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Auteur(s)
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Eugène DIEULESAINT : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité (ESE) - Professeur émérite à l’université Pierre-et-Marie-Curie (Paris 6)
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Daniel ROYER : Ingénieur de l’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles (ESPCI) - Professeur à l’université Denis-Diderot (Paris 7)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La présentation des dispositifs acousto-électroniques est divisée en deux parties. La première porte sur les composants à ondes élastiques de volume, la deuxième sur les composants à ondes élastiques de surface de première génération et de seconde génération. Ces composants de deuxième génération sont essentiellement des filtres pour téléphones mobiles. La compacité et la contrainte de faibles pertes exigées par cette application ont imposé un nouvel examen du fonctionnement des transducteurs avec la prise en compte de la réémission piézoélectrique et de la réflexion sur les doigts. Il en est résulté d’autres méthodes d’analyse et de représentation qui ont conduit à la réalisation de filtres utilisant des résonances soit externes soit internes au transducteur. Le coefficient de réflexion d’un réseau passif est ici calculé par la méthode des modes couplés. Un transducteur de structure quelconque est décrit par une matrice mixte. Cette partie sur les filtres à faibles pertes est à rapprocher de l’article de ce traité « Filtres à ondes de surface ».
La compréhension du principe et la définition du domaine de fonctionnement des dispositifs acousto-électroniques nécessitent une analyse de la propagation des ondes élastiques dans les solides, isotropes et anisotropes, et de leur génération par effet piézoélectrique. Ces deux points sont traités dans l’article précédent Propagation et génération des ondes élastiques.
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- Version courante de juil. 2020 par Jean-Michel FRIEDT, Sylvain BALLANDRAS
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1. Dispositifs à ondes de volume
Au cours de la Première Guerre mondiale, C. Chilowski et P. Langevin eurent l’idée de repérer un objet immergé en mesurant le temps mis par un train d’ondes élastiques pour parcourir la distance aller et retour séparant la source d’ondes et l’objet (sonar). P. Langevin réalisa les premiers émetteurs et détecteurs piézoélectriques à quartz en s’inspirant des travaux de P. et J. Curie qui avaient découvert, en 1880, l’effet piézoélectrique. Dans les années 1920-1925, ces résonateurs électromécaniques à grand coefficient de qualité ont été introduits par des scientifiques américains (A.M. Nicholson, W.G. Cady, G.W. Pierce) dans les circuits électroniques, en particulier pour stabiliser la fréquence des oscillateurs de radiodiffusion puis pour filtrer les signaux. Le besoin de lignes à retard est apparu avec la naissance des radars durant la Seconde Guerre mondiale (1940-1945). La propriété des ondes élastiques de se propager à une vitesse 105 fois inférieure à celle des ondes électromagnétiques à été exploitée pour calibrer des dispositifs ou mettre des signaux en mémoire. Le milieu de propagation des premières lignes fut l’eau, le mercure puis la silice. Le domaine fréquence-retard de ces lignes s’est étendu avec l’élaboration des couches piézoélectriques (ZnO) ou cristaux minces (LiNbO3) et de cristaux de grande longueur (Al2O3). Les transducteurs mis au point pour ces lignes servent aussi à lancer les ondes dans les modulateurs et déflecteurs acousto-optiques qui se sont développés, vers 1970, après l’avènement du laser.
L’objet de ce paragraphe est de présenter la structure d’une ligne à retard pour haute fréquence, d’évoquer les filtres à résonateurs, déjà traités dans Composants piézo-électriques (référence ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DÉTAINT (J.) - Résonateurs piézoélectriques à ondes de volume : Matériaux, Modélisation, Visualisation. - Thèse de l’Université Paris 7 (20 mars 1997).
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(2) - BERTÉ (M.), HARTEMANN (P.) - Quartz resonators at fundamental frequencies greater than 100 MHz. - IEEE Ultrason. Symp. Proc., p. 148-51 (1978).
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(3) - BESSON (R.), MOUREY (M.), GALLIOU (S.), MARIONNET (F.), GONZALEZ (F.), GUILLEMOT (P.), TJOELKER (R.), DIENER (W.), KIRK (A.) - 10 MHz hyperstable quartz oscillator performances. - 13th European Freq. and Time Forum and IEEE Intern. Freq. Control Symp. Proc., p. 326-330; Besançon (1999).
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(4) - ROYER (D.), DIEULESAINT (E.) - Ondes élastiques dans les solides. - Vol. 2, section 8.1, p. 145-80, Masson (1999).
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(5) - DIERICH (P.), ROSOLEN (C.), MICHET (D.) - 12 years of experience in using acousto-optic spectrometers for radioastronomical observations. - Advances in Acousto-optics, 10th Meeting, European Optical Soc., Issy-les-Moulineaux (1996).
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