Brevet FR2273344A1 — publié le 19751226

L'invention concerne un dispositif acoustique à mémoire pour signaux de haute fréquence, radioélectriques en particulier, applicable à la comparaison de deux signaux,leur convolution et leur corrélation notamment. le dispositif de l'invention permet la mise en mémoire de l'un de ces signaux dans les conditions et aux fins qui seront précisées. le dispositif comprend un substrat piézoélectrique à la surface duquel se propagent des ondes acoustiques correspondant aux signaux en question. On a utilisé dans l'art antérieur ce genre de dispositif en vue de la comparaison, la convolution notamment, de deux signaux reçus simultanément, dans une bande de plusieurs dizaines de mégahertz et avec des durées de l'ordre de la dizaine de microsecondes. Au moyen d'un premier signal, de référence, une onde de référence est engendrée sur le substrat, auquel est appliqué également le second signal engendrant lui-m8me une onde se propageant le long du meAme trajet, en sens inverse. Le champ électrique d'origine piézoélectrique développé à la surface du substrat par ces deux ondes induit dans un semiconducteur adjacent au substrat un effet non linéaire se traduisant par une tension transversale proportionnelle en chaque point au produit des champs induits en ce point par chacun des signaux, tension que l'on recueille entre une électrode couplée au semiconducteur et une électrode couplée au substrat. Le principe d'un tel fonctionnement est largement connu et développé dans la littérature technique. On connaît aussi le principe de certains dispositifs acoustiques à mémoire décrits par leurs inventeurs A. -Bert, B. wpsztein et G. Eantorowicz de homson-OSS dans Applied Physics Letters du 15 juillet 1972, Vol 21, NO 2 sous le titre "Charge Storage of Acoustic rf Signal",qui ont fait par ailleurs l'objet de plusieurs brevets au nom de la Demanderesse. Dans ces dispositifs, l'image électrostatique de l'onde acoustique correspondant à un signal donné est figée à la surface du substrat piézoélectrique, électriquement isolant, par des électrons venant occuper sur ce substrat les zones de potentiel positif développées sur celui-ci par l'onde.Ces électrons sont les élec trons secondaires émis par le substrat, doué de la propriété d'émission secondaire, sous l'effet d'un bombardement d'électrons primaires d'énergie suffisante. Les électrons secondaires d'une faible énergie, de l'ordre de quelques électron-volts, retombent sur le substrat où ils sont attirés par les régions de potentiel positif de l'onde. Certains auteurs ont suggéré de combiner les deux phénomènes ci-dessus, en vue de la réalisation de corrélateurs: voir l'article de E. Stern et al dans Electronics Setters du 7 mars 1974, Vol 10 NO 5 sous le titre "New Adaptive Signal Processing Concept" Le problème reste cependant la réalisation pratique de la mise en mémoire. Il s'agit de produire d'une façon ou d'une autre les électrons nécessaires à cette mise en mémoire, et de les produire d'une façon simple, compatible avec la disposition relative des éléments constitutifs des dispositifs correlateurs à mémoire, principalement le substrat et le semiconducteur. Dans l'article de Stern et al, il est suggéré de recourir à la photo-émissivité d'un élément auxiliaire placé au voisinage du substrat dans la région de propagation des trains d'onde, sous l'effet d'un laser d'excitation.Il est suggéré aussi de recourir à l'émission secondaire précédente, par bombardement à partir d'émetteurs situés sur le semiconducteur. L'une et l'autre de ces solutions présentent des difficultés. Belon la présente invention, ces électrons sont obtenus par un bombardement primaire, selon l'article de Applied Physics Setters cité, et dans des conditions telles que décrites ci-dessous, permettant des réalisations particulièrement simples. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures qui sont jointes à celle-ci et qui représentent des vues schématiques montrant - figures 1 et 2 : en coupe, les éléments constitutifs d'un dispositif de traitement de signaux auquel s'applique l'invention, - figures 3 et 4 : en perspective et en coupe, l'une des variantes de réalisation de l'invention, - figures 5 et 6 : schématiquementencoupeS deux autres variantes de réalisation de l'invention, - figures 7, 8 et 9 : en perspective, trois autres variantes de l'invention, - figure 10 : un schéma explicatif, et - figure Il : en coupe, une autre variante du dispositif de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif acoustique de convolution tel que connu de l'art antérieur. Elle montre un substrat piézoélectrique 1 qui revêt le plus souvent la forme d'une plaquette, taillée avec une orientation donnée dans un cristal de quartz ou de niobate de lithium,par exemple,à laquelle est appliqué un-signal de haute fréquence, au moyen d'un transducteur d'entrée 2, dont seules les bornes sont visibles sur la coupe'de la figure. Du fait du caractère piézoélectrique du substrat, ce signal engendre sur~la face de ce substrat sur laquelle est appliqué le transducteur 2 une onde élastique accompagnée d'une onde de potentiel se propageant dans le sens de la flèche de gauche. Le signal d'entrée en question est le signal de référence du dispositif.A l'autre extrémité de la plaquette I, un second transducteur 3, figuré également par ses bornes, est appliquée sur la même face du substrat. Ce transducteur reçoit en fonctionnement le signal de haute fréquence, à mettre en convolution avec le signal de référence. Il lui correspond une onde élastique et une onde de potentiel se propageant, comme les précédentes,à la surface du substrat t et sur le même trajet que celles-ci, mais dans le sens de la flèche de droite de la figure,c'est-à-dire le sens opposé à celui des ondes précédentes. L'onde résultante a été figurée schématiquement à la surface du substrat par la sinusoïde régulière située entre les deux transducteurs Cette sinusoïde représente à la fois la déformation élastique du substrat piézoélectrique à un instant donné, au passage de ces ondes élastiques, et la distribution du potentiel à sa surface au même instant.Les crêtes de potentiel sont de l'ordre de quelques volts avec un cristal de niobate de lithium et des signaux appliqués correspondant à des densités de puissance de l'ordre du watt/mm2, à des fréquences de l'ordre de 100 mégahertz. les champs électriques correspondants sont suffisants pour induire dans un semiconducteur, représenté dans l'exemple de la figure sous la forme d'une plaquette 4, en silicium par exemple à 10 Qlcm, un effet non linéaire, auquel correspond un signai électrique, recueilli sur les deux plaques 5 et 6 appliquées sur les deux faces non en regard du substrat et du semiconducteur, entre la borne 7 et la masse. Supposons maintenant que, par un moyen quelconque, on ait fixé l'image de l'onde de référence à la surface du substrat 1, à la fois piézoélectrique et électriquement isolant, grâce à des charges électriques, celles d'électrons par exemple, venues se fixer sur le relief de potentiel correspondant à cette onde, comme représenté schématiquement par la suite de tirets et de croix de la figure 2. La distribution de ces charges superficielles induit dans le semiconducteur adjacent une perturbation de oenductivité ayant la période du signal de référence. Si on introduit alors dans le dispositif un second signal, par le même transducteur 2 que celui ayant servi à appliquer la référence, à l'aide d'un commutateur, le courant traversant le semiconducteur 4 fournit entre la masse et la borne 7 la correlation de ce second signal et du signal de référence.Si le second signal est appliqué au transducteur 3,c'est la convolution des deux signaux qui apparaît entre les deux plaques 5 et 6. Un signal bref et de grande intensité appliqué au transducteur 2 fournirait aux bornes de ces plaques un signal réplique du signal de référence. Dans l'invention, ces électrons sont les électrons secondaires émis par le substrat bombardé par un faisceau primaire pendant un temps très court (il faut entendre très court par rapport à la période de l'onde haute fréquence). Dans les dispositifs de l'invention ce faisceau provient d'une source associée au dispositif représenté sur les schémas des figure 1 et 2 et distincte des éléments de ces figures. Cette source est la cathode d'un canon à électrons comportant plusieurs autres électrodes,comme connu dans la technique des faisceaux d'électrons ; ni cette cathode ni ces électrodes ne sont représentées sur les figures qui seront décrites ci-dessous, où seul figure le faisceau primaire ; ces figures,où les éléments des figures précédentes portent les repères qu'ils portaient sur ces figures, représentent à titre non limitatif diverses variantes de réalisation du dispositif de l'invention. Dans la variante de l'invention représentée sur la figure 3, les signaux appliqués sont des signaux radioélectriques d'une fréquence de l'ordre de la centaine de mégahertz; ils sont appliqués aux transducteurs électro-acoustiques 2 ét 3 en forme de peignes. le faisceau d'électrons 10 est dirigé vers un élément en un matériau diélectrique 11 qui revêt une forme analogue à celle du substrat piézoélectrique électriquement isolant 1, c'est-à-dire celle d'une plaquette parallélipipédique ; la plaquette 11 est accolée à la plaquette 1. Des bandes conductrices 12 sont appliquées sur les plaquettes 1 et 11 perpendiculairement à leur ligne de raccordement 13. Ces bandes s'étendent sur la plaquette 1 sur toute la largeur du trajet des ondes acoustiques entre les transducteur 2 et 3, et sur la plaquette 11 sur la surface 14 bombardée par le faisceau 10. Sous l'effet de ce bombardement a lieu une émission, sur toute la surface 14 du matériau de la plaquette 11, d'électrons secondaires de faible énergie qui retombent sur la plaquette 11 sur les crêtes de potentiel positif induites sur la surface du substrat 14 à partir de celles de l'onde du signal de référence appliquée au transducteur 2, grâce au couplage électrique entre le substrat piézoélectrique 1 et le diéiectrique 11 résultant de la présence des bandes 12.Ces électrons se répartissent sur la totalité de ces crêtes sur la surface 14 et induisent sur le substrat 1, toujours gracie au couplage par les bE93d6 12 entre 1 et 11, une image électrostatique de l'onde de référence Ainsi se trouve mise en mémoire dans le dispositif l'onde de référence. la corrélation ou la convolution du second signal avec le signal de référence se fait comme précédemment par application du second signal en question soit au transducteur 2 soit au transducteur 3. les bandes 12 sont avantageusement, comme le montre la figure, régulièrement es pacées à intervalle de 3, si k désigne la longueur d'onde de l'onde acoustique de référence, leur dimension dans la direction de propagation représentée par la flèche étant, elle, faible par rapport à cette longueur d'onde, contrairement à ce que montre le dessin, dans lequel cette dimension a été volontairement largement grossie. La figure 4 est une vue en coupe de la figure 5, par un plan perpendiculaire à la direction de propagation,au niveau de l'une des bandes 12. Dans l'exemple de réalisation que montre la figure 5, qui est une coupe perpendiculairement à la direction de propagation des ondes, le semiconducteur 4 est disposé vis-à-vis de l'une des parties du substrat piézoélectrique isolant 1,bombardé sur l'autre partie par le faisceau d'électrons entre les transducteurs ; ces transducteurs ne sont pas visibles sur cette figure en coupe, à laquelle on s'est limité pour représenter cette variante-dont la perspective générale se présenterait comme celle de la figure 3. Dans cette variante, une couche en un matériau diélectrique portant le repère 21 recouvre le substrat 1 sur sa partie en regard du semiconducteur 4 ; des bandes 22 assurent le couplage électrique entre la face supérieure de la couche 21 et la partie du substrat parcourue par les ondes, entre les transducteurs. Dans une variante voisine de la précédente, représentée sur la figure 6, une seconde couche diélectrique 23 est disposée sur les bandes 22 entre la couche 21 et le semiconducteur 4,en contact avec l'un et l'autre ; la présence de cette couche augmente le couplage entre le substrat et le semiconducteur. Dans la variante de la figure 7, le semiconducteur 4 est disposé vis-à-vis du substrat 1, le long du trajet emprunté par les ondes acoustiques sur ce substrat, entre les transducteurs' 2 et 3. Des ouvertures 30 sont prévues dans le semiconducteur pour le passage du faisceau de bombardement 10, dont une partie atteint à travers ces ouvertures le substrat 1.-Ces ouvertures sont dans l'exemple de la figure des fentes allongées dirigées perpendiculairement à la direction, de propagation des ondes sur le substrat, représentées comme précédemment par les deux flèches de sens opposés. Elles sont espaces d'une distance égale à une fraction de la longueur d'onde de l'onde acoustique de référence. Dans la variante de la figure 8 les fentes 40 sont allongées dans la direction de propagation ; deux d'entre elles sont représentées sur la figure. Dans celle de la figure 9, ces ouvertures consistent en des trous circulaires 50 dont quelques uns seulement sont représentés, régulièrement ou aléatoirement répartis le long du semiconicisr. Dans les variantes comportant de telles ouvertures le couplage du substrat avec le semiconducteur a lieu par débordement du champ électrique (flèches) vers les parties mu évidées du semiconducteur, comme le montre schématiquement en coupe la vue partielle de la figure 10. Dans ces variantes on prévoira avantageusement en avant du semiconducteur, sur le trajet du faisceau une grille portée à un potentiel positif par rapport à la cathode du canon et présentant des ouvertures en rapport avec le découpage du faisceau à réaliser, suivant techniques connues de l'optique électronique. Cette grille peut entre aussi confondue avec la plaque 6, convenablement polarisée. Pour que ce couplage soit satisfaisant, il est nécessaire que ouvertures et pleins dans le semiconducteur soient séparés par des intervalles sensiblement inférieurs àla longueur d'onde de l'onde acoustique de référence ; comme déjà indiqué à propos des figures précédentes, ces intervalles seront avantageusement choisis de l'or- dre de ; les ouvertures elles mêmes seront petites par rapport à ces intervalles. On ne s'est pas placé dans ce cas sur les figures 7 9 où les proportions de ces ouvertures et de leurs intervalles par rapport aux autres éléments n'ont pas été respeetées,pour des raisons de clarté. La vue de la figure 11 montre enfin,en coupe, une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention. Cette coupe est, comme dans le cas des figures 4, 5 et 6, celle du dispositif par un plan perpendiculaire à la direction de propagation des ondes. Comme dans le cas de la variante de la figure 5, le bombardement des électrons a. lieu sur la partie du substrat parcouru par les ondes acoustiques entre les transducteurs ; mais contrairement au cas de cette variante le semiconducteur 4, est accolé au substrat 1 ; une couche 31 en un matériau électriquement isolant, couche de silice par exemple, dans le cas d'un semiconducteur fait de silicium, recouvre le semiconducteur comme l'indique la figure ; les bandes conductrices sont appliquées sur le substrat 1 et la couche 31 ; elles portent le repère 32. Une plaque conductrice 33 est couplée capacitivement à la couche 31 ; le signal est recueilli entre cette plaque, à la masse, et la plaque 34 (borne 70), appliquée sur la face libre du semiconducteur 4. Il va sans dire que dans les dispositif décrits, après chaque corrélation ou convolution, on renouvelle le signal de référence. L'intérêt de la mise en mémoire du signal de référence dans les dispositifs de l'invention, comme d'ailleurs dans ceux de l'art antérieur-suggérés par Stern et al, réside dans le fait qu'il est possible, gracie à cette mise en mémoire, de mettre en corrélation ou en convolution le signal reçu, c'est-à-dire le second signal dont il a été question dans ce qui précède, avec un signal de référence parfaitement identifié à l'avance et ce à n'importe quel moment après la mise en mémoire de la référence. Dans le cas d'un radar par exemple, il est possible de mettre en corrélation ou convolution le signal reçu avec le signal émis, mis en mémoire au.moment de l'émission, et de filtrer ainsi le signal reçu des signaux parasites, les bruits en particulier, ayant pu se superposer à lui au cours de son trajet, ou tout au moins d'une partie de ces signaux. Ainsi se trouve réalisé un filtre adapté et amélioré le rapport signal/bruit. Cette amélioration est réalisée dans les dispositifs à mémoire de l'art antérieur comme dans ceux de l'invention, dont des exemples ont été décrits ci-dessus. Dans ceux de l'invention cependant elle est réalisée de façon plus simple que dans ceux connus de l'art antérieur. REVENDI CATIRONS 1. Dispositif acoustique à mémoire comprenant un substrat dont une partie au moins est constituée par un corps piézoélectrique isolant, des transducteurs disposés sur l'une des faces de ce substrat, sur le corps piézoélectrique, auxquels sont appliqués des signaux de haute fréquence engendrant des ondes acoustiques de surface se propageant, dans une direction donnée, le long d'un meme trajet à la surface dudit substrat, un semiconducteur adjacent audit substrat disposé parallèlement à ce trajet, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un canon à électrons, entièrement distinct de tous les autres moyens du dispositif, dirigeant vers la face dudit substrat sur laquelle sont disposés lesdits transducteurs, et normalement à celle-ci, sur une zone occupée par des ondes de potentiel correspondant auxdites ondes acoustiques, un faisceau d'électrons produisant sur ladite zone un bombardement donnant lieu à émission, par le substrat, d'électrons secondaires retombant sur ledit substrat, ledit bombardement étant utilisé pour mettre en mémoire l'un des signaux, dit signal de référence, appliqué à l'un des transducteurs, avant l'application de tout autre signal, dit second signa;; aux transducteurs,ledit dispositif assurant notamment, par l'application dudit second signal sur le meme transducteur, la corrélation avec mémoire du signal de référence et dudit second signal, ou, par l'application dudit second signal sur un autre transducteur, situé à l'opposé du précédent dans la direction de propagation desdites ondes, la convolution avec mémoire du signal de référence et dudit second signal, entre deux plaques conductrices couplées au dispositif. 2. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits transducteurs sont des transducteurs électro-acoustiques et les signaux qui leur sont appliqués des signaux électriques. 3. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué d'une plaquette d'un corps piézoélectrique isolant et d'une plaquette d'un corps diélectrique, accolées parallèlement à ladite direction, et en ce que ledit bombardement du faisceau a lieu seulement sur la partie du substrat constitué par ladite plaquette diélectrique, ledit semiconducteur étant placé vis-à-vis de l'autre partie, c'est-à-dire de ladite plaquette piézoélectrique, et en ce qu'il comporte une série de bandes conductrices rectilignes disposées sur ledit substrat sur sa face exposée audit bombardement, dont chacune traverse la ligne de raccordement des deux plaquettes sur cette face et s'étend d'un côté sur la zone dudit bombardement et de l'autre sur celle occupée par lesdites ondes acoustiques sur la plaquette piézoélectrique, lesdites plaques conductrices étant appliquées l'une sur ledit substrat l'autre sur ledit semiconducteur, sur leurs faces non en regard. 4. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites bandes sont parallèles entre elles, perpendiculaires à ladite direction de propagation et disposées à des intervalles réguliers de l'ordre du tiers de la longueur d'onde de l'onde acoustique correspondant audit signal de référence. 5. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué~dans sa totalité par ledit corps piézoélectrique isolant, en ce que ledit semiconducteur est disposé en regard dudit substrat vis-à-vis dudit trajet, et en ce que des ouvertures sont pratiquées dans ledit semiconducteur pour le passage dudit faisceau, lesdites plaques conductrices étant appliquées sur les faces non en regard dudit substrat et dudit semiconducteur, celle de ces plaques appliquée sur le semiconducteur- comportant des ouvertures coïncidant avec les ouvertures dudit semiconducteur. 6. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ces ouvertures sont des fentes allongées perpendiculaires à ladite direction de propagation, parallèles entre elles et régulièrement espacées. 7. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ces ouvertures sont des fentes allongées, parallèles entre elles et à ladite direction de propagation, régulièrement espacées. 8. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ces ouvertures sont des trous aléatoirement répartis. 9. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ces ouvertures sont des trous régulièrement répartis. 10. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué dans sa totalité par une plaquette d'un corps piézoélectriqueisolant sur une partie de laquelle s'étend ledit trajet, en ce que ledit impact du faisceau a lieu sur ledit trajet, le semiconducteur consistant en une plaquette disposée parallèlement audit trajet vis-à-vis-de l'autre partie dudit substrat, recouverte d'une couche d'un matériau isolant, et en ce qu'il comporte une série de bandes conductrices disposées transversalement à ladite direction de propagation et s'étendant d'un côté sur ladite couche et de l'autre sur la partie du substrat bombardée par le faisceau, lesdites plaques conductrices étant appliquées l'une sur ledit substrat, l'autre sur ledit semiconducteur, sur leurs faces non en regard. 11. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites bandes sont parallèles entre elles, perpendiculaires à ladite direction de propagation et disposées à des intervalles réguliers de l'ordre du tiers de la longueur d'onde de l'onde acoustique correspondant audit signal de référence. 12. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 10, caractérisé en ce que une seconde couche d'un matériau électriquement isolant est appliquée entre ledit semiconducteur et ladite première couche, en contact avec l'un et l'autre. 13. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué d'une plaquette d'un corps piézoélectrique isolant et d'une plaquette d'un corps diélectrique, accolées parallèlement à ladite direction, et en ce que ledit impact du faisceau a lieu seulement sur ladite plaquette piézoélectrique sur le trajet desdites ondes, en ce qu'il comporte une série de bandes conductrices rectilignes disposées sur ledit substrat sur sa face exposée audit bombardement, dont chacune traverse la ligne de raccordement des deux plaquettes sur cette face et s'étend, d'un côté, sur la zone dudit bombardement et de l'autre sur ledit corps diélectrique, et en ce que ledit semiconducteur consiste en une troisième plaquette sous-jacente à ladite plaquette diélectrique, en contact par l'une de ses faces avec celle-ci et par une de ses faces adjacentes à la précédente avec la plaquette piézoélectrique, lesdites plaques conductrices étant l'une appliquée sur le semiconducteur sur sa face opposée à celle en contact avec la plaquette diélectrique et l'autre disposée en regard de cette dernière, vis-à-vis desdites bandes conductrices. 14. Dispositif acoustique à mémoire suivant la revendication 15 caractérisé en ce que lesdites bandes sont parallèles entre elles, perpendiculaires à ladite direction de propagation et disposées à des intervalles réguliers de l'ordre du tiers de la longueur d'onde de l'onde acoustique correspondant audit signal de référence.