Brevet FR2255748A1 — publié le 19750718

L'invention concerne un dispositif électro-acoustique appliqué à la commutation de signaux. Les dispositifs électro-acoustiques sont des dispositifs utilisant un substrat en un matériau piézoélectrique et des transducteurs couplés à ce substrat. Ils sont utilisés couramment pour la transmission, et de façon générale, le traitement de signaux de haute fréquence, en particulier de signaux électriques, tels que les signaux radioélectriques,par exemple.Un signal,d'entrée,est appliqué à l'un des transducteurs dont le couplage avec le substrat est prévu de façon que le signal induise dans ce dernier, du fait de ce couplage, un train d'ondes élastiques, ou acoustiques, se propageant à la surface du substrat ; ces ondes engendrent à leur tour dans l'un des autres transducteurs, de sortie, couplés au substrat, un signal de sortie, que l'on recueille aux bornes de ce transducteur, après un délai égal au temps mis par le train d'ondes acoustiques pour parcourir, à la surface du substrat, le trajet séparant le transducteur auquel est appliqué le signal d'entrée de celui aux bornes duquel est recueilli le signal de sortie. Ce délai dépend de la longueur de ce trajet et de la vitesse de propagation des ondes acoustiques à la surface du substrat. Cette vitesse, de l'ordre de quelques kilomètres à la seconde, dépend elle-même de la nature du substrat, c'est-à-dire du matériau piézoélectrique choisi pour le réaliser. On sait que, pour un même matériau piézoélectrique, elle dépend des caractéristiques d'isolement électrique du matériau, c'est-à-dire du pouvoir isolant présenté par le matériau à la surface parcourue par les ondes, pouvoir isolant qui peut varier d'un échantillon à l'autre du même matériau ou subir des modifications sous l'influence de causes extérieures. Cette vitesse décroSt lorsque le pouvoir isolant en ques tion décroSt, c'est-à-dire lorsque la conductibilité électrique du matériau croit. On sait que, par une modification de cette conductibilité à la surface du substrat, il est possible de guider les ondes acoustiques le long de certains trajets entre transducteurs d'entrée et de-sortie ; ces ondes empruntent préférentiellement, à l'exclusion de tout autre,pratiquement, le trajet le long duquel cette conductibilité est la plus forte. Un moyen connu à cette fin consiste dans la mise en place, à la surface du matériau piézoélectrique, de trajets conducteurs, sous la forme par exemple de conducteurs électriques fixes appliqués sur le substrat le long de ces trajets.La présence de ces conducteurs, en modifiant les conditions aux limites de la propagation de l'onde acoustique de surface, réduit sa vitesse avec la conséquence indiquée ci-dessus. -Ces conducteurs sont par exemple matérialisés par des métallisations, faites à surface du substrat. Mais il est évident que, dans ce cas, ces trajets sont fixes comme le sont eux-memes les conducteurs. Ceci est un inconvénient des dispositifs de l'art connu. Les dispositifs de l'invention évitent cet inconvénient. Les dispositifs selon l'invention comportent les moyens de modifier rapidement à la surface du substrat les trajets le long desquels la conductibilité électrique de celui-ci est momentanément augmentée; comme il va être décrit ci-dessous, en se référant aux figures jointes qui représentent - la figure 1, un schéma, en plan, se rapportant aux dispositifs de l'invention, - la figure 2, une vue en coupe d'un fragment de l'une des variantes de ces dispositifs - et les figures 3 et 4 d'autres vues concernant ces dispositifs. Ces dispositifs sont utilisés, comme il sera précisé, à la commutation des signaux entre une entrée et plusieurs sorties. L'invention sera décrite dans le cas de signaux radioélectriques appliqués aux transducteurs d'entrée et recueillis sur les transducteurs de sortie,qui se présentent les uns et les autres sur les dessins des exemples décrits sous la forme connue qu'ils revêtent généralement dans ce cas, étant bien entendu que ce choix n'est en aucune manière limitatif de l'invention, qui s' applique d'une façon générale à tous les signaux,de quelque nature qu'ils soient, susceptibles d'engendrer des ondes élastiques à la surface du substrat. La figure 1 est une vue partielle schématique en plan des dispositifs de l'invention, sur laquelle on distingue un substrat 1, en un matériau piézoélectrique, ayant la forme d'une plaquette parallélipipèdique obtenue, par exemple, en taillant un cristal de quarts dans une orientation déterminée par rapport à ses axes optiques, et ayant de un à quelques millimètres d'épaisseur et quelques centimètres de largeur sur quelques centimètres de longueur ; à l'une des extrémités de la plaquette, est disposé, comme on le voit à gauche, un transducteur ?, dit transducteur d'entrée,-unique dans l'exemple de la figure, auquel est appliqué le signal d'entrée ; à l'extrémité opposée de celle-ci sont disposés une série d'autres transducteurs 3, 30 et 31, au nombre de trois dans l'exemple, dits transducteurs de sortie, aux bornes desquels sont recueillis les signaux de sortie transmis par le substrat 1 sous forme d'ondes acoustiques se propageant entre le transducteur d'entrée et les transducteurs de sortie, dans la direction générale de la longueur du substrat (flèche) aux extrémités de laquelle sont disposés les transducteurs, et dans le sens indiqué par cette flèche.Ces transducteurs ont, dans le cas où' le signal à traiter est un signal radioélectrique, d'une fréquence de quelques centaines de mégahertz, la forme de peignes interdigitaux ; on s 'est placé dans ce cas dans 1' exemple de la figure et on a, pour simplifier, réduit à une seule les dents de chacun de ces peignes ; ces derniers sont obtenus par exemple par métallisation, par un moyen ou par un autre, dela surface du substrat 1. in outre, les dispostifs de l'invention comprennent des moyens, non représentés sur le schéma de la figure 1, pour abaisser momentanément, en certaines zones de la surface du substrat, la valeur du pouvoir isolant de celui-ci par rapport à celle qu'il présente normalement. Ainsi sont créées des zones, telles que celle couverte de hachures portant le repère 4 sur la figure, le long desquelles se propagent, d'après ce qui précède, les ondes élastiques engendrées par un signal appliqué au transducteur d'entrée 2, pratiquement à l'exclusion de toutes les autres parties de la surface. le signal appliqué au transducteur d'entrée 2 est ainsi préférentiellement dirigé vers l'un ou l'autre des transducteurs de sortie, 3 dans l'exemple de la figure, pendant tout le temps que sont appliqués ces moyens. On réalise ainsi, au moyen des dispositifs de l'invention, un coupiage directif entre le transducteur d'entrée et l'un ou l'autre des transducteurs de sortie, ou une commutation. Dans les dispositifs de l'invention, ces moyens mettent à profit le phénomène de conductibilité induite dont certains matériaux sont le siège sous l'effet d'un bombardement par des électrons : ces matériaux sont doués de la propriété de voir leur conductibilité augmenter sur une partie de leur épaisseur à l'endroit de l'impact desélectrons. Il existe des matériaux à la fois piézoélectriques, électriquement peu conducteurs et doués de conductibilité induite. C'est le cas du sulfure de cadmium (cas). Dans l'une des variantes de l'invention,le substrat 1 est fait en l'un de ces matériaux, sous la forme d'une plaquette ayant des dimensions de l'ordre de celles citées plus haut. Dans une autre variante de l'invention, le matériau du substrat 1 n'étant pas doué de la propriété de conductibilité induite, le substrat est recouvert, sur sa face parcourue par les ondes acoustiques,d'une fine couche d'un matériau présentant la propriété de conductibilité induite ; dans ce cas, vu en coupe, le support des ondes acoustiques se présente comme indiqué sur le fragment grossi de la figure 2, c'est-à-dire composé du substrat piézoélectrique 1 précédent, recouvert de la couche 10, en un matériau doué de conductibilité induite, bombardée par le faisceau d'électrons 5. De tels matériaux sont connus de l'art,tels que,par exemple,un semiconducteur comme le silicium ou le sulfure de cadmium déjà cité. Sont connues également les conditions dans lesquelles apparaît la conductibilité induite. On se reportera à ce sujet à la demande de brevet déposée par la Demanderesse le 31 juillet 1973 sous le titre de "Nouveau dispositif électro-acoustique à retard pour signaux électriques de haute fréquence",portant le numéro d'enregistrement national 73.27983. Sur la figure 2 on a représenté en 6 la plaque conductrice de l'électricité sous jacente au substrat, utilisée pour obtenir ce bombardement. Le bombardement se fait dans des conditions assurant l'apparition de la conductibilité induite dans toute l'épaisseur de la couche 10. Le faisceau d'électrons, issu de la cathode d'un canon à électrons,non représenté, produit sur le substrat un impact sous la forme, par exemple, d'un spot 8 elliptique, comme celui représenté sur la variante de la figure 3, donnée à titre d'exemple non limitatif. Cette figure est une vue perspective schématique partielle d'un dispositif de l'invention, limitée aux éléments nécessaires pour montrer comment est réalisée la conductibilité induite sur le substrat. Des électrodes de déviation en x et y non représentées permettent, comme il est connu de la technique des faisceaux d'électrons, d'imprimer à ce spot un mouvement rapide au cours duquel il balaye pratiquement continûment l'une des zones, telle que celle repérée 4 sur la figure 1 et portant le m8me repère sur la figure 3, comprise entre le transducteur 2 et le transducteur de sortie 3.Le balayage du substrat par le faisceau se répète à une fréquence assurant la permanence de l'état de conductibilité induite en chaque point d'impact pendant tout le temps nécessaire. Au cours de ce balayage, le spot doit revenir au même endroit à des intervalles de temps inférieurs à celui de la persistance de la conductibilité induite sur le substrat sous l'effet du bombardement d'électrons. Pour les matériaux connus, tels que ceux cités, suivant leur pureté, cette persistance peut varier de quelques microsecondes à quelques millisecondes. Dans le cas d'un signal occupant toute la longueur de la zone 4 entre les transducteurs 2 et 5, ce balayage doit être maintenu pendant toute la durée de propagation des ondes acoustiques entre ces deux transducteurs, soit, pour un substrat dans lequel la vitesse des ondes acoustiques de surface est de 3 kilomètres à la seconde et une longueur du trajet 4 de l'ordre de 30 cm, pendant un temps de l'ordre de 200 microsecondes. Des balayages successifs analogues au précédent des zones 40 et 41 permettent la commutation du signal de sortie respectivement sur les transducteurs 30 et 31. Cette commutation est réalisable, vu les moyens employés, en un temps très bref, par modification des tensions de déviation en x et y précédentes. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, qui est celle de la figure 4, vue partielle en perspective également, le faisceau d'électrons, issu par exemple d'une cathode plane, non représentée, est commandé par des électrodes en forme de plaques dont on voit sur la figure 4 l'amorce du c8té du substrat ; ces plaques, dont la cambrure reproduit celle du trajet acoustique à réaliser sur le substrat, débloquent, suivant la tension de polarisation qui leur est appliquée, des pinceaux d'électrons se dirigeant entre deux d'entre elles vers le substrat et dont les impacts sur ce dernier couvrent l'une ou l'autre des zones 4 entre le transducteur 2 et les transducteurs 3, 30 et 31. Ces paires de plaques portent les repères 7, 9 et 11 sur la figure. 12 désigne une partie rectiligne commune à ces différentes paires de plaques. Bien entendu, toutes autres dispositions concernant le faisceau électronique utilisé dans les dispositifs de l'invention et produisant un résultat équivalent à ceux des exemples décrits, quant à la conductibilité des zones 4, 40 et 41, sont comprises en tant que telles dans l'invention. REVENDICÂTIONS 1. Dispositif commutateur électro-acoustique à ondes de surface, pour signaux de haute fréquence, comprenant un substrat doué de la propriété de piézoélectricité électriquement peu conducteur et-des transducteurs d'entrée et de sortie couplés audit substrat sur l'une de ses faces, de façon qu'un signal d'entrée de haute fréquence, appliqué à l'un des transducteurs, d'entrée, engendre des ondes acoustiques de surface se propageant sur cette face dudit substrat et induisant dans l'un des autres transducteurs, de sortie, un signal de sortie, > caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens pour élever temporairement et successivement la conductibilité électrique dudit substrat en certaines zones de la surface dudit substrat parcourue par lesdites ondes, comprises entre deux de ces transducteurs, ledit dispositif permett nt alors de diriger préférentiellement vers l'un ou l'autre desdits transducteurs un signal de haute fréquence appliqué à--l'un d'eux. 2. Dispositif commutateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur d'entrée unique et plusieurs transducteurs de sortie, ledit dispositif étant alors utilisable pour la commutation,d1un transducteur de sortie à l'autre, des signaux appliqués audit transducteur d'entrée. 3. Dispositif commutateur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits moyens consistent en un substrat doué luimême de la propriété de conductibilité induite, c'est-à-dire de voir sa conductibilité augmenter sous l'effet d'un bombardement d'électrons, et en des moyens électroniques produisant un faisceau d'électrons bombardant ledit substrat et dont l'impact couvre chacune desdites zones. 4. Dispositif commutateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué de sulfure de cadmium, CdS. 5. Dispositif commutateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit substrat étant lui-mtme dépourvu de la propriété de conductiiit- ir?drrit;e, lesdits moyens consistent en une couche d'un matériau doué de la propriété de conductibilité induite sous l'effet d'un bombardement d'électrons, recouvrant le dit substrat, et en des moyens produisant un faisceau-d'électrons bombardant ladite couche et dont lEmpact, sur cette couche, coïn- cide avec des zones superposees auxdites zones et provoque la conductibilité induite de ladite couche dans toute son épaisseur. 6. Dispositif commutateur électro-acoustique à ondes de surface suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite couche est constituée de silicium. 7. Application du dispositif commutateur de la -revendication 1, caractérisée en ce que lesdits signaux sont des signaux radioélectriques d'une fréquence de l'ordre de 100-I{iz. 8. Application du dispositif commutateur suivant la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens électroniques comprennent des moyens pour engendrer un faisceau d'électrons dont l'impact sur ledit substrat est un spot,et des moyens pour déplacer ce spot de façon à lui faire couvrir toute la surface de chacune desdites zones.