Commutabilité d’un résonateur SAW à port unique utilisant la bande interdite de Bragg électrique
Les filtres à ondes acoustiques de surface occupent une place cruciale dans les systèmes de télécommunication radiofréquence. Toutefois, ces dispositifs ne permettent pas aujourd’hui un ajustement commandé en tension de leur fréquence de travail ni de leur bande passante. Quelle que soit l’application visée, la possibilité d’accorder ces filtres de manière efficace et déterministe constitue un enjeu significatif pour l’amélioration des modules de traitement du signal RF embarqués.
Dans cet objectif, les activités de recherche présentées dans ce papier APL visent à explorer le concept de la bande interdite électrique pour les dispositifs de filtrage à ondes acoustiques de surface (voir Brevet). En particulier, l’un des composants classiques pour les communications RF est le résonateur simple port, bloc piézoélectrique comportant sur sa surface un transducteur central (peignes interdigités) et des miroirs de part et d’autre (figure 1). L’assemblage de plusieurs résonateurs forme des filtres passe-bande, composants classiques présents dans les téléphones portables.
Figure 1 : Résonateur à ondes de surface, composé d’un transducteur central (rouge) entre deux miroirs à base d’électrodes, sur un substrat piézoélectrique. Les électrodes des miroirs sont classiquement connectées à la masse et sont ici mises progressivement en circuit ouvert (des électrodes les plus près du transducteur central en rouge vers l’extérieur)
Dans cet article APL, on a montré qu’un changement de la connexion électrique des électrodes des miroirs, les passant de « mise à la masse » à « circuit ouvert » depuis les électrodes les plus proches du transducteur central jusqu’aux électrodes les plus éloignées, permettait de contrôler la propagation des ondes, en modifiant la fréquence de la bande interdite des miroirs, bande de fréquences dans laquelle les ondes sont réfléchies, selon la connexion électrique. Forts de cette observation, un résonateur a été conçu présentant plusieurs points de fonctionnement, à des fréquences différentes (Figure 2)
Figure 2 : Paramètre S11 du résonateur LiNbO3 (transducteur + deux miroirs de 72 électrodes de part et d’autre) si les électrodes des miroirs sont progressivement mises de la condition « mise à la masse » à la condition « potentiel flottant ». Les résonances sont repérées par la couleur vive. Elles présentent des variations en fonction du nombre d’électrodes en potentiel flottant (NOC, les électrodes des deux miroirs sont mises en potentiel flottant symétriquement).
En collaboration avec Thales Research Technology, partenaire du projet, la fabrication, la caractérisation et le test de dispositifs ont effectivement montré une agilité des dispositifs de 3% environ (figure 3). Ce premier résultat sert de brique de base pour l’assemblage des futurs composants agiles. La suite des études portera sur la simplification de la connexion électrique entre les différents états (mise à la masse / circuit ouvert) pour envisager l’intégration de ces résonateurs agiles dans des dispositifs réels.
Figure 3 : Paramètre S11 du résonateur LiNbO3 (transducteur + deux miroirs de 72 électrodes de part et d’autre) si les électrodes des miroirs sont partiellement mises en condition de potentiel flottant (0 / 10 / 30 / 50 et 72). Gauche : images des résonateurs fabriqués, droite : réponses mesurées (bleu) et simulées (vert).
Les recherches ont été menées dans le cadre de l’ANR Astrid Maturation FORMOSA (Filtres phOnoniques Radiofréquences MicrO-fabriquéS Agiles) 2019-2022.
Brevet : « DISPOSITIF A ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE AMELIORE », 02/07/2020 (IEMN, Thales RT et Frec’N’Sys)
Papier :
Switchability of a single port SAW resonator using the electrical Bragg band gap
Appl. Phys. Lett. 120, 203504 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0093357
