentifié par le véhicule. Ceci n’est pas limitatif dans le cadre de la présente invention.

Les dispositifs de rechargement par couplage magnétique permettant de recharger sans fil des appareils électroniques portables, comme des téléphones portables, des ordinateurs portables, des tablettes tactiles, des appareils photo numériques, ou même des badges d’indentification etc., connaissent actuellement un essor important.

De manière conventionnelle, un dispositif de rechargement par couplage magnétique comporte au moins une bobine conductrice, dite « antenne primaire » qui est reliée à un module de rechargement. En cours de rechargement d’un appareil portable, le module de rechargement forme un signal de rechargement qui permet de faire circuler dans l’antenne primaire un courant électrique dont l’intensité varie avec le temps. L’antenne primaire ainsi alimentée forme un champ magnétique variable.

L’appareil portable comporte un module de réception comportant une bobine conductrice, dite « antenne secondaire ». Lorsque l’antenne secondaire est placée dans le champ magnétique variable formé par l’antenne primaire, un courant électrique est induit dans l’antenne secondaire. Ce courant électrique permet de recharger un accumulateur électrique relié à l’antenne secondaire alimentant ainsi en courant l’appareil portable. L’utilisateur place son appareil électronique portable sur une surface de rechargement pour un appui de l’appareil portable qui sert aussi à l’appui de l’appareil portable lors d’une communication à courte distance, afin que l’appareil portable soit chargé par induction, et pour qu’il communique avant et durant le chargement par induction en champ proche ou NFC (« Near Field Communication » en anglais) avec le système électronique embarqué du véhicule.

Cette communication sans fil à faible distance, généralement de l’ordre de quelques millimètres, permet entre autres au véhicule de télécharger un profil d’utilisateur particulier contenu dans l’appareil portable et d’adapter ainsi des éléments du véhicule en fonction de ce profil ; par exemple, régler la position du siège conducteur du véhicule, programmer des stations de radio préférées, modifier l’apparence du tableau de bord, ou encore activer la fonction « E-call » (Emergency call en anglais ou appel d’urgence), etc.

De manière connue, ces dispositifs de communication et de rechargement comprennent au moins une antenne radiofréquence dédiée au chargement inductif, appelée antenne de rechargement, de type WPC (« Wireless Power Consortium » en anglais, c’est à dire antenne de rechargement inductif sans fil, selon les standards de ce consortium), permettant un chargement inductif dans les basses fréquences entre 30 à 300 kHz, avantageusement de 100 à 200 kHz et également au moins une autre antenne de plus haute fréquence entre 3 à 30 MHz, avantageusement 13,56 MHz, dédiée à cette communication en champ proche.

Il peut aussi s’agir de toute autre antenne radio fréquence permettant la communication par couplage à faible distance entre l’appareil portable et le dispositif de rechargement relié au système électronique embarqué du véhicule.

De manière connue, l’antenne primaire de rechargement WPC est centrée au milieu du dispositif de rechargement afin de se trouver alignée vis-à-vis de l’antenne secondaire de l’appareil portable, elle aussi située généralement au centre dudit équipement. L’antenne NFC est généralement disposée autour de l’antenne WPC tout le long de la périphérie du dispositif de rechargement. De manière similaire, l’antenne NFC de l’appareil portable, elle aussi, se situe à la périphérie de la face arrière de l’appareil portable et se retrouve donc en vis-à-vis avec l’antenne NFC du dispositif de rechargement lorsque l’appareil portable est posé sur le dispositif de rechargement, ce qui permet une communication NFC efficace.

En se référant à la figure 1 qui montre une forme de réalisation selon un état de la technique le plus proche, un dispositif de communication et de rechargement 1a selon l’état de la technique comprend une plaque de circuit imprimé principale 2 pour un contrôle et une commande du rechargement et/ou de la communication et au moins une source d’alimentation électrique pour au moins une antenne primaire de rechargement, non visible à cette figure 1 et pour au moins une antenne de communication 3a, ci-après dénommée antenne NFC 3a.

Selon cet état de la technique le plus proche, ladite au moins une antenne NFC 3a est gravée sur une deuxième plaque 2a de circuit imprimé se trouvant au-dessus de ladite au moins une antenne émettrice du dispositif de rechargement par induction en étant dans un plan parallèle à la plaque de circuit imprimé principale. Ceci éloigne la bobine émettrice de l’antenne secondaire, sous forme d’une bobine réceptrice, présente dans l’appareil électrique portable déposé sur la deuxième plaque 2a et ceci nuit au rechargement par induction.

Il est aussi montré des broches de connexion 4, sous la forme de trois broches disposées aux quatre angles respectivement de la plaque de circuit imprimé principale 2 et de la deuxième plaque 2a de circuit imprimé de forme et de dimension sensiblement équivalentes en étant rectangulaires.

En plus de cet inconvénient majeur dans le domaine du rechargement par induction, un tel dispositif de rechargement par induction d’un appareil électronique portable et de communication en champ proche selon l’état de la technique présente plusieurs inconvénients majeurs dans le domaine de la communication NFC.

Un premier inconvénient est que l’antenne NFC ne permet de couvrir que la zone centrale du dispositif en se limitant à la zone de rechargement par induction.

Un deuxième inconvénient que la communication NFC est établie principalement avec des appareils électroniques portables dont l’antenne NFC est située au centre, généralement autour de l’antenne secondaire réceptrice pour le rechargement.

Un troisième inconvénient est qu’il n’est pas garanti une communication NFC durant le rechargement par induction, l’antenne de communication NFC étant fortement couplée avec ladite au moins une antenne émettrice de rechargement par induction.

Un quatrième inconvénient est une grande sensibilité à des appareils électroniques portables métallisés qui engendrent une forte désadaptation d’impédance pour la communication NFC.

Un cinquième inconvénient est une communication instable avec des appareils électroniques dont l’antenne NFC est située dans une zone périphérique des appareils, par exemple autour d’une caméra en partie d’extrémité longitudinale de tels appareils.

Un sixième inconvénient est une zone de communication limitée avec une zone de couverture inférieure ou égale à la taille de l’antenne imprimée sur la deuxième plaque de circuit imprimé.

Enfin, un septième inconvénient est que la présence d’une antenne sur la deuxième plaque de circuit imprimé diminue l’efficacité de chargement du fait d’une distance plus importante à cause de l’épaisseur de la deuxième plaque de circuit imprimé avec des couches de cuivre augmentant la résistivité électrique dans le dispositif de rechargement par induction.

Le problème à la base de la présente invention est, pour un dispositif de communication en champ proche et à haute fréquence et de rechargement par induction d’un appareil électronique portable, d’une part, d’augmenter l’efficacité du rechargement par induction et, d’autre part, de garantir une communication en champ proche imperturbable durant le rechargement par induction.

En effet, lors de la communication en champ proche, il se produit un couplage magnétique entre ladite au moins une antenne émettrice de rechargement par induction et l’antenne de communication qui détériore le rapport signal/bruit pendant la communication au niveau de l’appareil électronique, ce que se propose d’éviter la présente invention.

A cet effet la présente invention concerne un dispositif de communication en champ proche et en haute fréquence de type NFC et de rechargement par induction d’un appareil électronique portable, le dispositif comprenant, d’une part pour le rechargement, une surface de rechargement pour un appui de l’appareil électronique portable et au moins une antenne de rechargement émettrice disposée sous la surface de rechargement et émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz, une couche en matériau ferromagnétique étant disposée en dessous de ladite au moins une antenne de rechargement, et, d’autre part pour la communication, au moins une antenne de communication en champ proche émettant un champ magnétique à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz, le dispositif comprenant une plaque de circuit imprimé pour un contrôle et une commande du rechargement et/ou de la communication et au moins une source d’alimentation électrique pour ladite au moins une antenne de rechargement et pour ladite au moins une antenne de communication, remarquable en ce que ladite au moins une antenne de communication est sous la forme d’au moins une bobine de communication entourant localement la couche en matériau ferromagnétique en présentant un axe de symétrie se trouvant dans un plan parallèle à la couche en matériau ferromagnétique, une partie du champ créé par ladite au moins une bobine de communication passant par la couche en matériau ferromagnétique présentant une perméabilité comportant une partie réelle et une partie imaginaire, le matériau de la couche en matériau ferromagnétique étant sélectionné pour présenter une partie réelle supérieure à 10, avec à la haute fréquence sélectionnée, un rapport entre la partie imaginaire sur la partie réelle entre 0,05 et 1 et, à la basse fréquence sélectionnée, un rapport entre la partie imaginaire sur la partie réelle entre 0 et 0,5. Ces deux rapports permettent d’avoir une partie imaginaire de perméabilité suffisamment élevée par rapport à la partie réelle pour engendrer des fuites au moins partiellement sur une surface de la couche en matériau ferromagnétique s’étendant perpendiculairement à ladite surface tout en conservant, à la basse fréquence sélectionnée, une partie imaginaire de perméabilité suffisamment basse par rapport à la partie réelle pour permettre le rechargement par induction de l’appareil électronique.

L’effet technique obtenu est, pour le rechargement par induction d’un appareil électronique portable, le rapprochement des antennes de rechargement de la surface de rechargement et donc une amélioration du rendement de la communication en champ proche et du rechargement. L’épaisseur du dispositif est réduite du fait de la suppression de la deuxième plaque de circuit imprimé portant l’antenne de communication et il n’y a plus besoin d’éléments de connexion entre une plaque principale de circuit imprimé et une deuxième plaque portant une antenne de communication.

Dans l’état de la technique, le bobinage d’une antenne de communication se trouvant à plat sur la deuxième plaque de circuit imprimé ne permettait pas d’obtenir une couverture satisfaisante dans l’environnement du dispositif. Ce bobinage est maintenant supprimé de même que les interconnexions entre plaque de circuit imprimé et la deuxième plaque de circuit imprimé et remplacé par des boucles métalliques formant bobine.

Pour la communication en champ proche, il est obtenu une extension de la couverture avec possibilité d’établissement d’une communication en champ proche durant le rechargement. Comme le montre la figure 5, dans le cas spécifique d’un dispositif selon l’invention avec deux antennes de communication, la couverture de communication est uniforme dans tout l’environnement du dispositif et ne comprend plus de pics de champ magnétique.

L’état de la technique prévoyait d’arrêter le rechargement sans fil par induction durant une communication en champ proche à haute fréquence, l’antenne de communication NFC étant fortement couplée avec ladite au moins une antenne émettrice de rechargement par induction. La présente invention, en découplant l’antenne ou les antennes de rechargement de l’antenne ou des antennes de communication, permet d’éviter un tel arrêt.

L’excitation du matériau ferromagnétique par au moins une antenne de communication selon la présente invention permet de conduire le champ magnétique pour assurer une couverture tout au long de la zone centrale du dispositif et génère un champ magnétique orienté verticalement par rapport à la couche de matériau de par les fuites dues à la perméabilité du matériau. La perméabilité magnétique caractérise la faculté d'un matériau à modifier un champ magnétique, c’est-à-dire à modifier les lignes de flux magnétique. Il est défini une perméabilité magnétique sous la forme d’un nombre complexe dont la partie imaginaire illustre la capacité de fuite du champ magnétique du matériau. Plus cette partie imaginaire est élevée à une fréquence donnée et plus les fuites seront importantes, les lignes de champ suivant préférentiellement les trajectoires passant par des zones de perméabilité magnétique forte.

La sélection de la partie imaginaire de la perméabilité du matériau dépend du dispositif, par exemple du type d’antennes de communication utilisées et ne peut être réduite à une valeur et à une plage de valeurs. L’homme de métier a les compétences nécessaires connaissant les valeurs de haute fréquence et de basse fréquence sélectionnées pour respectivement la communication et le rechargement, de sélectionner un matériau ferromagnétique présentant une perméabilité imaginaire relativement faible à la basse fréquence de rechargement, la couche servant essentiellement à cette basse fréquence à canaliser le flux magnétique et relativement élevée à la haute fréquence, pour que des fuites de champ magnétique soit possible le long du matériau ferromagnétique.

Cette sélection réside dans un compromis entre efficacité du rechargement et de la communication en champ proche. La sélection peut se faire par des courbes déjà établies donnant la partie imaginaire de perméabilité en fonction d’un champ étendu de fréquences incluant les basses et les hautes fréquences.

La zone de communication en champ proche est ainsi étendue notamment pour des appareils électriques portables disposant d’une antenne de communication en champ proche vers une extrémité longitudinale. De plus, la communication en champ proche devient plus stable durant le chargement avec certains appareils électroniques, comme des téléphones portables métallisés.

En ce qui concerne le rechargement de l’appareil portable électronique, le dispositif selon l’invention présente une distance réduite entre l’antenne ou les antennes de rechargement et l’appareil électrique portable, ce qui permet de diminuer les pertes d’énergie et d’augmenter l’efficacité de rechargement.

Pour illustration, dans un dispositif selon l’état de la technique, la distance entre l’appareil portable et les antennes de rechargement peut être de 7 mm, dont 1 ,2 mm de deuxième plaque de circuit imprimé qui contient l’antenne de communication gravée à plat sur cette deuxième plaque. La suppression de la deuxième plaque que permet le dispositif selon la présente invention réduit donc la distance entre les antennes de rechargement et l’appareil de 7 mm à 5,8 mm et l’efficacité du rechargement passe de 65% à 70%. Avantageusement, ladite au moins une antenne de communication entoure une portion d’extrémité de la couche en matériau ferromagnétique. Il convient en effet que le champ magnétique parcourt la majeure partie de la couche en matériau ferromagnétique.

Avantageusement, ladite au moins une antenne de communication comporte une portion entourant la plaque de circuit imprimé ou gravée sur la plaque de circuit imprimé sur une face de la plaque de circuit imprimé en vis-à-vis de ladite au moins une antenne de rechargement et ladite au moins une antenne de rechargement repose sur une face de la couche en matériau ferromagnétique opposée à la plaque de circuit imprimé.

Essentiellement, la couche en matériau ferromagnétique sert à la canalisation du champ magnétique lors d’un rechargement à basse fréquence et à la répartition du champ magnétique par des fuites le long du matériau lors d’une communication à haute fréquence.

Avantageusement, un rapport de la partie imaginaire sur la partie réelle de la perméabilité de la couche en matériau ferromagnétique est entre 0 et 0,2 pour la basse fréquence sélectionnée et entre 0,10 et 0,7 pour la haute fréquence sélectionnée, la partie réelle étant supérieure à 100.

Avantageusement, le dispositif présente un premier intervalle entre la portion de ladite au moins une antenne de communication orientée en étant opposée à la plaque de circuit imprimé et une face de la couche en matériau ferromagnétique en vis-à-vis de ladite au moins une antenne de rechargement et un deuxième intervalle entre deux faces en vis-à-vis respectives de la plaque de circuit imprimé et de la couche en matériau ferromagnétique, un ratio du deuxième intervalle sur le premier intervalle étant supérieur à 6.

Il est très avantageux que toutes les fuites de champ magnétique provenant de la couche en matériau ferromagnétique soient orientées vers la surface de rechargement et non vers la plaque de circuit imprimé. La sélection proposée de tels intervalles concourt à orienter les fuites de champ magnétique majoritairement vers la surface de rechargement.

Avantageusement, le dispositif comporte au moins deux antennes de communication, avec une première antenne de communication disposée vers une portion d’extrémité de la couche en matériau ferromagnétique et une deuxième antenne de communication disposée vers une autre portion d’extrémité opposée à la portion d’extrémité portant la première antenne de communication.

Ceci représente la forme de réalisation préférée du dispositif selon la présente invention. Le champ magnétique se trouve mieux réparti. Un dispositif à deux antennes de communication permet aussi des variations de fonctionnement en laissant une antenne en résonance tandis que l’autre antenne est activée.

Avantageusement, les première et deuxième antennes de communication sont sous la forme respective d’une bobine de communication, d’une part, reliée à un interrupteur fermant ou ouvrant un circuit d’alimentation respectif, les circuits d’alimentation respectifs des bobines de communication étant connectés en parallèle à un circuit principal comprenant la source d’alimentation électrique de communication et, d’autre part, comprenant des moyens de mise en résonance de chaque bobine respective à la haute fréquence sélectionnée reliés en parallèle à un circuit de commande de mise en résonance.

Il peut exister plusieurs variantes d’activation et/ou de résonance des antennes de communication pour une optimisation de la communication selon les données opératoires.

Avantageusement, le circuit de commande de mise en résonance est commun aux bobines des première et deuxième antennes de communication, le circuit de commande de mise en résonance comprenant une porte logique inverseuse alimentant en alternance les moyens de mise en résonance de la bobine de la première antenne ou de la deuxième antenne de communication, les moyens de mise en résonance de chaque antenne de communication comprenant au moins un condensateur.

Selon l’invention, il est utilisé deux interrupteurs principaux dans le circuit d’alimentation au lieu de trois interrupteurs utilisés dans un dispositif selon l’état de la technique. Insérer une porte logique inverseuse dans le circuit de commande de mise en résonance permet d’avoir un seul circuit de commande pour les deux antennes de communication et réalise une simplification de la construction du dispositif.

Avantageusement, le circuit de commande est connecté à chaque interrupteur du circuit principal et soit le place dans une première position fermant le circuit d’alimentation d’une des bobines en laissant le circuit d’alimentation de l’autre bobine ouvert, soit le place dans une deuxième position fermant le circuit d’alimentation d’une des bobines en plaçant en résonance l’autre bobine, une troisième position correspondant aux deux interrupteurs placés en position ouverte.

Les deux antennes de communication peuvent être actives simultanément, non actives simultanément, une active et l’autre en résonance, l’une active et l’autre non active. Des avantages spécifiques de chacune des variantes seront ultérieurement décrits.

Avantageusement, le dispositif comporte une troisième antenne de communication auxiliaire sous la forme d’une bobine s’étendant perpendiculairement à la bobine de ladite au moins une antenne de communication. Il peut exister un ou des trous dans la couverture au niveau de l’antenne ou des antennes de communication. La présence de la troisième antenne de communication sert à combler ce ou ces trous dans la couverture. Cette troisième antenne de communication auxiliaire peut présenter un axe médian orienté perpendiculairement à l’axe de l’antenne ou de chaque antenne de communication.

Avantageusement, le dispositif comprend trois antennes de rechargement chacune sous la forme d’une bobine de rechargement, deux bobines de rechargement étant en appui contre la couche en matériau ferromagnétique en étant espacées l’une de l’autre, la troisième bobine de rechargement chevauchant les deux bobines de rechargement, les trois bobines de rechargement formant un assemblage symétrique par rapport à un axe médian de l’écartement s’étendant perpendiculairement à la couche en matériau ferromagnétique.

D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d’une vue en perspective d’un dispositif de communication en champ proche et en haute fréquence de type NFC et de rechargement par induction d’un appareil électronique portable selon l’état de la technique,

- la figure 2 est une représentation schématique d’une vue en coupe longitudinale d’un dispositif de communication en champ proche et en haute fréquence de type NFC et de rechargement par induction d’un appareil électronique portable en basse fréquence selon un mode de réalisation de la présente invention, les antennes de communication délivrant un champ magnétique passant par une couche de matériau ferromagnétique et fuyant perpendiculairement à cette couche à l’opposé de la plaque de circuit imprimé,

- la figure 3 montre une comparaison d’une intensité de champ magnétique selon une longueur pour une couche de matériau ferromagnétique respectivement ne convenant pas et adaptée pour la mise en oeuvre dans un dispositif selon la présente invention,

- la figure 4 montre des courbes de parties imaginaire et réelle d’une perméabilité évoluant selon des fréquences pour une couche de matériau ferromagnétique convenant pour la mise en oeuvre dans un dispositif selon la présente invention,

- la figure 5 montre deux courbes illustrant respectivement une couverture de l’environnement de communication du dispositif de communication et de rechargement respectivement pour l’état de la technique et selon l’invention, ceci dans une longueur du dispositif,

- la figure 6 montre des niveaux de champ magnétique obtenus selon des positionnements dans une longueur du dispositif par rapport au centre du dispositif pour des dispositifs de communication et de rechargement respectivement selon l’état de la technique et la présente invention, le dispositif selon la présente invention ne présentant qu’une seule antenne de communication.

- la figure 7 montre quatre modes de réalisation de dispositifs de communication et de rechargement selon la présente invention avec deux antennes de communication à champ proche avec respectivement, les antennes de communication étant soit actives, non actives ou en résonance, quatre courbes de champ magnétique étant respectivement associées à un des quatre modes,

- la figure 8 montre une forme de réalisation de circuit d’alimentation et de commande en résonnance pour un dispositif de communication et de rechargement à deux antennes de communication selon la présente invention, une première antenne de communication pouvant être active, non active ou en résonnance, avec dans le premier cas, la deuxième antenne de communication étant en résonance, et dans les cas restants active ou non active.

En se référant aux figures 2 à 8 prises en combinaison et notamment aux figures 2 et 7, la présente invention concerne un dispositif de communication en champ proche et en haute fréquence de type NFC et de rechargement par induction d’un appareil électronique portable.

Le dispositif comprend, d’une part pour le rechargement, une surface de rechargement 5 pour un appui de l’appareil électronique portable, non visible aux figures, et au moins une antenne de rechargement 6 émettrice disposée sous la surface de rechargement 5 et émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz, avantageusement de 100 à 200 kHz.

Aux figures 2 et 7, il est montré trois bobines de rechargement 6 réalisant chacune une antenne de rechargement 6, ce qui n’est pas limitatif. Une couche 7 en matériau ferromagnétique, avantageusement une barre en ferrite, est disposée en dessous de de l’antenne ou des antennes de rechargement 6.

Le dispositif 1 comprend, d’autre part pour la communication, au moins une antenne de communication 31 , 32 en champ proche émettant un champ magnétique à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz, avantageusement 13,56 MHz. Aux figures 2 et 7, il est montré deux antennes de communication 31 , 32, avantageusement sous forme de bobines, disposées à des extrémités respectives opposées de la couche 7 en matériau ferromagnétique, mais ceci n’est pas limitatif, une antenne de communication 31 , 32 pouvant suffire ou une antenne de communication auxiliaire 33, notamment visible à la figure 8, pouvant être utilisée entre une ou plusieurs antennes de communication 31 , 32 avec un nombre d’antennes de communication 31 , 32 pouvant être supérieur à deux.

Le dispositif 1 comprend une plaque de circuit imprimé 2 pour un contrôle et une commande du rechargement et/ou de la communication et au moins une source d’alimentation électrique 8 pour l’antenne ou les antennes de rechargement 6 et pour l’antenne ou les antennes de communication 31 , 32. La source d’alimentation électrique 8 pour l’antenne ou les antennes de communication 31 , 32 est visible à la figure 8.

Il peut y avoir une source d’alimentation électrique commune pour le rechargement et la communication, auquel cas la source d’alimentation électrique est apte à délivrer un courant à haute ou basse fréquence selon qu’une communication ou un rechargement est souhaité. Dans ce cas, il n’est pas possible d’effectuer un rechargement simultanément à une communication à moins de doubler la source d’alimentation électrique. Il peut aussi y avoir deux sources d’alimentation électrique spécifiques pour la communication et le rechargement.

Selon la présente invention, l’antenne ou les antennes de communication 31 , 32 sont sous la forme d’au moins une bobine de communication entourant localement la couche 7 en matériau ferromagnétique en présentant un axe de symétrie se trouvant dans un plan parallèle à la couche 7 en matériau ferromagnétique. Des bobines de communication L1 , L2 pour des première et deuxième antennes de communication 31 , 32 sont montrées à la figure 8.

Il s’ensuit qu’une partie du champ créé par ladite au moins une bobine de communication, avantageusement une partie importante ou la majeure partie du champ magnétique, passe par la couche 7 en matériau ferromagnétique en étant canalisée par cette couche 7. Comme cette couche 7 en matériau ferromagnétique présente une perméabilité comportant une partie réelle Par r et une partie imaginaire Par i, il est prévu dans le cadre de la présente invention de sélectionner la couche 7 en matériau ferromagnétique pour que la couche 7 présente, une partie réelle supérieure à 10, avec à la haute fréquence sélectionnée, un rapport entre la partie imaginaire sur la partie réelle entre 0,05 et et, à la basse fréquence sélectionnée, un rapport entre la partie imaginaire sur la partie réelle entre 0 et 0,5.

Ceci provoque des fuites à haute fréquence s’étendant perpendiculairement à la surface de la couche 7 en matériau ferromagnétique. L’invention prévoit aussi de sélectionner la couche 7 de matériau ferromagnétique pour que la couche 7 conserve, à la basse fréquence sélectionnée précédemment mentionnée, un rapport entre la partie imaginaire sur la partie réelle entre 0 et 0,5 suffisamment bas pour permettre le rechargement par induction de l’appareil électronique sans trop de perte.

Il entre dans le cadre des compétences de l’homme de métier de choisir entre plusieurs couches 7 de matériau ferromagnétique la plus appropriée pour être intégrée dans le dispositif 1 de communication et de rechargement selon la présente invention. Ce choix peut se faire selon des expériences de routine ou des courbes déjà tracées de perméabilité avec parties réelle et imaginaire pour la sélection du matériau ferromagnétique le mieux approprié.

A la figure 2, la longueur totale du dispositif 1 est référencée I et uit l’axe longitudinal Y symbolisé par la flèche s’étendant au-dessus du dispositif 1. C’est cette longueur totale qui sera prise comme longueur I en abscisse de la courbe de la figure 3. La position de l’antenne de communication 31 sur l’axe longitudinal Y est référencée A.

En se référant à la figure 3, cette figure montre deux courbes C01 et C02 d’intensité de champ magnétique en Ampère par mètre émis par une ferrite en fonction de fréquences variant selon une longueur de la ferrite en tant que couche en matériau ferromagnétique.

Ce qui est désiré est une augmentation de l’intensité de champ magnétique dans une zone centrale de la ferrite, par exemple entre 6 et 8 cm.

La courbe C01 montre une intensité de champ magnétique plus élevée pour des longueurs inférieures à 5 cm que la courbe C02 mais moins élevée pour des longueurs supérieures à 5 cm que la courbe C02. La ferrite correspondant à la courbe C01 est non optimisée pour la mise en oeuvre de la présente invention en présentant une partie réelle importante et une partie imaginaire faible à une haute fréquence.

Il s’ensuit que cette ferrite correspondant à la courbe C01 ne permet d’obtenir qu’une intensité de champ faible dans la zone centrale comprise entre 6 et 8 cm tandis que la ferrite dite optimisée correspondant à la courbe C02, avec une partie réelle et une partie imaginaire importantes à haute fréquence, par exemple 13,56 MHz, génère une intensité de champ magnétique plus importante dans cette zone centrale.

Sans que cela soit limitatif, une ferrite optimisée pour la mise en oeuvre de la présente invention présente une perméabilité relativement faible à basse fréquence et une perméabilité relativement forte à haute fréquence.

A la figure 4, il est montré une courbe de partie réelle Par r et de partie imaginaire Par i d’une perméabilité complexe Perm comp en fonction d’une fréquence d’opération F(Hz) en Hertz. Le trait vertical le plus à gauche indique la basse fréquence de rechargement par induction F WPC, avantageusement 100 kHz, et le trait vertical le plus à droite indique la haute fréquence de communication en champ proche F NFC, avantageusement 13, 56 MHz.

Il est visible que la partie imaginaire Par i croît pour des hautes fréquences et que la partie réelle Par r décroît pour ces hautes fréquences, d’où des pertes plus élevées. Il conviendra de choisir dans le cadre de la présente invention une ferrite avec une perméabilité de partie imaginaire Par i élevée à haute fréquence mais avec une partie réelle suffisamment haute.

En se référant toujours plus particulièrement à la figure 4, un rapport de la partie imaginaire Par i sur la partie réelle Par r de la perméabilité de la couche 7 en matériau ferromagnétique peut être entre 0 et 0,2 pour la basse fréquence sélectionnée et entre 0,10 et 0,7 pour la haute fréquence sélectionnée, la partie réelle Par r pouvant être supérieure à 100 pour cette haute fréquence.

La figure 5, tout en se référant aux figures 1 et 2, montre une comparaison entre une couverture d’un dispositif 1 de communication selon l’état de la technique Zcouv Et et la couverture obtenue par un dispositif 1 de communication selon la présente invention Zcouv Inv. Dans le cas de l’invention comme montré à la figure 2, le dispositif 1 de communication comprend deux antennes de communication écartée d’une longueur le inférieure à la longueur totale du dispositif 1 , les positions des deux antennes de communication 31 , 32 étant illustrée par la coupure d’un trait vertical en pointillés sur l’échelle des longueurs y.

Dans le cas de l’état de la technique, les deux pics correspondent chacun à une branche respective s’étendant latéralement dans le dispositif 1 a de l’antenne de communication NFC 3a gravée sur la deuxième plaque 2a de circuit imprimé, comme montré à la figure 1.

Il est supposé que les deux antennes de communication 31 et 32 selon la présente invention présentent une même localisation longitudinale respective dans le dispositif que l’une des branches latérales, ce qui n’est pas forcément le cas, les antennes de communication 31 et 32 pouvant présenter entre elles un plus grand écartement et être plus excentrées dans la longueur du dispositif 1 que les branches latérales de l’antenne de communication 3a entre elles.

Les traits horizontaux indiquent respectivement, pour le plus bas, le seuil minimal de communication en champ proche Smin NFC et, pour le plus élevé, le seuil maximal de communication en champ proche Smax NFC. L’amplitude d’une intensité de champ magnétique Champ (A/m) en Ampère par mètre dans la zone de couverture Zcouv Inv obtenue par le dispositif 1 selon l’invention varie moins dans la longueur du dispositif 1 selon l’axe Y que pour une zone de couverture selon l’état de la technique Zcouv Et. Notamment, dans le cas de la présente invention, les pics de champ magnétique au passage d’une antenne de communication 31 ou 32 sont moins élevés qu’au passage sur une branche latérale de l’antenne de communication 3a. La distribution du champ magnétique de couverture est plus uniforme dans la longueur du dispositif.

La figure 6 montre la distribution de l’intensité du champ magnétique Champ en ampère par mètre ou A/m créé selon une dimension du dispositif 1 , avantageusement la longueur I du dispositif de communication et de rechargement en champ proche selon la présente invention en le comparant à celui de l’état de la technique. Le mode de réalisation du dispositif selon la présente invention est, dans ce cas non limitatif, un dispositif à deux antennes de communication mais le dispositif est montré de façon partielle à cette figure 6 et le champ magnétique issu de la deuxième antenne de communication n’est pas illustré.

Le point 0 sur une échelle graduée de -10 à +6 correspond à la position référencée A de la première antenne de communication 31 à la figure 2. Le champ magnétique entre les pointsO et -10 est donc extérieur au dispositif si on ne tient pas compte de la longueur x et de l’antenne passive auxiliaire 33 illlustrée à la figure 2 tandis que le champ magnétique entre les points 0 et +6 est interne à une portion du dispositif.

Dans chaque couple de barres, les barres les plus à gauche sont les barres relatives au champ magnétique créé par un dispositif selon la présente invention Inv tandis que les barres les plus à droites sont créées par un dispositif selon l’état de la technique Et. Les références Inv et Et ne sont données que pour une seule barre respective mais valent soit pour toutes les barres de champ magnétique obtenues par un dispositif selon l’invention In ou pour toutes les barres de champ magnétique obtenues par un dispositif selon l’état de la technique Et.

La zone entourée par un ovale ou Zcouv n’est relative qu’à un dispositif selon la présente invention à la première antenne de communication 31 , cette zone étant dans l’état de la technique non couverte par l’antenne 3a se trouvant sur la deuxième plaque de circuit imprimé 2a superposée à la plaque principale de circuit imprimé 2 comme montré à la figure 1 , étant donné que les branches latérales de l’antenne 3a sont disposées à distance d’une extrémité longitudinale respective du dispositif 1 a. La référence I est relative à la longueur du dispositif avec en abscisse une échelle des longueurs Y (cm) en centimètres.

Il est identifiable que le champ magnétique obtenu par un dispositif selon la présente invention est toujours plus élevé à une exception près, à -1 cm, que le champ magnétique obtenu par un dispositif selon l’état de la technique.

Sans être limitatif et purement illustratif, avec un courant électrique de 300 mA, la couverture mesurée avec une carte de référence ISO-14443 Class 3 est de 2 à 3 cm selon l’état de la technique et de 4 à 9 cm selon la présente invention, avec donc 2 à 3 fois plus de couverture de communication en champ proche obtenue.

Comme il est visible notamment aux figures 2 et 7, l’antenne ou les antennes de communication 31 , 32 entourent une portion d’extrémité de la couche 7 en matériau ferromagnétique.

Notamment visible à la figure 2, l’antenne ou chaque antenne de communication 31 , 32 comporte une portion gravée sur la plaque de circuit imprimé 2 sur une face de la plaque de circuit imprimé 2 en vis-à-vis de ladite au moins une antenne de rechargement 6. En alternative, l’antenne ou chaque antenne 31 , 32 peut comporter une portion entourant la plaque de circuit imprimé 2.

En ce qui concerne l’antenne ou les antennes de rechargement 6 par induction, l’antenne ou plusieurs des antennes de rechargement 6 peuvent reposer sur une face de la couche 7 en matériau ferromagnétique opposée à la plaque de circuit imprimé 2.

Aux figures 2 et 7, il est montré deux antennes de rechargement 6 reposant sur la couche 7 de matériau ferromagnétique avec une troisième antenne de rechargement 6 reposant sur les antennes de rechargement 6 précitées. A la figure 2, les flèches horizontales montrent le parcours du champ magnétique issu de la première antenne de communication 31 dans la couche 7 de matériau ferromagnétique et les flèches verticales montrent les fuites de champ magnétique de la couche 7 de matériau ferromagnétique réparties uniformément selon une dimension de la couche 7 vers la surface de rechargement 5, cette dimension étant la longueur I du dispositif 1.

En se référant plus particulièrement à la figure 2, il convient d’éviter que les fuites de champ magnétique soient dirigées à l’opposé de la surface de rechargement 5, c’est-à-dire vers la plaque de circuit imprimé 2.

Pour ce faire, le dispositif 1 de communication et de rechargement peut présenter un premier intervalle 11 entre la portion de l’antenne ou chaque antenne de communication 31 , 32 orientée en étant opposée à la plaque de circuit imprimé 2 et une face de la couche 7 en matériau ferromagnétique en vis-à-vis de ladite au moins une antenne de rechargement 6 et un deuxième intervalle I2 entre deux faces en vis-à-vis respectives de la plaque de circuit imprimé 2 et de la couche 7 en matériau ferromagnétique. Un ratio du deuxième intervalle I2 sur le premier intervalle 11 peut être supérieur à 6, ce qui n’est pas effectivement le cas à la figure 2 mais est cependant préférable.

En se référant aux figures 2 et 7, le dispositif 1 peut comprendre trois antennes de rechargement 6 chacune sous la forme d’une bobine de rechargement. Deux bobines de rechargement 6 peuvent être en appui contre la couche 7 en matériau ferromagnétique en étant espacées l’une de l’autre, la troisième bobine de rechargement chevauchant les deux bobines de rechargement 6.

Les trois bobines de rechargement 6 peuvent ainsi former un assemblage symétrique par rapport à un axe médian de l’écartement s’étendant perpendiculairement à la couche 7 en matériau ferromagnétique.

Comme il est visible aux figures 2 et 7, le dispositif 1 , dans sa forme de réalisation préférentielle peut comporter au moins deux antennes de communication 31 , 32. Une première antenne de communication 31 peut être disposée vers une portion d’extrémité de la couche 7 en matériau ferromagnétique et une deuxième antenne de communication 32 peut être disposée vers une autre portion d’extrémité opposée à la portion d’extrémité portant la première antenne de communication 31 , avantageusement à des extrémités longitudinales opposées du dispositif 1 de communication et de rechargement.

A la figure 2, il est montré un plan de masse 9 à l’intérieur de la plaque de circuit imprimé 2, avec des portions d’extrémité de la plaque de circuit imprimé 2 ne comportant pas de plan de masse. Dans les portions d’extrémité de la plaque de circuit imprimé 2 ne comportant pas de plan de masse 9, il peut être logé une antenne passive auxiliaire 33. Une longueur x des portions d’extrémité de la plaque de circuit imprimé 2 ne comportant pas de plan de masse 9 dans une dimension qui est avantageusement la longueur I du dispositif peut être de moins du dixième de la dimension totale de la plaque de circuit imprimé 2 dans cette dimension.

La plaque de circuit imprimé 2 peut être supportée par des supports 11 se trouvant à distance les uns des autres en formant un support discontinu du dispositif 1.

En se référant notamment aux figures 2, 7 et 8, les première et deuxième antennes de communication 31 , 32 peuvent être sous la forme respective d’une bobine de communication L1 , L2, les spires de la bobine s’étendant perpendiculairement au plan de la couche 7 de matériau ferromagnétique. Aux figures 2 et 7, il est montré trois rangées de spires mais ceci n’est bien entendu pas limitatif.

En se référant à la figure 7, quand le dispositif 1 de communication et de rechargement en champ proche comprend deux antennes de communication 31 , 32, il est possible de conférer à ces antennes de communication 31 , 32 des états différents, par exemple un état actif Act pour lequel l’antenne de communication 31 , 32 est alimentée électriquement, un état inactif Ou pour lequel le circuit d’alimentation de l’antenne de communication 31 , 32 est ouvert et un état de résonance Res pour lequel l’antenne de communication 31 , 32 est placée en résonance.

La figure 7 montre quatre dispositifs 1 de communication et de rechargement en champ proche avec des états différents pour les antennes de communication 31 , 32 avec des courbes de couverture couvl à couv4 obtenues respectivement par chacun de ces dispositifs 1 dans leur état respectif. Pour simplification les références numériques sont indiquées seulement pour le premier dispositif 1 mais valent aussi pour les trois autres.

Pour le premier dispositif 1 , le plus en haut de la figure 7, une première antenne de communication 31 est active Act en étant alimentée électriquement tandis que la deuxième antenne de communication 32 est en résonance Res.

Il est obtenu la première courbe de couverture Couv 1. Garder la deuxième antenne 32 en résonance, cette deuxième antenne étant la plus à droite à la figure 7, permet d’augmenter l’intensité de champ dans la couche 7 de matériau électromagnétique afin de couvrir la zone centrale.

Pour le deuxième dispositif 1 en partant du haut de la figure 7, la première antenne de communication 31 est active Act en étant alimentée électriquement tandis que la deuxième antenne de communication 32 est inactive Ou, son circuit d’alimentation étant ouvert.

Il est obtenu la deuxième courbe de couverture Couv 2. Mettre la deuxième antenne de communication 32 la plus à droite en circuit ouvert permet de supprimer une zone d’ombre au niveau de l’antenne.

Pour le troisième dispositif 1 en partant du haut de la figure 7, la première antenne de communication 31 est en résonance Res tandis que la deuxième antenne de communication 32 est active Act en étant alimentée électriquement.

Il est obtenu la troisième courbe de couverture Couv 3. Garder la première antenne de communication 31 la plus à gauche en résonance permet d’augmenter l’intensité de champ dans la couche 7 de matériau électromagnétique afin de couvrir la zone centrale.

Pour le quatrième dispositif 1 en partant du haut de la figure 7, la première antenne de communication 31 est inactive Ou, son circuit d’alimentation étant ouvert tandis que la deuxième antenne de communication 32 est active Act en étant alimentée électriquement. Il est obtenu la quatrième courbe de couverture Couv 4.

En se référant plus particulièrement à la figure 8, chaque bobine de communication L1 , L2 respective d’une antenne de communication 31 , 32 d’une part, peut être reliée à un interrupteur Q3, Q4 fermant ou ouvrant un circuit d’alimentation respectif. Les circuits d’alimentation respectifs des bobines de communication peuvent être connectés en parallèle à un circuit principal 12 comprenant la source d’alimentation électrique 8 de communication.

D’autre part, chaque bobine de communication L1 , L2 d’une antenne de communication 31 , 32 peut comprendre des moyens de mise en résonance Q1 , C3 ; Q2, C4 de chaque bobine L1 , L2 respective à la haute fréquence sélectionnée reliés en parallèle à un circuit de commande 14 de mise en résonance.

Le circuit principal 12 comprend un circuit d’adaptation radiofréquence comportant un premier condensateur C1 et une résistance R1 avec une dérivation vers la masse par une branche comprenant un deuxième condensateur C2, la branche étant piquée entre le premier condensateur C1 et la résistance R1. Le circuit principal 12 alimente la première antenne de communication 31 par un premier interrupteur principal Q3 et, en dérivation, la deuxième antenne de communication 32 par un deuxième interrupteur principal Q4.

Le circuit de commande 14 en résonance commande la résonance sélective des première ou deuxième antennes de communication 31 , 32 respectivement par un premier interrupteur de résonance Q1 et un deuxième interrupteur de résonance Q2.

Les références F et O à proximité des interrupteurs Q1 à Q4 indiquent l’état respectif de l’interrupteur avec circuit fermé F ou circuit ouvert O.

Le circuit de commande 14 de mise en résonance comprend une première branche alimentant en dérivation, d’une part, le deuxième interrupteur de résonance Q2 de la bobine de la deuxième antenne de communication 32 et, d’autre part, le premier interrupteur principal Q3 de la bobine de la première antenne de communication 31 pour sa commande en position ouverte O ou fermée.

Le circuit de commande 14 de mise en résonance comprend une deuxième branche en dérivation de la première branche alimentant en dérivation, d’une part, le premier interrupteur de résonance Q1 de la bobine de la première antenne de communication 31 et, d’autre part, le deuxième interrupteur principal Q4 de la bobine de la deuxième antenne de communication 32 pour sa commande en position ouverte O ou fermée.

Le circuit de commande 14 de mise en résonance peut être commun, de par ses première et deuxièmes branches aux bobines des première et deuxièmes antennes de communication 31 , 32. Le circuit de commande 14 de mise en résonance peut comprendre dans sa deuxième branche une porte logique inverseuse 13.

Cette porte logique inverseuse 13 peut alimenter en alternance les moyens de mise en résonance Q1 , C3 ; Q2, C4 de là bobine de la première antenne 31 ou de la deuxième antenne de communication 32, les moyens de mise en résonance Q1 , C3 ; Q2, C4 de chaque antenne de communication 31 , 32 comprenant au moins un condensateur C3, C4 en dérivation de l’inductance L1 , L2 de la bobine respective des première et deuxième antennes de communication 31 , 32.

Le circuit de commande 14 peut être connecté à chaque interrupteur principal Q3, Q4 du circuit principal 12 et soit le place dans une première position fermant le circuit d’alimentation d’une des bobines en laissant le circuit d’alimentation de l’autre bobine ouvert, soit le place dans une deuxième position fermant le circuit d’alimentation d’une des bobines en plaçant en résonance l’autre bobine.

Il est cependant possible de prévoir une troisième position correspondant aux deux interrupteurs principaux Q3, Q4 placés en position ouverte et une quatrième position correspondant aux deux interrupteurs principaux Q3, Q4 placés en position fermée.

Comme il est montré à la figure 8, le dispositif de communication et de rechargement en champ proche peut comporter une troisième antenne de communication auxiliaire 33 sous la forme d’une bobine s’étendant perpendiculairement à la bobine de ladite au moins une antenne de communication 31 , 32. Cette antenne de communication auxiliaire 33 couvre les trous de couverture au niveau des première et deuxième antennes de communication 31 , 32. L’antenne de communication auxiliaire 33 comprend un condensateur C5 et une bobine L3, similairement aux première et deuxième antennes de communication 31 , 32.