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WO1993013595A1 - Filtre a ondes de surface - Google Patents

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Publication number
WO1993013595A1
WO1993013595A1 PCT/FR1992/001106 FR9201106W WO9313595A1 WO 1993013595 A1 WO1993013595 A1 WO 1993013595A1 FR 9201106 W FR9201106 W FR 9201106W WO 9313595 A1 WO9313595 A1 WO 9313595A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transducers
filter
zero
integer
filter according
Prior art date
Application number
PCT/FR1992/001106
Other languages
English (en)
Inventor
Martine Doisy
Jean-Michel Hode
Original Assignee
Thomson-Csf
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson-Csf filed Critical Thomson-Csf
Publication of WO1993013595A1 publication Critical patent/WO1993013595A1/fr

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/64Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6426Combinations of the characteristics of different transducers

Definitions

  • the present invention relates to a surface wave filter comprising at least one pair of transducers spaced by a given distance.
  • a surface wave filter having a pair of transducers each of which has reflectors whose centers of reflection are offset with respect to the transduction centers so as to increase the directivity of the transducers and thereby reduce losses filter insertion.
  • the impulse response of the filter is made up of the direct path (order 1) and all the odd-order multiple paths generated by the reflections on the transducers. The relative level of these multiple paths compared to the direct paths is linked to the amplitude of the reflection coefficients on the input and output transducers.
  • the adaptation of the transducers is such that the re-emission of electrical origin and which is due to the appearance on the transducer of a voltage equal to the voltage drop created by the short-circuit current in the load or in the generator, cancels the reflection of the transducer in short-circuit.
  • the present invention provides a surface wave filter for solving the above problem.
  • the invention thus relates to a surface wave filter comprising at least one pair of transducers spaced by a given distance X, characterized in that it comprises (2N + 1) pairs of transducers in parallel with N non-zero integer, in that said transducers have a non-zero short-circuit reflection coefficient for the pass band of the filter, and in that for transducers of rank n (n integer such as 0 n ⁇ 2N), the inter-transducer distance L ⁇ a for value :
  • the value of the inter-transducer distance L ⁇ makes it possible to eliminate the direct paths and also the multiple paths of order less than 2N + 1 so as to keep only the paths d 'order 2N + 1, so that an increase in the length of the impulse response is obtained by folding and therefore a narrower passband for the filter.
  • At least some of the coefficients 1 ⁇ are zero and the others chosen so as to reduce the direct parasitic coupling between two adjacent acoustic channels due to the diffracted waves and preferably all the coefficients n are zero.
  • N l. This keeps the triple path corresponding to the wavelength ⁇ of the filter.
  • At least some transducers are unidirectional. Unidirectional transducers having high short-circuit reflection coefficients, this results in better filter efficiency.
  • the input and / or output transducers can be connected in series and / or in parallel.
  • a supply in series of the transducers on the input side or on the output side makes it possible to supply them with current, while a parallel supply makes it possible to supply them with voltage, each transducer then being referenced to a potential such as ground.
  • the adaptation of the impedances at the input and at the output of the filter is such that the level of the higher order paths (2k '+ l) (2N + 1) with k'> 1 is reduced, or even canceled. This avoids the presence of multiple paths of higher order capable of producing oscillations in the band.
  • FIG. la a filter according to a preferred embodiment of the invention, and Figure lb, a diagram showing the phase of the signals for a direct path;
  • - Figure 2 shows a filter with (2N + 1) pairs of transducers supplied in input and output in parallel;
  • FIG. 3 shows a filter with (2N + 1) pairs of transducers supplied in series at the input and at the output;
  • FIG. 4 shows a filter with (2N + 1) pairs of transducers whose supply is mixed, namely in series for the input transducers and in parallel for the output transducers.
  • Figure la is a three transducer pairs filter, namely three input transducers llf T ⁇ 2, ⁇ 13 'three output transducers T 21, T 22 and ⁇ 23 * transducers of the first pair, which consists by T ⁇ and T transducers 21 are spaced by a distance X.
  • the transducers of the second pair constituted by 12 ⁇ t ⁇ ⁇ t 22 its spaced distance X + ⁇ / 3.
  • the transducers of the third pair constituted by T 13 and Tp-. are spaced by the distance X + 2 ⁇ / 3.
  • the output signals F 10 , F 20 are spaced by the distance X + 2 ⁇ / 3.
  • F 30 representing the direct paths are phase shifted with respect to each other by 120 "and their sum, collected at the output S is therefore zero.
  • the path of order 3 produce three elementary signals s 13 ' s 23 ' s 33 shifted by an integer wavelength, so that their value is added to the output S. This gives an elongated impulse response by folding which makes it possible to obtain a narrower band for the filter.
  • FIG. 2 represents a surface wave filter representing (2N + 1) pairs of transducers, namely (T ll f T 21 ), (T 12 , T 22 ) ... (T lf2N + 1 , T 2 ⁇ 2N +1 ).
  • T ⁇ and T transducers 21 are separated by a distance X chosen arbitrarily, the ⁇ * ⁇ 12 transducers 22 a separated by a distance equal to X + A / 2N + 1 and the transducers T ⁇ 21j + ⁇ and T 2 2N + 1 are separated by a distance equal to X + (2N / 2N + 1) ⁇
  • R ⁇ and R 2 are the reflection coefficients of the two short-circuit transducers, ⁇ the phase corresponding to the minimum inter-transducer distance X and Tea 1 and Tea 2 , the electroacoustic transfer functions of the input and output transducers.
  • the impedance adaptations at the input and at the output of the filter can be such that the path level of higher order (2k '+ l) (2N + 1) with k> 1 is maintained. low enough.
  • the spacing 1 ⁇ between the transducers of the n ⁇ e ⁇ e pair is obtained by adding in at least some pairs of transducers additional paths equal to the wavelength ⁇ or a multiple thereof, hence the formula:
  • I ⁇ X + k jj ⁇ + n X / 2N + 1 with 0 ⁇ n ⁇ 2N, jj being an integer or zero.
  • FIG. 4 is a variant of FIG. 3 in which the input transducers are supplied in series and the output transducers are supplied in parallel. It will of course be possible to supply the input transducers in parallel and the output transducers in series.
  • the transducers can be unidirectional, for example as described in French patent application N ⁇ 89 13747 filed by the applicant on October 20, 1989.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

L'invention concerne un filtre à ondes de surface comprenant au moins une paire de transducteurs espacés d'une distance donnée (X). Selon l'invention il comporte 2N+1 paires de transducteurs (T11, T21...T1'2N+1' T2'2N+1') en parallèle avec N entier non nul. Les transducteurs ont un coefficient de réflexion en court-circuit non nul dans la bande passante du filtre et, pour les transducteurs de rang n avec n entier « 2N, la distance intertransducteur Ln a pour valeur: Ln = X + knμ + nμ/2N+1, μ désignant la longueur d'onde nominale du filtre, kn étant un nombre entier ou nul arbitraire. La cohérence de phase des signaux des 2N+1 filtres n'est obtenue que pour les trajets multiples (2k+1)(2N+1), ce qui permet d'obtenir une réponse impulsionnelle allongée par repliement et donc une bande plus étroite.

Description

FILTRE A ONDES DE SURFACE.
La présente invention concerne un filtre à ondes de surface comprenant au moins une paire de transducteurs espacés d'une distance donnée.
On connaît un filtre à ondes de surface présentant une paire de transducteurs dont chacun présente des réflecteurs dont les centres de réflexion sont décalés par rapport aux centres de transduction de manière à accroître la directivité des transducteurs et, par là-même, de réduire les pertes d'insertion du filtre. La réponse impulsionnelle du filtre est composée du trajet direct (ordre 1) et de tous les trajets multiples d'ordre impair générés par les rélexions sur les transducteurs. Le niveau relatif de ces trajets multiples par rapport aux trajets directs est lié à l'amplitude des coefficients de réflexion sur les transducteurs d'entrée et de sortie. Pour annuler les trajets multiples susceptibles de produire des ondulations dans la bande, l'adaptation des transducteurs est telle que la réémission d'origine électrique et qui est due à l'apparition sur le transducteur d'une tension égale à la chute de tension créée par le courant de court-circuit dans la charge ou dans le générateur, annule la réflexion du transducteur en court-circuit.
Sauf dans certains cas particuliers (module du coefficient de réflexion en court-circuit égal à 1 et décalage des centres de réflexion et de transduction de Λ /8 + n X/2) , l'adaptation ainsi réalisée ne correspond pas à une adaptation électrique parfaite. Le transducteur présente alors des pertes d'autant plus fortes que sa directivité est imparfaite. Par ailleurs, le niveau des trajets multiples parasites est d'autant plus élevé que l'on s'éloigne de la condition d'adaptation optimale décrite plus haut. L'évolution de la technique fait qu'il est souhaitable de diminuer la bande passante des filtres sans augmenter leur longueur, ou bien à bande passante égale, de diminuer les dimensions des filtres.
La présente invention propose un filtre à ondes de surface permettant de résoudre le problème précité.
L'invention concerne ainsi un filtre à ondes de surface comprenant au moins une paire de transducteurs espacés d'une distance donnée X, caractérisé en ce qu'il comporte (2N+1) paires de transducteurs en parallèle avec N entier non nul, en ce que lesdits transducteurs ont un coefficient de réflexion en court-circuit non nul pour la bande passante du filtre, et en ce que pour les transducteurs de rang n (n entier tel que 0 n < 2N) , la distance intertransducteur L^ a pour valeur :
I^ ≈ X -1- j. λ+ nΛ/2N+1.
A = longueur d'onde nominale du filtre kjj^ = nombre entier ou nul.
Ainsi qu'il sera montré dans la suite de la description, la valeur de la distance intertransducteur L^ permet d'éliminer les trajets directs et aussi les trajets multiples d'ordre inférieur à 2N+1 de manière à ne conserver que les trajets d'ordre 2N+1, ce qui fait qu'on obtient par repliement une augmentation de la longueur de la réponse impulsionnelle et donc une bande passante plus étroite pour le filtre.
Selon un mode de réalisation, au moins certains des coefficients 1^ sont nuls et les autres choisis de façon à réduire le couplage parasite direct entre deux voies acoustiques adjacentes dû aux ondes diffractées et de préférence tous les coefficients n sont nuls.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on a N=l. Ceci permet de conserver le trajet triple correspondant à la longueur d'onde λ du filtre.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, au moins certains transducteurs sont unidirectionnels. Les transducteurs unidirectionnels présentant des coefficients de réflexion en court- circuit élevés, on obtient ainsi un meilleur rendement du filtre.
Les transducteurs d'entrée et/ou de sortie peuvent être connectés en série et/ou en parallèle. Une alimentation en série des transducteurs côté entrée ou côté sortie permet d'alimenter ceux-ci en courant, alors qu'une alimentation en parallèle permet de les alimenter en tension, chaque transducteur étant alors référencé à un potentiel tel que la masse.
Il est particulièrement avantageux que l'adaptation des impédances en entrée et en sortie du filtre soit telle que le niveau des trajets d'ordre supérieur (2k'+l) (2N + 1) avec k' > 1 soit réduit, voire annulé. On évite ainsi la présence de trajets multiples d'ordre supérieur susceptibles de produire des oscillations dans la bande.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux comprises à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins qui représentent :
- la figure la, un filtre selon un mode de réalisation préféré de l'invention, et la figure lb, un diagramme montrant la phase des signaux pour un trajet direct ; - la figure 2 représente un filtre à (2N+1) paires de transducteurs alimentés en entrée et en sortie en parallèle ;
- la figure 3 représente un filtre à (2N+1) paires de transducteurs alimentés en série à l'entrée et à la sortie ;
- la figure 4 représente un filtre à (2N+1) paires de transducteurs dont l'alimentation est mixte, à savoir en série pour les transducteurs d'entrée et en parallèle pour les transducteurs de sortie.
La figure la représente un filtre à trois paires de transducteurs, à savoir trois transducteurs d'entrée llf2, τ 13' les trois transducteurs de sortie T21, T22 et τ 23* Les transducteurs de la première paire, qui est constituée par les transducteurs T^ et T21 sont espacés d'une distance X. Les transducteurs de la deuxième paire constituée par τ 12 βt τ 22 sont espacés de la distance X + Λ /3. Les transducteurs de la troisième paire constituée par T13 et Tp-. sont espacés de la distance X + 2 λ /3. Comme on le voit à la figure lb, les signaux de sortie F10, F20. F30 représentant les trajets directs, sont déphasés les uns par rapport aux autres de 120" et leur somme, recueillie à la sortie S est donc nulle. Par contre, le trajet d'ordre 3 produisent trois signaux élémentaires s 13' s 23' s 33 décalés d'un nombre entier de longueur d'onde, ce qui fait que leur valeur s'additionne à la sortie S. On obtient ainsi une réponse impulsionnelle allongée par repliement qui permet d'obtenir une bande plus étroite pour le filtre.
La figure 2 représente un filtre à ondes de surface représentant (2N+1) paires de transducteurs, à savoir (Tll f T21) , (T12, T22) ... (Tlf2N+1, T2^2N+1). Les transducteurs T^ et T21 sont distants d'une distance X choisie arbitrairement, les transducteurs τ 12 e* τ 22 son séparés d'une distance égale à X + A /2N+1 et les transducteurs Tχ 21jet T2 2N+1 sont séparés d'une distance égale à X + (2N/2N+1)Λ
Pour la paire de transducteurs d'ordre n (avec 0 < n < 2N) on a l^ ≈ X + n λ /2N+1. L'arrangement des retards est dans ce cas tel que la cohérence de phase des signaux des 2N+1 filtres n'est obtenu que pour les trajets multiples d'ordre (2k+l) (2N+1) . Pour tous les autres trajets, la combinaison est destructive et n'induit aucune tension électrique sur la structure. Le signal subit donc 2N+1 réflexions qui correspondent à la réflexion des transducteurs en court-circuit. La fonction de transfert est ainsi égale à la somme de toutes les contributions et se trouve être de la forme : N
Figure imgf000007_0001
où R^ et R2 sont les coefficients de réflexion des deux transducteurs en court-circuit, φ la phase correspondant à la distance intertransducteur minimale X et Tea1 et Tea2, les fonctions de transfert électroacoustique des transducteurs d'entrée et de sortie.
Du fait des différences de phase entre voies, telles que mentionnées ci-dessus, les fonctions F^ sont toutes nulles à la fréquence nominale fQ du filtre (correspondant à la longueur d'onde Λ ), à l'exception de FN.
De manière connue en soi, les adaptations d'impédance à l'entrée et à la sortie du filtre peuvent être telles que le niveau de trajet d'ordre supérieur (2k'+l) (2N+1) avec k > 1 est maintenu suffisamment bas. Selon la figure 3, l'espacement 1^ entre les transducteurs de la nιeπιe paire est obtenue en ajoutant dans au moins certaines paires de transducteurs des trajets supplémentaires égaux à la longueur d'onde Λ ou à un multiple de celle-ci, d'où la formule :
I^ = X + kjjλ+ n X /2N+1 avec 0 < n < 2N, jj étant un nombre entier ou nul.
On remarquera également à la figure 3, que les transducteurs en entrée et en sortie, sont alimentés en série, d'où un fonctionnement en courant des transducteurs. . Ceci ne modifie pas le fonctionnement du filtre.
La figure 4 est une variante de la figure 3 dans laquelle les transducteurs d'entrée sont alimentés en série et les transducteurs de sortie sont alimentés en parallèle. Il sera bien entendu possible d'alimenter les transducteurs d'entrée en parallèle et les transducteurs de sortie en série.
Les transducteurs peuvent être unidirectionnels, par exemple comme décrit dans la demande de brevet français Nβ89 13747 déposée par la demanderesse le 20 octobre 1989.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Filtre à ondes de surface comprenant au moins une paire de transducteurs espacés d'une distance donnée X, caractérisé en ce qu'il comporte (2N+1) paires de transducteurs en parallèle avec N entier non nul, en ce que lesdits transducteurs ont un coefficient de réflexion en court-circuit non nul dans la bande passante du filtre et en ce que pour les transducteurs de rang n (avec n entier tel que 0 < n < 2N) , la distance inter-transducteurs 1^ a pour valeur :
Ljj ≈ X + kjj λ + n Λ / ( 2N+1)
Λ = longueur d'onde nominale du filtre jj ≈ nombre entier ou nul.
2 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins certains des coefficients j. int nuls.
3 - Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les coefficients kn sont tous nuls.
4 - Filtre selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que N ≈ 1.
5 - Filtre selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins certains transducteurs sont unidirectionnels.
6 - Filtre selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les transducteurs d'entrée et/ou de sortie des différentes paires de transducteurs sont connectés en série. 7 - Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce que les transducteurs d'entrée et/ou de sortie des différentes paires de transducteurs sont connectés en parallèle.
8 - Filtre selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adaptation des impédances en entrée et en sortie est telle que le niveau des trajets d'ordre supérieur (2k'+l) (2N+1) avec k' > 1 est atténué ou annulé.
PCT/FR1992/001106 1991-12-23 1992-11-27 Filtre a ondes de surface WO1993013595A1 (fr)

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