WO1995014332A1

WO1995014332A1 - Filtre a ondes de surface a trajet acoustique replie

Info

Publication number: WO1995014332A1
Application number: PCT/FR1994/001329
Authority: WO
Inventors: Marc Solal; Jean-Michel Hode
Original assignee: Thomson-Csf
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1995-05-26
Also published as: FR2712752A1; FR2712752B1

Abstract

Le filtre à cavités résonnantes longitudinales constitué de plusieurs voies parallèles de filtrage comporte un réseau central réfléchissant entre deux DART pondéré par suppression de source. Selon l'invention, le réseau réfléchissant possède, de chaque côté, des électrodes (19, 24) reliées au point chaud du DART voisin, dont les centres de transduction sont distants d'un nombre entier de longueurs d'onde d'un centre de transduction de ce DART pour réaliser des sources coopérant avec les DART. Les applications vont à la réalisation de filtres dans les systèmes de radiocommunication.

Description

Filtre à ondes de surface à trajet acoustique replié

L'invention concerne un filtre à ondes de surface à trajet acoustique replié.

Des filtres de ce type sont d'un usage courant dans de nombreux domaines tels que les radars ou systèmes de radiocommunication mobiles, par exemple pour le filtrage de fréquence intermédiaire.

On connaît des filtres à ondes de surface à cavités résonnantes couplées longitudinalement utilisant des transducteurs de type DART de l'appellation anglo-saxonne "Distributed Acoustic Reflexion Transducers" séparés par un réseau central réfléchissant ou réflecteur central pour être décrits par exemple dans la demande PCT publiée sous le n° WO 93/08641 déposée par la Demanderesse. Ces filtres sont formés de deux ou plusieurs voies parallèles, comprenant chacune un réflecteur central de coefficient de réflexion proche de -3 dB et deux transducteurs de type DART, avec des positions permettant de s'affranchir de la fonction de transfert en ligne à retard en dehors de la bande d'arrêt du filtre.

Comme, dans ces filtres, la fonction de transfert est proportionnelle aux fonctions de réflexion des DART et du réflecteur central qui réalisent le filtrage et dépend du nombre d'électrodes réfléctrices qu'ils possèdent, leur réalisation conduit à privilégier la présence d'électrodes réfléctrices dans le réflecteur central au détriment des deux DART dans un souci d'optimisation des dimensions du filtre recherchées, minimum pour un gabarit de filtrage donné. Ces filtres, dont la plus grande partie du filtrage est effectuée dans le réflecteur central, possèdent en revanche des pertes d'insertion plus importantes que celles de filtres du même type et de fonction de transfert équivalente dont les coefficients de réflexion sont plus également répartis ; l'unidirectionnalité des DART est en effet moins bonne car leurs coefficients de réflexion sont plus faibles. De plus, le faible nombre d'électrodes actives du DART, lié à ses dimensions, amène à des transducteurs très surtendus et d'impédance souvent très importante. Les coefficients de surtension très élevés conduisent à des transducteurs difficiles à accorder et très sensibles aux valeurs des composants d'adaptation.

Le but de l'invention est de pallier les inconvénients de tels filtres, tout en conservant leurs avantages. A cet effet, l'invention a pour objet un filtre à ondes de surface à trajet acoustique replié constitué de deux ou plusieurs voies parallèles de filtrage comportant chacune un réseau central réfléchissant entre deux DART pondéré par suppression d'électrodes, caractérisé en ce que chaque réseau central possède au moins une électrode non réflectrice reliée au point chaud d'un DART dont la distance de son centre de transduction à un centre de transduction du DART est approximativement égale à un nombre entier de la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de fonc¬ tionnement du filtre, pour réaliser une source coopérant avec ce DART.

L'invention a pour avantage que, appliquée à un filtre à ondes de surface possédant un réseau réfléchissant pondéré par suppression de sources, les pertes d'insertion sont diminuées. D'autre part, le coefficient de surtension du filtre est réduit, les transducteurs sont alors plus faciles à accorder et les pertes dans les inductances d'adaptation sont minorées. Les impédances du filtre sont également diminuées. D'une autre manière, l'invention permet de réaliser des filtres à trajet acoustique replié de plus faibles dimensions sans en dégrader les caracté¬ ristiques électriques.

L'invention sera bien comprise et ses avantages et autres caracté¬ ristiques ressortiront mieux lors de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représen¬ tent :

- la figure 1 , une structure de filtre à ondes de surface à deux voies parallèles selon l'art antérieur ;

- la figure 2, une répartition des électrodes du DART et du réflecteur central au voisinage de leur frontière commune selon l'art antérieur ;

- la figure 3, la position des électrodes reliées au point chaud selon l'invention ;

- les figures 4a et 4b, les fonctions de transfert d'un filtre selon l'art antérieur et selon l'invention. Le filtre selon l'art antérieur qui est représenté à la figure 1 comporte deux voies parallèles composées respectivement d'un réflecteur central 5, 6 compris entre deux DART (1 ,3), (2,4). Les ondes utiles de chaque voie se propagent du DART émetteur 1 , 2 au récepteur 3, 4 en se réfléchissant, comme le montre les chemins repliés 7, au moins une fois sur le réflecteur central 5, 6 et un des deux DART, ceux-ci faisant également office de réflecteurs externes ; en effet les ondes directes de chaque voie, en opposition de phase du fait de la différence de trajet égale à une demi longueur d'onde, celle-ci correspondant à la fréquence centrale de fonction- nement du filtre, ont leur résultante nulle.

Du fait qu'une partie importante du filtrage est réalisée par le réseau central, celui-ci est en général relativement long. Comme son coefficient de réflexion est par conception égal à -3db, le réseau central pondéré par suppression de sources comporte des cellules non réfléctrices dites cellules λ neutres réalisées par exemple à l'aide de deux électrodes de largeur — de o λ λ centres distants de — ou de trois électrodes de largeur — de centres

4 6 λ distants de — de manière à garder constant le taux de métallisation. Ces cellules ont leurs électrodes reliées à la masse, c'est-à-dire qu'elles ne génèrent ni ne reçoivent d'ondes acoustiques. Un exemple de répartition des électrodes du DART d'entrée 1 ou de sortie 3 et du réflecteur central 5 pour la voie n° 1 , du DART correspondant 2 ou 4 et du réflecteur central 6 pour la voie n° 2 autour de la frontière commune au DART et au réflecteur central dénommée "Ref" est schématisé à la figure 2. Pour ce qui concerne la voie n° 1 , côté DART de la frontière "Ref est représentée une cellule 8 de longueur λ de type "EWC" de l'appellation anglo-saxonne "Electrode Width Control" avec son centre de transduction T, côté réflecteur central une cellule réflectrice 9 de longueur λ avec son_.centre de réflexion R. La cellule réflectrice est constituée d'une électrode réflectrice λ λ 10 de largeur — et de deux électrodes neutres 11 , 12 de largeur — dont les

centres sont distants respectivement de —, — et — de la frontière "Réf" ;

4 8 8 ces électrodes neutres permettent de conserver un rapport de métallisation constant sur le substrat. La cellule EWC est, quant à elle, constituée d'une λ électrode transductrice 13 de largeur —, d'une électrode réflectrice 14 de λ λ largeur — et d'une électrode neutre 15 de largeur — dont les centres sont

distants respectivement de — , — et — de la frontière "Réf. Le DART de la voie n° 2 possède la même répartition d'électrodes que celui de la voie n° 1 à l'exception de la cellule aux frontières du DART et λ du réflecteur central. Cette cellule 16 est tronquée de — et son électrode neutre est supprimée pour décaler d'autant les centres de transduction T des cellules du DART, dans le but connu de supprimer la résultante des ondes en trajet direct des deux voies. Le réflecteur central de la voie n° 2 est, quant à lui, identique à celui de la voie n° 1. La cellule réflectrice 17 frontalière du DART est ainsi identique à la cellule réflectrice 9 de la voie n°1.

La figure 3 représente de même les cellules du DART et du réflecteur central au voisinage de leur frontière commune "Ref avec une répartition de leurs électrodes selon l'art antérieur tel que décrit précédemment mais avec les cellules réfléctrices 18, 23 des voies n° 1 et n° 2 modifiées selon l'invention. La cellule réflectrice 18 du réflecteur central de la voie n° 1 a son électrode 19, dont le centre est distant d'une longueur d'onde du centre de transduction T de la cellule EWC 20 du DART voisin, portée au point chaud ou potentiel des électrodes actives de ce DART. Les ondes émises par cette électrode sont alors en phase avec celles émises par les électrodes actives du DART voisin. De part et d'autre de l'électrode 19, les électrodes réfléctrices 21 et neutre 22 sont positionnées de la même manière que les électrodes 10 et 12 de la cellule 9 de l'art antérieur. De même, la cellule réflectrice 23 de la voie n° 2 a son électrode 24, dont le centre est distant d'une longueur d'onde du centre de transduction T de la cellule 25 du DART voisin, portée au potentiel des électrodes actives de ce DART. Ainsi, pour l'ensemble du filtre et pour chacune des voies le consti¬ tuant, des électrodes appartenant au réflecteur central et dont le centre est distant d'un nombre entier de longueurs d'ondes d'un centre de transduction d'un DART sont reliées au point chaud du DART généralement le plus voisin de ces électrodes, les ondes émises ou reçues par ces électrodes étant en phase avec celles émises ou reçues par les électrodes actives des DART.

D'une manière plus générale, le principe de l'invention consiste à relier au moins une électrode d'une ou de cellules neutres du réflecteur central au point chaud de manière à l'utiliser dans la génération ou la réception des ondes acoustiques. Le type de cellules du réflecteur central auxquelles appartiennent ces électrodes est donné à titre d'exemple et correspond à un sous-échantillonnage du réflecteur d'un facteur deux, ce qui veut dire que la cellule du réflecteur a une longueur égale à la longueur d'onde. Il est tout aussi envisageable d'appliquer cette invention à des filtres dont le réflecteur central est constitué d'autres types de cellules ou d'un mélange de différents types de cellules, qu'un sous-échantillonnage soit choisi ou pas.

Des cellules telles que présentées mais dont la largeur de

3λ λ l'électrode réflectrice est — et non plus —, ou des cellules à trois électro-

8 4 λ λ des de largeur — par longueur d'onde et de période — ou même des cellules 6 3 λ λ élémentaires de longueur — possédant deux électrodes de largeur — dont

2 8 les centres sont distants de — peuvent être modifiées selon l'invention dès

4 lors qu'elles possèdent une électrode non réflectrice dont le centre est dis- tant d'un nombre entier de longueurs d'ondes d'un centre de transduction d'un DART.

De même, les cellules constituant les DART sont des exemples et les électrodes et leur répartition peuvent être différentes. Seule la position des centres de transduction des DART importe pour déterminer les électro- des du réflecteur central à modifier selon l'invention.

Plus généralement, cette invention peut être appliquée à des filtres conçus de telle manière que le réflecteur central pondéré par suppression d'électrodes permette de positionner entre les électrodes réfléctrices, par exemple lorsque le rapport de métallisation n'est pas maintenu constant sur le substrat, des électrodes non réfléctrices, de façon telle que leur centre de transduction soit en phase avec celui d'un DART ou bien à des filtres possé¬ dant de telles électrodes. Les électrodes reliées au point chaud sont généralement choisies symétriques par rapport au centre du réflecteur central lorsque lui-même possède cette symétrie dans la répartition des électrodes. Elles sont généra¬ lement voisines des DART auxquels elles sont reliées. Dans les exemples précédents, le centre de l'électrode est assimilé au centre de transduction. Or il est connu que le centre de transduction d'une électrode n'est pas exactement son centre géométrique lorsque les espaces interélectrodes de part et d'autre de l'électrode transductrice sont différents. Ainsi, en ce qui concerne par exemple la cellule du DART de la voie 1 représentée sur la figure 2, il est connu qu'un décalage Δ x peut avantageusement être apporté à l'électrode active 13 et à l'électrode

3λ inactive 15 pour rétablir la position de son centre de transduction à — du centre de l'électrode réflectrice 14.

En conséquence, une variante de l'invention consiste à ajuster en position, lors de la conception du filtre, les couples d'électrodes voisines appartenant au réflecteur central et dont les ondes réfléchies sont en opposition de phase chaque fois que les espaces interélectrodes jouxtant l'électrode du couple reliée au point chaud sont différents. Ainsi, leur centre de transduction est plus précisément en phase avec ceux du DART et les réflexions sur les couples d'électrodes restent en opposition de phase. Dans λ l'exemple donné en figure 3, les deux électrodes de largeur — de la cellule

8 23 peuvent ainsi être décalées de — vers la gauche si la cellule réflectrice à la droite de la cellule 23 est identique à la cellule 23 et si le substrat utilisé est du quartz. De même l'électrode 19 et l'électrode 22 de la cellule 18 peuvent être décalées vers la droite, en particulier si ce décalage est appliqué aux cellules 20 du DART.

Les figures 4a et 4b représentent respectivement les fonctions de transfert d'un filtre de l'art antérieur et d'un filtre selon l'invention.

Ces filtres à deux voies acoustiques comprennent, pour chaque voie, deux DART non pondérés de longueur 80 λ et un réseau central réflé¬ chissant de longueur 103 λ pondéré par suppression d'électrodes. Pour le filtre selon l'invention, vingt électrodes de chaque côté du réflecteur central sont reliées au point chaud du DART voisin. La courbe de la figure 4b présente une nette diminution de l'ondula¬ tion dans la bande du filtre. Les pertes d'insertion du filtre selon l'invention sont de 7,8 dB, celles du filtre selon l'art antérieur de 8,7 dB. Enfin, la sen¬ sibilité d'accord du filtre selon l'invention est diminuée et il est possible de le faire fonctionner sur une impédance deux fois plus faible.

Claims

REVENDICATIONS

1. Filtre à ondes de surface à trajet acoustique replié constitué de deux ou plusieurs voies parallèles de filtrage comportant chacune un réseau central réfléchissant (5, 6) entre deux DART (1 , 3, 2, 4) pondéré par sup¬ pression d'électrodes, caractérisé en ce que chaque réseau central (5, 6) possède au moins une électrode non réflectrice (19, 24) reliée au point chaud d'un DART dont la distance de son centre de transduction à un centre de transduction de ce DART est approximativement égale à un nombre entier de la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de fonc¬ tionnement du filtre, pour réaliser une source coopérant avec ce DART.

2. Filtre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'électrode non réflectrice (19, 24) reliée au point chaud d'un transducteur appartient à une cellule réflectrice de longueur λ (18, 23) constituée d'une électrode λ λ réflectrice de largeur — (21) et de deux électrodes de largeur — (19, 22)

4 8

3λ 5λ dont le centre est respectivement distant de — et — du centre de

8 8 l'électrode réflectrice.

3. Filtre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'électrode non réflectrice reliée au point chaud d'un transducteur appartient à une cel- Iule réflectrice de longueur λ constituée d'une électrode réflectrice de lar-

3λ λ geur — et de deux électrodes de largeur — dont le centre est respective-

3λ 5λ ment distant de — et — du centre de l'électrode réflectrice. 8 8

4. Filtre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'électrode non réflectrice reliée au point chaud d'un transducteur appartient à une cel- λ Iule de longueur λ constituée de trois électrodes de période — et de largeur λ 6 ^'

5. Filtre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'électrode non réflectrice reliée au point chaud d'un transducteur appartient à une cel- λ λ

Iule de longueur — constituée de deux électrodes de largeur — dont les λ centres sont distants de — .

4

6. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrode (19) du réseau central réfléchissant reliée au point chaud d'un DART est décalée d'une valeur Δx lorsque les espaces interélectrodes autour de cette électrode ne sont pas égaux, de manière à ce que son centre de transduction soit plus précisément en phase avec ceux du DART.

7. Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une électrode neutre (22) voisine de l'électrode (19) du réseau central réfléchissant reliée au point chaud du DART a son centre distant de λ/4 de celui de l'électrode reliée au point chaud, de telle manière que les ondes réfléchies par les deux électrodes sont en opposition de phase.

8. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes dont la répartition des électrodes de chaque réseau central est symétrique par rapport à son centre, caractérisé en ce que chaque réseau central (5, 6) possède des électrodes non réfléctrices (19, 24) reliées au point chaud du DART le plus voisin d'une manière symétrique par rapport au centre du réseau central.