Brevet FR2522452A1 — publié le 19830902

2522451- GOS/BAR LIGNE A RETARD ELECTRO-ACOUSTIQUE OPERANT EN TRANSMISSION La présente invention se rapporte d'une manière générale aux lignes à retard électro-acoustiques à ondes de volume ou à ondes de surface, et concerne plus particulièrement une ligne à retard hyperfréquence opérant en transmission. De façon générale, une ligne à retard du type transmission, par exemple à onde de volume, comporte un support de propagation acoustique constitué par un matériau retardateur monocristallin, et deux transducteurs piézoélectriques transformant une onde électro- magnétique en une onde acoustique et réciproquement, fixés soit respectivement sur deux faces terminales opposées du support acoustique, soit sur une même face terminale du support. On connaît différentes structures de ligne à retard électro- acoustique du type transmission dont les deux transducteurs sont fixés sur une même face terminale du support acoustique On se reportera par exemple à la demande de brevet allemand n O 1 566 015 déposée le 5 décembre 1967 au nom de la So- ciété TELEFUNKEN Selon cette demande, la ligne à retard com- porte un support acoustique délimité par une surface latérale cylindrique, une première surface terminale plane perpendiculaire à l'axe de symétrie du cylindre, ledit axe passant par le milieu de la surface plane, et une seconde surface terminale en forme de calotte sphérique assurant une focalisation de l'onde acoustique, dont le centre de courbure est situé sur l'axe de symétrie du cylindre, et dont le rayon de courbure est égal au double de la longueur du cylindre, de sorte que le plan focal de la calotte est confondu avec la surface terminale plane du support acoustique Ainsi, l'angle formé par la surface terminale plane et l'axe de symétrie du cylindre sur lequel est centrée la calotte, est égal à 90 De plus, les deux transducteurs piézoélectriques, respectivement d'entrée et de sortie, sont fixés symétriquement par rapport au milieu de la surface terminale plane du support, l'onde acoustique engendrée par le transducteur d'entrée étant perpendiculaire à ladite surface plane Par une excitation du transducteur d'entrée à une fréquence hyperfréquence donnée, l'onde acoustique incidente, parallèle à Paxe du cylindre, subit une première réflexion sur la calotte focalisante, puis l'onde réfléchie vient se concentrer au milieu de la surface terminale plane o elle se réfléchit à nouveau Cette dernière onde réfléchie subit une seconde réflexion sur la calotte focalisante, et vient ensuite se concentrer au niveau du transducteur de sortie symétrique du transducteur d'entrée, l'onde acoustique ayant ainsi parcouru deux allers et retours dans le support Par raison de symétrie, l'onde acoustique suit le trajet inverse de celui qui vient d'être décrit. En tenant compte par exemple de deux allers et retours de l'onde acoustique dans le support, la ligne à retard décrite ci-dessus délivre un signal retardé à un écho, et dont le retard correspond à la durée des deux allers et retours de l'onde acoustique dans le support, cette durée étant proportionnelle à la longueur du trajet de ladite onde dans le support acoustique. Toutefois, une telle ligne à retard présente des inconvénients. En effet, pour un signal d'entrée hyperfréquence constitué par exemple par une impulsion, le signal de sortie engendré par la ligne comporte une première impulsion appelée fuite directe présentant une amplitude relativement élevée, cette fuite directe étant due au couplage entre les transducteurs d'entrée et de sortie, et une seconde impulsion représentant un écho parasite dû à la réflexion de l'onde acoustique au milieu de la surface terminale plane du support acoustique, cet écho parasite précédant une troisième impulsion constituant le premier écho Par raison de symétrie du trajet de l'onde acoustique, le signal de sortie comporte, après le premier écho, trois autres impulsions représentant des échos parasites et précédant une impulsion constituant le second écho, et ainsi de suite. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé- nients en proposant une ligne à retard électro-acoustique du type transmission, dont les transducteurs sont fixés sur une même face terminale du support acoustique, qui est simple à réaliser et permet d'obtenir à la fois un signal retardé à un seul écho en raison du trajet dissymétrique de l'onde acoustique, sans écho parasite, et un signal direct dû au couplage entre les deux transducteurs présentant une faible amplitude. A cet effet, l'invention a pour objet une ligne à retard électro- acoustique opérant en transmission, comportant: un support de propagation d'une onde acoustique, délimité par au moins une surface latérale, une première surface terminale plane et une seconde surface terminale de révolution assurant une focalisation de l'onde acoustique; un transducteur d'entrée et un transducteur de sortie trans- formant une onde électromagnétique en l'onde acoustique et réci- proquement, les deux transducteurs étant disposés sur la surface terminale plane et étant symétriques par rapport au milieu de la surface plane, l'onde acoustique engendrée par le transducteur d'entrée étant perpendiculaire à la surface terminale plane; caractérisée en ce que l'angle formé par la surface terminale plane et l'axe de révolution de la seconde surface terminale passant par le milieu de la surface terminale plane est inférieur à 900 d'un angle complémentaire tel que Ponde acoustique engendrée par le trans- ducteur d'entrée subisse une seule réflexion sur la surface focali- sante de révolution et tel que l'onde acoustique réfléchie sur la surface de révolution vienne se concentrer au niveau du trans- ducteur de sortie, permettant ainsi d'obtenir un signal retardé à un seul écho. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'une ligne à retard selon l'invention; la figure 2 représente schématiquement un second mode de réalisation d'une ligne à retard selon l'invention; et la figure 3, a et b, représente respectivement en fonction du temps un signal d'entrée et sa réponse en sortie de la ligne à retard selon l'invention. Selon un premier mode de réalisation préféré, représenté sur la figure 1, une ligne à retard 1 du type transmission, par exemple à onde de volume, conforme à l'invention, comporte un support ou milieu de propagation acoustique 3, constitué par un matériau retardateur, tel que par exemple du verre ou du corindon. Le support 3 est délimité par une surface latérale par exemple cylindrique 5, d'axe de symétrie XX', une première surface termi- nale plane polie 6 perpendiculaire à l'axe XX' passant par le milieu O de ladite surface plane, et une seconde surface terminale de révolution, constituée par exemple par une calotte sphérique polie 7 décentrée par rapport à l'axe XX' et assurant une focalisation de l'onde acoustique. Le rayon de courbure r de la calotte 7 est sensiblement égal au double de la longueur donnée 1 du support acoustique 3, de sorte que le plan focal de la calotte 7 est confondu avec la surface plane 6 du support La longueur donnée 1 du support est déterminée comme étant la distance séparant le milieu O de la surface plane 6 du point de tangence T de la calotte sphérique 7 On a représenté en d sur la figure 1 le diamètre de la surface latérale cylindrique 5. On notera que le support acoustique pourrait être réalisé à partir d'un parallélépipède, et que la calotte sphérique pourrait être remplacée par toute surface de révolution, telle que par exemple une portion de paraboloide ou d'ellipsoïde, sans sortir du cadre de l'invention. à Comme il apparaît sur la figure 1, la ligne à retard 1 comporte également deux transducteurs piézoélectriques, un d'entrée E et un de sortie S, fixés sur la surface terminale plane 6 et symétriques par rapport au milieu O de ladite surface. Le transducteur d'entrée E, relié à un circuit d'excitation hyperfréquence (non représenté), engendre une onde acoustique incidente 11 qui est perpendiculaire à la surface terminale plane 6 du support acoustique. Comme on le voit bien sur la figure 1, l'angle a formé par la surface plane 6 et la droite passant par le milieu O de ladite surface plane et le centre de courbure C de la calotte sphérique 7 est inférieur à 900 d'un angle complémentaire a formé par ladite droite passant par les points O et C, et l'axe de symétrie XX' de la surface latérale cylindrique 5, cet axe constituant l'axe longitudinal du support acoustique 3 Ainsi, la calotte sphérique 7 est inclinée par rapport à laxe longitudinal du support 3 dudit angle a constituant le complément à 90 de l'angle B. De façon générale, pour toute surface focalisante de révo- lution, l'angle a est formé par la surface terminale plane et l'axe de révolution de la surface focalisante passant par le milieu de ladite surface plane, et est tel que a = 90 -a o a est choisi de telle sorte que l'onde acoustique engendrée par le transducteur d'entrée subisse une seule réflexion sur la surface focalisante, et de telle sorte que l'onde acoustique réfléchie sur la surface focalisante vienne se concentrer au niveau du transducteur de sortie. De plus, les transducteurs d'entrée E et de sortie S représentés sur la figure 1, sont chacun disposés près d'un bord de la surface latérale cylindrique 5 du support acoustique, de sorte que lesdits transducteurs sont éloignés l'un de l'autre, permettant ainsi de réduire l'intensité du signal transmis par couplage direct entre les transducteurs. Comme le rayon de courbure r de la calotte sphérique 7 est sensiblement égal au double de la longueur 1 du support acoustique, la droite passant par le transducteur de sortie S et le centre de courbure C de la calotte 7 est parallèle à l'onde acoustique inci- dente I 1 engendrée par le transducteur d'entrée E. Ainsi, par cette construction, l'onde acoustique 11 se réfléchit en un point Q de la calotte 7 situé sur la droite passant par le milieu O de la surface plane 6 et le centre de courbure C, et avec un angle de réflexion égal à l'angle complémentaire a L'onde acous- tique réfléchie I 2 vient ensuite se concentrer au niveau du transducteur de sortie S, puis se réfléchit sur la surface plane 6 avec un angle de réflexion égal à 2 a Dès lors, l'onde acoustique I 3 réflé- chie sur la surface plane 6 vient se réfléchir sur la surface latérale cylindrique 5 du support 3 On obtient ainsi, en sortie du trans- ducteur S, un signal retardé à un seul écho. Pour absorber l'onde acoustique I 3 se réfléchissant sur la surface latérale cylindrique 5, la ligne à retard comporte de plus des moyens d'absorption (non représentés) constitués par exemple par une couche de vernis déposée sur ladite surface latérale, de sorte que le signal retardé à un seul écho ainsi obtenu est dépourvu de tout écho parasite. Le diagramme 3 a représente en fonction du temps t un signal d'entrée hyperfréquence, constitué par exemple par une impul- sion E 1 de niveau donné. Le diagramme 3 b représente la réponse à ce signal impul- sionnel E 1, obtenue en sortie de la ligne à retard de la figure 1. Ce signal de sortie comporte une impulsion F 2, de faible amplitude, représentant le couplage direct entre les deux trans- ducteurs, et une impulsion 52 représentant le signal retardé à un seul écho et précédé d'aucun écho parasite, le retard T du signal 52 étant proportionnel à la longueur du trajet de l'onde acoustique dans le support de propagation. Selon un second mode de réalisation représenté sur la figure 2, et dans laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par le même repère, la calotte sphérique 7 est centrée en C sur l'axe longitudinal XX' du support acoustique 3, ledit axe passant par le milieu O de la surface plane 6 et le rayon de courbure r de la calotte étant sensiblement égal au double de la longueur 1 du support. De plus, la surface terminale plane 6 est inclinée par rapport à la normale NN' à l'axe longitudinal XX' du support 3 d'un angle a' déterminé de telle sorte que l'onde acoustique incidente I', perpen- diculaire à la surface plane 6 et engendrée par le transducteur d'entrée E, subisse une seule réflexion sur la calotte focalisante 7, et de telle sorte que l'onde réfléchie sur ladite calotte vienne se concentrer au niveau du transducteur de sortie S Ainsi, l'angle a' constitue le complément à 90 de l'angle e ' formé par la surface plane 6 et l'axe XX' du support 3 sur lequel est centrée la calotte 7, soit e 13 = 900 c. De plus, chaque transducteur E et S est fixé sur la surface plane 6 du support, et se trouve éloigné du milieu O de ladite surface plane, permettant ainsi de diminuer le couplage direct entre les deux transducteurs. Par cette construction, l'onde acoustique I'1 subit une ré- flexion au point de tangence T de la calotte focalisante 7 situé sur l'axe longitudinal XX' du support, l'angle de réflexion étant égal à l'angle complémentaire a' L'onde acoustique ainsi réfléchie I 12 vient ensuite se concentrer au niveau du transducteur de sortie S, et se réfléchit sur la surface plane 6 avec un angle de réflexion égal à 2 a'. Après réflexion sur la surface plane 6, l'onde acoustique I 13 vient se réfléchir sur la surface latérale cylindrique 5 o elle est absorbée par exemple au moyen d'un revêtement acoustique (non représenté), constitué par exemple par un vernis déposé sur ladite surface latérale 5, permettant ainsi d'obtenir un signal retardé à un seul écho, sans écho parasite. Pour un signal d'entrée du type impulsionnel tel que représenté en El sur le diagramme 3 a, le signal en sortie de la ligne à retard de la figure 2 comporte le signal direct F 2 (diagramme 3 b) de faible amplitude, suivi directement, c'est-à-dire sans écho parasite, du signal retardé à un seul écho 52. A titre illustratif, la Demanderesse a réalisé deux lignes à retard du type transmission suivant respectivement les deux modes de réalisation représentés sur les figures I et 2, en utilisant pour chacune d'elles un support acoustique cylindrique en verre, de longueur 1 = 65 mm, de diamètre d = 20 mm, dont la surface focali- sante est une calotte sphérique de rayon de courbure r = 130 min, et dont la surface plane comporte deux transducteurs piézoélectriques distants Pun de Pautre d'une longueur égale à 15 mm Les angles a (figure 1) et a' (figure 2) sont égaux et sont de l'ordre de 7 Pour chacune de ces deux lignes, le retard mesuré est égal à ps pour une fréquence de fonctionnement de l'ordre de 40 M Hz. De plus, les pertes d'insertion engendrées par chaque ligne, c'est-à- dire l'atténuation du signal de sortie par rapport au signal d'entrée, sont de l'ordre de 15 d B. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles- ci sont effectuées suivant l'esprit de Pinvention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 Ligne à retard électro-acoustique opérant en transmission, comportant: un support ( 3) de propagation d'une onde acoustique, délimité par au moins une surface latérale ( 5), une première surface termi- nale plane ( 6) et une seconde surface terminale de révolution ( 7) assurant une focalisation de l'onde acoustique; un transducteur d'entrée (E) et un transducteur de sortie (S) transformant une onde électromagnétique en l'onde acoustique et réciproquement, les deux transducteurs étant disposés sur la surface terminale plane ( 6) et étant symétriques par rapport au milieu (O) de la surface plane, l'onde acoustique engendrée par le transducteur d'entrée étant perpendiculaire à la surface terminale plane ( 6); caractérisée en oe que l'angle ( S; S') formé par la surface ter- minale plane et l'axe de révolution de la seconde surface terminale ( 7) passant par le milieu (O) de la surface terminale plane est inférieur à 900 d'un angle complémentaire (e; a') tel que l'onde acoustique engendrée par le transducteur d'entrée subisse une seule réflexion sur la surface focalisante de révolution ( 7) et tel que l'onde acoustique réfléchie sur la surface de révolution vienne se concen- trer au niveau du transducteur de sortie (S), permettant ainsi d'obtenir un signal retardé à un seul écho. 2 Ligne à retard selon la revendication 1, caractérisée en ce que les transducteurs d'entrée (E) et de sortie (S) sont chacun disposés au voisinage d'un bord de la surface latérale ( 5) du support acoustique, chaque transducteur étant ainsi éloigné du milieu (O) de la surface terminale plane ( 6), de sorte que l'angle complémentaire précité ( a; a') prend une valeur telle que l'onde acoustique, après réflexion sur la surface terminale plane au niveau du transducteur de sortie, vienne se réfléchir sur la surface latérale ( 5) du support acoustique. 3 Ligne à retard selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus des moyens pour absorber l'onde acoustique se réfléchissant sur la surface terminale plane ( 6) au niveau du transducteur de sortie (S), ces moyens d'absorption étant disposés sur la surface latérale ( 5) du support acoustique, de sorte que le signal retardé à un seul écho est dépourvu d'écho parasite. 4 Ligne à retard selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface terminale plane ( 6) est perpendi- culaire à l'axe longitudinal (XX') du support acoustique ( 3) passant par le milieu (O) de la surface terminale plane, en ce que la surface terminale de révolution ( 7) et son axe de révolution sont constitués respectivement par une calotte sphérique et la droite passant par le milieu (O) de la surface terminale plane et le centre de courbure (C) de la calotte, l'angle complémentaire précité (a) étant ainsi formé par l'axe longitudinal du support et ladite droite, et en ce que la droite passant par le transducteur de sortie (S) et le centre de courbure (C) de la calotte est parallèle à l'onde acoustique engen- drée par le transducteur d'entrée, de sorte que l'onde acoustique engendrée par le transducteur d'entrée est réfléchie en un point (Q) de la calotte situé sur la droite passant par le milieu de la surface terminale plane et le centre de courbure, l'angle de réflexion étant ledit angle complémentaire ( a). Ligne à retard selon la revendication 4, caractérisée en ce que la surf ace latérale ( 5) du support acoustique est de forme cylindrique dont l'axe de symétrie constitue l'axe longitudinal du support, et en ce que la surface latérale cylindrique a une longueur donnée ( 1) déterminée comme étant la distance séparant le milieu (O) de la surface terminale plane du point de tangence (T) de la calotte sphérique, le rayon de courbure de la calotte étant sensi- blement égal au double de la longueur de la surface latérale cylindrique. il 6 Ligne à retard selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface terminale de révolution ( 7) et son axe de révolution sont constitués respectivement par une calotte sphérique et la droite passant par le milieu (O) de la surface terminale plane et le centre de courbure (C) de la calotte, en ce que ladite droite constitue l'axe longitudinal du support acoustique, de sorte que la calotte est centrée sur l'axe longitudinal du support, et en ce que l'angle complémentaire précité ( a') est formé par la surface terminale plane ( 6) et la normale (NN') à l'axe longitudinal du support, de sorte que Ponde acoustique engendrée par le trans- ducteur d'entrée est réfléchie en un point (T) de la calotte situé sur Paxe longitudinal du support, l'angle de réflexion étant ledit angle complémentaire ( a'). 7 Ligne à retard selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface latérale ( 5) du support acoustique est de forme cylindrique dont l'axe de symétrie constitue l'axe longitudinal du support, en ce que la surface latérale cylindrique a une longueur donnée ( 1) déterminée comme étant la distance séparant le milieu (O) de la surface terminale plane du point de tangence (T) de la calotte sphérique, et en ce que le rayon de courbure de la calotte est sensiblement égal au double de la longueur de la surface latérale cylindrique. 8 Ligne à retard selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ronde acoustique engendrée par le trans- ducteur d'entrée (E) est une onde de volume. 9 Ligne à retard selon Pune des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface terminale plane ( 6) et la surface terminale de révolution ( 7) sont polies.