Brevet FR2596593A1 — publié le 19871002

PROCEDE DE SUPPRESSION DES ECHOS PARASITES DANS LES LIGNES A RETARD ELECTROACOUSTIQUES A ONDES DE VOLUME, ET LIGNE A RETARD METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent de supprimer, ou tout au moins d'atténuer fortement, les échos parasites qui se produisent dans les lignes à retard électroacoustiques utilisant des ondes de volume. Il est connu pour retarder des signaux électriques d'utiliser une ligne à retard électroacoustique dans laquelle les signaux électriques sont tout d'abord convertis en signaux acoustiques sonores ou ultrasonores. Ces signaux se propagent dans la ligne à une vitesse bien inférieure à celle de la lumière, ce qui permet d'obtenir des 10 retards importants sous un volume réduit. Après avoir subi le retard désiré les signaux acoustiques sont ensuite retransformés en signaux électriques. Une telle ligne à retard électroacoustique, du type à réflexion, est par exemple représentée sur la figure 1. Elle comporte un milieu 15 de propagation 10 par exemple en corindon. Ce milieu affecte généralement la forme d'un barreau allongé de forme par exemple cylindrique. Un transducteur électroacoustique 11 formé d'une couche mince de matériau piézoélectrique munie d'électrodes métalliques reliées à des connections 12 est appliqué sur la face 20 terminale 15 de ce barreau. Sous l'effet d'un signal électrique appliqué à ces connexions, ce transducteur excite dans le barreau une onde acoustique qui se propage vers l'autre face terminale 14 du barreau selon un faisceau acoustique 13 dont la section est sensiblement constante et égale à la surface du transducteur. Cette 25 onde acoustique se réfléchit sur la face 14 et revient vers la face 15 o elle excite le transducteur 11 pour délivrer sur les connexions 12 un signal électrique semblable au signal initial à l'atténuation due à la transmission près. Une telle ligne n'est bien sOr utilisable que pour retarder des impulsions distinctes les unes des autres, puisque le 30 transducteur d'entrée sert également de transducteur de sortie. Dans ces conditions une telle impulsion est retardée d'une durée t = 2L/v si L est la longueur du barreau entre ses faces 1.5 et 14 et v la vitesse des ondes acoustiques dans le milieu 10. Toutefois il n'est pas possible d'adapter parfaitement le transducteur au milieu de propagation et une partie de Pénergie acous5 tique reçue par ce tranducteur est réfléchie de nouveau pour repartir vers la face 14. Elle se réfléchit à son tour sur cette face 14 pour revenir vers le transducteur et l'exciter en produisant un écho parasite ayant un retard t par rapport au signal principal formé par l'écho utile. Il est- nécessaire de réduire au maximum l'amplitude de cet écho parasite connu sous le nom d'écho de trajet double ou double transit. Le même problème se pose dans les lignes à transmission qui comprennent deux transducteurs, par exemple l'un émetteur sur la 15 face 15 et l'autre récepteur sur la face 14. Ces lignes à transmission sont utilisées essentiellement pour retarder les signaux continus pour lesquels il faut bien séparer l'émetteur du récepteur. Dans ce cas l'écho parasite est celui qui revient vers la face 14 après réflexion sur successivement cette face 14 et la face 15. C'est un écho 20 de trajet triple ou triple transit. Il est connu pour éliminer ces échos d'incliner légèrement par rapport à l'axe de propagation les faces terminales du barreau 10. Pour le trajet utile le faisceau acoustique est simplement légèrement désaxé par rapport à l'axe du barreau, mais pour le 25 trajet parasite le faisceau acoustique ne rencontre plus le transducteur de réception et atteint de préférence la paroi du barreau sur un endroit o l'Pn a fixé un produit absorbant. Une telle technique a été décrite par exemple par CROFUT dans MICROWAVE 3OURNAL 1967, Vol. 10, pages 65 à 72. Il est également connu des brevets français 2.522.452 et 2.523.784 de réaliser des lignes à retard électroacoustiques portant au moins une face terminale présentant une forme concave permettant de focaliser les ondes acoustiques pour diminuer les pertes. Dans ces lignes à retard, les ondes acoustiques effectuent 35 plusieurs allers et retours pour obtenir des retards importants, de par exemple plusieurs dizaines de microsecondes, et on réduit les échos parasites en utilisant une géométrie et des positions respectives des transducteurs et des faces terminales focalisantes qui permet de dérouter les échos parasites. Ces différentes méthodes sont délicates à mettre en oeuvre et elles compliquent la fabrication d'un dispositif qui doit être simple et robuste. Selon l'invention pour supprimer les échos parasites on crée dans le faisceau acoustique des différences de marche qui 10 provoquent des déphasages tels que l'écho parasite se détruit par interférence pour le double transit, ou éventuellement pour le triple transit. Pour cela on subdivise le faisceau acoustique en un ensemble de rayons comportant la différence de marche nécessaire, en 15 réalisant sur au moins l'une des faces que rencontre le faisceau un réseau topographique sur les éléments duquel se réfléchissent les rayons avec des retards distincts. Bien que l'opposition de phase ne soit parfaite en toute rigueur que pour une seule fréquence, l'atténuation des échos parasites est 20 encore importante dans une bande d'environ 20 à 30% autour de cette fréquence optimale. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue en coupe d'une ligne à retard connue - la figure 2, une vue en coupe d'une ligne à retard mettant en oeuvre l'invention;- les figures 3 et 4, deux variantes du réseau réflecteur de la face 14 de la figure 2; - la figure 5, une illustration d'un procédé d'usinage pour obtenir les réseaux des figures 3 et 4. On a représenté sur la figure 2 une ligne à retard du type à réflexion et à un seul transducteur semblable à celle de la figure 1, mais mettant en oeuvre l'invention. Pour cela on a gravé sur la face 14 sur laquelle se réfléchissent les ondes un réseau représenté sur la figure 3 et composé de traits parallèles qui forment une succession de creux 20 et de sommets 21 de largeur constante W. La section de ces creux et de ces sommets est rectangulaire et la profondeur des creux par 5 rapport aux sommets est égale à h/8, oXest la longueur d'onde des ondes acoustiques se propageant dans la ligne à retard pour la fréquence centrale de fonctionnement f de celle-ci. Cette fréquence est généralement celle de résonance du transducteur 11. Par ailleurs la largeur W est grande par rapport à la longueur 10 d'onde > ,c'est-à-dire au moins égale à plusieurs dizaines de >,et les dimensions du réseau sont suffisantes pour que le faisceau acoustique 13 ne déborde pas de ce réseau lorsqu'il vient se réfléchir sur la face 14. Compte tenu de ces dimensionnements, les rayons 30 et 31 qui 15 viennent se réfléchir respectivement sur les creux et sur les sommets du réseau ne se diffractent pas, à cause de la largeur W, et repartent parallèlement à la direction incidente avec une différence de marche égale à 2 fois la profondeur h des creux par rapport aux sommets. Ainsi, pour le premier écho qui forme le signal utile cette 20 différence de marche est égale à À /4, et pour le deuxième écho qui forme le signal parasite cette même différence de marche>/4 s'ajoute à celle obtenue lors de la première réflexion. La différence totale de marche est alors pour ce deuxième écho égale à>/2. Lorsque le deuxième écho vient exciter le transducteur 11, les 25 rayons provenant de la réflexion sur les creux induisent donc dans ce transducteur des tensions électriques en opposition de phase avec celles induites par les rayons réfléchis sur les sommets. Comme les rayons du faisceau 13 se répartissent également entre les creux et les sommets, puisque ceux-ci ont une même largeur, les signaux 30 électriques induits en opposition de phase ont la même amplitude et s'annulent donc. En toute rigueur cette annulation n'est parfaite que pour la fréquence f, mais l'atténuation est importante dans une bande de fréquences d'environ 20 à 30% autour de f, ce qui est généralement 35 suffisant, notamment lorsque la durée D de l'impulsion est nettement plus grande que la période l/f. Par ailleurs cette durée O doit être faible devant le retard de la ligne afin qu'il n'y ait pas d'ondes stationnaires. Ces deux conditions sont généralement remplies dans l'utilisation courante de ce type de lignes à retard. La disposition du réseau représenté sur la figure 3 n'est qu'un exemple de réalisation. Notamment l'inclinaison de ces rayons peut être quelconque et le réseau peut couvrir toute la face 14. En fait la condition essentielle sur le réseau est que les surfaces totales des creux et des sommets soient égales, que la plus 10 petite surface d'un creux ou d'un sommet soit grande devant la longueur d'onde acoustique, et que leur nombre soit suffisant pour répartir les petites irrégularités inévitables et donc de moyenner l'effet de ces irrégularités. On peut notamment réaliser ce réseau sous la forme d'une 15 mosaïque telle que représentée sur la figure 20 constituée de rectangles en creux 40 et en relief 41 de largeur W2 et de hauteur WI juxtaposés de manière qu'un rectangle en creux soit contigu à quatre rectangles en relief et vice-versa. Pour réaliser un tel réseau différents procédés de fabrication 20 sont possibles. On peut par exemple utiliser, comme représenté sur la figure , une gravure par usinage ionique. Pour cela la face à graver du barreau 10, qui est par exemple en corindon, est recouverte d'un masque 51, par exemple en chrome, présentant des ouvertures à 25 l'endroit o l'on désire obtenir les creux du réseau. Ces ouvertures sont obtenues par un procédé classique de photolithogravure. Sous l'action d'un faisceau d'ions 52, par exemple des ions d'argon, on provoque une érosion tant du barreau à travers les ouvertures du masque que du masque lui-même. Comme la sélectivité de l'usinage, 30 c'est-à-dire la différence de vitesse d'érosion entre le chrome et le corindon, est assez faible, le masque est du type consommable et présente donc une épaisseur initiale suffisante pour supporter toute l'opération sans disparaître. Pour une fréquence f égale à 4,3 GHz, la profondeur des sillons 35 doit être égale à 0,33 /an et on utilise alors un masque épais de 0,6 /rm. L'opération de gravure proprement dite prend alors une dizaine de minutes. Il est intéressant de procéder à cette opération de gravure sur un bloc de corindon de grande taille dans lequel on découpe ensuite 5 plusieurs lignes à retard individuelles. Une variante consiste à rassembler plusieurs lignes déjà découpées dans un outillage approprié qui maintient dans un même plan les faces sur lesquelles on désire graver les réseaux. Il est également possible, au lieu de graver un tel réseau, de le 10 fabriquer en le rapportant sur la face 14, par exemple par évaporation un matériau qui constituera le réseau par surépaisseur. On choisit ce matériau de manière à ce que son impédance acoustique soit sensiblement égale à celle du support, pour éviter des réflexions à l'interface entre ce support et le matériau. On peut 15 utiliser par exemple du chrome sur un support de corindon. Dans un exemple de réalisation, pour une ligne à retard cylindrique en corindon d'une longueur de 56 mm et d'un diamètre de 10 mm, procurant un retard de 10/us pour un signal de fréquence centrale 4,3 GHz, on a réalisé un réseau de profondeur h = 0,33p/m 20 et de largeur W 100 dpm qui procure une atténuation relative de l'écho de 20 décibels dans une bande passante de 10% autour de la fréquence centrale. Ce procédé s'étend au cas d'une ligne à transmission dans laquelle un transducteur récepteur est placé sur la face 25 terminale (14). Dans ce cas le réseau est réalisé, quoique avec plus de difficultés, sur la face portant le transducteur et la profondeur h doit être égale à >/6. REVENDICATIONS I. Procédé de suppression des échos parasites dans les lignes à retard électroacoutiques à ondes de volume dans lesquelles un faisceau acoustique parasite se propage dans un support acoustique (10) et se réfléchit sur au moins une face de ce support caractérisé 5 en ce que l'on aménage cette face (14) pour diviser ce faisceau (13) en deux ensembles de rayons (30, 31) de même intensité ayant une différence de marche telle que les signaux électriques induits dans un transducteur de sortie (11) par ces rayons s'annulent. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 10 face (14) est aménagée pour présenter un réseau formé d'un ensemble de creux (20) et d'un ensemble de sommets (21) correspondant respectivement aux deux ensembles de rayons, la surface totale des creux étant égale à la surface totale des sommets, les dimensions linéaires (W) des creux et des sommets 15 étant grandes par rapport à la longueur d'onde acoustique des ondes du faisceau pour ne pas avoir de diffraction, et la différence de hauteur (h) entre les creux et les sommets déterminant ladite différence de marche. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les 20 creux et les sommets ont la forme de traits parallèles. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les creux et les sommets ont la forme de rectangles juxtaposés. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les dimensions des ensembles des creux et des 25 sommets sont au moins égales à celles du faisceau acoustique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ensembles de creux et de sommets sont obtenus par gravure ionique de la face (14) à travers un masque en chrome (51) déposé sur un support (10) en corindon. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ensembles de creux et de sommets sont obtenus par report sur la face (14) d'une couche ayant la forme des sommets. 8. Ligne à retard électroacoustique à ondes de volume pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 7, cette ligne comprenant un support acoustique (10) en forme de barreau ayant deux faces (14, 15) terminales planes et 5 parallèles et un transducteur (11) sur l'une des faces (15) pour émettre et recevoir un faisceau acoustique (13) parallèle et ayant une fréquence centrale f correspondant à une longueur d'onde A vers l'autre face (14) sur laquelle il se réfléchit vers la première face pour venir exciter le transducteur, caractérisé en ce que cette autre 10 face (14) comporte un ensemble de creux et un ensemble de sommets dont la différence de hauteur est égale à à/8. 9. Ligne à retard électroacoustique à ondes de volume pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 7, cette ligne comprenant un support acoustique (10) en forme de 15 barreau ayant deux faces (14, 15) terminales planes et parallèles, un transducteur (11) sur l'une des faces (15) pour émettre un faisceau acoustique (13) parallèle et ayant une fréquence centrale f correspondant à une longueur d'onde A vers l'autre face pour exciter un deuxième transducteur placé sur cette autre face (14), 20 caractérisé en ce que cette autre face (14) comporte un ensemble de creux et un ensemble de sommets dont la différence de hauteur est égale à X/6.