EP0040559A1 - Piezoelectric convolution device using elastic waves - Google Patents

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EP0040559A1
EP0040559A1 EP81400686A EP81400686A EP0040559A1 EP 0040559 A1 EP0040559 A1 EP 0040559A1 EP 81400686 A EP81400686 A EP 81400686A EP 81400686 A EP81400686 A EP 81400686A EP 0040559 A1 EP0040559 A1 EP 0040559A1
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EP
European Patent Office
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guide
substrate
convolver
convolving
convoluting
Prior art date
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EP81400686A
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German (de)
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EP0040559B1 (en
Inventor
Hervé Gautier
Charles Maerfeld
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06G—ANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/19—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions
    • G06G7/195—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions using electro- acoustic elements

Definitions

  • the invention relates to convolvers using the propagation of acoustic waves in piezoelectric solids. Given two incident electrical signals of duration T and carrier frequency f, counterprogressive elastic waves which propagate in a region of the surface of the support where they interact non-linearly are excited at the ends of a support made of piezoelectric material. generate a double frequency electric field. This electric field is collected by an integrating electrode covering the interaction region and this collecting electrode provides an electric signal whose modulation represents the convolution function of the two incident electric signals. When the modulation function of one of the two incident signals has undergone a time inversion before being applied to one of the inputs of the convolver device, the emerging signal represents a correlation function.
  • the invention applies more particularly to convolvers capable of analogically processing signals characterized by a high f.T product.
  • the guide convolvers produced so far have a response which tends to deviate from the mathematical expression of the convolution integral. Indeed, when the length L of the collecting electrode becomes large with respect to the electromagnetic wavelength, which corresponds to a product fT of high value, it is necessary to take account of the electromagnetic losses which create disturbances at the level of interaction. The signal from the interaction is no longer spatially uniform. As the electric charges are no longer induced in phase, they do not add up in an equiphase manner in the interaction region. In addition, the resistance of the collecting electrode eventually becomes appreciable with respect to the output impedance of the convolutor, which leads to a deterioration of the response. It should also be mentioned that disturbances at the interaction level also appear, even if the length L of the collecting electrode is small compared to the electromagnetic wavelength, when the resistance-capacitance product of the guide is not small enough before period 1 / f.
  • the invention aims to collect the convolution signal by samples taken step by step along the interaction region of the counterprogressive elastic waves, without these samples being able to disturb by their presence the propagation of acoustic waves.
  • the interval between two successive samples is chosen so that the difference in uniformity of the interaction remains small when the samples are brought back to the outlet of the convolutor.
  • FIG. 1 represents the diagram of a convoluting device of known type.
  • a support made of piezoelectric material 10 are arranged at the two ends two transducers 11 and 12 in the form of interdigitated combs forming the two inputs e and e 2 of the convolutor.
  • the two signals for which the convolution function is to be obtained are modulated around a central carrier frequency f equal to several tens of megaherts. These two signals are sent to the inputs e, and e 2 so as to generate two counterprogressive elastic waves propagating in two directions opposite to the surface of the support 10 with more or less penetration depending on the type of waves generated.
  • the support 10 acts not only as a propagating medium but also as a non-linear medium where there is a non-linear interaction of the two waves which creates a signal of double carrier frequency.
  • This signal is nominally spatially uniform over the area of interaction and is detectable by means of a uniform electrode 15 placed on the interaction zone.
  • This electrode 15 forms a capacitor with a counter electrode consisting for example of two side plates 16 connected to each other by a connection 17 to the electrical ground.
  • the plate 15 thus collects the electric charges induced by the non-linear interaction of the two waves and provides at its output s a signal C (t) at the frequency 2f.
  • the two contraprogressive waves emitted are of the form: where x is the axis of propagation of the waves at speed v, w the pulsation 2 ⁇ f and k the number of waves w / v.
  • the modulation of the signal C (t) represents the convolution function of the signals F (t) and G (t) compressed in time by a ratio 2, and over a time interval corresponding to the duration during which the two signals interact over the entire length L of the plate 15.
  • These devices are capable of processing signals of several tens of Megahertz of bandwidth B and of a few tens of microseconds of duration T. They are of great interest by their great simplicity of implementation, their high processing speed, their volume and their very low consumption.
  • the waves must be guided in this width W and the plate 15 is simply used, the guidance being obtained by the effect of slowing down of the waves caused by the short-circuit of the acoustic field at the surface.
  • the device of FIG. 1 can be produced as follows.
  • the frequency f is equal to 156 MHz and the duration T to 12 s.
  • the beam compressors are produced by couplers with conductive bands.
  • the electrodes 15 and 16 constitute a portion of the electromagnetic transmission line in which the propagation speed of the electromagnetic waves v EM is low because of the high value of the permittivity of the substrate. Effects of propagation losses appear when the length L of the output plate is greater than about 0.1 of electromagnetic wavelength ⁇ EM equal to v EM / 2f. These effects introduce on the one hand phase shifts between the sources of the charges and the points of contact and on the other hand reflections at the points of discontinuity electric.
  • the condition L / ⁇ EM > 0.1 corresponds to: going is the speed of the acoustic waves.
  • the device described has a central frequency equal to 156 MHz for a band of 50 MHz.
  • the signal obtained at the output s is:
  • the factor M ( T ) a function of T , is due to the non-uniformity of the interaction and the signal H (t) no longer represents the convolution function of the two signals F (t) and G (t) .
  • the convolver device according to the invention illustrated in FIG. 2 comprises an output electrode 15 provided with several contacts distributed over its entire length along the axis of propagation of the acoustic waves and connected together to form the output s of the convolutor, the maximum interval between the contacts being chosen to obtain a low error of uniformity of the interaction.
  • the transmission line 20 comprises n equidistant sockets 21 connected at a common point by wires 22 introducing a negligible phase shift.
  • FIG. 4 represents the variations of I cc / I in amplitude, solid line, and in phase, dotted line, in the case where the half-distance between taps is equal to 0.075 ⁇ EM and for 3 values of the attenuation a by ⁇ EM in Neper.
  • the resistance R is given by if r is the plate resistivity and the capacitance C depends on the distance between the positive and negative electrodes and it can be adjusted.
  • the loss a is known and the maximum spacing between taps can be determined to obtain the required uniformity error.
  • the maximum distance between taps is of the order of 0.1 ⁇ a to 0.2 ⁇ a for a phase error and of limited amplitude respectively at 10 ° and 1 dB.
  • the contacts on the outlet plate must be made so as not to disturb the propagation of the acoustic waves. Given the high operating frequencies, the dimensions are very small, the plate being able to measure a few tens of microns in width, and several production techniques can be used.
  • the contacts are made by soldering or by direct bonding of a conductive wire 40 on the outlet plate 41 placed on the surface of the substrate 45.
  • the dimensions of the welding point 42 or the adhesive point 43 do not exceed one tenth of the acoustic wavelength.
  • welding is carried out either by thermocompression or by ultrasound. As for bonding, it is obtained cold using either indium or electrically conductive epoxy resin.
  • the contacts can be made by welding or gluing next to the plate so that you can increase the size of the welding point or the glue point. For this, the contacts are made at a distance from the plate such that the energy of the acoustic waves is practically zero, this distance being of the order of a few wavelengths.
  • connection blocks 52 are arranged along the plate 55 on the surface of the substrate. They are electrically connected to the plate by conductive strips 50 whose width is less than lal5 to disturb the propagation of the acoustic waves as little as possible, their length being equal to Z chosen to sufficiently distance the blocks from the plate. These bands are connected to the blocks by wider bands 51 making it possible to reduce the electrical resistance. Referring to Figure 7, the ground electrodes 54 are notched to receive the blocks 52, this discontinuity does not affect the uniformity of the interaction. These electrodes can also be distant enough from the plate to remain uniform if the width of the substrate allows it. These electrodes can also be placed on the lower surface of the substrate. The spots of solder or glue 53 made on the pavers can be produced using all the conventional techniques since there are no longer any dimensional constraints.
  • each metal strip 51 and each block 52 are placed on a thin layer of an electrically insulating material 60 such as resin or Si 0 2, thus significantly reducing the coupling between the substrate and the parts metallic.
  • an electrically insulating material 60 such as resin or Si 0 2
  • FIG. 9 shows another technique making it possible to suppress coupling by the conductive strips of connections 50.
  • Each strip is metallized on a material which is then eliminated so as to leave an air gap 70 between substrate and the strip. Note that this technique is known in particular for the production of an acoustic filter.
  • the guide 55, the strips 50 and 51 and the blocks 52 are for example metallized by deposition, by evaporation or spraying using a mask produced by photolithography.
  • Another embodiment consists in placing an electrode in the form of a plate opposite the guide and similar to the latter. The connections to the output circuit are made on this electrode.
  • FIG 10 shows in section an embodiment by capacitive coupling.
  • a first substrate 85 has on its surface the devices for generating the acoustic waves and the guide 80; it can also include the ground electrodes 82.
  • a second substrate 86 is applied to the surface of the first substrate 85.
  • the two substrates are preferably made of the same material.
  • the substrate 86 has a recess 83 provided with the output electrode 81 placed opposite the guide 80 and at a predetermined distance h. This distance h is chosen so as to capacitively couple the electrode to the guide without reducing the efficiency of the convolver. For this, the capacitance C brought back must be large compared to the capacitance C of the piezoelectric substrate.
  • the value of the capacitance C is of the order of the permittivity P of the substrate, while the value of the capacitance C is equal to where ⁇ o is the permittivity of the air, these values being counted per unit of length along the axis of propagation of the waves.
  • the condition C >> C p is therefore written .
  • the substrate 85 includes the recess such as 83 provided with the acoustic guide 80 while the other substrate is planar.
  • Figures 11 and 12 show two other alternative embodiments for which the guide is not metallized: either it is produced by profiling the substrate to give it a greater thickness opposite the output electrode as shown in Figure 11 at 90, either it is produced by modifying the structure of the substrate opposite the output electrode by an ion implantation as shown in FIG. 12 at 100.
  • the faces of the two piezoelectric substrates 85 and 86 are polished and brought into contact then maintained by gluing or mechanically by pressing, or else by adhesion obtained by optical seal.
  • FIG. 13 shows an embodiment comprising metal studs 110 produced between the metal guide and the outlet electrode.
  • the height of the recess 83 may be notably greater than for the constructions with capacitive coupling and it is therefore less critical.
  • the lateral dimension of each stud is small in front of ⁇ a, approximately 0.1 A; in addition, these studs 110 are distributed along the guide randomly to avoid cumulative effects, the average distance between studs being of the order of 100 ⁇ a .
  • the pads are produced beforehand either on the guide 80 or on the electrode 81, for example by photoengraving, the two substrates then being assembled according to one of the techniques seen above.
  • FIG. 14 An embodiment by profiled guide is shown in FIG. 14.
  • the guide 120 is profiled in thickness transversely to the axis of propagation of the waves to present a central zone 121 and two lateral zones 122.
  • the central zone has a thickness greater than the two lateral zones causing by mechanical loading effect on the substrate 125 a slower propagation speed under this central zone and consequently guiding the waves.
  • the speed in the free zone of the substrate 123 is also greater than that of the lateral zones by the effect of an electric short circuit on the surface of the substrate.
  • the lateral zones 122 are produced so as to present a large electrical conduction.
  • the profiling of the guide is obtained for example by ionic machining. It can also be obtained by adding a conductive or insulating material over a prior metallization.
  • the electrical contacts 124 are made at the outer edges of the lateral zones outside the zone of presence of the acoustic energy.
  • FIG. 15 An embodiment by homogeneous thickness guide is shown in Figure 15 in top view.
  • Guide 130 is uniform in thickness and has a structure transverse to the axis of propagation of the waves leading to, creating a central guiding zone 131 and two lateral zones on which the electrical connections are made.
  • the central zone is continuous while the two lateral zones are discontinuous and produced by cutting the guide into strips (132) perpendicular to its axis.
  • the central zone thus makes a total short-circuit on the surface of the substrate which slows down the waves relative to the lateral zones which make a partial short-circuit.
  • the spacing p between bands (132) is chosen to be less than ⁇ a / 2 to avoid the known effects of "stop band” and thus maintain a large bandwidth B.
  • the guide is for example obtained by photoengraving or photolithography.
  • the electrical contacts are. made at the ends of the bands.
  • the guide has a width W of 30 ⁇ and a length L of 35 mm. It has four equidistant sockets of 1, two of which are located at the ends so that the ratio l / ⁇ EM is close to 0.16, the frequency band being equal to 100 MHz.
  • Figures 16 and 17 schematically represent the convolver and output circuit assembly.
  • FIG. 17 makes it possible to distinguish the detail of the connections at the level of a socket.
  • the metallized studs 146 are connected to the guide 143 and are connected to each other and to the ends of the tracks 142 of the output circuit by gold wires a few millimeters in length 148.
  • the ground electrodes 147 are connected to the parts of the output circuit connected to ground at 149.
  • the arrangement of the tracks 142 makes it possible to connect the four sockets to the output cable 143, of impedance generally equal to 50 ⁇ , by connections of identical lengths, thus making it possible to add the signals from the sockets in phase. Note that this realization is possible because the speed of the electromagnetic waves in the guide is low compared to that of the conventional transmission lines constituted by the tracks 142.
  • the output circuit can also be produced on the acoustic substrate previously metallized and covered with a insulating layer with the lowest permittivity possible.
  • such an embodiment makes it possible to obtain a uniformity of the amplitude response of less than 1 dB and a uniformity of the phase of less than 15 °. With only the two extreme sockets connected, the result is amplitude uniformity to within 5 dB and phase uniformity between 80 and 90 degrees.

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Abstract

L'invention se rapporte aux dispositifs convoluteurs basés sur l'intéraction non-linéaire de deux ondes élastiques contraprogressives se propageant à la surface d'un substrat piézoélectrique (10). L'invention a pour objet un convoluteur à ondes élastiques dans lequel la sortie (s) est reliée à l'électrode collectrice (15) par plusieurs prises de contact distribuées le long de la région où interagissent les rayonnements acoustiques représentatifs des signaux électriques appliqués aux entrées (e1) et (e2). L'invention s'applique notamment à la détermination par voie analogique des intégrales de convolution et à la corrélation de formes d'ondes représentées par les courbes enveloppes de deux signaux électriques.The invention relates to convoluting devices based on the non-linear interaction of two counterprogressive elastic waves propagating on the surface of a piezoelectric substrate (10). The invention relates to an elastic wave convolver in which the output (s) is connected to the collecting electrode (15) by several contact sockets distributed along the region where the acoustic radiation representative of the electrical signals applied to the inputs (e1) and (e2). The invention applies in particular to the determination by analog channel of the convolution integrals and to the correlation of waveforms represented by the envelope curves of two electrical signals.

Description

L'invention se rapporte aux convoluteurs utilisant la propagation des ondes acoustiques dans les solides piézoélectriques. Etant donné deux signaux électriques incidents de durée T et de fréquence porteuse f, on excite aux extrémités d'un support en matériau piézoélectrique des ondes élastiques contraprogressives qui se propagent dans une région de la surface du support où elles interagissent non-linéairement de façon à engendrer un champ électrique à fréquence double. Ce champ électrique est recueilli par une électrode intégratrice recouvrant la région d'interaction et cette électrode collectrice fournit un signal électrique dont la modulation représente la fonction de convolution des deux signaux électriques incidents . Lorsque la fonction de modulation de l'un des deux signaux incidents a subi une inversion de temps avant d'être appliquée à l'une des entrées du dispositif convoluteur, le signal émergent représente une fonction de corrélation. L'invention s'applique plus particulièrement aux convoluteurs capables de traiter analogiquement des signaux caractérisés par un produit f.T élevé.The invention relates to convolvers using the propagation of acoustic waves in piezoelectric solids. Given two incident electrical signals of duration T and carrier frequency f, counterprogressive elastic waves which propagate in a region of the surface of the support where they interact non-linearly are excited at the ends of a support made of piezoelectric material. generate a double frequency electric field. This electric field is collected by an integrating electrode covering the interaction region and this collecting electrode provides an electric signal whose modulation represents the convolution function of the two incident electric signals. When the modulation function of one of the two incident signals has undergone a time inversion before being applied to one of the inputs of the convolver device, the emerging signal represents a correlation function. The invention applies more particularly to convolvers capable of analogically processing signals characterized by a high f.T product.

Les convoluteurs à guide réalisés jusqu'ici ont une réponse qui tend à s'écarter de l'expression mathématique de l'intégrale de convolution. En effet, lorsque la longueur L de l'électrode collectrice devient grande vis à vis de la longueur d'onde électromagnétique, ce qui correspond à un produit fT de valeur élevée, il faut tenir compte des pertes électromagnétiques qui créent des perturbations au niveau de l'interaction. Le signal issu de l'interaction n'est plus spatialement uniforme. Comme les charges électriques ne sont plus induites en phase, elles ne s'additionnent pas de manière équiphase dans la région d'interaction. En outre, la résistance de l'électrode collectrice finit par devenir appréciable par rapport à l'impédance de sortie du convoluteur, ce qui entraine une détérioration de la réponse. Il faut également mentionner que des perturbations au niveau de l'interaction apparaissent également, même si la longueur L de l'électrode collectrice est petite devant la longueur d'onde électromagnétique, lorsque le produit résistance-capacité du guide n'est pas assez petit devant la période 1/f.The guide convolvers produced so far have a response which tends to deviate from the mathematical expression of the convolution integral. Indeed, when the length L of the collecting electrode becomes large with respect to the electromagnetic wavelength, which corresponds to a product fT of high value, it is necessary to take account of the electromagnetic losses which create disturbances at the level of interaction. The signal from the interaction is no longer spatially uniform. As the electric charges are no longer induced in phase, they do not add up in an equiphase manner in the interaction region. In addition, the resistance of the collecting electrode eventually becomes appreciable with respect to the output impedance of the convolutor, which leads to a deterioration of the response. It should also be mentioned that disturbances at the interaction level also appear, even if the length L of the collecting electrode is small compared to the electromagnetic wavelength, when the resistance-capacitance product of the guide is not small enough before period 1 / f.

En vue de pallier les inconvénients énumérés ci-dessus, l'invention vise à recueillir le signal de convolution par des prélèvements effectués de proche en proche le long de la région d'interaction des ondes élastiques contraprogressives, sans que ces prélèvements puissent perturber par leur présence la propagation des ondes acoustiques. L'intervalle entre deux prélèvements successifs est choisi de manière que l'écart d'uniformité de l'interaction reste faible lorsque les prélèvements sont ramenés à la sortie du convoluteur.With a view to overcoming the drawbacks listed above, the invention aims to collect the convolution signal by samples taken step by step along the interaction region of the counterprogressive elastic waves, without these samples being able to disturb by their presence the propagation of acoustic waves. The interval between two successive samples is chosen so that the difference in uniformity of the interaction remains small when the samples are brought back to the outlet of the convolutor.

L'invention a pour objet un dispositif convoluteur utilisant la propagation des ondes acoustiques à la surface d'un solide piézoélectrique et comportant :

  • - un substrat piézoélectrique ;
  • - des moyens d'excitation de deux ondes acoustiques contraprogressives à la fréquence f ;
  • - des moyens constitués d'au moins deux électrodes permettant de recueillir le signal à la fréquence 2f, issu de l'interaction non linéaire des deux ondes acoustiques, caractérisé par le fait que la sortie de ce dispositif est reliée à l'une de ces électrodes par plusieurs contacts électriques disposés sur la longueur suivant l'axe de propagation des deux ondes acoustiques.
The subject of the invention is a convolver device using the propagation of acoustic waves on the surface of a piezoelectric solid and comprising:
  • - a piezoelectric substrate;
  • - means for excitation of two contraprogressive acoustic waves at frequency f;
  • means consisting of at least two electrodes making it possible to collect the signal at the frequency 2f, originating from the non-linear interaction of the two acoustic waves, characterized in that the output of this device is connected to one of these electrodes by several electrical contacts arranged along the length along the axis of propagation of the two acoustic waves.

L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles :

  • la figure 1 représente un dispositif convoluteur de type connu ;
  • la figure 2 représente un dispositif convoluteur selon l'invention ;
  • la figure 3 est un schéma explicatif ;
  • la figure 4 est un diagramme explicatif ;
  • les figures 5 et 6 illustrent une première variante de réalisation des prises de contact ;
  • la figure 7 illustre une seconde variante de prise de contact ;
  • la figure 8 illustre une troisième variante de prise de contact ;
  • la figure 9 illustre une quatrième variante de prise de contact ;
  • la figure 10 représente un mode de couplage capacitif ;
  • les figures 11 et 12 représentent des variantes du mode de couplage illustré sur la figure 10 ;
  • la figure 13 représente un mode de couplage galvanique par plots ;
  • la figure 14 illustre un dispositif convoluteur à guide profilé ;
  • la figure 15 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure 14 ;
  • la figure 16 montre les connexions reliant les contacts avec la sortie du dispositif convoluteur ;
  • la figure 17 représente un détail de la figure 16.
The invention will be better understood by means of the description below and the appended figures among which:
  • FIG. 1 represents a convoluting device of known type;
  • FIG. 2 represents a convoluting device according to the invention;
  • Figure 3 is an explanatory diagram;
  • Figure 4 is an explanatory diagram;
  • Figures 5 and 6 illustrate a first alternative embodiment of the contact points;
  • FIG. 7 illustrates a second variant of making contact;
  • FIG. 8 illustrates a third variant of making contact;
  • FIG. 9 illustrates a fourth variant of making contact;
  • FIG. 10 represents a mode of capacitive coupling;
  • Figures 11 and 12 show variants of the coupling mode illustrated in Figure 10;
  • FIG. 13 represents a mode of galvanic coupling by studs;
  • FIG. 14 illustrates a convoluting device with a profiled guide;
  • Figure 15 shows an alternative embodiment of the device of Figure 14;
  • FIG. 16 shows the connections connecting the contacts with the output of the convolver device;
  • FIG. 17 represents a detail of FIG. 16.

La figure 1 représente le schéma d'un dispositif convoluteur de type connu. Sur un support en matériau piézoélectrique 10 sont disposés aux deux extrémités deux transducteurs 11 et 12 sous la forme de peignes interdigités formant les deux entrées e et e2 du convoluteur. Les deux signaux dont on veut obtenir la fonction de convolution sont modulés autour d'une fréquence centrale porteuse f égale à plusieurs dizaines de Mégaherts. Ces deux signaux sont envoyés sur les entrées e, et e2 de manière à générer deux ondes élastiques contraprogressives se propageant suivant deux directions opposées à la surface du support 10 avec plus ou moins de pénétration suivant le type d'ondes générées. Le support 10 agit non seulement comme milieu propagateur mais également comme milieu non linéaire où il se produit une interaction non linéaire des deux ondes qui crée un signal de fréquence porteuse double. Ce signal est théoriquement spatialement unifor- me sur la zone d'interaction et il est détectable au moyen d'une électrode uniforme 15 placée sur la zone d'interaction.FIG. 1 represents the diagram of a convoluting device of known type. On a support made of piezoelectric material 10 are arranged at the two ends two transducers 11 and 12 in the form of interdigitated combs forming the two inputs e and e 2 of the convolutor. The two signals for which the convolution function is to be obtained are modulated around a central carrier frequency f equal to several tens of megaherts. These two signals are sent to the inputs e, and e 2 so as to generate two counterprogressive elastic waves propagating in two directions opposite to the surface of the support 10 with more or less penetration depending on the type of waves generated. The support 10 acts not only as a propagating medium but also as a non-linear medium where there is a non-linear interaction of the two waves which creates a signal of double carrier frequency. This signal is nominally spatially uniform over the area of interaction and is detectable by means of a uniform electrode 15 placed on the interaction zone.

Cette électrode 15 forme une capacité avec une contre-électrode constituée par exemple de deux plaques latérales 16 reliées entre elles par une connexion 17 à la masse électrique. La plaque 15 collecte ainsi les charges électriques induites par l'interaction non linéaire des deux ondes et fournit à sa sortie s un signal C(t) à la fréquence 2f.This electrode 15 forms a capacitor with a counter electrode consisting for example of two side plates 16 connected to each other by a connection 17 to the electrical ground. The plate 15 thus collects the electric charges induced by the non-linear interaction of the two waves and provides at its output s a signal C (t) at the frequency 2f.

Si F(t) et G(t) sont les deux signaux dont on veut obtenir la convolution, les deux ondes contraprogressives émises sont de la forme :

Figure imgb0001
où x est l'axe de propagation des ondes à la vitesse v, w la pulsation 2 πf et k le nombre d'ondes w/v. On obtient à la sortie s un signal : C(t) = Ke2jωt F(τ). G(2t-τ)d τ..(1), où K est lié au rendement énergétique. La modulation du signal C(t) représente la fonction de convolution des signaux F(t) et G(t) comprimés dans le temps d'un rapport 2, et sur un intervalle de temps correspondant à la durée pendant laquelle les deux signaux interagissent sur toute la longueur L de la plaque 15.If F (t) and G (t) are the two signals whose convolution we want to obtain, the two contraprogressive waves emitted are of the form:
Figure imgb0001
 where x is the axis of propagation of the waves at speed v, w the pulsation 2 πf and k the number of waves w / v. A signal is obtained at the output s: C (t) = Ke 2jωt F (τ). G (2t-τ) d τ .. (1), where K is related to energy efficiency. The modulation of the signal C (t) represents the convolution function of the signals F (t) and G (t) compressed in time by a ratio 2, and over a time interval corresponding to the duration during which the two signals interact over the entire length L of the plate 15.

Ces dispositifs sont capables de traiter des signaux de plusieurs dizaines de Mégahertz de largeur de bande B et de quelques dizaines de microsecondes de durée T. Ils présentent un grand intérêt par leur grande simplicité de réalisation, leur grande vitesse de traitement, leur volume et leur consommation très réduite.These devices are capable of processing signals of several tens of Megahertz of bandwidth B and of a few tens of microseconds of duration T. They are of great interest by their great simplicity of implementation, their high processing speed, their volume and their very low consumption.

Le rendement de tels dispositifs est d'autant plus grand que, pour une puissance des signaux d'entrée donnée, la largeur des faisceaux d'ondes acoustiques W qui interagissent est faible. Aussi ces dispositifs utilisent généralement en sortie des transducteurs 11 et 12 des compresseurs de faisceaux schématisés sur la figure 1 par les deux rectangles 13 et 14. Ces compresseurs peuvent être réalisés de différentes façons et en particulier à l'aide de bandes conductrices à pas ou largeurs variables comme décrit dans le brevet français de C.MAERFELD N° 2.269.237 déposé le 7 Août 1973 au nom de THOMSON-CSF. De plus en sortie des compresseurs, les ondes doivent être guidées dans cette largeur W et on utilise simplement la plaque 15, le guidage étant obtenu par l'effet de ralentissement des ondes provoqué par le court-circuit du champ acoustique en surface. Ces dispositifs permettent alors d'obtenir une dynamique de l'ordre de 60 à 80 dB.The efficiency of such devices is all the greater when, for a given power of the input signals, the width of the beams of acoustic waves W which interact is small. Also, these devices generally use, at the output of the transducers 11 and 12, beam compressors shown diagrammatically in FIG. 1 by the two rectangles 13 and 14. These compressors can be produced in different ways and in particular using conductive bands with steps or variable widths as described in the French patent of C. MAERFELD N ° 2.269.237 filed on August 7, 1973 in the name of THOMSON-CSF. Furthermore, at the output of the compressors, the waves must be guided in this width W and the plate 15 is simply used, the guidance being obtained by the effect of slowing down of the waves caused by the short-circuit of the acoustic field at the surface. These devices then make it possible to obtain a dynamic range of the order of 60 to 80 dB.

A titre d'exemple non limitatif le dispositif de la figure 1 peut être réalisé comme suit. La fréquence f est égale à 156 MHz et la durée T à 12 s. Les compresseurs de faisceaux sont réalisés par des coupleurs à bandes conductrices. Les électrodes 15 et 16 constituent une portion de ligne de transmission électromagnétique dans laquelle la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques vEM est faible à cause de la valeur élevée de la permittivité du substrat. Des effets de pertes de propagation apparaissent lorsque la longueur L de la plaque de sortie est supérieure à environ 0,1 de longueur d'onde électromagnétique λEM égale à vEM/2f. Ces effets introduisent d'une part des déphasages entre les sources des charges et les points de contacts et d'autre part des réflexions aux points de discontinuité électrique.By way of nonlimiting example, the device of FIG. 1 can be produced as follows. The frequency f is equal to 156 MHz and the duration T to 12 s. The beam compressors are produced by couplers with conductive bands. The electrodes 15 and 16 constitute a portion of the electromagnetic transmission line in which the propagation speed of the electromagnetic waves v EM is low because of the high value of the permittivity of the substrate. Effects of propagation losses appear when the length L of the output plate is greater than about 0.1 of electromagnetic wavelength λEM equal to v EM / 2f. These effects introduce on the one hand phase shifts between the sources of the charges and the points of contact and on the other hand reflections at the points of discontinuity electric.

La condition L/λEM > 0,1 correspond à :

Figure imgb0002
v a étant la vitesse des ondes acoustiques.The condition L / λ EM > 0.1 corresponds to:
Figure imgb0002
 going is the speed of the acoustic waves.

Le dispositif décrit a une fréquence centrale égale à 156 MHz pour une bande de 50 MHz. Par ailleurs les valeurs types sont va = 3500 m/s et vEM = 4,3 107 m/s dans le cas où le matériau piézoélectrique utilisé est du Li Nb 03. Avec ces valeurs l'inégalité 3 conduit à tenir compte des effets de propagation lorsque fT devient supérieur à 600.The device described has a central frequency equal to 156 MHz for a band of 50 MHz. In addition, the typical values are va = 3500 m / s and v EM = 4.3 10 7 m / s in the case where the piezoelectric material used is Li Nb 0 3 . With these values the inequality 3 leads to take account of the propagation effects when fT becomes greater than 600.

En raison des effets de propagation, le signal obtenu à la sortie s est :

Figure imgb0003
Dans cette expression le facteur M(T), fonction de T, est dû à la non uniformité de l'interaction et le signal H(t) ne représente plus la fonction de convolution des deux signaux F(t) et G(t).Due to the propagation effects, the signal obtained at the output s is:
Figure imgb0003
 In this expression the factor M ( T ), a function of T , is due to the non-uniformity of the interaction and the signal H (t) no longer represents the convolution function of the two signals F (t) and G (t) .

L'inconvénient est donc très important et cela d'autant plus qu'il n'est pratiquement pas possible de corriger le terme M(T) a posteriori.The disadvantage is therefore very important, and all the more so since it is practically impossible to correct the term M ( T ) a posteriori.

Le dispositif convoluteur suivant l'invention illustré sur la figure 2 comporte une électrode de sortie 15 munie de plusieurs contacts répartis sur toute sa longueur suivant l'axe de propagation des ondes acoustiques et reliés entre eux pour former la sortie s du convoluteur, l'intervalle maximum entre les contacts étant choisi pour obtenir une erreur d'uniformité de l'interaction faible.The convolver device according to the invention illustrated in FIG. 2 comprises an output electrode 15 provided with several contacts distributed over its entire length along the axis of propagation of the acoustic waves and connected together to form the output s of the convolutor, the maximum interval between the contacts being chosen to obtain a low error of uniformity of the interaction.

L'intervalle maximum entre contacts ou prises, peut être évalué par un calcul. Pour effectuer ce calcul, la plaque de sortie 15 est assimilée à une ligne de transmission électromagnétique avec pertes, la constante de propagation étant de la forme Y=(-a + 2jπ)/λEM où a est l'atténuation par longueur d'onde dans la ligne (en Neper). En se reportant à la figure 3, la ligne de transmission 20, comporte n prises 21 équidistantes connectées en un point commun par des fils 22 introduisant un déphasage négligeable. On évalue alors le courant de court-circuit Icc en sortie en fonction de l'abcisse d'un générateur acoustique 23 de charge I, l'abscisse x étant repérée par rapport au milieu de l'intervalle entre deux prises, par exemple les prises 1 et 2.The maximum interval between contacts or sockets can be evaluated by a calculation. To perform this calculation, the output plate 15 is assimilated to an electromagnetic transmission line with losses, the propagation constant being of the form Y = (- a + 2jπ) / λ EM where a is the attenuation by length of wave in the line (in Neper). Referring to FIG. 3, the transmission line 20 comprises n equidistant sockets 21 connected at a common point by wires 22 introducing a negligible phase shift. We then evaluates the short-circuit current I cc at output as a function of the abscissa of an acoustic generator 23 of load I, the abscissa x being identified with respect to the middle of the interval between two taps, for example the taps 1 and 2.

La figure 4 représente les variations de Icc/I en amplitude, trait plein, et en phase, trait pointillé, dans le cas où la demi-distance entre prises

Figure imgb0004
est égale à 0,075 λEM et pour 3 valeurs de l'atténuation a par λEM en Néper. Cette atténuation a est telle que a = RCf si R et C sont la résistance et la capacité pour un
Figure imgb0005
 du guide. La résistance R est donnée par
Figure imgb0006
 si r est la résistivité de plaque et la capacité C dépend de la distance entre les électrodes positive et négative et elle peut être ajustée.FIG. 4 represents the variations of I cc / I in amplitude, solid line, and in phase, dotted line, in the case where the half-distance between taps
Figure imgb0004
 is equal to 0.075 λ EM and for 3 values of the attenuation a by λ EM in Neper. This attenuation a is such that a = RCf if R and C are the resistance and the capacity for a
Figure imgb0005
 of the guide. The resistance R is given by
Figure imgb0006
 if r is the plate resistivity and the capacitance C depends on the distance between the positive and negative electrodes and it can be adjusted.

Pour des valeurs de W, L, r et C, la perte a est connue et on peut déterminer l'espacement maximum entre prises pour obtenir l'erreur d'uniformité requise.For values of W, L, r and C, the loss a is known and the maximum spacing between taps can be determined to obtain the required uniformity error.

En pratique la valeur de a dépasse rarement 6 Nepers et en se reportant à la figure 4, la distance maximum entre prises est de l'ordre de 0,1 λa à 0,2λa pour une erreur de phase et d'amplitude limitée respectivement à 10° et 1 dB.In practice the value of a rarely exceeds 6 Nepers and by referring to Figure 4, the maximum distance between taps is of the order of 0.1 λ a to 0.2λ a for a phase error and of limited amplitude respectively at 10 ° and 1 dB.

Les contacts sur la plaque de sortie doivent être réalisés de manière à ne pas perturber la propagation des ondes acoustiques. Compte tenu des fréquences élevées de fonctionnement les dimensions sont très petites, la plaque pouvant mesurer quelques dizaines de microns en largeur, et plusieurs techniques de réalisation peuvent être employées.The contacts on the outlet plate must be made so as not to disturb the propagation of the acoustic waves. Given the high operating frequencies, the dimensions are very small, the plate being able to measure a few tens of microns in width, and several production techniques can be used.

Comme représenté sur les figures 5 et 6, les contacts sont réalisés par soudure ou par collage directs d'un fil conducteur 40 sur la plaque de sortie 41 placée à la surface du substrat 45. Pour éviter les effets de diffraction, et limiter la charge mécanique, les dimensions du point de soudure 42 ou du point de colle 43 ne dépassent pas le dixième de la longueur d'onde acoustique.As shown in FIGS. 5 and 6, the contacts are made by soldering or by direct bonding of a conductive wire 40 on the outlet plate 41 placed on the surface of the substrate 45. To avoid the effects of diffraction, and limit the load mechanical, the dimensions of the welding point 42 or the adhesive point 43 do not exceed one tenth of the acoustic wavelength.

La soudure est réalisée soit par thermocompression, soit par ultrasons. Quant au collage il est obtenu à froid en utilisant soit de l'indium, soit de la résine époxy électriquement conductrice.Welding is carried out either by thermocompression or by ultrasound. As for bonding, it is obtained cold using either indium or electrically conductive epoxy resin.

Les contacts peuvent être réalisés par soudure ou collage à côté de la plaque de manière à pouvoir augmenter la taille du point de soudure ou du point de colle. Pour cela les contacts sont faits à une distance de la plaque telle que l'énergie des ondes acoustiques soit pratiquement nulle, cette distance étant de l'ordre de quelques longueurs d'onde.The contacts can be made by welding or gluing next to the plate so that you can increase the size of the welding point or the glue point. For this, the contacts are made at a distance from the plate such that the energy of the acoustic waves is practically zero, this distance being of the order of a few wavelengths.

Un exemple de réalisation est représenté sur la figure 7 dans le cas du convoluteur à trois plaques de la figure 2. Plusieurs pavés de connexion 52 sont disposés le long de la plaque 55 à la surface du substrat. Ils sont reliés électriquement à la plaque par des bandes conductrices 50 dont la largeur est inférieure à lal5 pour perturber le moins possible la propagation des ondes acoustiques, leur longueur étant égale à Z choisie pour éloigner suffisamment les pavés de la plaque. Ces bandes sont reliées aux pavés par des bandes 51 plus larges permettant de diminuer la résistance électrique. En se reportant à la figure 7, les électrodes de masse 54 sont échancrées pour recevoir les pavés 52, cette discontinuité n'affectant pas l'uniformité de l'interaction. Ces électrodes peuvent aussi être éloignées suffisamment de la plaque pour rester uniformes si la largeur du substrat le permet. Ces électrodes peuvent aussi être placées à la surface inférieure du substrat. Les points de soudure ou de colle 53 effectués sur les pavés peuvent être réalisés en utilisant toutes les techniques classiques puisqu'il n'y a plus aucune contrainte de dimensions.An exemplary embodiment is shown in FIG. 7 in the case of the three-plate convolver in FIG. 2. Several connection blocks 52 are arranged along the plate 55 on the surface of the substrate. They are electrically connected to the plate by conductive strips 50 whose width is less than lal5 to disturb the propagation of the acoustic waves as little as possible, their length being equal to Z chosen to sufficiently distance the blocks from the plate. These bands are connected to the blocks by wider bands 51 making it possible to reduce the electrical resistance. Referring to Figure 7, the ground electrodes 54 are notched to receive the blocks 52, this discontinuity does not affect the uniformity of the interaction. These electrodes can also be distant enough from the plate to remain uniform if the width of the substrate allows it. These electrodes can also be placed on the lower surface of the substrate. The spots of solder or glue 53 made on the pavers can be produced using all the conventional techniques since there are no longer any dimensional constraints.

Avec cette technique, il existe un couplage acousto-électrique des surfaces métalliques avec le substrat qui engendre des effets parasites comme en particulier une perte de sensibilité accrue au niveau des connexions.With this technique, there is an acousto-electric coupling of the metal surfaces with the substrate which generates parasitic effects such as in particular an increased loss of sensitivity at the level of the connections.

Comme représenté sur la figure 8, chaque bande métallique 51, et chaque pavé 52 sont placés sur une couche mince d'un matériau isolant électriquement 60 tel que de la résine ou du Si 02 réduisant ainsi notablement le couplage entre le substrat et les parties métallisées. Cette technique permet de disposer de pavés de grandes dimensions et d'électrodes de masse uniformes, le cas échéant en regard des pavés.As shown in FIG. 8, each metal strip 51 and each block 52 are placed on a thin layer of an electrically insulating material 60 such as resin or Si 0 2, thus significantly reducing the coupling between the substrate and the parts metallic. This technique makes it possible to have pavers of large dimensions and uniform mass electrodes, where appropriate facing the pavers.

Sur la figure 9 on a représenté une autre technique permettant de supprimer le couplage par les bandes conductrices de connexions 50. Chaque bande est métallisée sur un matériau qui ensuite est éliminé de manière à laisser un intervalle d'air 70 entre substrat et la bande. Notons que cette technique est connue notamment pour la réalisation de filtre acoustique.FIG. 9 shows another technique making it possible to suppress coupling by the conductive strips of connections 50. Each strip is metallized on a material which is then eliminated so as to leave an air gap 70 between substrate and the strip. Note that this technique is known in particular for the production of an acoustic filter.

Pour ces réalisations le guide 55, les bandes 50 et 51 et les pavés 52 sont par exemple métallisés par dépôt, par évaporation ou pulvérisation à l'aide d'un masque réalisé par photolithographie.For these embodiments, the guide 55, the strips 50 and 51 and the blocks 52 are for example metallized by deposition, by evaporation or spraying using a mask produced by photolithography.

Une autre forme de réalisation consiste à disposer une électrode en forme de plaque en regard du guide et semblable à celle-ci. Les connexions vers le circuit de sortie sont effectuées sur cette électrode.Another embodiment consists in placing an electrode in the form of a plate opposite the guide and similar to the latter. The connections to the output circuit are made on this electrode.

La figure 10 représente en coupe une réalisation par couplage capacitif. Un premier substrat 85 comporte à sa surface les dispositifs de génération des ondes acoustiques et le guide 80 ; il peut comporter aussi les électrodes de masse 82. Un deuxième substrat 86 est appliqué à la surface du premier substrat 85. Afin d'éviter les problèmes dûs aux contraintes thermiques, les deux substrats sont de préférence constitués du même matériau. Le substrat 86 comporte un évidement 83 muni de l'électrode de sortie 81 placée en regard du guide 80 et à une distance h prédéterminée. Cette distance h est choisie de manière à coupler capacitivement l'électrode au guide sans diminuer le rendement du convoluteur. Pour cela la capacité C ramenée doit être grande devant la capacité C du substrat piézoélectrique. Dans le cas d'un dispositif tel que représenté sur la figure 2, la valeur de la capacité C est de l'ordre de la permittivité P du substrat, tandis que la valeur de la capacité C est égale à

Figure imgb0007
où εo est la permittivité de l'air, ces valeurs étant comptée par unité de longueur suivant l'axe de propagation des ondes. La condition C>>Cp s'écrit donc
Figure imgb0008
. Par exemple W = 50 µ et ε /εo = 50 ce qui donne h<<1µ et h sera de lordre de 1 000 A .Figure 10 shows in section an embodiment by capacitive coupling. A first substrate 85 has on its surface the devices for generating the acoustic waves and the guide 80; it can also include the ground electrodes 82. A second substrate 86 is applied to the surface of the first substrate 85. In order to avoid the problems due to thermal stresses, the two substrates are preferably made of the same material. The substrate 86 has a recess 83 provided with the output electrode 81 placed opposite the guide 80 and at a predetermined distance h. This distance h is chosen so as to capacitively couple the electrode to the guide without reducing the efficiency of the convolver. For this, the capacitance C brought back must be large compared to the capacitance C of the piezoelectric substrate. In the case of a device as shown in FIG. 2, the value of the capacitance C is of the order of the permittivity P of the substrate, while the value of the capacitance C is equal to
Figure imgb0007
 where ε o is the permittivity of the air, these values being counted per unit of length along the axis of propagation of the waves. The condition C >> C p is therefore written
Figure imgb0008
 . For example W = 50 µ and ε / ε o = 50 which gives h << 1µ and h will be of the order of 1000 A.

Suivant une variante de réalisation, le substrat 85 comporte l'évidement tel que 83 muni du guide acoustique 80 tandis que l'autre substrat est plan.According to an alternative embodiment, the substrate 85 includes the recess such as 83 provided with the acoustic guide 80 while the other substrate is planar.

Les figures 11 et 12 représentent deux autres variantes de réalisation pour lesquelles le guide n'est pas métallisé : soit il est réalisé en profilant le substrat pour lui donner une épaisseur plus importante en regard de l'électrode de sortie comme représenté sur la figure 11 en 90, soit il est réalisé en modifiant la structure du substrat en regard de l'électrode de sortie par une implantation ionique comme représenté sur la figure 12 en 100.Figures 11 and 12 show two other alternative embodiments for which the guide is not metallized: either it is produced by profiling the substrate to give it a greater thickness opposite the output electrode as shown in Figure 11 at 90, either it is produced by modifying the structure of the substrate opposite the output electrode by an ion implantation as shown in FIG. 12 at 100.

Dans ces réalisations les faces des deux substrats piézoélectriques 85 et 86 sont polies et amenées en contact puis maintenues par collage ou mécaniquement par pressage, ou encore par adhérence obtenue par joint optique.In these embodiments, the faces of the two piezoelectric substrates 85 and 86 are polished and brought into contact then maintained by gluing or mechanically by pressing, or else by adhesion obtained by optical seal.

La figure 13 représente une réalisation comportant des plots métalliques 110 réalisés entre le guide métallique et l'électrode de sortie. Pour cette réalisation, la hauteur de l'évidement 83 peut être notablement plus importante que pour les réalisations à couplage capacitif et elle est donc moins critique. Pour ne pas perturber la propagation des ondes acoustiques, la dimension latérale de chaque plot est faible devant λa, environ 0,1 À ; en outre ces plots 110 sont répartis le long du guide aléatoirement pour éviter les effets cumulatifs, la distance moyenne entre plots étant de l'ordre de 100λa.FIG. 13 shows an embodiment comprising metal studs 110 produced between the metal guide and the outlet electrode. For this embodiment, the height of the recess 83 may be notably greater than for the constructions with capacitive coupling and it is therefore less critical. In order not to disturb the propagation of the acoustic waves, the lateral dimension of each stud is small in front of λa, approximately 0.1 A; in addition, these studs 110 are distributed along the guide randomly to avoid cumulative effects, the average distance between studs being of the order of 100λ a .

La réalisation des plots est effectuée au préalable soit sur le guide 80, soit sur l'électrode 81 par exemple par photogravure, les deux substrats étant ensuite assemblés suivant l'une des techniques vues précédemment.The pads are produced beforehand either on the guide 80 or on the electrode 81, for example by photoengraving, the two substrates then being assembled according to one of the techniques seen above.

Une réalisation par guide profilé est représentée sur la figure 14. Le guide 120 est profilé en épaisseur transversalement à l'axe de propagation des ondes pour présenter une zone centrale 121 et deux zones latérales 122. La zone centrale a une épaisseur plus grande que les deux zones latérales entraînant par effet de charge mécanique sur le substrat 125 une vitesse de propagation plus lente sous cette zone centrale et en conséquence un guidage des ondes. La vitesse dans la zone libre du substrat 123 est en outre plus grande que celle des zones latérales par effet de court-circuit électrique à la surface du substrat. Les zones latérales 122 sont réalisées de manière à présenter une conduction électrique grande.An embodiment by profiled guide is shown in FIG. 14. The guide 120 is profiled in thickness transversely to the axis of propagation of the waves to present a central zone 121 and two lateral zones 122. The central zone has a thickness greater than the two lateral zones causing by mechanical loading effect on the substrate 125 a slower propagation speed under this central zone and consequently guiding the waves. The speed in the free zone of the substrate 123 is also greater than that of the lateral zones by the effect of an electric short circuit on the surface of the substrate. The lateral zones 122 are produced so as to present a large electrical conduction.

Le profilage du guide est obtenu par exemple par usinage ionique. Il peut aussi être obtenu en rapportant un matériau conducteur ou isolant par dessus une métallisation préalable.The profiling of the guide is obtained for example by ionic machining. It can also be obtained by adding a conductive or insulating material over a prior metallization.

Les contacts électriques 124 sont effectués au niveau des bords extérieurs des zones latérales en dehors de la zone de présence de l'énergie acoustique.The electrical contacts 124 are made at the outer edges of the lateral zones outside the zone of presence of the acoustic energy.

Une réalisation par guide d'épaisseur homogène est représentée sur la figure 15 en vue de dessus. Le guide 130 est homogène en épaisseur et présente une structure transversale à l'axe de propagation des ondes aboutissant à,créer une zone centrale 131 guidante et deux zones latérales sur lesquelles sont effectuées les connexions électriques. La zone centrale est continue tandis que les deux zones latérales sont discontinues et réalisées en découpant le guide en bandes (132) perpendiculaires à son axe. La zone centrale fait ainsi un court-circuit total à la surface du substrat ce qui ralentit les ondes relativement aux zones latérales qui font un court-circuit partiel.An embodiment by homogeneous thickness guide is shown in Figure 15 in top view. Guide 130 is uniform in thickness and has a structure transverse to the axis of propagation of the waves leading to, creating a central guiding zone 131 and two lateral zones on which the electrical connections are made. The central zone is continuous while the two lateral zones are discontinuous and produced by cutting the guide into strips (132) perpendicular to its axis. The central zone thus makes a total short-circuit on the surface of the substrate which slows down the waves relative to the lateral zones which make a partial short-circuit.

On obtient ainsi deux zones ayant des densités de métallisation différentes. L'espacement p entre bandes (132) est choisi inférieur à λa/2 pour éviter les effets connus de "bande d'arrêt" et ainsi conserver une grande largeur de bande B.Two zones are thus obtained having different metallization densities. The spacing p between bands (132) is chosen to be less than λ a / 2 to avoid the known effects of "stop band" and thus maintain a large bandwidth B.

Cette, réalisation est plus simple à mettre en oeuvre que la précédente : le guide est par exemple obtenu par photogravure ou photolithographie. Les contacts électriques sont. effectués aux extrêmités des bandes.This embodiment is simpler to implement than the previous one: the guide is for example obtained by photoengraving or photolithography. The electrical contacts are. made at the ends of the bands.

Les contacts électriques pour ces deux derniers types de réalisation peuvent être faits en bordure des zones latérales :

  • - soit par soudure ou par collage directement ;
  • - soit par métallisation de plots avec ou sans isolant.
The electrical contacts for these last two types of embodiment can be made at the edge of the lateral zones:
  • - either by welding or by bonding directly;
  • - either by metallization of studs with or without insulation.

A titre d'exemple non limitatif, on a réalisé un convoluteur à plusieurs prises de sortie ayant pour caractéristiques f = 300 MHz et T = 10 us. Le guide a une largeur W de 30 µ et une longueur L de 35 mm. Il comporte quatre prises équidistantes de 1 dont deux sont situées aux extrémités de sorte que le rapport ℓ/ λEM est voisin de 0,16, la bande de fréquence étant égale à 100 MHz.By way of nonlimiting example, a convolver with several output sockets has been produced having the characteristics f = 300 MHz and T = 10 us. The guide has a width W of 30 µ and a length L of 35 mm. It has four equidistant sockets of 1, two of which are located at the ends so that the ratio ℓ / λ EM is close to 0.16, the frequency band being equal to 100 MHz.

Les figures 16 et 17 représentent schématiquement l'ensemble convoluteur et circuit de sortie. Sur la figure 16, on distingue les quatre prises de sortie 141 placées sur le substrat 144 au voisinage duquel est rapporté le circuit de sortie 140 constitué par exemple d'un circuit imprimé de quelques dixièmes de mm d'épaisseur.Figures 16 and 17 schematically represent the convolver and output circuit assembly. In FIG. 16, a distinction is made between the four output sockets 141 placed on the substrate 144 in the vicinity of which is connected the output circuit 140 consisting for example of a printed circuit a few tenths of a mm thick.

La figure 17 permet de distinguer le détail des connexions au niveau d'une prise. Les plots métallisées 146 sont reliés au guide 143 et sont connectés entre eux et aux extrémités des pistes 142 du circuit de sortie par des fils d'or de quelques millimètres de longueur 148. De même les électrodes de masse 147 sont connectées aux parties du circuit de sortie reliées à la masse en 149.FIG. 17 makes it possible to distinguish the detail of the connections at the level of a socket. The metallized studs 146 are connected to the guide 143 and are connected to each other and to the ends of the tracks 142 of the output circuit by gold wires a few millimeters in length 148. Similarly, the ground electrodes 147 are connected to the parts of the output circuit connected to ground at 149.

L'agencement des pistes 142 permet de relier les quatre prises au câble de sortie 143, d'impédance en général égale à 50 Ω, par des connexions de longueurs identiques permettant ainsi de sommer en phase les signaux issus des prises. Notons que cette réalisation est possible car la vitesse des ondes électromagnétiques dans le guide est faible devant celle des lignes de transmission classiques constituées par les pistes 142. Le circuit de sortie peut être également réalisé sur le substrat acoustique au préalable métallisé et recouvert d'une couche isolante de permittivité aussi faible que possible.The arrangement of the tracks 142 makes it possible to connect the four sockets to the output cable 143, of impedance generally equal to 50 Ω, by connections of identical lengths, thus making it possible to add the signals from the sockets in phase. Note that this realization is possible because the speed of the electromagnetic waves in the guide is low compared to that of the conventional transmission lines constituted by the tracks 142. The output circuit can also be produced on the acoustic substrate previously metallized and covered with a insulating layer with the lowest permittivity possible.

En accord avec le choix de l'espacement entre les contacts, une telle réalisation permet d'obtenir une uniformité de la réponse en amplitude inférieure à 1 dB et une uniformité en phase inférieure à 15°. Avec seulement les deux prises extrêmes connectées, le résultat est une uniformité en amplitude à 5 dB près et une uniformité en phase comprise entre 80 et 90 degrés.In accordance with the choice of spacing between the contacts, such an embodiment makes it possible to obtain a uniformity of the amplitude response of less than 1 dB and a uniformity of the phase of less than 15 °. With only the two extreme sockets connected, the result is amplitude uniformity to within 5 dB and phase uniformity between 80 and 90 degrees.

Claims (40)

1. Dispositif convoluteur utilisant la propagation des ondes acoustiques à la surface d'un solide piézoélectrique et comportant : - un substrat piézoélectrique, - des moyens d'excitation de deux ondes acoustiques contraprogressives à la fréquence f, - des moyens constitués d'au moins deux électrodes permettant de recueillir le signal à la fréquence 2f, issu de l'interaction non linéaire des deux ondes acoustiques, caractérisé par le fait que la sortie de ce dispositif est reliée à l'une de ces électrodes par plusieurs contacts électriques disposés sur la longueur suivant l'axe de propagation des deux ondes acoustiques. 1. Convolver device using the propagation of acoustic waves on the surface of a piezoelectric solid and comprising: - a piezoelectric substrate, means of excitation of two contraprogressive acoustic waves at the frequency f, means consisting of at least two electrodes making it possible to collect the signal at the frequency 2f, originating from the non-linear interaction of the two acoustic waves, characterized in that the output of this device is connected to one of these electrodes by several electrical contacts arranged along the length along the axis of propagation of the two acoustic waves. 2. Dispositif convoluteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de compression spatiale -des deux ondes acoustiques et que l'électrode reliée à la sortie forme un guide d'onde.2. Convoluting device according to claim 1, characterized in that it comprises means of spatial compression -of the two acoustic waves and that the electrode connected to the output forms a waveguide. 3. Dispositif convoluteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'espacement entre les contacts est choisi de valeur faible devant la longueur d'onde électromagnétique λEM égale à vEM/2f où vEM est la vitesse des ondes électromagnétiques dans le guide.3. convoluting device according to claim 2, characterized in that the spacing between the contacts is chosen to be of small value compared to the electromagnetic wavelength λ EM equal to vEM / 2f where v EM is the speed of the electromagnetic waves in the guide. 4. Dispositif convoluteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'espacement entre les contacts est choisi pour que le produit résistance, capacité des portions du guide entre deux contacts soit de valeur suffisament faible devant la période 1/f.4. convoluting device according to claim 2, characterized in that the spacing between the contacts is chosen so that the resistance product, capacity of the portions of the guide between two contacts is of sufficiently low value before the period 1 / f. 5. Dispositif convoluteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'électrode reliée à la sortie est une métallisation de la surface du substrat.5. convolving device according to claim 2, characterized in that the electrode connected to the outlet is a metallization of the surface of the substrate. 6. Dispositif convoluteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les contacts électriques sont réalisés directement sur le guide par soudure ou par collage, la dimension du point de soudure ou de colle étant inférieure à 0,1 fois la longueur d'onde acoustique λa égale à va/2f où va est la vitesse des ondes acoustiques.6. convolver device according to claim 5, characterized in that the electrical contacts are made directly on the guide by soldering or by gluing, the dimension of the spot of solder or glue being less than 0.1 times the wavelength acoustics λ a equal to v a / 2f where va is the speed of the acoustic waves. 7. Dispositif convoluteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le soudage est obtenu par thermocompression.7. convolver device according to claim 6, characterized by the the fact that the welding is obtained by thermocompression. 8. Dispositif convoluteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le soudage est obtenu par ultrasons.8. Convoluting device according to claim 6, characterized in that the welding is obtained by ultrasound. 9. Dispositif convoluteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le collage est réalisé avec de l'indium ou avec de la résine époxy conductrice.9. convolving device according to claim 6, characterized in that the bonding is carried out with indium or with conductive epoxy resin. 10. Dispositif convoluteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les contacts électriques s'étendent latéralement par rapport au guide.10. Convoluting device according to claim 5, characterized in that the electrical contacts extend laterally relative to the guide. 11. Dispositif convoluteur selon la revendication 10, caractérisé par le fait que des pavés métalliques longeant le guide sont déposés en retrait pour recevoir les contacts électriques et sont reliés au guide par des premières bandes métalliques de largeur inférieure à aa/5.11. convolving device according to claim 10, characterized in that the metal blocks along the guide are set back to receive the electrical contacts and are connected to the guide by first metal strips of width less than a a / 5. 12. Dispositif convoluteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les pavés de connexions sont reliés aux premières bandes par des bandes présentant un évasement lorsqu'on s'écarte du guide.12. convolving device according to claim 11, characterized in that the connection blocks are connected to the first bands by bands having a flare when one departs from the guide. 13. Dispositif convoluteur selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il comporte une couche mince de matériau isolant entre la surface du substrat piézoélectrique et l'ensemble des bandes évasées et des pavés.13. convolving device according to claim 12, characterized in that it comprises a thin layer of insulating material between the surface of the piezoelectric substrate and all of the flared bands and blocks. 14. Dispositif convoluteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux électrodes de masse déposées à la surface du substrat de part et d'autre du guide.14. convolver device according to claim 1, characterized in that it comprises two ground electrodes deposited on the surface of the substrate on either side of the guide. 15. Dispositif convoluteur selon l'une quelconque des revendications 11, 12, 13 et 14, caractérisé par le fait que chaque contact électrique met en oeuvre deux pavés placés de part et d'autre du guide.15. convolver device according to any one of claims 11, 12, 13 and 14, characterized in that each electrical contact implements two blocks placed on either side of the guide. 16. Dispositif convoluteur selon l'une quelconque des revendications 11, 12 et 14, caractérisé par le fait qu'il comporte des électrodes de masse déposées à la surface du substrat ; ces électrodes de masse étant échancrées autour de chaque pavé.16. convoluting device according to any one of claims 11, 12 and 14, characterized in that it comprises ground electrodes deposited on the surface of the substrate; these ground electrodes being scalloped around each block. 17. Dispositif convoluteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les premières bandes sont déposées à la surface du substrat.17. convolving device according to claim 11, characterized in that the first strips are deposited on the surface of the substrate. 18. Dispositif convoluteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les premières bandes sont des arceaux reposant par leurs extrémités sur la surface du substrat.18. convolving device according to claim 11, characterized in that the first strips are arches resting at their ends on the surface of the substrate. 19. Dispositif convoluteur selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les contacts sont réalisés par l'un des moyens suivants : soudage par thermocompression, soudage par ultrasons, collage à l'indium et collage par résine époxy électriquement conductrice.19. Convoluting device according to claim 10, characterized in that the contacts are made by one of the following means: thermocompression welding, ultrasonic welding, bonding with indium and bonding with electrically conductive epoxy resin. 20. Dispositif convoluteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'électrode reliée à la sortie est une électrode de dimensions semblables au guide et surplombant celui-ci à une distance prédéterminée.20. Convoluting device according to claim 2, characterized in that the electrode connected to the outlet is an electrode of dimensions similar to the guide and overhanging the latter at a predetermined distance. 21. Dispositif convoluteur selon la revendication 20, caractérisé par le fait qu'il comporte un deuxième substrat appliqué sur la surface du premier substrat supportant le guide et que dans ce deuxième substrat est pratiqué un évidement muni de l'électrode reliée à la sortie.21. Convoluting device according to claim 20, characterized in that it comprises a second substrate applied to the surface of the first substrate supporting the guide and that in this second substrate is formed a recess provided with the electrode connected to the outlet. 22. Dispositif convoluteur selon la revendication 21, caractérisé par le fait que la profondeur de l'évidement est choisie pour obtenir une distance h entre le guide et l'électrode reliée à la sortie très inférieure à W/εp, W étant la largeur du guide et E: p la permittivité relative du substrat ; cette distance permettant de coupler capacitivement le guide et l'électrode reliée à la sortie sans nuire au rendement du convoluteur.22. Convoluting device according to claim 21, characterized in that the depth of the recess is chosen to obtain a distance h between the guide and the electrode connected to the outlet much less than W / ε p , W being the width of the guide and E: p the relative permittivity of the substrate; this distance making it possible to capacitively couple the guide and the electrode connected to the output without harming the efficiency of the convolutor. 23. Dispositif convoluteur selon la revendication 21, caractérisé par le fait que les faces en contact du premier et du deuxième substrat sont polies puis maintenues par collage ou mécaniquement par pressage ou par adhérence obtenue par joint optique.23. convolving device according to claim 21, characterized in that the contacting faces of the first and second substrates are polished and then held by gluing or mechanically by pressing or by adhesion obtained by optical seal. 24. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé par le fait qu'un évidement est pratiqué dans le premier substrat et qu'il est muni du guide ; un deuxième substrat étant appliqué sur la surface du premier substrat.24. Device according to claim 20, characterized in that a recess is formed in the first substrate and that it is provided with the guide; a second substrate being applied to the surface of the first substrate. 25. Dispositif convoluteur selon l'une quelconque des revendications 21 ou 24, caractérisé par le fait que le guide acoustique est réalisé par métallisation à la surface du premier substrat sur la largeur W.25. convolver device according to any one of claims 21 or 24, characterized in that the acoustic guide is produced by metallization on the surface of the first substrate over the width W. 26. Dispositif convoluteur selon la revendication 21 ou 24, caractérisé par le fait que le guide est réalisé par une surépaisseur du premier substrat de largeur W.26. convolving device according to claim 21 or 24, characterized in that the guide is produced by an additional thickness of the first substrate of width W. 27. Dispositif convoluteur selon la revendication 21 ou 24, caractérisé par le fait que le guide est réalisé par une modification de la structure de la surface du premier substrat sur la largeur W obtenue par implantation ionique.27. convolving device according to claim 21 or 24, characterized in that the guide is produced by a modification of the structure of the surface of the first substrate over the width W obtained by implantation ionic. 28. Dispositif convoluteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le guide est profilé en épaisseur transversalement à l'axe de propagation des ondes acoustiques, de manière à présenter une zone centrale épaisse de largeur W et au moins une zone latérale moins épaisse, les contacts électriques étant réalisés au niveau des bords extérieurs de la ou des zones latérales.28. convolving device according to claim 5, characterized in that the guide is profiled in thickness transversely to the axis of propagation of the acoustic waves, so as to have a thick central zone of width W and at least one thinner lateral zone , the electrical contacts being made at the outer edges of the lateral zone or zones. 29. Dispositif convoluteur selon la revendication 28, caractérisé par le fait que le profilage du guide est obtenu en rapportant un matériau de largeur W par-dessus une métallisation préalable.29. Convolver device according to claim 28, characterized in that the profiling of the guide is obtained by adding a material of width W over a prior metallization. 30. Dispositif convoluteur selon la revendication 28, caractérisé par le fait que le profilage du guide est obtenu en usinant la métallisation.30. Convoluting device according to claim 28, characterized in that the profiling of the guide is obtained by machining the metallization. 31. Dispositif convoluteur selon la revendication 28,.caractérisé par le fait que le guide est profilé de manière à présenter deux zones latérales-de même largeur de part et d'autre de la zone centrale.31. Convolving device according to claim 28, .characterized in that the guide is profiled so as to have two lateral zones-of the same width on either side of the central zone. 32. Dispositif convoluteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le guide est formée d'une zone centrale pleine de largeur W guidant les ondes et au moins une zone latérale ajourée de même épaisseur formée de bandes s'écartant de l'axe du guide et aux extrémités desquelles sont réalisés les contacts électriques.32. convolver device according to claim 5, characterized in that the guide is formed by a solid central zone of width W guiding the waves and at least one perforated lateral zone of the same thickness formed by bands deviating from the axis of the guide and at the ends of which the electrical contacts are made. 33. Dispositif convoluteur selon la revendication 32, caractérisé par le fait que l'écartement des bandes n'excède pas À /2.33. Convolver device according to claim 32, characterized in that the spacing of the strips does not exceed λ / 2. 34. Dispositif convoluteur selon la revendication 32 caractérisé par le famit qu'il comporte une zone latérale de chaque côté de la zone centrale.34. Convolver device according to claim 32 characterized by the famit that it comprises a lateral zone on each side of the central zone. 35. Dispositif convoluteur selon l'une quelconque des revendications 28 et 32 caractérisé par le fait que les contacts électriques sont réalisés par l'un des moyens suivants : soudage par thermocompression, soudage par ultrasons, collage à l'indium et collage par résine époxy électriquement conductrice.35. Convolver device according to any one of claims 28 and 32 characterized in that the electrical contacts are made by one of the following means: thermocompression welding, ultrasonic welding, bonding with indium and bonding with epoxy resin electrically conductive. 36. Dispositif convoluteur selon l'une quelconque des revendications 28 et 32 caractérisé par le fait que les contacts électriques sont réalisés par pavés métallisés à la surface du substrat.36. Convoluting device according to any one of claims 28 and 32 characterized in that the electrical contacts are made by metallized blocks on the surface of the substrate. 37. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 28 et 32 caractérisé par le fait que les pavés métallisés sont séparés de la surface du substrat par une couche mince de matériau isolant.37. Device according to any one of claims 28 and 32 characterized in that the metallized pavers are separated from the surface of the substrate by a thin layer of insulating material. 38. Dispositif convoluteur selon la revendication 5 caractérisé par le fait que la métallisation est obtenue par dépôt effectué par évaporation du métal.38. Convolver device according to claim 5 characterized in that the metallization is obtained by deposition carried out by evaporation of the metal. 39. Dispositif convoluteur selon la revendication 5 caractérisé par le fait que la métallisation est obtenue par dépôt effectué par pulvérisation du métal.39. Convolver device according to claim 5 characterized in that the metallization is obtained by deposition carried out by spraying the metal. 40. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les contacts électriques sont reliés à la sortie par des longueurs égales de pistes d'un circuit imprimé placé à proximité du substrat.40. Device according to claim 2 characterized in that the electrical contacts are connected to the outlet by equal lengths of tracks of a printed circuit placed near the substrate.
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