FR2649263A1 - SURFACE WAVE FILTER WITH DOUBLE-RING QUASI-SYMMETRIC - Google Patents
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Abstract
Description
FILTRE A ONDES DE SURFACE
EN DOUBLE ANNEAU QUASI SYMETRIQUE
La présente invention se rapporte aux filtres à ondes de surface à faible perte.SURFACE WAVE FILTER
QUASI-SYMMETRIC DOUBLE RING
The present invention relates to low-loss surface wave filters.
Parmi les nombreux types de filtres à ondes de surface on connait plus particulièrement les filtres en anneau dont la structure a été décrite par M. FELDMANN et J. HENAFF (1974
Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Cat. = 74,pp 157 160). Un tel filtre, dont le schéma très simplifié est représenté en figure 1, comporte un transducteur d'entrée 101, deux réflecteurs à changement de voies 102 et 103 et un transducteur de sortie 104. Les transducteurs 101 et 104 sont formés par exemple de peignes interdigités pondérés selon des technlques connues. Ces transducteurs sont par nature bidirectionnels, et le transducteur d'entrée 101 émet donc deux ondes de même amplitude, une à droite et une à gauche.Ces ondes sont recueillies par les réflecteurs à changement de voies (RCV) 102 et 103 et réémises en direction du transducteur de sortie 104, qui peut alors recueillir toute la puissance émise par le transducteur d'entrée, aux pertes de propagation prés.Among the many types of surface wave filters, ring filters are known more particularly, the structure of which has been described by M. FELDMANN and J. HENAFF (1974
Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Cat. = 74, pp 157 160). Such a filter, the very simplified diagram of which is shown in FIG. 1, comprises an input transducer 101, two channel change reflectors 102 and 103 and an output transducer 104. The transducers 101 and 104 are formed for example of combs weighted interdigities according to known techniques. These transducers are bidirectional in nature, and the input transducer 101 therefore emits two waves of the same amplitude, one on the right and one on the left. These waves are collected by the channel change reflectors (RCV) 102 and 103 and re-emitted in direction of the output transducer 104, which can then collect all the power emitted by the input transducer, at near propagation losses.
Le filtre décrit par FELDMANN et HENNAF utilise des RCV dits du type FELDMANN.The filter described by FELDMANN and HENNAF uses so-called FELDMANN type RCVs.
D'autres types de RCV existent et parmi les plus connus, les RCV type MARSHALL (1974 Ultrasonics Symposium
Proceedings, IEEE cat = 74, pp 189 - 192) et les RCV type
POLLOCK (1983 Ultrasonics Symposium Proceedings, 1983 IEEE, pp 87-92).Other types of RCV exist and among the most known, RCS type MARSHALL (1974 Ultrasonics Symposium
Proceedings, IEEE cat = 74, pp 189 - 192) and the RCV type
POLLOCK (1983 Ultrasonics Symposium Proceedings, 1983 IEEE, pp 87-92).
Une des principales limitations des performances de ce genre de filtre est le phénomène connu sous le nom d'écho de triple transit : la puissance des deux ondes acoustiques reçues par le transducteur de sortie 104 n'est totalement absorbée dans sa charge électrique 105 que si i) les tensions induites sur le transducteur par chacune d'entre elles sont en phase. One of the main performance limitations of this type of filter is the phenomenon known as the triple transit echo: the power of the two acoustic waves received by the output transducer 104 is not fully absorbed in its electrical charge 105 unless i) the voltages induced on the transducer by each of them are in phase.
ii) la charge électrique, 105, ramène, à travers le circuit d'adaptation 106, une impédance conjuguée de l'impédance interne du transducteur. ii) the electric charge, 105, brings back, through the adaptation circuit 106, a combined impedance of the internal impedance of the transducer.
La première condition i) peut être facilement respectée par symétrie de structure, pour toutes fréquences. The first condition i) can be easily met by structural symmetry, for all frequencies.
Mais la deuxième, ii) est pratiquement impossible à respecter du fait des variations importantes de Iimpédance des transducteurs dans la bande passante. Alors, des ondes sont réémises du transducteur de sortie 104 par réflexion et/ou transmission des ondes qu'il reçoit. Elles suivent le trajet inverse jusqu'au transducteur d'entrée 101 où le même phénomène se reproduit.But the second, ii) is practically impossible to comply with due to the large variations in the impedance of the transducers in the passband. Then, waves are re-emitted from the output transducer 104 by reflection and / or transmission of the waves which it receives. They follow the reverse path to the input transducer 101 where the same phenomenon occurs again.
Les ondes réémises par le transducteur d'entrée, apres un troisième trajet dans la structure, donnent alors lieu à un signal parasite dit de triple transit.The waves re-emitted by the input transducer, after a third path in the structure, then give rise to a so-called triple transit signal.
Dans un article paru dans la revue Ultrasonics 1986,
IEEE p. 71-76, R.B. BROWN a proposé un type de filtre en double anneau permettant de diminuer considérablement l'écho de triple transit. Ce filtre est décrit par la figure 2. Les RCV utilisés 202 et 203 dérivent des RCV type MARSHALL avec la modification suivante la voie de sortie est divisée en deux canaux, d'égale ouverture, décalés l'un par rapport à l'autre d'une longueur égale à X /4. In an article published in the journal Ultrasonics 1986,
IEEE p. 71-76, RB BROWN proposed a type of double ring filter which considerably reduces the triple transit echo. This filter is described in Figure 2. The RCVs used 202 and 203 are derived from MARSHALL type RCVs with the following modification: the output channel is divided into two channels, of equal opening, offset one from the other d 'a length equal to X / 4.
Les moyens de détection du signal de sortie sont également divisés en deux, et consistent en deux transducteurs 204 et 214. Les signaux détectés par chacun d'eux, de même amplitude mais déphasés de 900, sont aiguillés vers la charge électrique 205 à travers un circuit d'adaptation et de déphasage 206. A titre d'exemple on a représenté figure 2 un tel circuit composé de deux circuits d'adaptation identiques 207, 217 et d'une jonction hybride 900 208, compensant la différence de phase des ondes détectées par les transducteurs 204 et 214. Les signaux originaires des deux transducteurs de sortie se somment alors en phase dans la charge et le comportement "faibles pertes" est ainsi sauvegardé. The means for detecting the output signal are also divided into two, and consist of two transducers 204 and 214. The signals detected by each of them, of the same amplitude but phase shifted by 900, are routed towards the electric charge 205 through a adaptation and phase shift circuit 206. By way of example, FIG. 2 shows such a circuit composed of two identical adaptation circuits 207, 217 and a hybrid junction 900 208, compensating for the phase difference of the waves detected by transducers 204 and 214. The signals originating from the two output transducers then sum up in phase in the load and the "low loss" behavior is thus saved.
Les deux transducteurs de sortie voient la même impédance, et reçoivent des ondes de même amplitude et déphasées de 900. Ils réemettent donc des ondes de même amplitude et déphasées de 900. Les ondes en rentrant dans les
RCV 202 et 203 subiront un nouveau déphasage relatif de 900 dû au décalage de /4 des deux canaux.The two output transducers see the same impedance, and receive waves of the same amplitude and phase shifted by 900. They therefore re-emit waves of the same amplitude and phase shifted by 900. The waves entering the
RCV 202 and 203 will undergo a new relative phase shift of 900 due to the offset of / 4 of the two channels.
Elles sont alors en opposition de phase et les tensions qu'elles induisent sur les rubans métalliques des RCV sont en opposition de phase. La résultante est nulle si bien que les ondes traversent sans perturbation les RCV 202, 203, sortent de la structure en anneau et ne donnent pas lieu à un parasite de triple trajet. They are then in phase opposition and the voltages which they induce on the metal strips of the RCV are in phase opposition. The result is zero so that the waves pass without disturbance the RCV 202, 203, leave the ring structure and do not give rise to a triple path parasite.
Ce dispositif présente deux inconvénients. Le premier est dû au manque de symétrie des trajets suivis par les signaux acoustiques reçus par les transducteurs de sortie 204 et 214. This device has two drawbacks. The first is due to the lack of symmetry in the paths followed by the acoustic signals received by the output transducers 204 and 214.
Les rubans métalliques des deux canaux de sorties des RCV 202 et 203 étant en série, les pertes ohmiques entraînent une différence de niveau entre les ondes réémises sur chacun des canaux de sorties par les RCV 202 et 203 et reçues par les transducteurs 204 et 214. Les ondes réémises par les transducteurs n'ont alors pas la même amplitude et la compensation mutuelle entre les tensions induites sur les rubans métalliques des RCV 202 et 203 n'est plus parfaite. Ces ondes entraînent alors un parasite de triple transit. L'autre désavantage est que les deux transducteurs de sortie 204 et 214 sont très rapprochés, ce qui produit des interférences électriques entre eux.The metal strips of the two output channels of the RCV 202 and 203 being in series, the ohmic losses cause a difference in level between the waves re-emitted on each of the output channels by the RCV 202 and 203 and received by the transducers 204 and 214. The waves re-emitted by the transducers then do not have the same amplitude and the mutual compensation between the voltages induced on the metal strips of RCV 202 and 203 is no longer perfect. These waves then cause a triple transit parasite. The other disadvantage is that the two output transducers 204 and 214 are very close together, which produces electrical interference between them.
Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un filtre à ondes de surface en double anneau quasi symétrique comprenant sur un substrat un transducteur d'émission bidirectionnel pour émettre de chaque côté des ondes de surface, deux transducteurs de réception bidirectionnels pour recevoir ces ondes acoustiques chacun par leurs deux extrémités, et des moyens de diriger les ondes acoustiques vers les extrémités de ces récepteurs, caractérisé en ce que les transducteurs de réception sont disposés de part et d'autre du transducteur d'émission par rapport à l'axe d'émission des ondes et que les moyens pour diriger les ondes sont situés sur cet axe pour former des voies acoustiques en anneau sensiblement symétriques par rapport audit axe. To overcome these drawbacks, the invention provides a quasi-symmetrical double ring surface wave filter comprising on a substrate a bidirectional emission transducer for transmitting surface waves on each side, two bidirectional reception transducers for receiving these acoustic waves each by their two ends, and means for directing the acoustic waves towards the ends of these receivers, characterized in that the reception transducers are arranged on either side of the emission transducer with respect to the axis of emission of the waves and that the means for directing the waves are located on this axis to form acoustic ring paths substantially symmetrical with respect to said axis.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent
- les figures 1 et 2 : des schémas de filtres selon l'part connu
- la figure 3 : le schéma de principe d'un filtre selon l'invention;
- la figure 4 : le schéma d'un nouveau réflecteur à changement de voie
- les figures 5 et 6: les schémas détaillés de deux variantes d'un premier mode de réalisation d'un filtre selon l'invention ; et
- la figure 7 : le schéma détaillé d'un deuxième mode de réalisation d'un filtre selon l'invention.Other features and advantages of the invention will appear clearly in the following description presented by way of nonlimiting example with reference to the appended figures which represent
- Figures 1 and 2: filter diagrams according to the known share
- Figure 3: the block diagram of a filter according to the invention;
- Figure 4: the diagram of a new lane change reflector
- Figures 5 and 6: detailed diagrams of two variants of a first embodiment of a filter according to the invention; and
- Figure 7: the detailed diagram of a second embodiment of a filter according to the invention.
On a représenté sur la figure 3 la structure générale d'un filtre selon l'invention. Le signal d'entrée est appliqué à un transducteur émetteur 301 qui envoie de chaque côté des signaux acoustiques. Ces signaux acoustiques sont reçus par les réflecteurs à changement de voies 302 et 303 et réémis sur les deux canaux de sorties en direction des transducteurs de sortie 304 et 314 situés symétriquement au-dessus et au-dessous du transducteur d'entrée 301. L'ensemble du filtre est donc configuré selon deux anneaux symétriques par rapport à l'axe d'émission du transducteur d'entrée. Ceci permet d'appliquer différentes méthodes de compensation d'effets parasites telles que celles décrites par BROWN. Par symétrie, la structure assure I'égalité des signaux des deux canaux de sortie, ce qui garantit une meilleure efficacité à la compensation.Les transducteurs 304 et 314, plus éloignés l'un de l'autre sont moins sensibles aux interférences électriques. FIG. 3 shows the general structure of a filter according to the invention. The input signal is applied to a transmitter transducer 301 which sends acoustic signals on each side. These acoustic signals are received by the channel change reflectors 302 and 303 and retransmitted on the two output channels in the direction of the output transducers 304 and 314 situated symmetrically above and below the input transducer 301. The the entire filter is therefore configured in two rings symmetrical with respect to the emission axis of the input transducer. This makes it possible to apply different methods of compensation for spurious effects such as those described by BROWN. By symmetry, the structure ensures the equality of the signals of the two output channels, which guarantees better compensation efficiency. The transducers 304 and 314, which are more distant from each other, are less sensitive to electrical interference.
Selon l'invention on utilise comme réflecteur à changement de voie un dispositif représenté figure 4. According to the invention, a device shown in FIG. 4 is used as the lane change reflector.
Ce dispositif est formé d'un coupleur multibandes, préférentiellement à transfert total, comportant une voie d'entrée 401, et deux canaux de sortie 402 et 412. Dans chacun des canaux de sortie est disposé un réflecteur acoustique, 403 et 413. A titre d'exemple, on a représenté figure 4 des réflecteurs du type coupleur multibandes replié en 0, mais d'autres réflecteurs acoustiques peuvent être utilisés. Les distances d et d' entre les sorties des canaux 402, 412 et les réflecteurs 403 et 413 diffèrent d'un nombre impair de B/4. This device is formed by a multiband coupler, preferably with full transfer, comprising an input channel 401, and two output channels 402 and 412. In each of the output channels is arranged an acoustic reflector, 403 and 413. As for example, FIG. 4 shows reflectors of the multiband coupler type folded at 0, but other acoustic reflectors can be used. The distances d and d between the outputs of the channels 402, 412 and the reflectors 403 and 413 differ by an odd number of B / 4.
Lorsque le canal d'entrée 401 reçoit une onde A, la puissance de cette onde est transférée en deux ondes B et B' sur les canaux de sortie 402 et 412. Ces ondes se réfléchissent en C, C' sur les réflecteurs 403 et 413. Du fait de la différence des distances d et d', l'onde C est, sur une bande du canal 402, en opposition de phase avec l'onde C', sur la bande du canal 412 connectée électriquement avec la bande considérée du canal 402. Le potentiel total induit par les ondes C, C' sur les bandes de l'ensemble 401, 402, 412 sera donc nul, et cet ensemble sera transparent pour les ondes C, C'. La puissance de ces ondes se retrouve donc intégralement dans les ondes transmises D, D'. Le décalage, > entre les canaux de sorties permet d'ajuster le déphasage relatif des ondes D et D'. Pour
A A /4, ce déphasage est de 900.Dans l'exemple simple de la figure 4, les périodes et largeurs des bandes en 401, 402, 412 sont égales et les ouvertures L2 et L'2 des canaux de sortie 402, 412 sont égales à la moitié de l'ouverture L1 de la voie d'entrée. En choisissant des valeurs différentes des périodes et largeurs des bandes en 401, 402, et 412, L2 et L'2 peuvent être différentes de L1/2. L'ensemble 401, 402, 412 devient alors comparable au compresseur de faisceaux symétriques de l'article de P.A. DUFILIE, 980 Ultrasonics Symposium
Proceedings, IEEE 1980, pp 43-47.When the input channel 401 receives an A wave, the power of this wave is transferred in two waves B and B 'on the output channels 402 and 412. These waves are reflected at C, C' on the reflectors 403 and 413 Due to the difference of the distances d and d ', the C wave is, on a band of the channel 402, in phase opposition with the C' wave, on the band of the channel 412 electrically connected with the considered band of the channel 402. The total potential induced by the waves C, C 'on the bands of the set 401, 402, 412 will therefore be zero, and this set will be transparent for the waves C, C'. The power of these waves is therefore found entirely in the transmitted waves D, D '. The offset,> between the output channels makes it possible to adjust the relative phase shift of the D and D 'waves. For
AA / 4, this phase shift is 900. In the simple example of FIG. 4, the periods and widths of the bands at 401, 402, 412 are equal and the openings L2 and L'2 of the output channels 402, 412 are equal to half the opening L1 of the input channel. By choosing different values of the periods and widths of the bands at 401, 402, and 412, L2 and L'2 can be different from L1 / 2. The assembly 401, 402, 412 then becomes comparable to the symmetrical beam compressor of the article by PA DUFILIE, 980 Ultrasonics Symposium
Proceedings, IEEE 1980, pp 43-47.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, représenté en figure 5, le signal d'entrée E est appliqué à un transducteur d'entrée 501, par exemple par l'intermédiaire de deux électrodes 521 et de deux fils de connexion 522 qui relient ces électrodes au transducteur 501 en passant par dessus les autres éléments des circuits. Sur la figure 5, on a représenté de manière schématique les transducteurs d'entrée et de sortie, sans montrer les dents des peignes.In a first embodiment of the invention, shown in FIG. 5, the input signal E is applied to an input transducer 501, for example by means of two electrodes 521 and two connection wires 522 which connect these electrodes to the transducer 501 by passing over the other elements of the circuits. In Figure 5, there is shown schematically the input and output transducers, without showing the teeth of the combs.
Les signaux acoustiques émis par le transducteur d'entrée 501 à ses deux extrémités sont transmis par des réflecteurs à changement de voies 502 503 tel que celui décrit en figure 4 en direction des transducteurs de sortie 405 et 514 identiques et situés de chaque côté du transducteur d'entrée 501 par rapport à l'axe de propagation des signaux acoustiques conformément au schéma de la figure 3. Ainsi les chemins parcourus par les ondes acoustiques pour aller exciter ces transducteurs de sortie sont sensiblement identique s et les niveaux acoustiques sur ces transducteurs de sortie sont donc les mêmes. The acoustic signals emitted by the input transducer 501 at its two ends are transmitted by lane change reflectors 502 503 such as that described in FIG. 4 towards the output transducers 405 and 514 identical and located on each side of the transducer input 501 with respect to the axis of propagation of the acoustic signals in accordance with the diagram in FIG. 3. Thus the paths traveled by the acoustic waves to go to excite these output transducers are substantially identical and the acoustic levels on these transducers output are therefore the same.
Ces transducteurs de sortie sont munis chacun de deux électrodes, 524, 534, et 525, 535. Les électrodes 534 et 535 peuvent éventuellement être reliées à la masse pour diminuer le couplage capacitif parasite entre les transducteurs d'entrée et de sorties. These output transducers are each provided with two electrodes, 524, 534, and 525, 535. The electrodes 534 and 535 can optionally be connected to ground to reduce the parasitic capacitive coupling between the input and output transducers.
Les transducteurs, tant d'entrée 501 que de sortie 504 et 514, sont pondérés par l'une quelconque des techniques connues (apodisation, retrait des doigts, escaliers etc.) pour obtenir la fonction de transfert désirée. The transducers, both input 501 and output 504 and 514, are weighted by any of the known techniques (apodization, removal of fingers, stairs etc.) to obtain the desired transfer function.
Les réflecteurs à changement de voies 502 et 503 sont du type correspondant à la figure 4. La position des transducteurs de sortie 504, 514 entre les réflecteurs 502 et 503 est choisie de telle sorte que les tensions induites par les ondes qu'ils reçoivent de part et d'autre soient en phase. Les décalage h1 et 2 des réflecteurs à changement de voies 502 et 503 sont choisi de telle sorte que les tensions délivrées par les transducteurs de sortie, entre les électrodes 524, 534, et 525, 535, soient en quadrature ; ceci est obtenu si A et 2 sont choisis de telle sorte que dl et d2 différent d'un nombre impair de A/2.Les tensions de sortie sont appliquées aux entrées d'un clrcuit d'adaptation et de déphasage tel que celui décrit en figure 2 et qui permet de récupérer toute la puissance électrique délivrée par les transducteurs de sortie dans la charge électrique. The channel change reflectors 502 and 503 are of the type corresponding to FIG. 4. The position of the output transducers 504, 514 between the reflectors 502 and 503 is chosen so that the voltages induced by the waves which they receive from on both sides are in phase. The shifts h1 and 2 of the channel change reflectors 502 and 503 are chosen so that the voltages delivered by the output transducers, between the electrodes 524, 534, and 525, 535, are in quadrature; this is obtained if A and 2 are chosen such that dl and d2 are different from an odd number of A / 2. The output voltages are applied to the inputs of an adaptation and phase shift circuit like the one described in Figure 2 and which allows to recover all the electrical power delivered by the output transducers in the electrical load.
Pour décrire le principe de l'invention, on a admis que le transducteur 501 était le transducteur d'entrée et les transducteurs 504, 514, les transducteurs de sortie. On peut inverser le sens de fonctionnement en connectant la source électrique à la place de la charge électrique du circuit de déphasage/adaptation, et la charge à la place de la source électrique. To describe the principle of the invention, it has been assumed that the transducer 501 is the input transducer and the transducers 504, 514, the output transducers. The direction of operation can be reversed by connecting the electrical source in place of the electrical load of the phase shift / adaptation circuit, and the load in place of the electrical source.
Dans une variante de réalisation représentée en figure 6, le transducteur d'entrée 601 est formé de deux transducteurs identiques mis en parallèle par l'intermédiaire d'une électrode centrale 633. Le signal d'entrée E est alors appliqué de manière symétrique sur ces deux transducteurs, par exemple à l'aide de trois électrodes et de trois fils de connection. Dans l'alignement de l'électrode centrale 633 qui relie ensemble les deux parties du transducteur d'entrée 601, les bandes des réflecteurs 602 et 603 peuvent présenter un changement de périodicité et/ou d'orientation afin de supprimer le couplage piézoélectrique indésirable à cet endroit. Au total on obtient une meilleure symétrie de l'ensemble du système, et surtout, on diminue les couplages capacitifs parasites entre entrées et sorties, les électrodes 621 pouvant être reliées à la masse. In an alternative embodiment shown in FIG. 6, the input transducer 601 is formed by two identical transducers placed in parallel by means of a central electrode 633. The input signal E is then applied symmetrically to these two transducers, for example using three electrodes and three connection wires. In the alignment of the central electrode 633 which connects the two parts of the input transducer 601 together, the strips of the reflectors 602 and 603 may exhibit a change in periodicity and / or orientation in order to suppress the undesirable piezoelectric coupling at this place. In total, a better symmetry of the whole system is obtained, and above all, the parasitic capacitive couplings between inputs and outputs are reduced, the electrodes 621 being able to be connected to ground.
Dans un deuxième mode de réalisation, représenté figure 7, la structure du dispositif est tout à fait semblable à celle de la figure 5 mais les réflecteurs à changement de voies, 702 et 703, sont différents. Ils dérivent du coupleur type
FELDMANN car on a, là encore, subdivisé la sortie en deux canaux disposés de part et d'autre de la voie d'entrée centrale.In a second embodiment, represented in FIG. 7, the structure of the device is entirely similar to that of FIG. 5 but the lane change reflectors, 702 and 703, are different. They derive from the typical coupler
FELDMANN because we have again subdivided the output into two channels arranged on either side of the central entrance channel.
Comme précédemment les transducteurs de sortie sont disposés de telle sorte que les effets des ondes qu'ils reçoivent de part et d'autre s 'ajoutent en phase et, les décalages å 1 et A2 pour que les signaux électriques délivrés par les transducteurs de sortie soient en quadrature; ceci est encore obtenu pour une différence entre d1 et d2 d'un nombre impair de demi-longueur d'onde. As before, the output transducers are arranged so that the effects of the waves they receive from both sides are added in phase and, the shifts å 1 and A2 so that the electrical signals delivered by the output transducers are in quadrature; this is also obtained for a difference between d1 and d2 of an odd number of half-wavelengths.
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Citations (3)
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1989
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- 1990-06-22 EP EP19900910127 patent/EP0479858A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
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