Brevet FR2661292A1 — publié le 19911025

FILTRE A ONDES DE SURFACE ET A FAIBLES PERTES La présente invention se rapporte à un filtre hyperfréquences à ondes acoustiques de surface et à faibles pertes. Le type de filtre à hautes performance et à faible pertes qui est concerné par l'invention est par exemple tel que décrit dans l'article de Messieurs DUFILIE, HODE, et DESBOIS : "A low loss high performance filter structure", IEEE 1988 Ultrasonic Symposium (Chicago), pages 1 à 4.Le filtre décrit dans cet article comporte - deux transducteurs d'entrée unidirectionnels placés symétriquement de part et d'autre d'un premier transducteur bidirectionnel de couplage et reliés acoustiquement à ce dernier - un deuxième transducteur bidirectionnel de couplage, relié électriquement à ce premier transducteur bidirectionnel de couplage - deux transducteurs de sortie unidirectionnels, placés symétriquement de part et d'autre de ce deuxième transducteur bidirectionnel de couplage et reliés acoustiquement à ce dernier ; et - deux bornes d'entrée et de sortie reliées électriquement respectivement la première aux deux transducteurs d'entrée et l'autre aux deux transducteurs de sortie. L'invention vise à améliorer les performances de ce genre de filtre à ondes de surface. Elle se rapporte à cet effet à un filtre à ondes de surface comportant, d'une manière très générale un ou plusieurs transducteurs d'entrée, reliés électriquement à la borne d'entrée du filtre, et reliés acoustiquement à au moins un premier transducteur de couplage, pondéré ou non . au moins un deuxième transducteur de couplage, pondéré ou non, relié électriquement à ce premier transducteur de couplage ; et relié acoustiquement à un ou plusieurs transducteurs de sortie, eux-mêmes reliés électriquement à la borne de sortie du filtre ce filtre étant tel que les positions des transducteurs d'entrée et/ou de sortie par rapport aux transducteurs de couplage et /ou par rapport aux réflecteurs auxquels ces divers transducteurs peuvent être associés, sont choisies, compte-tenu des pondérations des transducteurs de couplage, pour obtenir, pour ce filtre, la fonction de transfert souhaitée. Selon une particularité conforme à l'invention, il s'agit d'un filtre comportant un ou plusieurs transducteurs unidirectionnels à "coupleur en O", ce filtre étant tel que le transducteur qui est entouré de ce coupleur en O est décalé par rapport à l'axe de ce coup leur qui est normal à la direction de propagation des ondes de surface, d'une distance qui est égale au huitième de la longueur d'onde de propagation des ondes de surface, augmentée d'un nombre entier de demi-longueurs d'onde. Selon une autre particularité, il s'agit d'un filtre comportant deux couples de transducteurs unidirectionnels à coupleur en 0, dont un premier couple associé à l'entrée du filtre et un deuxième couple associé à sa sortie, caractérisé en ce que les diamètres intérieurs, pris dans le sens de propagation des ondes de surface, des deux coup leurs en O du premier et/ou du deuxième de ces coupleurs de transducteurs, diffèrent, pour les deux coupleurs en O d'un même couple, d'une demilongueur d'onde de propagation des ondes de surface, à un nombre entier M de longueurs d'onde près, ce nombre M pouvant être différent pour le premier et le deuxième couple. Selon une autre particularité, il s'agit d'un filtre comportant, côté entrée, soit deux transducteurs d'entrée latéraux reliés acoustiquement à un transducteur de couplage central, soit un transducteur d'entrée central relié acoustiquement à deux transducteurs de couplage latéraux, et comportant côté sortie, une configuration de transducteurs semblable à celle du côté entrée, caractérisé en ce que, côté entrée et/ou côté sortie du filtre, les distances respectives entre l'axe de chaque transducteur d'entrée, ou de sortie, et celui du transducteur de couplage qui lui est associé diffèrent, pour un même couple de distances relatif à l'entrée ou à la sortie du filtre, d'un nombre entier de longueurs d'onde, ce nombre entier pouvant être différent côté entrée du côté sortie. Selon encore une autre particularité, il s'agit d'un filtre comportant, côté entrée, soit deux transducteurs d'entrée latéraux reliés acoustiquement à un transducteur de couplage central, soit un transducteur d'entrée central relié acoustiquement à deux transducteurs de couplage latéraux, et comportant, côté sortie, une configuration de transducteurs semblables à celle du côté entrée, caractérisé en ce que les distances respectives entre l'axe d'un transducteur d'entrée ou de sortie et celui du transducteur de couplage qui lui est associé, diffèrent, d'un transducteur d'entrée à un transducteur de sortie, d'un quart de longueur d'onde, à un nombre entier de demi-longueurs d'ondes près, et aux différences de phase des coefficients de réflexion sur les transducteurs de couplage près. Enfin, selon une dernière particularité, il s'agit d'un filtre utilisant des transducteurs de couplage pondérés, caractérisé en ce que les pondérations de ces transducteurs de couplage sont différentes et sont choisies pour obtenir, dans la bande passante du filtre, une réponse sensiblement identique pour ces transducteurs de couplage, et à contrario une réponse différente en dehors de la bande passante de ce filtre. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel . Figure 1 est une vue d'ensemble de ce filtre à ondes acoustique de surface ; et Figure 2 est une vue agrandie d'une portion (quart inférieur droite) de ce même filtre. En se reportant tout d'abord à l'ensemble des figures 1 et 2, il s' agit d'une structure de filtre hyperfréquences à ondes acoustiques de surface et à faibles pertes. Ce filtre comporte, classiquement, sur un substrat isolant 1, une paire de transducteurs d'entrée unidirectionnels 2, 3 et une autre paire de transducteurs unidirectionnels 4, 5 de sortie, couplés acoustiquement par l'intermédiaire d'un transducteur bidirectionnel de couplage d'entrée 6 et d'un transducteur bidirectionnel de couplage de sortie 7. Les deux transducteurs de couplage 6, 7 qui sont ici des transducteurs pondérés à grand nombre de doigts, sont reliés électriquement l'un à l'autre par une bande métallique 8 déposée sur une autre bande 9, isolante et plus large. Bien entendu, la bande métallisée 8 peut être remplacée par un fil soudé. Les quatres transducteurs unidirectionnels d'entrée/sortie 2 à 5 ont des masses respectives 10 à 13 qui sont séparées de la masse 14 des transducteurs de couplage 6, 7 par des intervalles respectifs 15 à 18. Ces masses sont avantageusement reliées entre elles par des résistances électriques 19 à 22, de manière à supprimer les effets pyroélectriques néfastes. A noter que les bords 43, 44 des plans de masse et du substrat 1 sont classiquement inclinés par rapport à la normale 45 à la direction 24 de propagation des ondes acoustiques de surface, ce qui évite d'être gêné par des réflexions sans avoir à utiliser d'absorbeur acoustique. Les transducteurs d'entrée 2, 3 sont reliés électriquement, par des fils respectifs 25 et 26, à un pavé d'entrée métallisé 27 qui reçoit le fil d'entrée 28 du filtre et qui est protégé des décharges électrostatiques par une résistance 29. Il en est de même symétriquement pour les transducteurs de sortie 4, 5 (voir le pavé 40, les fils de connexion 41, 42, le fil de sortie 46, et la résistance 47). Chacun des transducteurs unidirectionnels 2 à 5 est (voir en particulier le transducteur 3 en vue agrandie sur la figure 2), de manière très classique, un transducteur unidirectionnel dit "à coupleur en O". Il est de ce fait composé d'un transducteur "central" 30, qui est dans cet exemple un transducteur à large bande dit "court", c'est à dire ayant un très petit nombre de doigts actifs, ce transducteur central étant entouré d'un coupleur "multistrip" 31 en forme de O et étant décalé par rapport à l'axe 32 de ce coupleur 31 qui est normal à la direction 24 précitée d'une distance i qui, dans les transducteurs unidirectionnels classiques de ce type est égale au huitième de la longueur d'onde kde propagation des ondes acoustiques de surface : on verra, ci-après que, selon une des caractéristiques de la présente invention, cet écartement i est ici différent de la valeur V8. Le connexion de masse du point froid 33 du transducteur 30 est réalisée par la liaison en pont 34 qui relie ce point froid 33 à la plaque de masse 11. Le plan de masse 14 relatif aux transducteurs de couplage 6 et 7 agit comme un blindage entre les transducteurs d'entrée 2, 3 et de sortie 4, 5. Les séparations 15 à 18 précitées comportent, sur toute l'ouverture acoustique des deux transducteurs acoustiquement associés, tels que 6 et 3 par exemple (voir la figure 2), un fin intervalle 35 qui est incliné par rapport à la direction 24 de propagation des ondes acoustiques de surface. les métallisations 36 et 33 correspondent respectivement aux bornes "signal" (point chaud) et "masse" (point froid) du transducteur 30. Selon une première caractéristiques, particulière et conforme à l'invention, de ce filtre, le décalage i précité est près égal au huitième de la longueur d'onde X de propagation des ondes acoustiques de surface, augmenté d'un nombre entier N de demi-longueurs d'onde, soit i = V8 + N V2 ce qui a pour effet d'obtenir, hors bande, des zéros dans la fonction de transfert du coupleur 31, et par suite d'améliorer la réjection lointaine (ou réjection horsbande) du filtre. Ces décalages i peuvent être différents selon qu'il s'agit des transducteurs unidirectionnels d'entrée 2, 3, ou des transducteurs unidirectionnels de sortie 4, 5. Selon une deuxième particularité de ce filtre, les "diamètres" intérieurs D, pris dans le sens 24 de propagation des ondes de surface, relatifs aux deux coupleurs en O associés aux deux transducteurs d'entrée 2 et 3 (voir le coupleur 31 sur la figure 2) et/ou ceux relatifs, aux deux coupleurs en O associés aux deux transducteurs de sortie 4, 5, diffèrent pour un même couple (2, 3 ou 4, 5) d'une demi-longueur d'onde X, à un nombre entier M de longueurs d'ondes près, l'un par rapport à l'autre, ce nombre M pouvant être différent pour les deux transducteurs d'entrée et pour les deux transducteurs de sortie.Par exemple, ces deux diamètres D diffèrent de M1k + V2 pour les deux transducteurs d'entrée 2, 3 tandis qu'ils diffèrent de M2k + k/2 pour les deux transducteurs de sortie 4, 5, M1 et M2 pouvant être des entiers (O, 1, 2,...) différents. Ce décalage a pour effet de mettre en opposition de phase les ondes réfléchies à droite et à gauche du coupleur en O, et donc de les supprimer. Il s'agit de réflexions d'origine essentiellement mécanique, qui sont dues au fait que la surface du substrat pièzoélectrique 1 est chargée par des métallisations. Selon une troisième particularité, relative là encore au couple de transducteurs d'entrée 2, 3 et/ou au couple de transducteurs de sortie 4, 5, les distances X (voir figure 2) entre les axes respectifs de chaque transducteur (3 par exemple) et celui du transducteur de couplage (6 dans cet exemple) qui lui est associé, diffèrent, pour donc un couple de transducteurs (d'entrée et/ou de sortie), d'un nombre entier K de longueurs d'onde, ce nombre entier K pouvant être différent pour le couple de transducteurs d'entrée (2, 3) et pour le couple de transducteurs de sortie. Cette particularité permet, par la création de creux de réjection hors-bande dans la fonction de transfert du filtre, d'améliorer sa réjection lointaine hors-bande. Selon une quatrième particularité, dont le but est de remédier aux perturbations dues aux réflexions de double-transit, les distances X précitées diffèrent, d'un transducteur d'entrée 2 ou 3 à un transducteur de sortie 4 ou 5, d'un quart de longueur d'onde X, à un nombre entier P de demi-longueurs d'ondes près et aux différences de phase des coefficients de réflexion en attaque symétrique Rcl, Rc2 sur les deux transducteurs de couplage 6, 7 près. Par exemple, la distance X2 relative au transducteur de sortie 4 est liée à celle X1 relative au transducteur d'entrée 2 par la relation suivante X2 - Xi = B/4 + -g,h+ k+ h/2 4# où cpest défini par RC2/Rc1 - RC2 e Une cinquième caractéristique concerne les pondérations des transducteurs de couplage 6,7. Il est connu, dans ce type de filtre, que les transducteurs de couplage doivent avoir des admittances presque identiques dans la bande passante du filtre et qu'il faut pondérer ces transducteurs pour abaisser les lobes secondaires. Selon cette cinquième caractéristique, les pondérations des transducteurs de couplage 6, 7 sont différentes, et elles sont choisies pour obtenir, dans la bande passante du filtre, une réponse sensiblement identique pour ces transducteurs de couplage 6, 7, et à contrario une réponse différente en dehors de la bande passante du filtre. Cette particularité entraîne une diminution de l'amplitude des lobes secondaires, et donc améliore la réjection hors-bande du filtre. L'adaptation électrique des transducteurs de couplage 6, 7 peut indifféremment être une adaptation "parallèle" ou "série", bien connues dans la technique, ou encore une adaptation en "impédance conjuguée" telle que décrite dans la demande de brevet français de la Demanderesse No 8813536, déposée le 14 octobre 1988. Les transducteurs proprement dits d'entrée-sortie (tels que le transducteur 30, figure 2), sont, dans cet exemple, des transducteurs dits "courts", ayant entre 3 et 8 doigts actifs par exemple. Ils pourraient tout aussi bien être des transducteurs pondérés de la même manière que les transducteurs de couplage 6, 7 pour avoir une faible réactance capacitive à la fréquence centrale. Dans ce dernier cas, le filtre ne nécessite pas de circuit d'adaptation électrique lorsque l'impédance ramenée des deux transducteurs d'entrée ou de sortie est proche de l'impédance de la source de la charge. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Elle s'applique par exemple aussi, en ce qui concerne les caractéristiques ne faisant pas intervenir les coup leurs en O, à des filtres de structure semblable mais utilisant d'autres transducteurs unidirectionnels que des transducteurs à coupleur en O. Elle s'applique également à toutes sorties de variantes imaginables de cette structure de filtre. Une telle variante pourrait consister, à titre d'exemple nullement limitatif, en un filtre du même genre que celui de la figure 1, mais comportant un seul transducteur d'entrée axial et bidirectionnel réémettant de part et d'autre vers deux transistors de couplage d'entrée unidirectionnels, eux-mêmes reliés électriquement à deux transistors de couplage de sortie, eux-aussi unidirectionnels, et réémettant vers un unique transducteur de sortie, lui-aussi axial et bidirectionnel: dans une telle configuration, qui est inverse de celle de la figure 1 tout en assurant la même fonction, il y a en tout quatre transducteurs de couplage et seulement deux transducteurs d'entrée/sortie. REVENDICATIONS 1 - Filtre à ondes de surface du type comportant . un ou plusieurs transducteurs d'entrée (2,3) relié(s) acoustiquement à au moins un premier transducteur de couplage (6), et . au moins un deuxième transducteur de couplage (7) relié électriquement à ce premier transducteur de couplage (6), et relié acoustiquement à un ou plusieurs transducteurs de sortie (4, 5), caractérisé en ce que les positions des transducteurs d'entrée (2, 3) et/ou de sortie (4, 5) par rapport aux transducteurs de couplage (6, 7) et/ou par rapport aux réflecteurs (31) auxquels ces divers transducteurs peuvent être associés, sont choisies, compte-tenu des pondérations des transducteurs de couplage (6, 7), pour obtenir, pour ce filtre, la fonction de transfert souhaitée. 2 - Filtre à ondes de surface selon la revendication 1, ce filtre comportant plusieurs transducteurs unidirectionnels (2 à 4) à "coupleur en O" (31), caractérisé en ce que le transducteur (30) qui est entouré de ce coupleur en O (31) est décalé par rapport à l'axe (32) de ce coupleur (31) qui est normal à la direction (24) de propagation des ondes de surface, d'une distance (i) qui est égale au huitième de la longueur d'onde (X) de propagation des ondes de surface, augmentée d'un nombre entier (N) de demi-longueurs d'onde (X/2). 3 - Filtre à ondes de surface selon la revendication 1 ou la revendication 2, ce filtre comportant deux couples de transducteurs unidirectionnels (2 à 5) à coupleur en O (31), dont un premier couple (2, 3) associé à l'entrée du filtre et un deuxième couple (4 ,5) associé à sa sortie, caractérisé en ce que les diamètres intérieurs (D), pris dans le sens (24) de propagation des ondes de surface, des deux coupleurs en O du premier (2, 3) et/ou du deuxième (4, 5) de ces coupleurs de transducteurs, diffèrent, pour les deux coupleurs en O d'un même couple, d'une demi-longueur d'onde de propagation (A) des ondes de surface, à un nombre entier M de longueurs d'onde A près, ce nombre M pouvant être différent pour le premier (2, 3) et le deuxième couple (4, 5). 4 - Filtre à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 3, du type comportant, côté entrée, soit deux transducteurs d'entrée latéraux (2, 3) reliés acoustiquement à un transducteur de couplage central (6), soit un transducteur d'entrée central relié acoustiquement à deux transducteurs de couplage latéraux, et comportant, côté sortie, une configuration de transducteurs (4, 5, 7) semblable à celle (2, 3, 6) du côté entrée, caractérisé en ce que, côté entrée et/ou côté sortie du filtre, les distances respectives (X) entre l'axe 32 de chaque transducteur d'enteée (2 ou 3), ou de sortie (4 ou 5), et celui du transducteur de couplage (6 ou 7) qui lui est associé diffèrent, pour un même couple de distances (X) relatif à l'entrée ou à la sortie du filtre, d'un nombre entier (K) de longueurs d'onde (A), ce nombre entier (K) pouvant être différent côté entrée du côté sortie. 5 - Filtre à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 4, du type comportant, côté entrée, soit deux transducteurs d'entrée latéraux (2, 3) reliés acoustiquement à un transducteur de couplage central (6), soit un transducteur d'entrée central relié acoustiquement à deux transducteurs de couplage latéraux, et comportant, côté sortie, une configuration de transducteurs (4, 5, 7) semblable à celle (2, 3, 6) du côté entrée, caractérisé en ce que les distances respectives (X) entre l'axe (32) d'un transducteur d'entrée ou de sortie et celui du transducteur de couplage (6 ou 7) qui lui est associé, diffèrent, d'un transducteur d'entrée (2 ou 3) à un transducteur de sortie (4 ou 5), d'un quart de longueur d'onde (A), à un nombre entier (P) de demi-longueurs d'ondes près, et aux différences de phases 6 - Filtre à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 5, du type utilisant des transducteurs de couplage pondérés (6, 7), caractérisé en ce que les pondérations de ces transducteurs de couplage (6, 7) sont différentes et sont choisies pour obtenir, dans la bande passante du filtre, une réponse sensiblement identique pour ces transducteurs de couplage (6, 7), et à contrario une réponse différente en dehors de la bande passante de ce filtre.