Brevet FR2412984A1 — publié le 19790720

La présente invention concerne de manière générale des dispositifs à ondes acoustiques de surface et en particulier des moyens pour réduire certains effets d'extrémité dans des transducteurs à ondes acoustiques de surface. On utilise des dispositifs à ondes acoustiques de surface dans une grande diversité de fonctions de traitement de signaux et la technologie de base en est bien connue. Sous une forme élémentaire un transducteur à ondes surface comprend une paire d'électrodes métalliques parallèles espacées disposées sur un substrat piézo-éleotrique. Quand on applique un potentiel électrique alternatif aux & ectrodes, un champ électrique alternatif est généré et il provoque des vibrations localisées dans le -matériau du substrat.Ces vibrations donnent naissance à des ondes acoustiques qui se propagent le long de la surface du substrat selon un chemin bien défini orthogonal aux électrodes et qui peuvent être détectées en tout point le long de ce chemin par un deuxième transducteur récep tueur. Typiquement, les deux transducteurs, celui de transmission ou d'attaque et celui de réception sont formés par des éléments d'électrodes multiples du genre peigne imbriqués, les caractéristiques électriques du transducteur étant déterminées par le nombre, l'espacement et la configuration dimensionnelle des électrodes de chaque élément. Les électrodes sont habituellement formées de films métalliques déposés et elles ont une épaisseur inférieure à 10 % de la longueur d'onde acoustique pour minimiser la charge de masse. Beaucoup de dispositifs à ondes acoustiques de surface comprenneat des transductours ayant un recouvrement uniforme de leurs électrodes imbriquées. Toutefois, dans des applications où des caractéristiques de réponse en fréquence spéciiiques sont nécessairea (comme dans les fil- tres passe-bande de précision par exemple) l'étendue du recouvrement entre paires d'électrodes adjacentes dans le transducteur peut être modifiée selon une fonction de pondération afin de façonner la réponse de celui-ci. La fonction de pondération usuelle pour un transducteur filtre correspond à la transformée de Fourrier de la réponse en fréquence désirée. Comme indiqué dans Proceedings of the IEEE, volume 39, NO 3 (Mars 1971) aux pages 393 et suivantes volume auquel on peut se référer pour une explication détaillée des transducteurs à ondes de surface à recouvrement dégressif, la fonction de recouvrement spatial d'un transducteur filtre passe-bande idéal est sin x/x, transformée de Fourier d'une caractéristique de réponse rectangulaire. Le type de recouvrement des électrodes de transducteur en résultant comprend un lobe central princi- pal avec de multiples lobes latéraux de chaque côté du lobe principal. En général, plus il y a de lobes latéraux dans un type de diminution du recouvrement de transducteur, plus raide est la réponse du filtre dans le domaine de fréquence. Musse avec un lobe latéral unique, toutefois, les éléments d'électrodes à une extrémité de sortie (ou d'entrée) du transducteur se recouvrirout leur l'autre seulement sur une petite étendue. Idéalement, un élément d'électrode devrait être actif (c'est-à-dire contribuer à la réponse du transducteur) seulement le long de ia portion de sa longueur qui recouvre un élément de polarité opposée.On a trouvé toutefois que les portions non recouvertes des éléments d'extrémité dans un transducteur à recouvrement dégressif sont responsables de la production de réponses erronées qui dégradent la performance du dispositif à onde acoustique de surface. Dans un filtre passe-bande à performance élevée, par exemple, cet effet du second ordre peut produire un accrois sement des niveaux de lobes latéraux et aussi affecter défavorablement l'ondulation de la bande passante. En conséquence, un objet général de la présente invention est de fournir des dipositifs & ondes acoustiques de surface ayant une perfor mancie améliorée, en minimisant un certain effet de second ordre des transducteurs à recouvrement dégresif. Un objet plus spécifique de l'invention est de fournir des moyen pour minimiser les fausses réponses produites par les portions non recouvertes des éléments d'électrodes d'extrémité dans n transducteur à recouvrement dégressif. En bref, l'invention a on vue la réduction des fausses réponses dans un dispositif & ondes acoustiques de surface comprenant n transducteur à recouvrement dégressif, en réduisant la longueur des éléments d'électrodes d'extrémité ou terminaux en dehors de leur région de re couvrement. On réalise convenablement cela selon l'intention en donnant une forme en pointe à l'extrémité de sortie (ou d'entrée) de l'une au moins des électrodes du transducteur.Pour compenser la réduction en résultant dans la densité de métallisation à l'intérieur de l'ouverture acoustique du transducteur, on prévoit, à côté de l'extrémité effilée du transducteur, une électrode fictive séparée taillée on pointe de ma ni e re complémentaire. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente in Invention deviendront ividents à la lecture de la description détaillée qui suit d'une réalisation préférée de l'intention, faite en se réfé rant aux dessins joints. Dans eeu=-ci la fig 1 est une représentation fragmentaire, vue en plan, d'un dispositif à ondes acoustiques de surface avec un transducteur à recouvrement dégressif classique; la fig 2 est une représentation similaire d'un dispositif à ondes acoustiques de surface comprenant une structure de transducteur améliorée conformément à la présente invention; la fig 3 est une représentation graphique de la réponse dans le domaine temps d'un filtre comprenant des transducteurs à recouvrement dégressif classique; la fig 4 est une reprêsentation graphique de la réponse dans le domaine fréquence d'un filtre comprenant des transducteurs à recouvrement dégressif classsiques; les fig 5 et 6 sont des représentations correspondantes de filtres similaires comprenant les transducteurs améliorés de l'invention. En se référant aux dessins plus en détail, on voit que la fig 1 illustre une portion de filtre 10 à ondes acoustiques de surface qui comporte un transducteur à recouvrement dégressif classique 12. Le filtre 10, qui a été représenté sous forme simplifiée pour plus de clarté, est un filtre du type passe-bande ayant son utilité comme filtre de télévision à moyennes fréquences. L'invention à décrire est également applicable à d'autres types de dispositifs à ondes acoustiques de surface comprenant toutefois des transducteurs à recouvrement dégressif. Le transducteur 12, qui comporte une paire de structures d'électro- des enchevetrées ou peignes 14, 15, est lié à la surface supérieure 18 d'un substrat rectangulaire allongé 20 de matériau piézo-électrique. Des matériaux de substrat convenables comprennent le quartz cristallin, le niobate de lithium et le tantalate de lithium, pour n'en citer que quelques uns. Les peignes 14 et 15 sont formés d'un matériau électriquement conducteur tel que l'or ou l'aluminium. Le peigne 74 a une pluralité d'éléments d'électrode parallèles, uniformément espacés, ou dents 22, réunis à une extrémité à un conducteur allongé commun ou bus 24. De manière similaire, le peigne 15 a une pluralité de dents 23 réunies à un bus 25. Les bus 24, 25 sont reliés de manière connue à des circuite électriques externes (non représentés). Le traneducteur 12 est premièrement sensible à l'énergie d'ondes de surface se déplaçant dans la direction de l'axe de propagation ceatral 26, ses caractéristiques de réponse étant principalement déterminées par le tFpe de diminution du recouvrement et l'espacement des dents 22,23. L'espacement entre les dents établit la fréquence moyenne de la réponse dans le domaine temps du transducteur. Dans un filtre ayant une caractéristique de réponse symétrique, l'espacement détermine ainsi la fréquence centrale du dispositif. Le type de diminution du recouvrement c'est-à-dire la forme de l'enveloppe définie par les portions se chevauchant des dents du transducteur 12, correspond à la transformée de Fourier de la réponse en fréquence désirée.Dans le transducteur 12, le type de diminution de recouvrement a une forme sensiblement similaire à la fonction sin x/x. On peut évidemment adopter d'autres transformées de Fourrier pour définir le modèle de recouvrement des dents. L'excitation par impulsions du transducteur produit une réponse acoustique qui est la réplique spatiale. du type de diminution du recouvrement. Un transducteur du type que l'on vient juste de décrire est sensible de manière bidirectionnelle, c'est-à-dire qu'il lande des ondes de surface simultanément dans des directions opposées le long de l'axe 26 et qu'il reçoit des ondes progressant dans l'une ou l'autre direction. En conséquence, on applique une terminaison acoustique 28 en matériau absorbant tel que de la "cire noire" sur la surface 18 intermédiaire entre le transducteur 12 et l'extrémité adjacente du substrat 20. Divers effets du second ordre, c'est-à-dire des effets qui empochent les filtres à ondes de surface de se comporter en iiltres transversaux idéaux, ont été décrits précédemment. On peut par exemple se reporter à The Radio and Electronic Engineer, volume 45 N0 5 pages 207 à 220, Mai 1975. On a-trousé qu'un effet additionnel du second ordre existait dans les transducteurs classiques à recouvrement dégressif et était responsable de l'accroissement de ltondulation de la bande passante et des nivaux de lobes latéraux dans les filtres de télévision passe-bande de moyennes fréquences à performance élevée.Les fausses réponses provo- quées par ces effets du second ordre sont dues aux contributions aux signaux transmis apportées par les portions ne st recouvrant pas des dents à l'extrémité de ces transducteurs. En se référant à la fig 1, on peut voir que les dents terminales ou d'extréiiité 22a, 23a ne se recouvrent l'une l'autre que légèrement. En fonctionnement, dans un transducteur de sortie ou d'attaque, on applique un potentiel électrique à courant alternatif aux peignes électrodes 14,15. Le champ de potentiel alternatif ainsi créé dans la région de recouvrement entre les dents 22a, 23a, produit des vibrations de la surface de substrat 18 se trouvant dans cette région.et ces vibrations renforcent celles propagées par les autres recouvrements de dents d'électrodes le long du même chemin acoustique sur la surface du substrat. Parce que la longueur de recouvrement des dents 22a, 23a est très petite, leur contribution du premier ordre à l'onde de surface propagée est également faible. On comprendra toutefois que la surface de substrat 18 dans la région extérieure au transducteur 12 a un certain potentiel de nchaupt qui est par exemple le ou proche du potentiel de terre à une certaine distance du transducteur. Quand le potentiel électrique appliqué à un peigne électrode est supérieur ou inférieur au potentiel de champ du substrat dans le voisinage de sa dent d'extrémité, la dif- férence de potentielerné8ultast erntre dent et substrat provoque la 6é- nération d'un faux signal d'onde de surface par la portion non recouverte de la dent.De même, des signaux erronés sont produits par les différences de potentiel entre les dents d'extrémité et la métallisa- tion proche du substrat, comme les éléments coupleurs à bandes multiples, qui fait face aux portions non recouvertee des dents. Ces signaux erronés affectent défavorablement la réponse désirée du filtre de la manière décrite précédemment. On a trouvé selon l'invention qu'en réduisant la longueur des élé- ments d'électrodes à l'extrémité frontale (c'est-à-dire à l'extrémité d'entrée ou de sortie) d'un transducteur à recouvrement dégressif en dehors de leur région de recouvrement, on réduisait d'autant les réponses erronées produites par les portions "inactives" non recouvertes des éléments d'extrémité. Cette réduction de la longueur des éléments d'extrémité est de préférence effectuée en donnant une forme en pointe aux extrémités frontales des peignes électrodes du transducteur. La fig 2 montre une portion d'un filtre 30 à onde acoustique de surface qui comporte un transducteur & recouvrement dégressif à estré- mité en pointe. Ce transducteur 32 est lié à la surface supérieure 34 d'un substrat piézo-électrique 36 et comporte une paire de structures 38, 39, du genre peigne, imbriquées. Une terminaison 40 non réfléchissante est couplée à la surface 34 entre le transducteur 32 et l'extré- mité adjacente du substrat. Les peignes 38, 39 comportent des pluralités analogues d'éléments d'électrodes ou dents 44, 45 respectivement, qui ont la m8me largeur, le m8we espacement et le même modèle de recouvrement que les dents correspondantes du transducteur 12.Les dents 44, 45 sont réunies à l'une de leurs extrémités à des bus respectiis 46, 47. A l'extrémité frontale du transducteur 30, c'est-à-dire à l'ex- trémité à laquelle une onde de surface est lancée ou reçue selon la fonction du transducteur, les bus 46, 47 comportent des sections obliques 46a, 47a qui forment un angle vers l'intérieur en direction de l'axe central 48 de propagation du filtre pour former une pointe à l'extrémité frontale de chaque peigne électrode.L'angle entre les sec- tions obliques des bus et l'axe 48 n'est pas critique, mais il est de préférence compris environ entre 30 et 60-. Dans le transducteur 32 on a utilisé un angle de 45-- Comme on l'a représenté sur cette figure, la section de bus 46a est reliée à la dent d'extrémité 44a tout près de la région de recouvrement entre celle-ci et la dent d'extrémité 45a à laquelle la section de bus 47a est reliée de manière similaire De cette manières la portion des dents d'extrémité qui s'étend on dehors de l's- veloppe de recouvrement dégressif est sensiblement réduite.Pour avoir la réduction maximale, il est évident que la portion non recouverue des dents d'extrémité frontale d'un peigne électrode devrait être aussi courte que possible. La section oblique du bus de peigne ne doit cepeu- dant pas stéindre ou couper le motif de recouvrement dégressif du trans- ducteur. Lors du fonctionnement du filtre, les surfaces obliques 46a, 47a peuvent elles-mêmes générer des ondes de surface. Ces ondes qui, en tout cas, sont à un niveau très bas sont transmisses vers l'extérieur en direction du bord du substrat 36 et n'ont pas ainsi d'effet mesurable. Corme ou le sait, des variations dans l'étendue de la métallisation du substrat le long du chemin de propagation d'une onde acoustique de surface produisent une distorsion de phase de l'onde. Cette distorsion, appelée aussi distorsion de front d'onde, affecte défavorablement les caractéristiques de réponse du filtre. Cela résulte de la différence en- tre les vitesses de propagation d'ondes dans les aires de la surface du substrat qui sont métallisées et dans celles qui ne le sont pas c'est à-dire que la vitesse d'une onde de surface est réduite par la présence d'électrodes de transducteur métalliques sur le substrat.En effilant l'extrémité frontale du transducteur 32 on réduit progressivement la quantité de métallisation vue par une onde de surface à des distances latérales croissantes de l'axe central 48. Cette distorsion de phase est éliminée selon l'invention en utilisant des électrodes fictives (c'est à-dire inactives) disposées à coté de la portion effilée du transduc- teur. En se référant encore à la ffg 2, on voit que l'on a prévu des électrodes fictives 50, 52, mises à la terre, près des extrémités fron- tales effilées des peignes électrodes 38, 39. Ces électrodes fictives ont une configuration d'ensemble triangulaire, vues en plan, et elles forment avec le transducteur 32 un motif métallisé sensiblement rectan- gulaire sur la surface de substrat 34. Comme on le notera, l'électrode 50 comporte un bus 54 aligné avec la section principale de bus 46 et une pluralité de dents 56 dont chacune est alignée avec une dent correspondante raccourcie du peigne 38. L'électrode fictive 52 comporte, de manière similaire, un bus 58 aligné avec la section principal du bus 47 et une pluralité de dents 60 alignées avec des dents raccourcies correspondantes du peigne 39. Les bouts des dents des électrodes ficti ves sont espacés des sections obliques des bus 46a, 47a, d'une distance égale à la largeur des bus.De cette manière, om a une densité de métallisation sensiblement uniforme à l'intérieur de l'ouverture acoustique d'une onde de surface se propageant en dessous du transducteur et de ses électrodes fictives d'accompagnement. Les fig 3 et 4 illustrent graphiquement les réponses(portées en ordonnées)dans le domaine respectivement du temps et de la fréquence (portées en abaisses) d'ua filtre de télévision passe-bande à moyens iréquences, comprenant des transducteurs à recouvrement dégressif clas siques. Les réponses correspondanteê dans le domaine du temps et de la fréquence d'un filtre similaire comprenant les transducteurs à ondes de surface améliorés à extrémité effilée selon l'intention sont repré sentées sur les fig 5 et-6. La comparaison des fig 3 et 5 montre que la structure améliorée de transducteur donne une réponse dans le domaine temps plus unie, avec des niveaux de lobes latéraux réduits.La réponse dans le domaine fréquence est également améliorée de manière 8i- gnifioative comme on le voit en comparant les fig et 6. On a ainsi procuré un traisducteur à ondes acoustiques de surface à recouvrement dégressif qui réalisa amplement les objectifs fixés plus haut. Bien qu'on ait décrit en détail le meilleur mode actuellement envisagé de raise-en pratique de l'invention, on se rendra compte que diverses modifications sont possibles. Par exemple, la structure de transducteur décrite en relation avec la fig 2 convient à une utilisation avec des circuits de transmission et de réception équilibrés où ni l'un ni l'autre des peignes n2est maintenu à un potentiel de référence fixe. Dans une application où les circuits associés ne sont pas équilibrés et où l'un des peignes est ainsi maintenu à un potentiel fixe, tel que la terre, ce peigne n'a pas besoin d'strie pourvu d'une extrémité frontale effilée. D'autres changements que ceux spécifiquement mentionnés sont évidemment possibles. REVENDICATIONS 1 - Dispositif à ondes acoustiques de surface comprenant un substrat piézo-électrique sur une surface duquel est disposé un traneducteur comprenant une pluralité d'éléments d'électrodes sensiblement parallèles, latéralement espacés, répartis on deux ensembles imbriqués, chaque élément comportant une partie qui recouvre une partie d'un élément d'éloc- trode adjacent de l'autre ensemble, la longueur des parties d'éléments en recouvrement variant le long de la ligne de propagation de l'onde de surface à travers le transducteur, conformément à une fonction de pondération voulue qui caractérise une enveloppe contenant les parties en recouvrement, et chaque élément d'électrode étant relié à une extrémité, en dehors-de cette enveloppe, à l'un de deux conducteurs communs ou bus qui délimitent les côtés opposés du transducteur, caractérisé en ce qu' au moins l'un de ces bus comporte une portion qui s'étend obliquement par rapport à cette ligne de propagation et se trouve unie à un élément d'extrémité de l'ensemble relié à ce bus en un emplacement adjacent à la partie en recouvrement de cet élément. 2 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le transducteur a une première électrode et une deuxième électrode qui comprennent chacune une pluralité d'éléments sensiblement parallèles, espacés latéralement et reliés à des extrémités communes à un bus, les éléments de la première électrode recouvrant au moins partiellement les éléments de la deu xième électrode et étant imbriqués avec ceux-ci, les longueurs des portions en recouvrement des éléments imbriqués variant le long de la ligne de propagation de l'onde de surface à travers le transducteur selon la fonction de pondération, caractérisé en ce que le bus de l'une au moins des électrodes comporte une portion qui s'étend obliquement par rapport à cette ligne de propagation et se trouve reliée à un élément d'extrémité de cette électrode près de l'enveloppe, ce qui donne une forme en pointe à cette extrémité de l'électrode. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une éloc- trode fictive formée en pointe complémentaire est prévue sur la surface de substrat et se trouve latéralement adJ cent à cette extrémité on pointe de l'électrode du traneducteur pour fournir une densité de métallisation sensiblement uniforme dans l'outerture acoustique d'une onde de surface se propageant en dessous du transducteur et de l'électrode fictive. 4 - Dispositif selon la revendication 1, avec un axe central de propagation d'onde de surface, caractérisé en ce que les portions non recouvertes de certains éléments dans au soins l'un des ensembles sont re liées au bus à une distance de l'axe central qui décrott progressivement en direction d'une extrémité du transducteur, ce qui donne une forme en pointe à une section d'extrémité de cet ensemble. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une électrode fictive séparée, formée en pointe complémentaire, disposée sur la surface de substrat de manière adjacente à la section d'extrémité en pointo pour fournir une densité de métallisation sensiblement uniforme dans l'ouverture acoustique d'une ode de surface propagée le long de cet axe. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément terminal, dans la section d'extrémité en pointe, est relié au bus de ma nière étroitement adJacente à la portion recouverte de cet élément. 7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux ensembles comportent l'un et l'autre une section d'extrémité en pointe à une extrémité commune du transducteur avec une structure d'électrode fictive disposée de manière adjacente par rapport à chaque section d'ex- truité en pointe. 8 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les filé- ments de la section d'extrémité en pointe sont reliés au b & des distances de l'axe croissant linéairement.