WO2002047264A1 - Filtres a ondes acoustiques de surface a symetrie optimisee - Google Patents

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WO2002047264A1
WO2002047264A1 PCT/FR2001/003885 FR0103885W WO0247264A1 WO 2002047264 A1 WO2002047264 A1 WO 2002047264A1 FR 0103885 W FR0103885 W FR 0103885W WO 0247264 A1 WO0247264 A1 WO 0247264A1
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lateral
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transducers
central
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Marc Solal
Victor Plessky
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Thales
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    • H03H9/02874—Means for compensation or elimination of undesirable effects of direct coupling between input and output transducers

Definitions

  • the field of the invention is that of surface wave filters and more precisely that of symmetrical dual mode filters also called “DMS”, in particular described by T. MORITA et al; "WIDEBAND LOW LOSS DOUBLE MODE FILTERS", 1992 IEEE ULTRASONICS PROC, pp 95-104, which correspond to an improvement in resonator filters with longitudinal coupling.
  • DMS symmetrical dual mode filters also called “DMS”, in particular described by T. MORITA et al; "WIDEBAND LOW LOSS DOUBLE MODE FILTERS", 1992 IEEE ULTRASONICS PROC, pp 95-104, which correspond to an improvement in resonator filters with longitudinal coupling.
  • longitudinally coupled resonator filters comprise two cavities each formed by a transducer situated between two reflecting arrays, said cavities being coupled longitudinally, as illustrated in FIG. 1.
  • a first cavity is defined by the transducer Ti between the reflectors Ri and R 2
  • the second cavity is defined by the transducer T 2 located between the reflectors R 2 and R 3 , the reflector R 2 being common to the two cavities.
  • Two main acoustic resonance modes are thus obtained (a symmetrical mode and an asymmetric mode) and the difference between the frequencies of these two modes gives the first order, the bandwidth of the filter.
  • the solution generally used consists in replacing the structure with two transducers as illustrated in FIG. 1, by a structure with three transducers allowing without significantly increasing the impedance of the filter to widen the pass band.
  • a structure is illustrated in Figure 2.
  • 2 , T 1 3 are located between two reflectors Ru and R 12 .
  • the two lateral transducers Tu and T- ⁇ 3 are electrically connected in parallel.
  • the central transducer T- ⁇ 2 having a transduction and reflection function and making it possible to define two cavities coupled longitudinally thanks to the central reflection function.
  • the structure is completely symmetrical with respect to the vertical axis AA 'and the polarities of two electrodes symmetrical with respect to this axis are identical, (see the electrodes Ej, Ej + -i or Ej and Ej + 1 ). Thanks to this symmetry, only the symmetrical modes can be excited, the antisymmetric modes not being coupled. In this type of filter, the frequency difference between the first two symmetrical modes gives the first order the width of the pass band, which is wider than the pass band of the first structure illustrated in Figure 1. This type of structure is commonly improved in terms of rejection, that is to say attenuation of out-of-band frequencies by cascading several identical or same acoustic channels.
  • FIG. 3 illustrates such a structure comprising two acoustic channels VAi and VA 2 .
  • a first transducer T 2 ⁇ of the acoustic channel VAi is electrically coupled to a first lateral transducer T 31 of the acoustic channel VA 2
  • the first acoustic channel comprises an input transducer T 22
  • the second acoustic channel comprises an output transducer T 32
  • a second transducer T 23 of the acoustic channel VAi is also electrically connected to a second transducer T 33 of the second acoustic channel VA 2 .
  • the three transducers are located between two reflectors R21 and R22 (R31 and R 32 ).
  • each of the acoustic channels two cavities coupled longitudinally. Indeed, due to the transduction and reflection functions of the central transducers, the transducers T 21 , T 23 , T 31 and T 33 are also inserted in cavities. These cavities are linked to the spatial shifts between the central transducers and the lateral transducers and to the reflections on the transducers and reflectors.
  • the central transducer T 22 (or T 32 ) has an odd number Ni of electrodes as shown in Figure 4 which illustrates the positioning of a central transducer with respect to the two lateral transducers T 2 1 / T 23 or T 31 / T33 positioned outside the two borders placed on the drawing.
  • This figure also shows the conventions generally adopted for the limits of transducers. It is usually considered that a period transducer has its two limits placed half a period (left and right) from its last electrode (left and right). In the text when we give distances between transducers, it is the distance between limits of transducers that we will refer to.
  • the electromagnetic interference couplings of the input on the midpoints 1 and 2 are not negligible. This is true in the same way for the electromagnetic couplings of the midpoints 1 and 2 on the output. On the other hand, these couplings can have an influence on the voltage at the output of the filter and degrade the transfer function of the filter.
  • the parasitic couplings of the input on the midpoints 1 and 2 give rise to parasitic voltages both equal to CVJN (if C is the coefficient giving the coupling between the input and the midpoints 1 and 2).
  • the output voltage is proportional by symmetry to the sum of the voltages V1 and V2, which means that the influences on the output voltage of the parasitic couplings of the input on the midpoints 1 and 2 add up phase.
  • the parasitic couplings of the midpoints on the output voltage are added in phase.
  • the invention proposes to configure the filter to impose voltages opposite to the midpoint 1 and 2.
  • the subject of the invention is a surface acoustic wave filter comprising at least one i th acoustic channel (VAi) of input cascaded to an i + 1 th acoustic channel (VAj + 1) of output, each acoustic channel comprising transducers with interdigitated electrodes and in particular: - at least one central transducer (TQ);
  • first lateral transducer T1 Lj
  • second lateral transducer T2 characterized in that it comprises a first electrical connection to a first potential (Vi) connecting the first lateral transducer (T1 Lj) of the i th acoustic channel to the first lateral transducer (T1 L + 1) of the i + i th acoustic channel and a second electrical connection to a second potential (V 2 ) connecting the second lateral transducer of the i th acoustic channel (T2) to the second lateral transducer of the
  • the central transducer of the i th acoustic channel being connected to at least one input voltage (VJN).
  • the central transducer of the i + 1 th acoustic channel being connected to at least one output voltage (V or t) -
  • the central transducer of the i sme and / or of the i + i th acoustic channel has an odd number of electrodes
  • the first and second lateral transducers having a series electrodes connected to a so-called hot spot potential interdigitated with a series of electrodes connected to a ground potential, the first electrode of the first lateral transducer, from the central transducer being connected to the hot spot, the first electrode of the second lateral transducer from the central transducer being connected to ground, the distance between the central transducer and the first lateral transducer being equal to an even number of period close (P, if P is the period of the electrodes in the transducers) or to an integer of length ⁇ near (with ⁇ the wavelength corresponding to the central frequency of the filter) to that between the central transducer and the second t the lateral transducer and the polarities of the successive electrodes of the first lateral transducer being opposite
  • the central transducer of the i th and / or the i + i th acoustic channel may have an odd number of electrodes, the first and second lateral transducers having a series of electrodes connected to a potential called interdigitated hot spot with a series of electrodes connected to a ground potential, the first electrode of the first lateral transducer from the central transducer being connected at the same potential as the first electrode of the second lateral transducer from the central transducer, the distance between the central transducer and the first lateral transducer being equal to an odd number of periods or to an odd number of half-wavelengths - that between the central transducer and the second lateral transducer.
  • the central transducer of the i th and / or the i + th acoustic channel has an even number of electrodes, the first and second lateral transducers having a series of electrodes connected to a so-called hot spot potential, interdigitated with a series of electrodes connected to a ground potential, the first electrode of the first lateral transducer from the central transducer being connected to the same potential as the first electrode of the second transducer lateral from the central transducer, the distance between the central transducer and the first lateral transducer being equal to an even number of period close (2kP, with k integer, P period of the electrodes in the transducers) or to an integer length of waves close to those between the central transducer and the second lateral transducer.
  • 2kP with k integer, P period of the electrodes in the transducers
  • the filter comprising two stages, to function correctly, must have either two identical stages or two stages of the same type, that is to say that the voltages V1 and V2 on the lateral transducers of the second stage must give responses in phase opposition on the output transducer.
  • All the filters described above assume that the input and the output are simple (an input voltage Vj N and an output voltage V out ).
  • the input or output impedances of these filters can typically be 50 ohms making these filters particularly suitable for applications in the field of radio frequencies.
  • these filters can be adapted by operating them in differential.
  • one of the central transducers can be split into two separate equal parts, with inverted polarities V or t + and V out - US Pat. No. 6,081,172 describes for example structures with simple input and differential outputs, nevertheless suffering from imperfect symmetry .
  • the two half-transducers illustrated in Figure 5 are generally separated by a distance equal to a half-wavelength or a period, so the waves emitted to the right by the right transducer T d and referenced 1 are in phase with the waves emitted to the right by the left transducer T g and referenced 2 ', similarly the waves emitted to the left by the transducer T g and referenced 2 are in phase with the waves emitted by the left by the transducer right and referenced 1 '.
  • the waves referenced 1 and 2 are in phase opposition and therefore, overall, the acoustic emissions being in phase opposition, the result of these waves for the entire filter is zero.
  • the invention also relates to a surface wave filter, characterized in that it comprises at least one acoustic channel connected to a differential input and / or output (VIN +, VIN- and / or V or t +, V out -), said acoustic channel comprising a central transducer split into two parts and comprising a continuous series of interdigitated electrodes with, two continuous and adjacent series of electrodes connected to said input voltages (VI +, V
  • an electrode + for the first part corresponds to an electrode - for the other and a mass for one part corresponds to a mass for the other
  • the distance between the electrodes + and the electrodes - is equal to an odd number period (or half-wavelengths) and the two transducers side drives are positioned at the same distance (within 2kP) from the central transducer.
  • the filter according to the invention can comprise a lithium tantalate substrate with a cutting angle of between Y + 41 ° and Y + 43 ° with Y conventional crystallographic axis.
  • the thickness of the electrodes can be of the order of 5 to 10% of the acoustic wavelength.
  • the number of electrodes of the lateral transducers can advantageously be between approximately 50% and 100% of the number of electrodes of the central transducers.
  • the invention also relates to a surface wave filter, characterized in that the i th acoustic input channel (VAj) and / or the i + 1 th acoustic output channel (VA ⁇ + ⁇ ) comprises a series of central transducers (TCy and / or TCj + j- j ) interposed with on the one hand a series of first lateral transducers (T1 L
  • FIG. 2 illustrates a second example of a resonator filter with longitudinal coupling according to the prior art comprising a central transducer and two lateral transducers;
  • FIG. 3 illustrates a third example of a resonator filter with longitudinal coupling according to the known art comprising two cascaded acoustic channels;
  • FIG. 4 illustrates the positioning of the electrodes of a central transducer with respect to the lateral transducers in the third example of filter illustrated in Figure 3;
  • FIG. 6 illustrates a fourth example of a resonator filter with longitudinal coupling according to the known art comprising two cascaded acoustic channels and a differential input / output transducer;
  • FIG. 7 illustrates a first example of a resonator filter with longitudinal coupling according to the invention with simple input / output;
  • FIG. 8 illustrates a second example of a resonator filter with longitudinal coupling according to the invention, with simple input / output;
  • FIG. 9 illustrates a third example of a resonator filter with longitudinal coupling according to the invention with simple input / output;
  • FIG. 10a and 10b illustrate examples of a filter according to the invention with differential inputs / outputs
  • FIG. 11 illustrates an example of a filter according to the invention comprising a number of acoustic channels greater than 2;
  • FIG. 12 illustrates an example of a filter according to the invention in which each acoustic channel comprises several input or output transducers and several pairs of lateral transducers;
  • FIGs 13a and 13b illustrate several types of separations between transducers, in a filter according to the invention;
  • - Figure 14 illustrates the transfer function of an example filter according to the invention
  • - Figure 15 illustrates the transfer function of an example filter according to the invention
  • the filter according to the invention comprises at least two acoustic channels, each acoustic channel comprising at least one central transducer and two lateral transducers electrically connected to cascade the two acoustic channels.
  • the number of electrodes of the central transducer, the polarities of the transducers, the distances between transducers are chosen so that the voltages at points symmetrical with respect to the axis of symmetry of the filter are in opposition phase two to two.
  • the transfer functions giving the voltages at the midpoints with respect to the input voltage are opposite as well as the transfer functions giving the output voltage as a function of the voltages at the midpoints.
  • the reasoning is equivalent if we consider one or the other type of transfer function.
  • the filter according to the invention can comprise a central transducer with an odd number of electrodes and two lateral transducers whose polarities are reversed.
  • Figure 7 illustrates such a configuration.
  • the acoustic channel VA-i comprises, between two reflectors R1 ⁇ and R2- ⁇ , a central transducer TCi connected to an input voltage VIN, inserted between a first lateral transducer T1 L ⁇ and a second lateral transducer T2L- ⁇ .
  • the acoustic channel VA 2 comprises, between two reflectors RI 2 and R2 2 , a central transducer TC 2 connected to an output voltage V out. inserted between a first lateral transducer T1 L 2 and a second lateral transducer T2L 2 .
  • the distance between the central transducer and the first lateral transducer is chosen equal to the distance between the central transducer and the second lateral transducer and designated by the letter d.
  • the electrodes E-iu symmetrical of the electrodes E 2 u with respect to the axis of symmetry of the filter S, in distance are brought to reversed polarities so as to bring the points 1 and 2 to opposite voltages.
  • the parasitic electromagnetic couplings of the input on the midpoints give rise to the midpoints 1 and 2 at parasitic voltages equal to C VIN (if C is the coefficient giving the parasitic coupling of the input on the midpoints) .
  • the output voltage is proportional to the difference V1-V2, and therefore the influences on the filter output signal of the electromagnetic couplings of the input on the midpoints 1 and 2 are in opposition to phase and therefore offset each other.
  • the couplings of the midpoints on the output voltage of the filter are CV1 and CV2, that is to say since V1 and V2 are in phase opposition, CV1 and -CV1.
  • the parasitic voltages linked to these two couplings are therefore also compensated.
  • the invention thus makes it possible to very clearly improve the operation of the filter by compensating for the influence of all the parasitic electromagnetic couplings of the input on the midpoints (and of the midpoints on the output).
  • the only parasitic electromagnetic couplings remaining are those existing from the input to the output, but these parasitic couplings are negligible compared to the previous couplings due to the greater distance. Good out-of-band attenuation is therefore more easily obtained.
  • a configuration close to that illustrated in Figure 7, consists in always having a central transducer having an odd number of electrodes, to position the lateral transducers so that the distance between the central transducer and the first lateral transducer and the distance between the central transducer and the second lateral transducer are distinct from a value kP (or k lambda / 2) with k odd non-zero integer, as illustrated in FIG. 8.
  • the successive electrodes of the two lateral transducers being brought to the same polarities (hot spot or ground).
  • the waves arriving on the transducers T1 L1 and T2L1 are therefore in phase opposition.
  • the filter of the invention may comprise a central transducer with an even number of electrodes and two lateral transducers whose polarities are identical.
  • Figure 9 illustrates such a configuration.
  • the electrodes E-ILI symmetrical of the electrodes E 2 u with respect to the axis of symmetry S, of the filter are brought to identical polarities.
  • the distance between the central transducer and the first lateral transducer is also chosen to be equal to the distance between the central transducer and the second lateral transducer (to within a whole number of wavelengths or an even number of periods close).
  • Differential input and / or output filters The first way to work in differential consists in connecting the central transducer of one (or both) channels between a positive voltage and a negative voltage, that is to say that the electrodes previously connected to ground on the central transducer are connected now at a potential opposite to the potential to which the other electrodes of the central transducer are connected, the positions and polarities of the lateral transducers being unchanged.
  • a filter with differential inputs and / or outputs working on the same impedances as the previous simple input-output filter we then obtain a filter with differential inputs and / or outputs working on the same impedances as the previous simple input-output filter.
  • Another way of producing a differential output is to split the central transducer of the VA 2 output acoustic channel into two parts comprising a first set of continuous electrodes connected in the example to ground and interdigitated with two sets of electrodes respectively connected to a V or t + output and a V or t - output. It can be noted that the ground connection is shown in the figure, but that by symmetry the continuous electrode is naturally grounded and that this connection is therefore not necessary in practice (known art).
  • the input channel VAi is identical to that described in example 1, ie a central transducer with an odd number of electrodes, lateral transducers T 1 ⁇ and T 2 u equidistant from a distance d from the central transducer TC -i and symmetrical electrodes E-iu and E LI brought to opposite potentials.
  • the output channel VA 2 comprises a complex central transducer supplied with a differential with a total number of even electrodes, and therefore a configuration identical to that of Example 3, in which the lateral transducers are equidistant from the central transducer, the symmetrical electrodes with respect to the axis of symmetry S being at identical polarities, as illustrated in Figure 10a.
  • the acoustic channels of the same filter are therefore identical or different but are always structured so as to create connection points 1 and 2 at voltages in phase opposition.
  • the invention can also be applied in the case of a number i of channels, greater than 2. According to a preferred mode, it can be envisaged to cascade several pairs of channels such as channels ⁇ / ⁇ and VA 2 , as illustrated in Figure 11.
  • the filter according to the invention can comprise more than one central transducer and more than one pair of lateral transducers acoustically.
  • the polarities of these transducers are chosen so that the voltages at points symmetrical with respect to the axis of symmetry of the filter are opposite two by two.
  • each acoustic channel VAi and VA 2 respectively comprise three transducers TC- ⁇ , ⁇ , TC 1 .2, TC- ⁇ , 3 (TC 2 , ⁇ , TC 2> 2 , TC 2 , 3 ) connected to the input voltage VI (to the output voltage V out ) and pairs of lateral transducers symmetrical with respect to the axis S: T1 L 1 ⁇ 2 / T2L 1,2 ; T1L 1.1 / T2L 1 , 1
  • Another, more effective, way of reducing these losses at the separation between the transducers consists in carrying out the phase shift in a progressive manner by gradually changing the periods of the last electrodes of the transducers, for example by reducing it.
  • This process is conventionally used for the production of resonators and is used in dual mode filters from the company EPCOS (eg filter ref. B4121).
  • Figures 13a and 13b thus respectively illustrate two transducers separated by a large electrode or separate transducers thanks to the presence of variation of periods, periods chosen to follow a linear law.
  • the filter consists of two cascaded channels further comprising reflectors.
  • the input impedance is 50 ohms and the output impedance is 200 ohms.
  • the filter is made up according to the configuration shown in Figure 10.
  • the material chosen is lithium tantalate with Y + 42 ° cut.
  • Fujitsu in European Patent No. EP 0845 858 A2, Fujitsu has shown that it is particularly advantageous for these filters to use as lithium substrate Y + 42 ° cut as their substrate.
  • the lateral transducers and the central transducer have the same period of 2.21 ⁇ m and the separation is made by 3 electrodes for each transducer with a linear variation from 2.21 to 1.94 ⁇ m.
  • the sequences are identical on the left and on the right. There is no offset between networks and lateral transducers, that is to say that the distance between the centers of the successive electrodes of the network and the lateral transducer are (2.21 + 2.245V2.
  • the periods and sequences for the separations are identical.
  • the difference comes from the central transducer which is now separated into two parts, each containing 14 periodic electrodes with a 2.21 ⁇ m period and 3 non-periodic electrodes with the same sequence as given below.
  • the electrode closest to the center is at + (or at -).
  • the two lateral transducers are made in such a way that the electrodes closest to the central transducer are connected to the coupling points (V1 and - V1).
  • FIGs 14 and 15 show the transfer function of the filter (the
  • Figure 15 corresponding to an enlargement of Figure 14). Insertion losses of less than 3 dB are obtained in the entire 35 MHz band and broadband rejection better than 55 dB. On the other hand, the rejection at 925 MHz is more than 20 dB.
  • Figure 16 shows the symmetry of the filter, ie the ratio between the output voltages V + and -V- (amplitude and phase). This symmetry is very good compared to the results usually obtained with filters according to the prior art. In fact, the amplitude symmetry is between -1.5 dB and + 0.8 dB in the band and is better than +/- 0.5 dB in most of the bandwidth.
  • phase symmetry is between -5 ° and +8 ° and is better than +/- 2 ° in most of the band. These good results are due to the perfect symmetry of the differential channel which means that voltages V + and V- see identical electrode configurations.
  • the symmetry error comes on the one hand from the filter wiring and on the other hand from the polarities inversions of the lateral transducers of the input channel, which result in slightly different operations. For a filter with differential input and output and with careful wiring, for example with a flip chip type assembly, the symmetry would be perfect.
  • this separation is equivalent to a path difference between -45% and -70% of the average period of the transducers, that is to say that the distance between the center of the last electrode of the lateral transducer before separation and the center of the first electrode of the central transducer after separation is 45% to 70% smaller than the average period of the two transducers than the distance that would be obtained if the two transducers were periodic and if no separation was imposed.

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Abstract

L'invention concerne un filtre à ondes acoustiques de surface comportant au moins une ième voie acoustique (VA¿i?) d'entrée cascadée à une i + 1?ème¿ voie acoustique (VA¿i? + 1) de sortie chaque voie acoustique comportant des transducteurs à électrodes interdigitées et notamment: au moins un transducteur central (TCi); au moins une paire de transducteurs de couplage formée d'un premier transducteur latéral (T1Li) et d'un second transducteur latéral (T2Li) caractérisé en ce qu'il comporte une première liaison électrique à un premier potential (V1) reliant le premier transducteur latéral (T1Li) de la i¿ème voie acoustique au premier transducteur latéral (T1L¿i+1?) de la i+ième voie acoustique et une deuxième liaison électrique à un second potential (V2) reliant le deuxième transducteur latéral de la ième voie acoustique (T2Li) au deuxième transducteur latéral de la (i+1)?ème¿ voie acoustique (T2L¿i+1?) et en ce que les potentiels sont en opposition de phase. Le transducteur central de la i?ème¿ voie acoustique étant relié à au moins une tension d'entrée (V¿iN?). Le transducteur central de la i+1?ème¿ voie acoustique étant relié à au moins une tension de sorte (V¿out?). Cette structure de filtre permet de réduire les couplages parasites et dans les structures différentielles d'obtenir une très bonne symétrie, dans le domaine des filtres 'DMS' (double modes symétriques).

Description

FILTRES A ONDES ACOUSTIQUES DE SURFACE A SYMETRIE OPTIMISEE
Le domaine de l'invention est celui des filtres à ondes de surface et plus précisément celui des filtres à double mode symétrique encore appelés « DMS », notamment décrits par T. MORITA et al ; « WIDEBAND LOW LOSS DOUBLE MODE FILTERS », 1992 IEEE ULTRASONICS PROC, pp 95-104, qui correspondent à une amélioration des filtres à résonateurs à couplage longitudinal.
De manière générale les filtres à résonateurs à couplage longitudinal comprennent deux cavités formées chacune d'un transducteur situé entre deux réseaux réflecteurs, lesdites cavités étant couplées longitudinalement, comme illustré Figure 1. Une première cavité est définie par le transducteur Ti entre les réflecteurs R-i et R2, la deuxième cavité est définie par le transducteur T2 situé entre les réflecteurs R2 et R3, le réflecteur R2 étant commun aux deux cavités. On obtient ainsi deux modes de résonance acoustique, principaux (un mode symétrique et un mode antisymétrique) et l'écart entre les fréquences de ces deux modes donne au premier ordre, la bande passante du filtre.
L'inconvénient principal de ce filtre est sa limitation en bande passante (et/ou les impédances de charge source élevées qu'il nécessite).
Pour pallier cet inconvénient la solution généralement utilisée consiste à remplacer la structure à deux transducteurs telle qu'illustrée en Figure 1 , par une structure à trois transducteurs permettant sans trop augmenter l'impédance du filtre d'en élargir la bande passante. Une telle structure est illustrée en Figure 2. Trois transducteurs Tu, T-|2, T13 sont situés entre deux réflecteurs Ru et R12. Les deux transducteurs latéraux Tu et T-ι3 sont connectés électriquement en parallèle. Le transducteur central T-ι2 ayant une fonction de transduction et de réflexion et permettant de définir deux cavités couplées longitudinalement grâce à la fonction de réflexion centrale. La structure est complètement symétrique par rapport à l'axe vertical AA' et les polarités de deux électrodes symétriques par rapport à cet axe sont identiques, (voir les électrodes Ej, Ej + -i ou Ej et Ej + 1). Grâce à cette symétrie, seuls les modes symétriques peuvent être excités, les modes antisymétriques n'étant pas couplés. Dans ce type de filtre l'écart de fréquence entre les deux premiers modes symétriques donne au premier ordre la largeur de la bande passante, qui est plus large que la bande passante de la première structure illustrée en Figure 1. Ce type de structure est couramment amélioré en terme de réjection, c'est-à-dire d'atténuation des fréquences hors bande en cascadant plusieurs voies acoustiques identiques ou du même type.
La Figure 3 illustre une telle structure comportant deux voies acoustiques VAi et VA2. Un premier transducteur T2ι de la voie acoustique VAi est couplé électriquement à un premier transducteur latéral T31 de la voie acoustique VA2, la première voie acoustique comporte un transducteur d'entrée T22, la seconde voie acoustique comporte un transducteur de sortie T32 et, un second transducteur T23 de la voie acoustique VAi est également connecté électriquement à un second transducteur T33 de la seconde voie acoustique VA2. Dans chacune des voies acoustiques les trois transducteurs sont situés entre deux réflecteurs R21 et R22 (R31 et R32). Ainsi on peut définir dans chacune des voies acoustiques, deux cavités couplées longitudinalement. En effet, en raison des fonctions de transduction et de réflexion des transducteurs centraux, les transducteurs T21, T23, T31 et T33 sont également insérés dans des cavités. Ces cavités sont liées aux décalages spatiaux entre les transducteurs centraux et les transducteurs latéraux et aux réflexions sur les transducteurs et réflecteurs.
Selon la configuration de la Figure 4 le transducteur central T22 (ou T32) possède un nombre impair Ni d'électrodes comme représenté en Figure 4 qui illustre le positionnement d'un transducteur central par rapport aux deux transducteurs latéraux T21/T23 ou T31/T33 positionnés à l'extérieur des deux frontières placées sur le dessin. Cette figure montre également les conventions adoptées généralement pour les limites des transducteurs. On considère habituellement qu'un transducteur de période p a ses deux limites placées à une demi-période (à gauche et à droite) de sa dernière électrode (de gauche et de droite). Dans le texte quand on donne des distances entre transducteurs, c'est à la distance entre limites de transducteurs qu'on se référera. En considérant P la période du transducteur central et d le décalage entre transducteur central et transducteurs latéraux et les sources du transducteur central, positionnées sur les électrodes chaudes notées +, les autres électrodes étant à la masse M, il apparaît que les distances entre électrodes chaudes et les limites des transducteurs latéraux sont égales deux à deux en raison du nombre impair d'électrodes. De manière classique dans ce type de filtre, la période P étant proche d'une demi-longueur d'onde, il apparaît que les ondes émises par le transducteur central 22 sont en phase sur les frontières gauches et droites du transducteur central. Par conséquent les polarités des électrodes successives vues des deux transducteurs latéraux sont identiques et les tensions \ et V2 référencées entre les deux voies acoustiques VAi et VA2 représentées en Figure 3 sont égales.
Du fait des faibles dimensions en jeu, les couplages parasites électromagnétiques de l'entrée sur les points milieux 1 et 2 ne sont pas négligeables. Ceci est vrai de la même manière pour les couplages électromagnétiques des points milieux 1 et 2 sur la sortie. D'autre part, ces couplages peuvent avoir une influence sur la tension à la sortie du filtre et dégrader la fonction de transfert du filtre.
En effet, par symétrie, les couplages parasites de l'entrée sur les points milieux 1 et 2 donnent naissance à des tensions parasites égales toutes les deux à CVJN (si C est le coefficient donnant le couplage entre l'entrée et les points milieux 1 et 2). Dans la configuration considérée, la tension de sortie est proportionnelle par symétrie à la somme des tensions V1 et V2, ce qui signifie que les influences sur la tension de sortie des couplages parasites de l'entrée sur les points milieux 1 et 2 s'additionnent en phase. De même, les couplages parasites des points milieux sur la tension de sortie s'additionnent en phase.
Pour diminuer les phénomènes de couplage, l'invention propose de configurer le filtre pour imposer des tensions opposées au point milieu 1 et 2.
Plus précisément et de manière générale l'invention a pour objet un filtre à ondes acoustiques de surface comportant au moins une ieme voie acoustique (VAi) d'entrée cascadée à une i + 1eme voie acoustique (VAj + 1) de sortie, chaque voie acoustique comportant des transducteurs à électrodes interdigitées et notamment : - au moins un transducteur central (TQ) ;
- au moins une paire de transducteurs de couplage formée d'un premier transducteur latéral (T1 Lj) et d'un second transducteur latéral (T2 ) caractérisé en ce qu'il comporte une première liaison électrique à un premier potentiel (Vi) reliant le premier transducteur latéral (T1 Lj) de la ieme voie acoustique au premier transducteur latéral (T1 L + 1) de la i + ieme voie acoustique et une deuxième liaison électrique à un second potentiel (V2) reliant le deuxième transducteur latéral de la ieme voie acoustique (T2 ) au deuxième transducteur latéral de la
(i +1)eme voie acoustique (T2L + 1) et en ce que le premier potentiel et le second potentiel sont en opposition de phase. Le transducteur central de la ieme voie acoustique étant relié à au moins une tension d'entrée (VJN). Le transducteur central de la i + 1eme voie acoustique étant relié à au moins une tension de sortie (Vout)-
Selon une variante de l'invention, pour obtenir l'inversion de potentiel le transducteur central de la isme et/ou de la i + ie e voie acoustique a un nombre impair d'électrodes, les premier et second transducteurs latéraux ayant une série d'électrodes connectées à un potentiel dit point chaud interdigitée avec une série d'électrodes connectées à un potentiel de masse, la première électrode du premier transducteur latéral, depuis le transducteur central étant connectée au point chaud, la première électrode du second transducteur latéral depuis le transducteur central étant connectée à la masse, la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral étant égale à un nombre pair de période près (P, si P est la période des électrodes dans les transducteurs) ou à un nombre entier de longueur d'onde λ près (avec λ la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale du filtre) à celle entre le transducteur central et le second transducteur latéral et les polarités des électrodes successives du premier transducteur latéral étant opposées aux polarités des électrodes successives du second transducteur latéral.
Selon une autre variante de l'invention, le transducteur central de la ième et/ou de la i + ieme voie acoustique peut avoir un nombre impair d'électrodes, les premier et second transducteurs latéraux ayant une série d'électrodes connectées à un potentiel dit point chaud interdigitee avec une série d'électrodes connectées à un potentiel de masse, la première électrode du premier transducteur latéral depuis le transducteur central étant connectée au même potentiel que la première électrode du second transducteur latéral depuis le transducteur central, la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral étant égale à un nombre impair de période près ou à un nombre impair de demi-longueur d'onde - à celle entre le transducteur central et le second transducteur latéral.
Selon une autre variante de l'invention, pour obtenir l'inversion de potentiel, le transducteur central de la ieme et/ou de la i + ieme voie acoustique a un nombre pair d'électrodes, les premier et second transducteurs latéraux ayant une série d'électrodes connectées à un potentiel dit point chaud, interdigitee avec une série d'électrodes connectées à un potentiel de masse, la première électrode du premier transducteur latéral depuis le transducteur central étant connectée au même potentiel que la première électrode du second transducteur latéral depuis le transducteur central, la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral étant égale à un nombre pair de période près (2kP, avec k entier, P période des électrodes dans les transducteurs) ou à un nombre entier de longueur d'ondes près, à celles entre le transducteur central et le second transducteur latéral.
De manière générale le filtre comprenant deux étages, pour fonctionner correctement doit comporter soit deux étages identiques soit deux étages du même type c'est à dire que les tensions V1 et V2 sur les transducteurs latéraux du deuxième étage doivent donner des réponses en opposition de phase sur le transducteur de sortie.
Tous les filtres décrits ci-dessus supposent que l'entrée et la sortie sont simples (une tension d'entrée VjN et une tension de sortie Vout). Les impédances d'entrée ou de sortie de ces filtres peuvent typiquement être de 50 ohms rendant ces filtres particulièrement adaptés pour des applications dans le domaine des radiofréquences. Pour rendre ces filtres compatibles avec les circuits d'amplification actuels, on peut adapter ces filtres, en les faisant fonctionner en différentiel. Pour cela l'un des transducteurs centraux peut être scindé en deux parties égales séparées, avec des polarités inversées Vout + et Vout- Le brevet US 6081172 décrit par exemple des structures avec entrée simple et sorties différentielles, souffrant néanmoins de symétrie imparfaite.
La titulaire dans la demande de brevet : M. SOLAL, J. DESBOIS, P. DUFILIE, « Filtre à ondes acoustiques de surface à réseaux réfléchissants », demande de brevet français 92 07883 a décrit une structure de transducteur permettant l'attaque en différentiel. Cette structure, du type de celle de la Figure 5 consiste à séparer le transducteur en deux parties égales branchées l'une entre la masse et la tension positive et l'autre entre la masse et la tension négative. Plus précisément ce transducteur est composé d'une série continue d'électrodes Ej et de deux séries d'électrodes E,ι et El2, ces deux séries d'électrodes étant connectées à des potentiels opposés.
Néanmoins si l'on intègre ce type de transducteur dans un filtre comprenant deux voies acoustiques cascadées tel qu'illustré en Figure 4, on perd la symétrie requise pour annuler le mode antisymétrique. Il convient donc d'adapter la structure à deux voies acoustiques pour rétablir la symétrie recherchée. En effet les deux demi-transducteurs illustrés en Figure 5, sont généralement séparés d'une distance égale à une demi-longueur d'onde ou une période, ainsi les ondes émises vers la droite par le transducteur de droite Td et référencées 1 sont en phase avec les ondes émises vers la droite par le transducteur de gauche Tg et référencées 2', de même les ondes émises vers la gauche par le transducteur Tg et référencées 2 sont en phase avec les ondes émises par la gauche par le transducteur de droite et référencées 1 '. Par contre les ondes référencées 1 et 2 sont en opposition de phase et donc globalement les émissions acoustiques étant en opposition de phase, la résultante de ces ondes pour l'ensemble du filtre est nulle. Pour rétablir un fonctionnement correct dans une structure telle qu'illustrée en Figure 4, on peut inverser les polarités des transducteurs latéraux. On obtient la structure de l'art antérieur illustrée en Figure 6. L'invention s'applique ainsi également dans le cadre de filtre à entrée sortie différentielles, pour lesquels on cherche également à réduire les problèmes de couplages parasites.
C'est pourquoi l'invention a aussi pour objet un filtre à ondes de surface, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une voie acoustique relié à une entrée et/ou une sortie différentielle (VIN +, VIN- et/ou Vout +, Vout -), ladite voie acoustique comportant un transducteur central scindé en deux parties et comportant une série continue d'électrodes interdigitées avec, deux séries continues et adjacentes d'électrodes reliées audites tensions d'entrées (VI +, V|N -) et/ou audites tensions de sorties (Vout +. Vout -), les deux parties étant symétriques c'est à dire que les successions de polarités des électrodes en partant du centre sont opposées, c'est à dire qu'une électrode + pour la première partie correspond à une électrode - pour l'autre et une masse pour une partie correspond à une masse pour l'autre, la distance entre les électrode + et les électrodes - est égale à un nombre impair de période (ou de demi-longueurs d'ondes) et les deux transducteurs latéraux sont positionnés à la même distance (à 2kP près) du transducteur central.
Avantageusement le filtre selon l'invention peut comprendre un substrat de tantalate de lithium d'angle de coupe compris entre Y + 41 ° et Y + 43° avec Y axe cristallographique conventionnel.
Avantageusement l'épaisseur des électrodes peut être de l'ordre de 5 à 10 % de la longueur d'onde acoustique.
Par ailleurs le nombre d'électrodes des transducteurs latéraux peut avantageusement être compris entre environ 50 % et 100 % du nombre d'électrodes des transducteurs centraux.
L'invention a encore pour objet un filtre à ondes de surface, caractérisé en ce que la ieme voie acoustique d'entrée (VAj) et/ou la i + 1eme voie acoustique de sortie (VAι+ι) comporte une série de transducteurs centraux (TCy et/ou TCj+j-j) intercalés avec d'une part une série de premiers transducteurs latéraux (T1 L| et/ou TI LJHJ) et d'autre part une série de seconds transducteurs latéraux (T2L|j et/ou T2Lj+ι,j).
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 illustre un premier exemple de filtre à résonateurs à couplage longitudinal selon l'art connu ;
- la Figure 2 illustre un second exemple de filtre à résonateurs à couplage longitudinal selon l'art connu comprenant un transducteur central et deux transducteurs latéraux ;
- la Figure 3 illustre un troisième exemple de filtre à résonateurs à couplage longitudinal selon l'art connu comportant deux voies acoustiques cascadées ;
- la Figure 4 illustre le positionnement des électrodes d'un transducteur central par rapport aux transducteurs latéraux dans le troisième exemple de filtre illustré en Figure 3 ;
- la Figure 5 illustre un transducteur en entrée / sorties différentielles de l'art connu ;
- la Figure 6 illustre un quatrième exemple de filtre à résonateurs à couplage longitudinal selon l'art connu comportant deux voies acoustiques cascadées et un transducteur à entrée / sorties différentielles ;
- la Figure 7 illustre un premier exemple de filtre à résonateurs à couplage longitudinal selon l'invention à entrée / sortie simples ;
- la Figure 8 illustre un second exemple de filtre à résonateurs à couplage longitudinal selon l'invention, à entrée / sortie simples ;
- la Figure 9 illustre un troisième exemple de filtre à résonateurs à couplage longitudinal selon l'invention à entrée / sortie simples ;
- les Figures 10a et 10b illustrent des exemples de filtre selon l'invention à entrées / sorties différentielles ;
- la Figure 11 illustre un exemple de filtre selon l'invention comportant un nombre de voies acoustiques supérieur à 2 ;
- la Figure 12 illustre un exemple de filtre selon l'invention dans lequel chaque voie acoustique comporte plusieurs transducteurs d'entrée ou de sortie et plusieurs paires de transducteurs latéraux ; - les Figures 13a et 13b illustrent plusieurs types de séparations entre transducteurs, dans un filtre selon l'invention ;
- la Figure 14 illustre la fonction de transfert d'un exemple de filtre selon l'invention ; - la Figure 15 illustre la fonction de transfert d'un exemple de filtre selon l'invention ;
- la Figure 16 illustre la symétrie d'amplitude et de phase du même exemple.
De manière générale le filtre selon l'invention comporte au moins deux voies acoustiques, chaque voie acoustique comportant au moins un transducteur central et deux transducteurs latéraux connectés électriquement pour cascader les deux voies acoustiques. Dans tous les cas de figures le nombre d'électrodes du transducteur central, les polarités des transducteurs, les distances entre transducteurs sont choisies de manière à ce que les tensions en des points symétriques par rapport à l'axe de symétrie du filtre soient en opposition de phase deux à deux. Autrement dit, les fonctions de transfert donnant les tensions aux points milieux par rapport à la tension d'entrée sont opposées ainsi que les fonctions de transfert donnant la tension de sortie en fonction des tensions aux points milieux. Par réciprocité, le raisonnement est équivalent si l'on considère l'un ou l'autre type de fonction de transfert.
Nous allons décrire ci-après un ensemble d'exemples de filtre, illustrant l'invention.
Exemple 1
Selon une première variante, le filtre selon l'invention peut comprendre un transducteur central avec un nombre impair d'électrodes et deux transducteurs latéraux dont les polarités sont inversées. La Figure 7 illustre une telle configuration.
La voie acoustique VA-i comprend entre deux réflecteurs R1 ι et R2-ι, un transducteur central TCi relié à une tension d'entrée VIN, inséré entre un premier transducteur latéral T1 Lι et un second transducteur latéral T2L-ι. De même la voie acoustique VA2 comprend entre deux réflecteurs RI2 et R22, un transducteur central TC2 relié à une tension de sortie Vout. inséré entre un premier transducteur latéral T1 L2 et un second transducteur latéral T2L2.
La distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral est choisie égale à la distance entre le transducteur central et le second transducteur latéral et désignée par la lettre d. Les électrodes E-iu symétriques des électrodes E2u par rapport à l'axe de symétrie du filtre S, en distance sont portées à des polarités inversées de manière à amener les points 1 et 2 à des tensions opposées. Par symétrie, les couplages électromagnétiques parasites de l'entrée sur les points milieux donnent naissance aux points milieux 1 et 2 à des tensions parasites égales à C VIN (si C est le coefficient donnant le couplage parasite de l'entrée sur les points milieux). Par les inversions de polarités des transducteurs, la tension de sortie est proportionnelle à la différence V1-V2, et donc les influences sur le signal de sortie du filtre des couplages électromagnétiques de l'entrée sur les points milieux 1 et 2 sont en opposition de phase et se compensent donc. Par symétrie, les couplages des points milieux sur la tension de sortie du filtre sont CV1 et CV2, c'est-à-dire puisque V1 et V2 sont en opposition de phase, CV1 et -CV1. Les tensions parasites liées à ces deux couplages se compensent donc aussi. L'invention permet ainsi d'améliorer très nettement le fonctionnement du filtre en compensant l'influence de tous les couplages électromagnétiques parasites de l'entrée sur les points milieux (et des points milieux sur la sortie). Les seuls couplages électromagnétiques parasites restant sont ceux existant de l'entrée sur la sortie, mais ces couplages parasites sont négligeables par rapport aux couplages précédents du fait de la plus grande distance. On obtient donc plus facilement une bonne atténuation hors bande.
Exemple 2
Une configuration proche de celle illustrée en Figure 7, consiste en ayant toujours un transducteur central présentant un nombre impair d'électrodes, à positionner les transducteurs latéraux de manière à ce que la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral et la distance entre le transducteur central et le deuxième transducteur latéral soient distinctes d'une valeur kP (ou k lambda/2) avec k entier non nul impair, comme cela est illustré en Figure 8. Les électrodes successives des deux transducteurs latéraux étant portées aux mêmes polarités (point chaud ou masse). Les ondes arrivant sur les transducteurs T1 L1 et T2L1 sont en donc en opposition de phase.
Exemple 3
Selon une troisième variante, le filtre de l'invention peut comprendre un transducteur central avec un nombre pair d'électrodes et deux transducteurs latéraux dont les polarités sont identiques. La Figure 9 illustre une telle configuration. Les électrodes E-ILI symétriques des électrodes E2u par rapport à l'axe de symétrie S, du filtre sont portées à des polarités identiques. Dans cet exemple la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral est encore choisie égale à la distance entre le transducteur central et le second transducteur latéral (à un nombre entier de longueur d'onde près ou un nombre pair de périodes près). II apparaît dans cette configuration que les ondes émises par le transducteur central TCi (TC2) sont en opposition de phase au niveau du transducteur latéral T-iu (T1 2) avec les ondes émises par le transducteur central TCi (TC2) au niveau du transducteur latéral T2u (T2ι_2). Les polarités successives des électrodes des transducteurs latéraux étant identiques, Il s'ensuit que les points de contact 1 et 2 sont ainsi portés à des potentiels en opposition de phase + Vi et - Vi de manière à compenser les influences des couplages électromagnétiques parasites.
Il va de soit que les exemples précédents peuvent être combinés entre eux, c'est à dire que les deux voies cascadées ne sont pas forcément identiques ou de même type mais elles sont toutes les deux d'un des types décrits plus haut.
Nous venons de décrire des exemples de filtres à entrée et sortie simple. L'invention peut néanmoins et avantageusement être appliquée dans le cadre de filtres à entrées et / ou sorties différentielles, comme cela va être décrit ci-après.
Filtres à entrées et/ou sorties différentielles Le premier moyen pour travailler en différentiel consiste à connecter le transducteur central d'une (ou des deux) voies entre une tension positive et une tension négative, c'est à dire que les électrodes précédemment reliées à la masse sur le transducteur central sont reliées maintenant à un potentiel opposé au potentiel auquel sont reliées les autres électrodes du transducteur central, les positions et polarités des transducteurs latéraux étant inchangées. On obtient alors un filtre à entrées et /ou sorties différentielles travaillant sur les mêmes impédances que le filtre à entrées sorties simple précédent.
Exemple 4
Pour réaliser une sortie en différentiel, un autre moyen consiste à scinder le transducteur central de la voie acoustique de sortie VA2 en deux parties comportant un premier jeu d'électrodes continues connectées dans l'exemple à la masse et interdigitées avec deux jeux d'électrodes respectivement connectées à une sortie Vout + et une sortie Vout -. On peut noter que la connexion de masse est représentée sur la figure, mais que par symétrie l'électrode continue est naturellement à la masse et que cette connexion n'est donc pas nécessaire en pratique (art connu). Selon cet exemple la voie d'entrée VAi est identique à celle décrite en exemple 1 , soit un transducteur central avec un nombre impair d'électrodes, des transducteurs latéraux T1 ι et T2u équidistants d'une distance d du transducteur central TC-i et des électrodes symétriques E-iu et E LI portées à des potentiels opposés. La voie de sortie VA2 comprend un transducteur central complexe alimenté en différentiel avec un nombre total d'électrodes pair, et donc une configuration identique à celle de l'exemple 3, dans lequel les transducteurs latéraux sont équidistants du transducteur central, les électrodes symétriques par rapport à l'axe de symétrie S étant à des polarités identiques, comme illustré en Figure 10a.
On peut également obtenir un filtre à entrées et sorties différentielles suivant l'invention en cascadant deux voies du type de la voie VA2 de la figure 10a, comme illustré en Figure 10b. Dans l'ensemble des exemples décrits ci-dessus, les voies acoustiques d'un même filtre sont donc identiques ou différentes mais sont toujours structurées de manière à créer des points de liaisons 1 et 2 à des tensions en opposition de phase. L'invention peut également être appliquée dans le cas d'un nombre i de voies, supérieur à 2. Selon un mode préférentiel, il peut être envisagé de cascader plusieurs couples de voies telles que les voies \/ ^ et VA2, comme illustré en Figure 11.
De même le filtre selon l'invention peut comprendre plus d'un transducteur central et plus d'un couple de transducteurs latéraux par voie acoustique. Dans le cas de plusieurs paires de transducteurs latéraux par voie acoustique, les polarités de ces transducteurs sont choisies de manière à ce que les tensions en des points symétriques par rapport à l'axe de symétrie du filtre soient opposées deux à deux.
L'intérêt d'un filtre dans lesquels sont intercalés les transducteurs dits centraux avec des transducteurs dits latéraux est de réduire les pertes ou de rendre le filtre plus raide. La Figure 12 illustre ce type de configuration. Le filtre présente un axe de symétrie S, chaque voie acoustique VAi et VA2 comprennent respectivement trois transducteurs TC-ι,ι, TC1.2, TC-ι,3 (TC2,ι, TC2>2, TC2,3) connectés à la tension d'entrée VI (à la tension de sortie Vout) et des paires de transducteurs latéraux symétriques par rapport à l'axe S : T1 L1ι2 / T2L1,2 ; T1L1,1 / T2L1,1
(T1 L2,ι / T2L2,1 ; T1 L2,2 / T2L2,2) avec V1 : la tension entre le transducteur T1 L1.1 et le transducteur T1 L )ι ; - V1 : la tension entre le transducteur T2L-ι,ι et le transducteur T2L2ιι ; V2 : la tension entre le transducteur T1 Lι,2 et le transducteur T1 L2ι2 ; - V2 : la tension entre le transducteur T2L-ι,2 et le transducteur T2L2>2.
Dans l'ensemble des configurations présentées, il peut être particulièrement avantageux de séparer les différents transducteurs par une électrode métallique plus large. En effet, en ce qui concerne les espaces entre les transducteurs, l'homme de l'art sait que ces espaces constituent une rupture de la périodicité qui se traduit par l'apparition de pertes attribuées souvent à une diffraction en ondes acoustiques de volume. Pour diminuer ces pertes, il est connu qu'il est plus favorable de remplacer l'espace libre entre les transducteurs par une zone métallisée, ce qui revient en général à placer entre les transducteurs une électrode métallique de largeur supérieure à celles des autres électrodes. Un autre moyen, plus efficace, de réduire ces pertes à la séparation entre les transducteurs consiste à réaliser le déphasage de manière progressive en changeant graduellement les périodes des dernières électrodes des transducteurs, par exemple en la réduisant. Ce procédé est utilisé classiquement pour la réalisation des résonateurs et est utilisé dans des filtres à doubles modes de la société EPCOS (ex : filtre réf. B4121).
Les Figures 13a et 13b illustrent ainsi respectivement deux transducteurs séparés par une large électrode ou des transducteurs séparés grâce à la présence de variation de périodes, périodes choisies pour suivre une loi linéaire.
Nous allons décrire un exemple de réalisation de filtre selon l'invention pour application Extended GSM. Le filtre est constitué de deux voies cascadées comportant en outre des réflecteurs. L'impédance d'entrée est 50 ohms et l'impédance de sortie est de 200 ohms. Le filtre est constitué suivant la configuration schématisée en Figure 10. Le matériau choisi est du tantalate de lithium de coupe Y + 42°. La société Fujitsu, dans le Brevet Européen No EP 0845 858 A2, Fujitsu a montré qu'il était particulièrement intéressant pour ces filtres d'utiliser comme substrat du Tantalate de Lithium de coupe Y+42°. D'autre part, dans ce brevet on décrit des configurations en terme de nombre d'électrodes des transducteurs, de périodes de transducteurs et de réseaux, d'épaisseur de métallisation et également en terme de décalage entre les transducteurs permettant d'obtenir des bonnes performances. Les ouvertures acoustiques, c'est à dire les longueurs des électrodes sont les mêmes pour les deux voies soit 170 microns. Les voies sont décrites ci-après plus en détails.
Pour la voie non différentielle : transducteur central : 3 électrodes non périodiques + 27 électrodes périodiques (p = 2.21 μm) + 3 électrodes non périodiques, soit au total 33 électrodes avec des électrodes chaudes aux extrémités ; transducteurs latéraux : 25 électrodes périodiques (p = 2.21 μm) + 3 électrodes non périodiques pour chacun des deux transducteurs latéraux, soit au total 28 électrodes pour chaque transducteur latéral. Les polarités des transducteurs latéraux sont inversées ; réseaux : 50 électrodes à la masse pour chaque réseau (p =
2.245 μm).
Le tableau ci-dessous donne les périodes successives entre électrodes pour les séparations entre transducteurs :
Figure imgf000017_0001
Les transducteurs latéraux et le transducteur central ont la même période de 2.21 μm et la séparation est faite par 3 électrodes pour chaque transducteur avec une variation linéaire de 2.21 jusqu'à 1.94 μm. Les séquences sont identiques à gauche et à droite. Il n'y a pas de décalage entre réseaux et transducteurs latéraux, c'est-à-dire que la distance entre les centres des électrodes successives du réseau et du transducteur latéral sont (2.21 + 2.245V2.
Les écarts périodes donnés dans le tableau ci dessus correspondent à une distance totale entre le centre de la dernière électrode du transducteur latéral avant la séparation ( cad le changement de période) et le centre de la première électrode du transducteur central après la séparation égale à : 2.16+2.065+1.98+1.94+1.98+2.065+2.16= 14.35 μm. Dans le cas où l'on ne place pas cette séparation, la distance serait de 7*2.21 =15.47μm. la séparation progressive est donc à peu près équivalente, du point de vue du déphasage à un rapprochement des transducteurs de 15.47 -14.35= 1.12 μm soit 1.12/2.21=50.6% de la période des transducteurs.
En ce qui concerne la voie différentielle, les périodes et séquences pour les séparations sont identiques. La différence vient du transducteur central qui est séparé maintenant en deux parties contenant chacune 14 électrodes périodiques de période 2.21 μm et 3 électrodes non périodiques de séquence identique à celle donnée ci-dessous. Pour chacun des deux demi-transducteurs, l'électrode la plus proche du centre est au + (ou au -). Les deux transducteurs latéraux sont réalisés de telle manière que les électrodes les plus proches du transducteur central soient reliées aux points de couplage (V1 et - V1).
Les Figures 14 et 15 montrent la fonction de transfert du filtre (la
Figure 15 correspondant à un agrandissement de la Figure 14). On obtient des pertes d'insertion inférieures à 3 dB dans toute la bande de 35 MHz et une réjection large bande meilleure que 55 dB. D'autre part, la réjection à 925 MHz est supérieure à 20 dB. La figure 16 montre la symétrie du filtre c'est à dire le rapport entre les tensions de sortie V+ et -V- (amplitude et phase). Cette symétrie est très bonne par rapport aux résultats obtenus habituellement avec les filtres suivant l'art antérieur. En effet, la symétrie d'amplitude est comprise entre -1.5 dB et + 0.8 dB dans la bande et est meilleure que +/- 0.5 dB dans la plus grande partie de la bande passante. La symétrie de phase est comprise entre -5° et +8 ° et est meilleure que +/-2° dans la plus grande partie de la bande. Ces bons résultats sont dus à la symétrie parfaite de la voie différentielle qui fait que tensions V+ et V- voient des configurations d'électrodes identiques. L'erreur de symétrie provient d'une part du câblage du filtre et d'autre part des inversions de polarités des transducteurs latéraux de la voie d'entrée, qui se traduisent par des fonctionnements légèrement différents. Pour un filtre à entrées sorties différentielles et avec un câblage soigné par exemple avec un montage de type flip chip, la symétrie serait parfaite.
D'autre part, on a montré que les configurations les plus intéressantes pour les applications de filtres RF pour radiotéléphones étaient celles qui utilisaient un substrat piézoélectrique de tantalate d'angle de coupe compris entre Y + 41 ° et Y + 43°, pour une une épaisseur de métallisation ramenée à la longueur d'onde acoustique comprise entre 7% et 9% et telle que les relations suivantes soient vérifiées.
- nombre d'électrodes des transducteurs latéraux compris entre 60% et 100% du nombre d'électrodes du transducteur central ;
- la séparation du transducteur central et des transducteurs latéraux est faite de manière progressive ;
- cette séparation est équivalente à une différence de marche comprise entre -45% et -70% de la période moyenne des transducteurs, c'est à dire que la distance entre le centre de la dernière électrode du transducteur latéral avant la séparation et le centre de la première électrode du transducteur central après la séparation est plus petite de 45% à 70% de la période moyenne des deux transducteurs que la distance que l'on obtiendrait si les deux transducteurs étaient périodiques et si l'on imposait pas de séparation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Filtres à ondes acoustiques de surface comportant au moins une ieme voie acoustique (VAi) d'entrée cascadée à une i + 1emΘ voie acoustique (VAi + 1) de sortie chaque voie acoustique comportant des transducteurs à électrodes interdigitées et notamment :
- au moins un transducteur central (TQ) ; - au moins une paire de transducteurs de couplage formée d'un premier transducteur latéral (T1L) et d'un second transducteur latéral (T2L) caractérisé en ce qu'il comporte une première liaison électrique à un premier potentiel (V-i) reliant le premier transducteur latéral (T1 L) de la iemθ voie acoustique au premier transducteur latéral (T1L + -i) de la i + ieme voie acoustique et une deuxième liaison électrique à un second potentiel (V2) reliant le deuxième transducteur latéral de la ieme voie acoustique (T2Lj) au deuxième transducteur latéral de la
(i +1)e e voie acoustique (T2L + 1) et en ce que les potentiels sont en opposition de phase.
Le transducteur central de la ieme voie acoustique étant relié à au moins une tension d'entrée (VIN).
Le transducteur central de la i + 1θme voie acoustique étant relié à au moins une tension de sortie (Vout)-
2. Filtre à ondes de surface selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le transducteur central de la ieme et ou de la i + ieme voie acoustique a un nombre impair d'électrodes, les premier et second transducteurs latéraux ayant une série d'électrodes connectées à un potentiel dit point chaud (V1/V2 interdigitee avec une série d'électrodes connectées à un potentiel de masse, la première électrode du premier transducteur latéral, depuis le transducteur central étant connecté au point chaud, la première électrode du second transducteur latéral depuis le transducteur central étant connectée à la masse, la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral étant égale à un nombre pair de périodes près (2 kP avec k entier et P est la période des électrodes dans les transducteurs) ou à un nombre entier de longueur d'onde λ près correspondant à la fréquence centrale du filtre, à celle entre le transducteur central et le second transducteur latéral.
3. Filtre à ondes de surface selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le transducteur central de la ieme et/ou de la i + ieme voie acoustique a un nombre impair d'électrodes, les premier et second transducteurs latéraux ayant une série d'électrodes connectées à un potentiel dit point chaud interdigitee avec une série d'électrodes connectées à un potentiel de masse, la première électrode du premier transducteur latéral depuis le transducteur central étant connectée à un potentiel de même type (point chaud ou masse) que la première électrode du second transducteur latéral depuis le transducteur central, la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral étant égale à un nombre impair de période près ((2 k + 1)P avec k entier, P période des électrodes des transducteurs) ou à un nombre entier de demi-longueur d'onde près, à la distance entre le transducteur central et le second transducteur latéral.
4. Filtre à ondes de surface selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le transducteur central de la ieme et/ou de la i + ieme voie acoustique a un nombre pair d'électrodes, les premier et second transducteurs latéraux ayant une série d'électrodes connectées à un potentiel dit point chaud, interdigitee avec une série d'électrodes connectées à un potentiel de masse, la première électrode du premier transducteur latéral depuis le transducteur central étant connectée à un potentiel de même type (point chaud ou masse) que la première électrode du second transducteur latéral depuis le transducteur central, la distance entre le transducteur central et le premier transducteur latéral étant égale à un nombre pair de période près (2kP, avec k entier, P période des électrodes dans les transducteurs) ou à un nombre entier de longueurs d'onde près, à celle entre le transducteur central et le second transducteur latéral.
5. Filtre à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une voie acoustique ayant un transducteur central relié à une entrée et/ou une sortie différentielle (VI +, VI - et/ou Vout +, Vout -)•
6. Filtre à ondes de surface selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une voie acoustique relié à une entrée et/ou une sortie différentielle (VIN +, VIN- et/ou Vout +, Vout -), ladite voie acoustique comportant un transducteur central scindé en deux parties et comportant une série continue d'électrodes interdigitées avec, deux séries continues et adjacentes d'électrodes reliées audites tensions d'entrées (VIN +, VIN -) et/ou audites tensions de sorties (Vout +, Vout -)-
7. Filtre à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ieme voie acoustique d'entrée (VAi) et/ou la i + 1eme voie acoustique de sortie (VAj+-ι) comporte une série de transducteurs centraux (TCij et/ou TCi+ij) intercalés avec d'une part une série de premiers transducteurs latéraux (T1 L et/ou TI Lmj) et d'autre part une série de seconds transducteurs latéraux (T2Lj,j et/ou T2Lj+ι,j).
8. Filtres à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une série de paire de voies acoustiques comportant une voie acoustique d'entrée (VAj) et une voie acoustique de sortie (VAj+ι).
9. Filtres à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les transducteurs sont séparés entre eux dans une même voie acoustique par une électrode de largeur supérieure à la largeur des autres électrodes.
10. Filtres à ondes de surface, selon l'une des revendications 1 à
8, caractérisé en ce que les transducteurs sont séparés entre eux par plusieurs électrodes ayant entre leurs axes des distances inférieures à la période dans le transducteur.
11. Filtre à ondes de surface selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat de tantalate de lithium d'angle de coupe compris entre Y + 41 ° et Y + 43°, avec Y axe cristallographique.
12. Filtre à ondes de surface selon la revendication 11 , caractérisé en ce que l'épaisseur des électrodes est comprise entre environ 5 et 10 % de la longueur d'onde acoustique du filtre.
13. Filtre à ondes de surface selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le nombre d'électrodes des transducteurs latéraux est compris entre environ 50 % et 100 % du nombre d'électrodes du transducteur central, dans chacune des voies acoustiques.
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