FR2484153A1

FR2484153A1 - SAW recursive filter for mobile telecommunications - has two transducers forming delay line with loop with amplifier and additional transducer connected to filter output

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Publication number: FR2484153A1
Application number: FR8012867A
Authority: FR
Original assignee: Gouvernement de la Republique Francaise
Current assignee: Gouvernement de la Republique Francaise
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1981-12-11
Also published as: FR2484153B1

Abstract

FILTRE RECURSIF A ONDES ELASTIQUES DE SURFACE A ACCORD ELECTRONIQUE. CE FILTRE COMPREND UNE LIGNE A RETARD CONSTITUEE DE DEUX TRANSDUCTEURS T ET T, CETTE LIGNE ETANT BOUCLEE PAR UN AMPLIFICATEUR 12 ET UN DEPHASEUR ELECTRONIQUE 11, ET UN TRANSDUCTEUR DE SORTIE T. LA FONCTION DE TRANSFERT D'UN TEL FILTRE COMPREND UN NUMERATEUR ET UN DENOMINATEUR INDEPENDANTS L'UN DE L'AUTRE ET, PAR SUITE, SYNTHETISABLES SEPAREMENT. APPLICATION EN ELECTRONIQUE ET NOTAMMENT EN TELECOMMUNICATIONS POUR LES SYSTEMES MOBILES.RECURRING FILTER WITH ELASTIC SURFACE WAVES WITH ELECTRONIC CONTROL. THIS FILTER CONSISTS OF A DELAY LINE CONSISTING OF TWO T AND T TRANSDUCERS, THIS LINE BEING LOOPED BY AN AMPLIFIER 12 AND AN ELECTRONIC DEPHASER 11, AND AN OUTPUT TRANSDUCER T. THE TRANSFER FUNCTION OF SUCH A FILTER CONSISTS OF A NUMERATOR AND A DENOMINATOR INDEPENDENT OF ONE OF THE OTHER AND, THEREFORE, SYNTHETISABLE SEPARATELY. APPLICATION IN ELECTRONICS AND ESPECIALLY IN TELECOMMUNICATIONS FOR MOBILE SYSTEMS.

Description

ba présente invention a pour objet un filtre récursif à ondes élastiques de surface. Elle trouve une application en électronique et plus particulièrement dans la réalisation d'équipements de télécommuni- cations, notamment pour les communications avec les mobiles. ba present invention relates to a recursive filter with elastic surface waves. It finds an application in electronics and more particularly in the production of telecommunications equipment, in particular for communications with mobiles.

Les filtres à ondes élastiques de surface sa répartissent en deux catégories - les filtres transversaux, qui sont constitués par un
transducteur de réponse impulsionnelle donnée suivi
d'un transducteur de lecture, - les filtres à résonateurs, qui sont constitués par
des résonateurs à ondes élastiques de surface cou-
ples entre eux, es résonateurs étant obtenus par
exemple au moyen de sillons gravés.The elastic surface wave filters are divided into two categories - transverse filters, which are constituted by a
impulse response transducer given tracking
a reading transducer, - the resonator filters, which consist of
elastic surface wave resonators
ples between them, resonators being obtained by
example by means of engraved grooves.

Ces dispositifs sont décrits notamment dans l'ouvrage de H. MATTHEWS (Editeur) intitulé surface
Wave Filters11, John Wiley (1977) et dans celui de
A.A. OLINER (Editeur) intitulé 'Acoustic Surface Waves" collection "Topies in Applied Physics" vol. 24,
Springer Verlag (1978).These devices are described in particular in the work of H. MATTHEWS (Publisher) entitled surface
Wave Filters11, John Wiley (1977) and that of
AA OLINER (Publisher) entitled 'Acoustic Surface Waves "collection" Topies in Applied Physics "vol. 24,
Springer Verlag (1978).

Les filtres de la première catégorie poseè- dent une fonction de transfert de la forme P() ou z est une variable complexe égale à jwt, w étant une pulsation et t le temps. Cette fonction ne possède pas de pôles et les filtres associés sont non récursifs. The filters of the first category pose a transfer function of the form P () or z is a complex variable equal to jwt, w being a pulsation and t time. This function has no poles and the associated filters are non-recursive.

Ceux de la seconde catégorie possèdent une fonction de transfert de la forme ####, la présence du dénominateur Q(z) entraînant l'existence de pales. Ces filtres sont récursifs.Those of the second category have a transfer function of the form ####, the presence of the denominator Q (z) causing the existence of blades. These filters are recursive.

La présente invention se rapporte aux Pil- tres récursifs, c'est-à-dire aux filtres dont la fonc
P (z) tion de transfert est de la forme .The present invention relates to recursive pilers, that is to say to filters whose function
P (z) tion of transfer is of the form.

Q (z)
Les filtres récursifs de l'art antérieur présentent un inconvénient du fait que le numérateur et le dénominateur de leur fonction de transfert sont liés, ce qui conduit à des difficultés lorsqu'une réponse particulière doit être synthétisée.Q (z)
The recursive filters of the prior art have a drawback that the numerator and the denominator of their transfer function are linked, which leads to difficulties when a particular response has to be synthesized.

La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient en proposant un filtre qui conduit à une indépendance des numérateur et dénominateur de la fonction de transfert correspondante, ce qui laisse une plus grande latitude dans le choix des composants du filtre et permet éventuellement un accord électronique. The object of the present invention is to avoid this drawback by proposing a filter which leads to an independence of the numerator and denominator of the corresponding transfer function, which leaves greater latitude in the choice of the components of the filter and possibly allows an agreement electronic.

A cette fin, le filtre de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend : au moins une ligne à retard constituée par deux transducteurs à ondes -élastiques de surface, cette ligne étant bouclée sur elle-même extérieurement par un amplificateur, un moyen pour introduire dans cette ligne une onde élastique de surface, ce moyen étant relié à une entrée du filtre, et un troisième transducteur ayant une forme de filtre transversal, ce transducteur étant couplé à ladite ligne et relié à une sortie du filtre. To this end, the filter of the invention is characterized in that it comprises: at least one delay line constituted by two surface elastic wave transducers, this line being looped on itself externally by an amplifier, a means for introducing into this line an elastic surface wave, this means being connected to an inlet of the filter, and a third transducer having a shape of transverse filter, this transducer being coupled to said line and connected to an outlet of the filter.

Dans une variante avantageuse, l'amplificateur est précédé d'un déphaseur auxiliaire pouvant être commandé électroniquement. De tels déphaseurs sont connus et comprennent, par exemple, une jonction hybride et des capacités réglables électroniquement. In an advantageous variant, the amplifier is preceded by an auxiliary phase shifter which can be controlled electronically. Such phase shifters are known and include, for example, a hybrid junction and electronically adjustable capacitors.

De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette des cription se réfère à des dessins sur lesquels :
- la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un filtre conforme à l'invention et comportant un déphaseur auxiliaire,
- la figure 2 représente deux exemples de réponse en fréquence des éléments composant le filtre de l'invention,
- la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un filtre selon l'invention,
- la figure 4 représente un troisième mode de réalisation d'un filtre selon l'invention,
- la figure 3 représente un quatrième mode de réalisation dBun filtre selon l'invention,
la figure 6 représente un cinquième mode de réalisation d'un filtre selon l'invention.In any case, the characteristics and advantages of the invention will appear better after the description which follows, of embodiments given by way of explanation and in no way limiting. This description refers to drawings in which:
FIG. 1 represents a first embodiment of a filter according to the invention and comprising an auxiliary phase shifter,
FIG. 2 represents two examples of frequency response of the elements making up the filter of the invention,
FIG. 3 represents a second embodiment of a filter according to the invention,
FIG. 4 represents a third embodiment of a filter according to the invention,
FIG. 3 represents a fourth embodiment of a dBun filter according to the invention,
FIG. 6 represents a fifth embodiment of a filter according to the invention.

Le filtre représenté sur la figure 1 com- prend, sur un substrat 10 susceptible de propager une onde élastique de surface (par exemple un substrat en niobate de lithium),un premier transducteur t1 réuni a une entrée de signal E et un second transducteur t2u ces deux transducteurs étant couplés entre eux et dé- finissant une ligne à retard de fonction de transfert
T(z).Les deux transducteurs t1 et t2 sont réunis en tre eux par un amplificateur 12 Le filtre comprend en outre un troisième transducteur t3 en forme de filtre transversal, de fonction de transfert P(z), ce dernier transducteur étant réuni à une sortie de signal S. Un déphaseur réglable auxiliaire il est inséré dans la branche extérieure de gain complexe G.The filter shown in FIG. 1 comprises, on a substrate 10 capable of propagating an elastic surface wave (for example a substrate made of lithium niobate), a first transducer t1 joined to a signal input E and a second transducer t2u these two transducers being coupled together and defining a transfer function delay line
The two transducers t1 and t2 are joined together by an amplifier 12 The filter further comprises a third transducer t3 in the form of a transverse filter, with transfer function P (z), the latter transducer being joined to a signal output S. An auxiliary adjustable phase shifter is inserted in the external complex gain G branch.

Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Si l'on désigne par x le signal d'entrée appliqué au transducteur tl, et par y le signal appliqué au transducteur t2, on a
y = G # x + soit
G
1-GT (z) soit encore y =
Le transducteur t2 rayonne une onde élasti que de surface vers le troisième transducteur t3, cet1 te onde étant proportionnelle à y, soit x. On
Q(z) trouve donc, à la sortie S un signal de la forme : #### x P(z)
La fonction de transfert globale du filtre, entre l'entrée E et la sortie S, est donc de la forme
N(z)
D(z) où le dénominateur D(z) n'est défini que par la ligne à retard bouclée.The operation of this device is as follows. If we denote by x the input signal applied to the transducer tl, and by y the signal applied to the transducer t2, we have
y = G # x + either
G
1-GT (z) let y =
The transducer t2 radiates an elastic surface wave towards the third transducer t3, this wave being proportional to y, ie x. We
Q (z) therefore finds, at output S a signal of the form: #### x P (z)
The global transfer function of the filter, between input E and output S, is therefore of the form
N (z)
D (z) where the denominator D (z) is defined only by the looped delay line.

1
La fonction n'est en fait pas quelcon
Q(z) que puisque le dispositif qui la détermine est une ligne à retard dont la fonction est de retarder le signal d'entrée de n périodes fondamentales. On a donc :
T(z) = z-n ou encore, en posant G = rn = Rnejn# où n# est le déphasage apporté par le déphaseur auxiliaire et r est complexe et de module R :
GT(z) = (r/z)n et sensiblement
1 - GT(z) = z-n (zn - rn)
La fonction de transfert globale du filtre est donc finalement de la forme
znP(z)
zn - rn où le dénominateur est imposé.1
The function is in fact not ordinary
Q (z) that since the device which determines it is a delay line whose function is to delay the input signal by n fundamental periods. So we have :
T (z) = zn or again, by setting G = rn = Rnejn # where n # is the phase shift provided by the auxiliary phase shifter and r is complex and of module R:
GT (z) = (r / z) n and substantially
1 - GT (z) = zn (zn - rn)
The global transfer function of the filter is therefore ultimately of the form
znP (z)
zn - rn where the denominator is imposed.

Lorsque le déphasage auxiliaire est diffé- rent de zéro, le dénominateur peut s'écrire
Q = zn ~ r n = (Zn - avec
z = ze-j# = exp j# (#-#/#) où # correspond à un retard élémentaire Comme le facteur exp(jn) est sans influence, le déphasage a sim- plement pour effet de décaler la fréquence de #/# et ainsi de constituer un filtre accordable électronique- ment. Lorsque FI = 0, Z = z.When the auxiliary phase shift is different from zero, the denominator can be written
Q = zn ~ rn = (Zn - with
z = ze-j # = exp j # (# - # / #) where # corresponds to an elementary delay Since the factor exp (jn) has no influence, the phase shift simply has the effect of shifting the frequency by # / # and thus constituting an electronically tunable filter. When FI = 0, Z = z.

En l'absence de déphasage auxiliaire, la synthèse du filtre revient alors au calcul d'un numé- rateur approprié ou encore à la synthèse du filtre transversal t3. Des méthodes pour ce faire sont con- nues. A ce sujet, on pourra se reporter, par exemple, aux articles de - M. FELDMANN et J. HENAFFr intitulé Design of Saw
Filter with minimum Phase Response", , publié dans
IEEE Ultrasonics Symposium, Septembre 25-27, 1978,
CHERRY HILL (New Jersey) U.S.A., - J. HENAFF et M. FELDMANN, intitulé "Design and Capa
bilities of Saw Filters : Synthesis and Technolo-
gies", publié dans les comptes-rendus de 1979, IEEE
International Symposium on Circuits and Systems,
ISCAS 79, TOKYO, Japon 17-19 juillet 1979, - M. FELDMANN, intitulé "Direct Synthesis of Minimum
Phase Transversal Filters", publié dans les mêmes
comptes-rendus.In the absence of an auxiliary phase shift, the synthesis of the filter then returns to the calculation of an appropriate numerator or else to the synthesis of the transversal filter t3. Methods to do this are known. On this subject, one could refer, for example, to the articles by - M. FELDMANN and J. HENAFFr entitled Design of Saw
Filter with minimum Phase Response ",, published in
IEEE Ultrasonics Symposium, September 25-27, 1978,
CHERRY HILL (New Jersey) USA, - J. HENAFF and M. FELDMANN, entitled "Design and Capa
bilities of Saw Filters: Synthesis and Technolo-
gies ", published in the 1979 reports, IEEE
International Symposium on Circuits and Systems,
ISCAS 79, TOKYO, Japan July 17-19, 1979, - M. FELDMANN, entitled "Direct Synthesis of Minimum
Phase Transversal Filters ", published in the same
reports.

La figure 2 représente deux exemples de réponse (R) en fréquence (F) qui peuvent être retenus pour constituer un filtre selon l'invention. La fonc tion Q(z) est représentée en trait plein et la fonc
Q(z) tion P(z) en traits interrompus. Sur la figure (a), la 1 fonction présente deux "bosses" et sir la figure
Q(z) (b), elle n'en présente qu'une seule.FIG. 2 represents two examples of frequency response (R) (F) which can be used to constitute a filter according to the invention. The function Q (z) is shown in solid lines and the function
Q (z) tion P (z) in broken lines. In figure (a), the 1 function has two "bumps" and if the figure
Q (z) (b), it presents only one.

A titre illustratif, un exemple simple peut être donné de détermination d'un filtre selon l'invention. Soit à réaliser un filtre récursif défini par la fonction
P(z) z2 - 2zcos# + 1 = (où r < 1)
Q(z) z2 + rz + r2
Cette fonction correspond à un filtre elliptique du second ordre.By way of illustration, a simple example can be given of determining a filter according to the invention. Either make a recursive filter defined by the function
P (z) z2 - 2zcos # + 1 = (where r <1)
Q (z) z2 + rz + r2
This function corresponds to a second order elliptical filter.

La fonction de transfert correspondant à un retard de durée {= 2#/wo, où wo est la fréquence centrale du système est encore notée z 1. The transfer function corresponding to a time delay {= 2 # / wo, where wo is the central frequency of the system is also denoted z 1.

On constitue alors une ligne à retard de 3#, dont la fonction-de transfert est :
T(z) = z-3 on a
GT = r3z-3 et
1 - GT = z-3(z3 - r3) = z-3(z-r)(z2+rz+r2)
Il suffit alors de prendre P(z) proportionnel à
z-3 (z-r) (z2 - 2z cos e + 1), soit
P(z) = l-z 1 (r+2cos#) + z-2 (1 + 2rcose) - rz. We then constitute a delay line of 3 #, whose transfer-function is:
T (z) = z-3 we have
GT = r3z-3 and
1 - GT = z-3 (z3 - r3) = z-3 (zr) (z2 + rz + r2)
It then suffices to take P (z) proportional to
z-3 (zr) (z2 - 2z cos e + 1), i.e.
P (z) = lz 1 (r + 2cos #) + z-2 (1 + 2rcose) - rz.

Le transducteur t3 admet donc comme coeffi- cients
1, (r+2cos#), (1+2rcos#), r.The t3 transducer therefore admits as coefficients
1, (r + 2cos #), (1 + 2rcos #), r.

Le mode de réalisation de la figure 1 est donné naturellement qu'à titre explicatif et d'autres modes peuvent être imaginés qui entrent dans le cadre de l'invention. Certains sont représentes sur les fia gures 3 à 6. The embodiment of FIG. 1 is given naturally only by way of explanation and other modes can be imagined which fall within the scope of the invention. Some are shown in Figures 3 to 6.

Le filtre de la figure 3 se distingue de celui de la figure 1 par l'existence d'un transducteur supplémentaire t0 qui reçoit le signal à filtrer et qui est couplé au transducteur t1 de la ligne à re- tard. The filter of FIG. 3 differs from that of FIG. 1 by the existence of an additional transducer t0 which receives the signal to be filtered and which is coupled to the transducer t1 of the delay line.

Le filtre de la figure a est analogue à es- lui de la figure 1, mais son amplificateur 12 est inversé, sa sortie étant reliée à t1 et son entrée à t2. The filter of figure a is analogous to that of figure 1, but its amplifier 12 is inverted, its output being connected to t1 and its input to t2.

Le filtre de la figure 5 utilise destrans- ducteurs de type à peignes interdigités
Enfin, le filtre de la figure 6 comprend une pluralité de lignes à retard. constituées par des transducteurs (t1, t2), (t1', t2'), etc... et un transducteur de sortie t@. The filter of figure 5 uses destructors of the interdigitated comb type
Finally, the filter of Figure 6 includes a plurality of delay lines. constituted by transducers (t1, t2), (t1 ', t2'), etc ... and an output transducer t @.

D'autres variantes pourraient encore entre imaginées à partir de ces exemples. Other variants could still be imagined from these examples.

Claims

1. Recursive filter with elastic surface waves, characterized in that it comprises: at least one delay line constituted by two transducers (tl, t2) with elastic surface waves, this line being looped on itself externally by a amplifier (12), means for introducing into this line an elastic surface wave, this means being connected to an inlet of the filter, and a third transducer (t3) having the shape of a transverse filter, this transducer being coupled to said line and connected to a filter outlet.

2. Filter according to claim 1, characterized in that the external looping line further comprises an auxiliary phase shifter <11) with electronic control.

3. Filter according to claim 1, characterized in that the means for introducing the elastic surface wave into the delay line consists of one of the transducers (tl, t2) of this line, this transducer being connected to the filter inlet.

4. Filter according to claim 1, characterized in that the means for introducing the elastic surface wave into the delay line consists of an additional transducer (t0) joined to the input of the signal to be filtered.

5. Filter according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the transducers of the delay line are of the interdigitated comb type.