Brevet FR2649263A1 — publié le 19910104

FILTRE A ONDES DE SURFACE EN DOUBLE ANNEAU QUASI SYMETRIQUE La présente invention se rapporte aux filtres à ondes de surface à faible perte. Parmi les nombreux types de filtres à ondes de surface on connait plus particulièrement les filtres en anneau dont la structure a été décrite par M. FELDMANN et J. HENAFF (1974 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Cat. = 74,pp 157 160). Un tel filtre, dont le schéma très simplifié est représenté en figure 1, comporte un transducteur d'entrée 101, deux réflecteurs à changement de voies 102 et 103 et un transducteur de sortie 104. Les transducteurs 101 et 104 sont formés par exemple de peignes interdigités pondérés selon des technlques connues. Ces transducteurs sont par nature bidirectionnels, et le transducteur d'entrée 101 émet donc deux ondes de même amplitude, une à droite et une à gauche.Ces ondes sont recueillies par les réflecteurs à changement de voies (RCV) 102 et 103 et réémises en direction du transducteur de sortie 104, qui peut alors recueillir toute la puissance émise par le transducteur d'entrée, aux pertes de propagation prés. Le filtre décrit par FELDMANN et HENNAF utilise des RCV dits du type FELDMANN. D'autres types de RCV existent et parmi les plus connus, les RCV type MARSHALL (1974 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE cat = 74, pp 189 - 192) et les RCV type POLLOCK (1983 Ultrasonics Symposium Proceedings, 1983 IEEE, pp 87-92). Une des principales limitations des performances de ce genre de filtre est le phénomène connu sous le nom d'écho de triple transit : la puissance des deux ondes acoustiques reçues par le transducteur de sortie 104 n'est totalement absorbée dans sa charge électrique 105 que si i) les tensions induites sur le transducteur par chacune d'entre elles sont en phase. ii) la charge électrique, 105, ramène, à travers le circuit d'adaptation 106, une impédance conjuguée de l'impédance interne du transducteur. La première condition i) peut être facilement respectée par symétrie de structure, pour toutes fréquences. Mais la deuxième, ii) est pratiquement impossible à respecter du fait des variations importantes de Iimpédance des transducteurs dans la bande passante. Alors, des ondes sont réémises du transducteur de sortie 104 par réflexion et/ou transmission des ondes qu'il reçoit. Elles suivent le trajet inverse jusqu'au transducteur d'entrée 101 où le même phénomène se reproduit. Les ondes réémises par le transducteur d'entrée, apres un troisième trajet dans la structure, donnent alors lieu à un signal parasite dit de triple transit. Dans un article paru dans la revue Ultrasonics 1986, IEEE p. 71-76, R.B. BROWN a proposé un type de filtre en double anneau permettant de diminuer considérablement l'écho de triple transit. Ce filtre est décrit par la figure 2. Les RCV utilisés 202 et 203 dérivent des RCV type MARSHALL avec la modification suivante la voie de sortie est divisée en deux canaux, d'égale ouverture, décalés l'un par rapport à l'autre d'une longueur égale à X /4. Les moyens de détection du signal de sortie sont également divisés en deux, et consistent en deux transducteurs 204 et 214. Les signaux détectés par chacun d'eux, de même amplitude mais déphasés de 900, sont aiguillés vers la charge électrique 205 à travers un circuit d'adaptation et de déphasage 206. A titre d'exemple on a représenté figure 2 un tel circuit composé de deux circuits d'adaptation identiques 207, 217 et d'une jonction hybride 900 208, compensant la différence de phase des ondes détectées par les transducteurs 204 et 214. Les signaux originaires des deux transducteurs de sortie se somment alors en phase dans la charge et le comportement "faibles pertes" est ainsi sauvegardé. Les deux transducteurs de sortie voient la même impédance, et reçoivent des ondes de même amplitude et déphasées de 900. Ils réemettent donc des ondes de même amplitude et déphasées de 900. Les ondes en rentrant dans les RCV 202 et 203 subiront un nouveau déphasage relatif de 900 dû au décalage de /4 des deux canaux. Elles sont alors en opposition de phase et les tensions qu'elles induisent sur les rubans métalliques des RCV sont en opposition de phase. La résultante est nulle si bien que les ondes traversent sans perturbation les RCV 202, 203, sortent de la structure en anneau et ne donnent pas lieu à un parasite de triple trajet. Ce dispositif présente deux inconvénients. Le premier est dû au manque de symétrie des trajets suivis par les signaux acoustiques reçus par les transducteurs de sortie 204 et 214. Les rubans métalliques des deux canaux de sorties des RCV 202 et 203 étant en série, les pertes ohmiques entraînent une différence de niveau entre les ondes réémises sur chacun des canaux de sorties par les RCV 202 et 203 et reçues par les transducteurs 204 et 214. Les ondes réémises par les transducteurs n'ont alors pas la même amplitude et la compensation mutuelle entre les tensions induites sur les rubans métalliques des RCV 202 et 203 n'est plus parfaite. Ces ondes entraînent alors un parasite de triple transit. L'autre désavantage est que les deux transducteurs de sortie 204 et 214 sont très rapprochés, ce qui produit des interférences électriques entre eux. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un filtre à ondes de surface en double anneau quasi symétrique comprenant sur un substrat un transducteur d'émission bidirectionnel pour émettre de chaque côté des ondes de surface, deux transducteurs de réception bidirectionnels pour recevoir ces ondes acoustiques chacun par leurs deux extrémités, et des moyens de diriger les ondes acoustiques vers les extrémités de ces récepteurs, caractérisé en ce que les transducteurs de réception sont disposés de part et d'autre du transducteur d'émission par rapport à l'axe d'émission des ondes et que les moyens pour diriger les ondes sont situés sur cet axe pour former des voies acoustiques en anneau sensiblement symétriques par rapport audit axe. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent - les figures 1 et 2 : des schémas de filtres selon l'part connu - la figure 3 : le schéma de principe d'un filtre selon l'invention; - la figure 4 : le schéma d'un nouveau réflecteur à changement de voie - les figures 5 et 6: les schémas détaillés de deux variantes d'un premier mode de réalisation d'un filtre selon l'invention ; et - la figure 7 : le schéma détaillé d'un deuxième mode de réalisation d'un filtre selon l'invention. On a représenté sur la figure 3 la structure générale d'un filtre selon l'invention. Le signal d'entrée est appliqué à un transducteur émetteur 301 qui envoie de chaque côté des signaux acoustiques. Ces signaux acoustiques sont reçus par les réflecteurs à changement de voies 302 et 303 et réémis sur les deux canaux de sorties en direction des transducteurs de sortie 304 et 314 situés symétriquement au-dessus et au-dessous du transducteur d'entrée 301. L'ensemble du filtre est donc configuré selon deux anneaux symétriques par rapport à l'axe d'émission du transducteur d'entrée. Ceci permet d'appliquer différentes méthodes de compensation d'effets parasites telles que celles décrites par BROWN. Par symétrie, la structure assure I'égalité des signaux des deux canaux de sortie, ce qui garantit une meilleure efficacité à la compensation.Les transducteurs 304 et 314, plus éloignés l'un de l'autre sont moins sensibles aux interférences électriques. Selon l'invention on utilise comme réflecteur à changement de voie un dispositif représenté figure 4. Ce dispositif est formé d'un coupleur multibandes, préférentiellement à transfert total, comportant une voie d'entrée 401, et deux canaux de sortie 402 et 412. Dans chacun des canaux de sortie est disposé un réflecteur acoustique, 403 et 413. A titre d'exemple, on a représenté figure 4 des réflecteurs du type coupleur multibandes replié en 0, mais d'autres réflecteurs acoustiques peuvent être utilisés. Les distances d et d' entre les sorties des canaux 402, 412 et les réflecteurs 403 et 413 diffèrent d'un nombre impair de B/4. Lorsque le canal d'entrée 401 reçoit une onde A, la puissance de cette onde est transférée en deux ondes B et B' sur les canaux de sortie 402 et 412. Ces ondes se réfléchissent en C, C' sur les réflecteurs 403 et 413. Du fait de la différence des distances d et d', l'onde C est, sur une bande du canal 402, en opposition de phase avec l'onde C', sur la bande du canal 412 connectée électriquement avec la bande considérée du canal 402. Le potentiel total induit par les ondes C, C' sur les bandes de l'ensemble 401, 402, 412 sera donc nul, et cet ensemble sera transparent pour les ondes C, C'. La puissance de ces ondes se retrouve donc intégralement dans les ondes transmises D, D'. Le décalage, > entre les canaux de sorties permet d'ajuster le déphasage relatif des ondes D et D'. Pour A A /4, ce déphasage est de 900.Dans l'exemple simple de la figure 4, les périodes et largeurs des bandes en 401, 402, 412 sont égales et les ouvertures L2 et L'2 des canaux de sortie 402, 412 sont égales à la moitié de l'ouverture L1 de la voie d'entrée. En choisissant des valeurs différentes des périodes et largeurs des bandes en 401, 402, et 412, L2 et L'2 peuvent être différentes de L1/2. L'ensemble 401, 402, 412 devient alors comparable au compresseur de faisceaux symétriques de l'article de P.A. DUFILIE, 980 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE 1980, pp 43-47. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, représenté en figure 5, le signal d'entrée E est appliqué à un transducteur d'entrée 501, par exemple par l'intermédiaire de deux électrodes 521 et de deux fils de connexion 522 qui relient ces électrodes au transducteur 501 en passant par dessus les autres éléments des circuits. Sur la figure 5, on a représenté de manière schématique les transducteurs d'entrée et de sortie, sans montrer les dents des peignes. Les signaux acoustiques émis par le transducteur d'entrée 501 à ses deux extrémités sont transmis par des réflecteurs à changement de voies 502 503 tel que celui décrit en figure 4 en direction des transducteurs de sortie 405 et 514 identiques et situés de chaque côté du transducteur d'entrée 501 par rapport à l'axe de propagation des signaux acoustiques conformément au schéma de la figure 3. Ainsi les chemins parcourus par les ondes acoustiques pour aller exciter ces transducteurs de sortie sont sensiblement identique s et les niveaux acoustiques sur ces transducteurs de sortie sont donc les mêmes. Ces transducteurs de sortie sont munis chacun de deux électrodes, 524, 534, et 525, 535. Les électrodes 534 et 535 peuvent éventuellement être reliées à la masse pour diminuer le couplage capacitif parasite entre les transducteurs d'entrée et de sorties. Les transducteurs, tant d'entrée 501 que de sortie 504 et 514, sont pondérés par l'une quelconque des techniques connues (apodisation, retrait des doigts, escaliers etc.) pour obtenir la fonction de transfert désirée. Les réflecteurs à changement de voies 502 et 503 sont du type correspondant à la figure 4. La position des transducteurs de sortie 504, 514 entre les réflecteurs 502 et 503 est choisie de telle sorte que les tensions induites par les ondes qu'ils reçoivent de part et d'autre soient en phase. Les décalage h1 et 2 des réflecteurs à changement de voies 502 et 503 sont choisi de telle sorte que les tensions délivrées par les transducteurs de sortie, entre les électrodes 524, 534, et 525, 535, soient en quadrature ; ceci est obtenu si A et 2 sont choisis de telle sorte que dl et d2 différent d'un nombre impair de A/2.Les tensions de sortie sont appliquées aux entrées d'un clrcuit d'adaptation et de déphasage tel que celui décrit en figure 2 et qui permet de récupérer toute la puissance électrique délivrée par les transducteurs de sortie dans la charge électrique. Pour décrire le principe de l'invention, on a admis que le transducteur 501 était le transducteur d'entrée et les transducteurs 504, 514, les transducteurs de sortie. On peut inverser le sens de fonctionnement en connectant la source électrique à la place de la charge électrique du circuit de déphasage/adaptation, et la charge à la place de la source électrique. Dans une variante de réalisation représentée en figure 6, le transducteur d'entrée 601 est formé de deux transducteurs identiques mis en parallèle par l'intermédiaire d'une électrode centrale 633. Le signal d'entrée E est alors appliqué de manière symétrique sur ces deux transducteurs, par exemple à l'aide de trois électrodes et de trois fils de connection. Dans l'alignement de l'électrode centrale 633 qui relie ensemble les deux parties du transducteur d'entrée 601, les bandes des réflecteurs 602 et 603 peuvent présenter un changement de périodicité et/ou d'orientation afin de supprimer le couplage piézoélectrique indésirable à cet endroit. Au total on obtient une meilleure symétrie de l'ensemble du système, et surtout, on diminue les couplages capacitifs parasites entre entrées et sorties, les électrodes 621 pouvant être reliées à la masse. Dans un deuxième mode de réalisation, représenté figure 7, la structure du dispositif est tout à fait semblable à celle de la figure 5 mais les réflecteurs à changement de voies, 702 et 703, sont différents. Ils dérivent du coupleur type FELDMANN car on a, là encore, subdivisé la sortie en deux canaux disposés de part et d'autre de la voie d'entrée centrale. Comme précédemment les transducteurs de sortie sont disposés de telle sorte que les effets des ondes qu'ils reçoivent de part et d'autre s 'ajoutent en phase et, les décalages å 1 et A2 pour que les signaux électriques délivrés par les transducteurs de sortie soient en quadrature; ceci est encore obtenu pour une différence entre d1 et d2 d'un nombre impair de demi-longueur d'onde. REVENDICATIONS 1. Filtre à ondes de surface en double anneau comprenant sur un substrat un transducteur d'émission bidirectionnel (301) pour émettre par chacune de ses deux extrémités des ondes de surface, deux transducteurs de réception bidirectionnels (304,314) pour recevoir ces ondes acoustiques chacun par leurs deux extrémités, et des moyens (302, 303) pour diriger les ondes acoustiques vers les extrémités de ces récepteurs, caractérisé en ce que les transducteurs de réception (304, 314) sont disposés de part et d'autre du transducteur d'émission par rapport à l'axe d'émission des ondes et que les moyens pour diriger les ondes (302, 303) sont situés sur cet axe pour former des voies acoustiques en anneau sensiblement symétriques par rapport audit axe. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux transducteurs de réception délivrent des signaux électriques en quadrature permettant de réduire l'écho de triple transit. 3. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour diriger les ondes acoustiques comprennent deux coupleurs multibandes à 3 voies acoustiques (401, 402, 412) ces moyens, recevant les ondes acoustiques Incidentes A par une partie centrale (401) et les réémettant B, B' par deux parties latérales (402, 412) dans le même sens que le sens d'émission vers un ensemble de réflecteurs (403, 413) situé en face de ces parties latérales pour réémettre les ondes C, C' et D, D' dans le sens inverse du sens des ondes incidentes vers les transducteurs de réception (504, 514). 4. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour diriger les ondes acoustiques comprennent deux réflecteurs multibandes (702, 703). 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le transducteur d'émission (601) est formé de deux parties identiques situées de part et d'autre de l'axe d'émission. 6. Filtre . selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les transducteurs d'entrée (301) et les transducteurs de sortie ont des rôles interchangés.