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1 - CARACTÉRISATION D'UN FILTRE

2 - POINTS COMMUNS ET DIFFÉRENCES ENTRE FILTRES ÉLECTROACOUSTIQUES

3 - FILTRES À ONDES DE SURFACE (SAW)

4 - RÉSONATEURS ET FILTRES À ONDES DE VOLUME SUR COUCHES MINCES (FBAR)

5 - COMPARAISON DES TECHNOLOGIES DE FILTRES ACOUSTIQUES

Article de référence | Réf : E2000 v1

Résonateurs et filtres à ondes de volume sur couches minces (FBAR)
Composants acoustiques utilisés pour le filtrage - Revue des différentes technologies

Auteur(s) : William STEICHEN, Sylvain BALLANDRAS

Date de publication : 10 févr. 2008

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Auteur(s)

  • William STEICHEN : Ancien Responsable Recherche et développement filtres SAW, TEMEX - Ingénieur physicien

  • Sylvain BALLANDRAS : Directeur de recherche CNRS - Docteur en Sciences pour l'Ingénieur, HDR

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INTRODUCTION

La notion de filtrage électrique est apparue avec les premiers systèmes de communication utilisant des bandes spectrales très étroites. Dans les années 1910, les premiers ingénieurs radioélectriciens envisagent la possibilité de transmettre plusieurs communications téléphoniques sur une même ligne : ils utilisent pour ce faire une modulation du signal autour d'une fréquence porteuse, différente pour chaque canal de communication. C'est la même idée qui préside encore aujourd'hui dans pratiquement toutes les communications multiplexes (comme dans le cas du dégroupage où la téléphonie, la télévision et les transmissions numériques coexistent sur une même ligne de transmission). De cette manière, le spectre du signal est réparti dans une bande de fréquence centrée autour de la fréquence porteuse. À la réception, la sélection d'un canal spécifique nécessite un filtrage du signal pour ne sélectionner que la bande utile. On en arrive donc à la notion de filtre sélectif, capable d'éliminer efficacement tout signal hors bande utile sans pour autant altérer de façon trop importante l'information transmise. Au départ, des filtres linéaires à éléments discrets de type résistance, inductance et capacité (R, L, C ) sont utilisés pour assurer des opérations de filtrage à des fréquences allant de 10 à 40 kHz. L'utilisation de méthodes de communication exploitant les ondes hertziennes et le besoin d'élargir les bandes utiles pour augmenter la quantité d'information véhiculée imposent rapidement la mise au point d'autres principes de filtrage, mieux adaptés à de tels besoins. La réalisation d'éléments passifs stables et compacts pour le filtrage a également poussé à rechercher des solutions alternatives aux guides d'ondes et cavités résonantes électromagnétiques généralement efficaces mais chères et encombrantes.

Les techniques de filtrage ont été rapidement étendues par l'introduction d'éléments actifs permettant de résoudre entre autre le problème des pertes dans la bande utile, généralement importantes, associées à l'utilisation d'éléments passifs (RLC ). Néanmoins, et malgré les progrès incessants de la microélectronique, les bandes passantes des circuits actifs d'amplification restent souvent peu compatibles avec les applications « télécoms » pour lesquelles les fréquences de travail ne cessent d'augmenter. De nombreuses tentatives ont été engagées pour remplacer le filtrage linéaire analogique par des techniques numériques. Celles-ci supposent l'existence de composants électroniques capables d'échantillonner et de traiter le signal à des fréquences également très élevées, et s'avèrent moins immunes aux parasites et aux effets de recouvrement spectral que les composants passifs.

On s'intéresse ici aux filtres « électriques », fondés sur l'utilisation de composants acoustoélectriques, dont la destination est d'être insérés dans un circuit électronique afin de réaliser une fonction de filtrage en fréquence. L'objet de cet article est de décrire et de comparer entre elles des technologies de filtres passifs appartenant à une catégorie particulière que sont les filtres « acoustiques » basés sur une conversion d'énergie électrique en énergie acoustique et vice versa. Un second article [E 2 001] sera consacré à la modélisation de ces filtres.

On limitera l'analyse aux filtres de bande, non dispersifs, parce que c'est le seul terrain commun à l'ensemble des filtres électroacoustiques. La technologie des ondes de surface permet par ailleurs d'adresser le domaine des filtres analogiques dispersifs, mais il s'agit là d'un sujet très spécifique.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e2000


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4. Résonateurs et filtres à ondes de volume sur couches minces (FBAR)

4.1 Bref historique des dispositifs à ondes de volume

La découverte de l'effet piézoélectrique (« électricité de pression » comme le suggère sa racine grecque) par les frères Curie en 1881 Composants acoustiques utilisés pour le filtrage- Revue des différentes technologies[39] n'enthousiasma que modérément la communauté scientifique, et il faudra attendre plus de trente ans pour qu'une première exploitation en soit faite par Langevin entre autre pour la mise au point du premier SONAR (SOund NAvigation and Ranging Composants acoustiques utilisés pour le filtrage- Revue des différentes technologies[40]. À cette même époque (1919), un brevet est déposé par Nicolson Composants acoustiques utilisés pour le filtrage- Revue des différentes technologies[41] des laboratoires de la société Bell Telephones décrivant un résonateur piézoélectrique à base de sel de Seignette (ou sel de Rochelle) utilisé pour la stabilisation d'un oscillateur électrique, bien qu'il semblerait que l'auteur n'ait pas clairement identifié le rôle dudit résonateur dans le fonctionnement global du système. Quoiqu'il en soit, Cady propose quant à lui deux ans plus tard Composants acoustiques utilisés pour le filtrage- Revue des différentes technologies...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WHITE (R.), VOLTMER -   Direct piezoelectric coupling to surface elastic waves.  -  Applied Physic Letters 7, 314-316 (1965).

  • (2) - RAYLEIGH (L.) -   On waves propagating along the plane surface of an elastic solid.  -  Proc. London Math. soc., 17, 4-11 (1885).

  • (3) - TANCRELL (R.H.), HOLLAND (M.G.) -   Acoustic Surface Wave Filters.  -  Proc. IEEE, vol. 59, no 3, p. 393-409 (1971).

  • (4) - TANCRELL (R.H.) -   Principles of surface wave filter design.  -  In Matthews, H.(ed), « Surface Wave Filters, Design, Construction and Use ». Wiley Interscience (1977).

  • (5) - NARAINE (P.M.), CAMPBELL (C.K.) -   Wide band linear phase saw filters using apodized slanted finger transducers.  -  Proc. of the IEEE Ultrasonics Symposium, p. 113-116 (1983).

  • (6) - SOLIE (L.P.) -   Tapered transducers – design and applications.  -  ...

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