Brevet FR2244301A1 — publié le 19750411

La présente invention concerne des filtres haute fréquence utilisant la propagation d'ondes élastiques de surface et présentant, grâce aux perfectionnements de l'invention,une réponse électroniquement variable tant en ce qui concerne la largeur de la bande des fréquences qu'ils transmettent qu'en ce qui concerne la fréquence centrale de cette bande. On connait déji des filtres utilisant, pour traiter des signaux électriques haute fréquence, la propagation d'ondes élastiques de surface sur des blocs de matériau piézo-électrique. Ces filtres comportent généralement, sur un bloc de matériau piézo-électrique, un transducteur d'entrée transformant ces signaux électriques d'entrée à traiter en ondes élastiques de surface propagées par le matériau, deux réseaux dispersifs de discontinuités réfléchissantes disposés cate à c8te sur le bloc et un transducteur de sortie transformant les ondes élastiques traitées par ces deux réseaux en signaux électriques de sortie. les deux transducteurs sont disposés chacun à l'une des deux extrémités du bloc de matériau piézo-électrique. Les deux réseaux dispersifs sont identiques et sont disposés de manière que le premier reçoive les ondes élastiques délivrées par le transducteur d'entrée et les réfléchissent vers le second, qui les réfléchit à son tour vers le transducteur de sortie. Chaque réseau est constitué, de manière connue en soi, de discontinuités réfléchies santes, constituées par exemple de traits ou sillons, gravés sur la surface de propagation du matériau piézo-électrique, l'espacement entre ces sillons étant irrégulier et croissant d'une extrémité du réseau à l'autre. Des ondes élastiques de surface dirigées vers de tels réseaux sont réfléchies, en fonction de leur fréquence, par des discontinuités différentes du réseau, les ondes de fréquences les plus élevées étant réfléchies par les discontinuités les plus rapprochées. ainsi des ondes de fréquences différentes sont différemment retardés par de tels réseaux. Comme il s'agit, dans les filtres concernés par l'invention, de réaliser des filtres non dispersifs, c' est-à-dire retardant de la mtme manière les ondes de fréquences différentes qu'ils traitent, les deux réseaux et les deux transducteurs sont disposés de manière que les différences de retard introduites par l'un des réseaux soient conpensées par l'autre.C'est pourquoi les transducteurs sont disposés chacun à une des deux extrémités du-bloc de matériau piézo-électrique, les discontinuités des deux réseaux sont toutes inclinées de la mtme manière par rapport à la direction de propagation des ondes élastiques le long des réseaux, les discontinuités les plus rapprochées se trouvent, pour les deux réseaux, vers une meme extrémité de ce bloc. Les filtres ainsi constitués ont une réponse invariable, déterminée par la géométrie des réseaux, la bande des fréquences qu'ils transmettent étant celle des fréquences réfléchies par les discontinuités tandis que les fréquences non transmises sont celles pour lesquelles aucune discontinuité des réseaux n'est convenablement réfléchissante. L'objet de l'invention est de réaliser des filtres haute fréquence non dispersifs dont la réponse - fréquence centrale et bande passante est électroniquement variable. Un filtre haute fréquence selon l'invention comporte, à l'intérieur d'une enceinte étanche sous vide, un bloc d'un matériau piézo-électrique susceptible d'émettre des électrons secondaires en quantité relativement importante sous l'Impact d'un faisceau d'électrons incidents, et disposés sur ce bloc, un transducteur d'entrée disposé à une extrémité du bloc transformant des signaux électriques haute fréquence en ondes élastiques propagées par la surface dudit matériau, deux réseaux dispersifs de discontinuités réfléchissantes à espacement non uniforme, le premier de ces deux réseaux réfléchissant les ondes élastiques qu1il reçoit du transducteur d'entrée vers le deuxième réseau qui les réfléchit à son top vers un transducteur de sortie disposé à l'autre extrémité du bloc qui les transforme en signaux électriques de sortie, ces deux réseaux étant disposés de manière que les différences de retard qu'ils introduisent chacun entre les ondes de fréquences différentes qu'ils réfléchissent se compensent, ce filtre comportant en outre un canon à électrons dirigeant sur la surface du matériau piézo-électrique, entre les deux réseau, un faisceau d1électrons primaires rapides, des moyens de commande dtintensité dudit faisceau et des moyens de comnande de déviation de ce meme faisceau susceptibles de déplacer son impact le long de la zone du matériau piézo-électrique se trouvant entre les deux réseaux dispersifs, ledit faisceau balayant en permanence cette zone et étant périodiquement interrompu, au l'on désire transmettre. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l1invention ressortiront de la description suivante illustrée par la figure unique annexée qui représente schématiquement la structure d 'un filtre à réponse réglable selon l'invention. Ub filtre selon l'invention comporte, à l'intérieur d'une enceinte étanche sous vide dont une partie est symbowiquement représentée en E, un bloc B d'un matériau piézo-électrique susceptible de propager des ondes élastiques de surface. Le matériau piézo-électrique est de plus choisi, conformément à l'invention, de manière à pouvoir émettre, lorsqu'il est frappé par un faisceau d'électrons primaires suffisamment rapides, des électrons secondaires en auantité relativement importante . Il faut noter qu'il est également possible d'utiliser, pour ce bloc 3, un matériau piézo-électrique non doué de la propriété démettre des électrons secondaires en quantité relativement importante , à condition de le recouvrir, sur sa surface propageant les ondes élastiques, d'une mince couche d'un matériau doué de cette propriété. UE transducteur d'entrée 1 et un transducteur de sortie 2 sont disposés chacun à une extrémité du bloc B ; ils sont par exemple cons titubés de bandes métalliques en peignes imbriqués déposés sur la surface du bloc B comme le nontre la figure. le transducteur d 'entrée 1 transforme des signaux électriques d'entrée Se qui lui sont appliqués en ondes élastiques propagées à la surface du bloc B tandis que le transducteur de sortie 2 recueille les ondes élastiques traitées et les transforme en signaux électriques de sortie Ss. Deux réseaux dispersifs 3 et 4 de discontinuités réfléchissantes à espacement irrégulier sont disposés, comme ddjå mentionné sur le bloc B. Les discontinuitée peuvent entre, comme déjà mentionnXdeR discontinuités mécaniques constituées de sillons gravés à la surface du bloc B. Elles pelrPet également être des discontinuités électriques constituées de bandes conductrices disposées sur la surface du bloc B à la place des sillons. Le premier 3 de ces deux réseaux est disposé en face du transducteur d'entrée I de manière à recevoir les ondes élastiques qu'il engendre. Ses discontinftés sont inclinées par rapport à la direction de propagation de ces ondes de manière à les réfléchir vers le deuxième réseau 4. Ce réseau 4 est disposé en face du transducteur de sortie 2 et ses discontinuités sont parallèles à celle du premier réseau de manière qu' il réfléchisse vers le transducteur de sortie 2 les ondes quril reçoit de ce premier réseau 3. Les discontinuités à espacement réduit des deux réseaux sont disposées vers une meme extrémité du bloc 3, extrémité supportant le transducteur d'entrée t par exemple. Les ondes de fréquences les plus élevées de la bande de séquences traitée par le filtre sont réfléchies par ces discontinuités à espacement réduit et suivent par exemple le trajet CI tandis que les ondes de fréquences les plus basses de cette bande suivent le chemin C2. Ainsi dans la zone séparant les deux réseaux 3 et 4, on dispose d'un étalement spatial, le long de l'ase z, des différentes fréquences demande de fréquences susceptibles.d'tre transmises par le filtre. Des charges absorbantes d'un type connu et schématiquement repré sentées en 5 et 6 sont disposées aux deux extrémités du bloc B en face de chacun des deux réseaux de manière à absorber d'éventuelles ondes élastiques non convenablement réfléchies par ces réseaux. Be filtre de l'invention comporte en outre un canon à électrons schématiquement représenté en C. Ce canon comporte, de manière classique en soi, une cathode 7 émettant des électrons, une électrode 8 de commande d'intensité du faisceau d'électrons émis par la cathode, une électrode 9 d'accélération de ce faisceau et un système 10 de déviation du faisceau d'électrons B. Ce canon à électrons émet un faisceau d'électrons F qui vient frapper la surface du bloc B où se propagent les ondes élastiques, dans la zone comprise entre les deux réseaux 3 et 4. Des électrodes de concentration non représentées, font que la surface d'impact 11 du faisceau F sur le bloc 3 ne recouvre pas les réseaux 3 et 4. L'électrode d'accélération 9 est portée à un potentiel tel que le faisceau d'électrons F est un faisceau d'électrons rapides qui, lorsqu'il frappe, en 11 par exemple, la surface du bloc B provoque une émission d'électrons secondaires en quantité relativement importante. Une électrode constituée par exemple d'un cylindre 12 comme schématiquement représenté sur la figure, ou d'une grille placée au voisinage de la surface du bloc B, et portée à un potentiel positif, voisin de celui de l'électrode d'accélération 9 par exemple, collecte les électrons non captés par la surface du bloc B et fixe le potentiel d'équilibre de cette surface. Le système de déviation tO est alimenté par un signal périodique tel que le faisceau F balaye en permanence la zone de la surface du bloc B comprise entre les deux réseaux 3 et 4. Au cours de ce balayage, les électrons secondaires émis, en 11 par exemple, sous l'impact du faisceau F, se redistribuent partiellement sur cette surface en fonction du champ électrique de surface associé à l'onde élastique. Cette redistribution, qui se reproduit à chaque passage du faisceau F en 11, absorbe une fraction de l'énergie électrostatique associée à l'onde élastique, laquelle onde se trouve ainsi atténuée. Cette atténuation est d'ailleurs d'autant plus forte que le matériau constituant le bloc 3 est plus piézoélectrique, niobate de lithium par exemple. Dans un mode de réalisation où le matériau constituant le bloc 3 est électriquement isolant, l'émission d'électrons secondaires doit se faire à coefficient d'émission supérieur à l'unité pour que la surface du, bloc B ne se charge pas au potentiel de la cathode. Par contre, dans un mode de réalisation où le matériau constituant le bloc B est légèrement conducteur, la condition s > ' n'est plus nécessaire ; la surface du substrat ne se chargera pas au potentiel de la cathode, le surplus d'électrons incidents ne restant plus à la surface du bloc 3, mais étant conduit, par la légère conductivité du bloc B, par exemple vers une électrode "de masse" placée sur la face du bloc B opposée à celle frappée par le faisceau F. il faut toutefois noter que plus Sest grand et moins la densité du faisceau F d'électrons primaires doit être forte pour obtenir un même effet d'atténuation, ce qui est plus intéressant. Ainsi, en déplaçant le faisceau F le long de l'axe z au moyen du système de déflexion 10, on provoque une atténuation des ondes se propageant entre les deux réseaux et donc une atténuation des signaux électriques correspondant à ces ondes. Pour que l'atténuation soit suffisamment importante il faut qu'une onde acoustique se propageant d'un réseau à l'autre soit frappée suffisamment longtemps par le faisceau F, de l'ordre d'une à quelques dizaines de microsecondes par exemple ; cette durée minimale t min qui dépend de la densité de courant primaire, du coeffi cient d'émission secondaire 2 et de la nature du substrat permet d'obtenir une absorption complète de l'onde. En fait, la durée pendant laquelle une onde acoustique se pro- pageant d'un réseau à l'autre, reçoit le faisceau F, dépend de plusieurs paramètres qui sont d, la distance entre les deux réseaux, va, la vitesse de propagation de l'onde acoustique, f, la fréquence de balayage du faisceau, e, la durée d'un balayage. Pour que cette durée totale, correspondant à plusieurs balayages du faisceau, soit supérieure ou égale à t min, il faut par exemple que v f Wt min d e il suffit, pour transmettre sans atténuation certaines de ces ondes, de bloquer le faisceau F au moyen de l'électrode 8 chaque fois qu'il viendrait à balayer la partie de la surface comprise entre les deux réseaux sur laquelle ces ondes se propagent du réseau 3 vers le réseau 4. Ainsi, sur la figure, où les surfaces quadrillées SI et 52 sont effectivement frappées par le faisceau F lors de son balayage, tandis que la surface S3 correspond à une partie du cycle de balayage où le faisceau F est soupé, le filtre transmettra uniquement les ondes transitant du réseau 3 au réseau 4 par cette surface 53. il clair qu'en déplaçant cette surface 53 le long de l'axe s on fait varier la fréquence des ondes transmises par le filtre et qu'en faisant varier la dimension de cette surface S3 parallèle à l'axe z on fait varier la bande de fréquences transmises. il suffit donc, pour obtenir un filtre de réponse variable, de déterminer, en position et en grandeur, la surface 53 correspondant aux ondes que l'on désire transmettre et de commander l'électrode 8, au rythme du balayage du faisceau F, pour qu'elle coupe le faisceauF chaque fois qu'il franchit cette surface. REVEEDICATION3 1. Filtre haute fréquence à propagation d'ondes de surfaces, à réponse électroniquement variable, comportant, à l'intérieur d'une enceinte étanche sous vide, un bloc d'un matériau piézo-électrique et, disposés sur une face de ce bloc, un transducteur d'entrée disposé à une extrémité dudit bloc, transformant des signaux électriques haute fréquence en ondes élastiques se propageant à la surface de ladite face, deux réseaux dispersifs de discontinuités rélechissantes à espacement non uniforme, le premier de ces deux réseaux réfléchissant les ondes élastiques qu'il reçoit du transducteur d'entrée vers le deuxième réseau qui les réfléchit à son tour vers un transducteur de sortie, disposé à l'autre extrémité dudit bloc, qui les transforme an signaux électriques de sortie, ces deux réseaux étant disposés de manière que les différences de retard qu'ils introduisant chacun entre les ondes de fréquences différentes qu'ils réfléchissent se compensent, caractérisé en ce que ladite surface du bloc (B) de matériau piézo-électrique est susceptible d'émettre des électrons secondaires sous l'impact d'électrons primaires, et en ce que ledit filtre comporte en outre un canon à électrons dirigeant sur ladite surface, entre les deux dits réseaux (3, 4), un faisceau (F) d'électrons primaires rapides, des moyens (8) de commande d'intensité dudit faisceau et des moyens (10) de commande de déviation de ce même faisceau, su ceptibles de déplacer son impact (11) le long de la zone de ladite surface se trouvant entre les deux dits réseaux (3, 4), ledit faisceau (F) balayant en permanence cette zone et étant périodiquement interrompu au rythme de ce balayage, chaque fois qu'il franchit la partie de cette zone correspondant à la bande de fréquences à transmettre, une électrode (12) collectrice d'électrons, placée au voisinage de ladite surface, collectant les électrons non captés par cette surface. 2. Filtre haute fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc (B) est constitué d'un matériau piézo-électrique doué de la propriété d'émettre des électrons secondaires sous l'impact d'électrons primaires. 3. Filtre haute fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc (B) de matériau piézo-électrique est recouvert sur ladite face d'une mince couche d'un matériau doué de la propriété d'émettre des électrons secondaires sous l'impact d'électrons primaires. 4. Filtre haute fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les discontinuités des réseaux dispersifs (3, 4) sont des discontinuités mécaniques constituées de sillons gravés sur ladite surface dudit bloc (B). 5. Filtre haute fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les discontinuités des réseaux dispersifs (3, 4) sont des discontinuités électriques constituées de bandes conductrices disposées sur ladite surface dudit bloc- (3).