Méthodes approchées en diffraction électromagnétique par les surfaces rugueuses PDF Download
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Author: Charles-Antoine Guérin
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Author: Charles-Antoine Guérin
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Author: Philippe Spiga
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Languages : fr
Pages : 165
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La diffraction des ondes électromagnétiques par des surfaces rugueuses intéresse de nombreux domaines comme l'Optique, la furtivité, la compatibilité électromagnétique ou bien encore la télédétection. La modélisation de ce phénomène peut se faire soit à l'aide de théories rigoureuses basées sur la résolution des équations de Maxwell, soit avec des théories approchées. Actuellement, le problème tridimensionnel de la diffusion des ondes électromagnétiques par des surfaces rugueuses éclairées sous incidence rasante ne peut pas être résolu de manière satisfaisante par les méthodes rigoureuses. Ces méthodes ne peuvent donc pas être utilisées pour estimer la validité des méthodes approchées pour ce type d'incidence. Afin de résoudre ce problème, de nouvelles équations intégrales de frontière ont été développées. A l'aide du théorème d'extinction et du théorème de réciprocité, le comportement du champ diffracté pour les angles rasants a pu être déterminé. A partir de ces résultats, l'amplitude diffractée a été reformulée afin d'obtenir explicitement le bon comportement du champ pour de tels angles. Une technique de résolution numérique de l'équation intégrale obtenue a été mise en oeuvre pour des surfaces rugueuses infiniment conductrices en polarisation Horizontale. La validation a été menée par comparaison avec des résultats issus du formalisme intégral classique, pour des angles d'incidence raisonnables. La pertinence de quelques méthodes approchées pour des incidences rasantes a été étudiée. Le problème de diffraction par la surface de la mer ne pouvant être résolu de manière rigoureuse pour des vents supérieurs à 4m/s, l'étude s'est portée sur les modèles à deux échelles et les fonctions d'ombrage. Nous montrons que ces dernières ne sont pas adaptées à la surface océanique. Enfin, en comparant un modèle à deux échelles, combinant l'Optique géométrique et l'approximation des faibles pentes, aux données expérimentales de Nathanson, nous avons montré que les phénomènes hydrodynamiques comme le déferlement augmentent de manière significative l'énergie rétro-diffusée dans les angles rasants.
Author: Kofi Sényo Edee
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Languages : fr
Pages : 131
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Nous présentons un modèle théorique et numérique pour simuler la diffraction d'ondes électromagnétiques par des surfaces rugueuses monodimensionnelles et non périodiques. La méthode d'étude consiste à écrire et à résoudre les équations de Maxwell en coordonnées de translation afin de faciliter l'écriture des conditions aux limites. Dans un premier chapitre, la méthode est appliquée à l'étude théorique de la diffraction d'une onde plane par un plan localement déformé diélectrique ou conducteur. Les équations de Maxwell, écrite dans le système de coordonnées de translation sont résolues dans l'espace de Fourier par une méthode des moments avec comme fonctions de base des sinus cardinaux et des distributions de Dirac pour fonction test. On obtient une équation aux valeurs propres et les solutions propres servent à la représentation du champ. Dans le second chapitre, une étude numérique est développée, afin de cerner les limites de la méthode. Premièrement, une étude numérique de la stabilité et de la convergence de la méthode en fonction des différents paramètres est effectuée. Deuxièmement, une réflexion sur la représentation du champ lointain et proche conduit à coupler le modèle avec le théorème d'extinction. Le phénomème de faible couplage en champs lointain est abordé à la fin de ce chapitre, dans le but d'étendre le modèle à des surfaces de grande étendue spatiale. Le troisième et dernier chapitre présente une extension du modèle au cas de l'incidence conique et d'un faisceau d'ondes planes. Les applications numériques sont effecutuées sur des surfaces rugueuses aléatoires suivant une statistique Gaussienne
Author: Gabriel Soriano
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Languages : fr
Pages : 193
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LA SIMULATION NUMERIQUE POUR LA RESOLUTION RIGOUREUSE DE LA DIFFRACTION ELECTROMAGNETIQUE PAR DES SURFACES RUGUEUSES BIDIMENSIONNELLES EST NECESSAIRE LORSQUE LA SURFACE EST DANS LE DOMAINE DE RESONANCE, ET POUR PRENDRE EN COMPTE LES PHENOMENES TRIDIMENSIONNELS COMME LA DEPOLARISATION. ELLE CORRESPOND ACTUELLEMENT A UN BESOIN DANS DIFFERENTS DOMAINES, COMME LE CONTROLE NON DESTRUCTIF ET LA TELEDETECTION. LA SURFACE RUGUEUSE, INTERFACE ENTRE DEUX MILIEUX HOMOGENES SEMI-INFINIS, EST ECLAIREE PAR UN FAISCEAU LIMITE. NOTRE ETUDE EST FONDEE SUR UN FORMALISME INTEGRAL DE SURFACE ET NOUS PROPOSONS EN SUS DES MODELES INFINIMENT CONDUCTEUR ET DIELECTRIQUE, UNE EQUATION INTEGRALE UNIQUE POUR LA SURFACE PEU PENETRABLE OU HAUTEMENT REFLECHISSANTE, DANS LE CADRE D'UNE APPROXIMATION D'IMPEDANCE. NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE DE RESOLUTION ITERATIVE INSPIREE DE LA SPARSE MATRIX-FLAT SURFACE ITERATIVE APPROACH. LA MATRICE ISSUE DE LA DISCRETISATION DES EQUATIONS INTEGRALES EST DECOMPOSEE EN UNE MATRICE FORTE, REPRESENTANT LES INTERACTIONS PROCHES, UNE MATRICE DE SURFACE PLANE, APPROCHANT LES INTERACTIONS LOINTAINES, ET UNE MATRICE FAIBLE. LA MATRICE FORTE EST CREUSE ET LE PRODUIT MATRICE DE SURFACE PLANE-VECTEUR EST REALISE PAR TRANSFORMATIONS DE FOURIER RAPIDE. CES PROPRIETES SONT UTILISEES DANS UN ALGORITHME A DEUX NIVEAUX D'ITERATION IMBRIQUES ET PERMETTENT UNE RESOLUTION PLUS RAPIDE, SUR DES MOYENS NUMERIQUES LIMITES. CETTE METHODE A ETE APPLIQUEE A L'ETUDE DES METAUX EN OPTIQUE. L'EFFET DE LA CONDUCTIVITE FINIE SUR LE COEFFICIENT BISTATIQUE S'EST REVELE TRES DIFFERENT EN CO-POLARISATION ET EN POLARISATION CROISEE ET DEPEND EN CO-POLARISATION DE LA POLARISATION INCIDENTE. LA TECHNIQUE DE DECOMPOSITION DE FAISCEAUX PERMET L'ETUDE DE SURFACES DE TAILLE ARBITRAIRE, ET NOTAMMENT MULTI-ECHELLES. NOUS AVONS COMMENCE UNE ETUDE DE LA SURFACE OCEANIQUE A LA FREQUENCE DE 1,4 GHZ, ET CALCULE LE CHAMP DIFFRACTE PAR UNE SURFACE DE 410M DE LONG COUVRANT L'INTEGRALITE DU SPECTRE DE RUGOSITE.
Author: David Miret
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Languages : fr
Pages : 0
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L'incidence rasante est un problème spécifique, qui apparaît notamment lorsqu'une antenne est placée sur un mât (télécommunications, défense...) ou sur la côte (surveillance environnementale ou militaire de l'espace maritime). Elle rend la modélisation du problème de diffraction difficile, de par le faible niveau de rétrodiffusion et l'importance de phénomènes complexes comme la diffusion multiple. La question reste importante même si l'écho est très faible, puisqu'il est potentiellement suffisant pour perturber le bon fonctionnement de systèmes antennaires microondes sur un navire. Il porte de plus des informations intéressantes sur l'état de la mer, comme cela a été démontré aux bandes HF et VHF. Un modèle rigoureux de diffraction tridimensionnelle précédemment développé est étendu au calcul des quatre polarisations fondamentales (polarisations Horizontale et Verticale des ondes incidente et réfléchie). Il permet désormais de prendre en compte la conductivité finie de la surface, point crucial dans le cas d'une polarisation incidente Verticale. L'opérateur hyper-singulier impliqué dans l'équation intégrale discrétisée par la méthode des moments est étudié pour évaluer la précision des calculs numériques.Les méthodes approchées de diffraction permettent des calculs numériques beaucoup plus rapides, et sont donc en pratique incontournables. Le modèle rigoureux est donc utilisé, en conjonction avec des données expérimentales, pour servir de référence permettant d'étudier la précision, en incidence rasante et dans le cas de la surface de la mer, de ces méthodes approchées. Nous étudions en particulier la méthode à deux échelles GOSSA, et proposons une correction à son comportement aux angles rasants.Le mouvement de la surface de la mer crée un décalage de fréquence radar dans l'onde rétrodiffusée (effet Doppler), décalage mesuré expérimentalement et que l'algorithme de méthode des moments permet de simuler. Nous étudions par des simulations bidimensionnelles l'évolution du décalage Doppler micro onde avec l'incidence, et l'influence des nonlinéarités de la surface de la mer. Le comportement limite en incidence rasante est précisé, et les contributions respectives des phénomènes électromagnétiques et hydrodynamiques discutées.
Author: Abdenacer Essalhi
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LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE MAXWELL ECRITES SOUS FORME COVARIANTE EST FAITE DANS UN SYSTEMSE DE COORDONNEES NON ORTHOGONALES ADAPTE AUX CONDITIONS AUX LIMITES. LES SOLUTIONS DU PROBLEME DE LA DIFFIRACTION D'UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE PLANE PAR UNE SURFACE RUGUEUSE PARFAITEMENT CONDUCTRICIE SONT OBTENUES PAR UNE METHODE DIFERENTIELLE, CONDUISANT A LA RECHERCHE DES VALEURS PROPRES ET VECTEURS PROPRES. LES VALEURS PROPRES FOURNISSENT LES DIRECTIONS DES ONDES DIFFRACTEES ET LES VECTEURS PROPRES PERMETTENT DE CALCULER LES ENERGIES DIFFRACTEES. EN OUTRE NOUS AVONS ADAPTE A NOTRE PROBLEME UNE METHODE DE PERTURBATION DES CONDITIONS AUX LIMITES. CETTE METHODE EST VALABLE DANS LE CAS DE RUGOSITES DE FAIBLE HAUTEUR PAR RAPPORT A LA LONGUEUR D'ONDE DE L'ONDE INCIDENTE. DES RESULTATS NUMERIQUES SONT PRESENTES DANS LE CAS D'UNE MER HOULEUSE PARFAITEMENT CONDUCTRICE. POUR REPRESENTER LE PROFIL DE LA SURFACE DE LA MER, NOUS AVONS ADOPTE UN MODELE PERIODIQUE SINUSOIDAL.
Author: Abdelhamid Benali
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Pages : 252
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La diffraction d'une onde électromagnétique par des surfaces diélectriques ou conductrices rugueuses est étudiée par une méthode différentielle. Le formalisme utilisé repose essentiellement sur la forme covariante des équations de Maxwell écrites dans un système de coordonnées non orthogonales adapté a la géométrie du problème. A partir de ce formalisme deux méthodes sont proposées : dans la première on considère la déformation comme une fonction perturbatrice et les solutions sont données sous une forme analytique simple. Dans la seconde, le traitement est plus rigoureux. Le problème est ramené à la résolution d'un système intégro-différentiel linéaire à coefficients constants. Par suite on est conduit à la recherche de valeurs et de vecteurs propres d'une matrice caractéristique a la fois du milieu et de la forme de la surface diffractante
Author: Cihui Pan
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Pages : 0
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We study the electromagnetic diffraction by gratings and random rough surfaces. The C-method is an exact method developed for this aim. It is based on Maxwell's equations under covariant form written in a nonorthogonal coordinate system. The C-method leads to an eigenvalue problem, the solution of which gives the diffracted field.We focus on the numerical aspect of the C-method, trying to develop an efficient application of this exact method. For gratings, we have developed a new version of C-method which leads to a differential system with initial conditions. This new version of C-method can be used to study multilayer gratings with homogeneous medium.We implemented high performance algorithms to the original versions of C-method. Especially, we have developed a specifically designed parallel QR algorithm for the C- method and spectral projection method to solve the eigenvalue problem more efficiently. Experiments have shown that the computation time can be reduced significantly.
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Category : Physics
Languages : en
Pages : 392
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Author: Slimane Arhab
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Languages : fr
Pages : 112
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La profilométrie optique est une technique de métrologie de surface rapide et non destructive. Dans ce mémoire, nous avons abordé cette problématique par des méthodes inverses de diffraction électromagnétique et dans une configuration de type Microscopie Tomographique Optique par Diffraction (ODTM). La surface est sondée par un éclairement sous plusieurs angles d'incidences ; la mesure en amplitude et en phase du champ lointain diffracté constitue les données du problème. Des profils de surfaces ont été reconstruits en considérant différents modèles de diffraction, parmi lesquelles une méthode approchée fondée sur les approximations de diffusion simple et de paraxialité. La résolution latérale de cette méthode et des techniques classiques de profilométrie est limitée par le critère d'Abbe-Rayleigh, défini sur la base de l'ouverture numérique pour l'éclairement et la détection du champ. Afin de dépasser cette limite de résolution, nous avons développé une méthode itérative de Newton-Kantorovitch régularisée. L'opérateur de diffraction y est rigoureusement modélisé par une méthode des moments, résolution numérique des équations du formalisme intégral de frontière, et l'expression de la dérivée de Fréchet de cet opérateur est obtenue par la méthode des états adjoints, à partir du théorème de réciprocité. Pour les surfaces unidimensionnelles métalliques, notre technique permet d'inverser à partir de données synthétiques des surfaces très rugueuses avec une résolution au delà du critère d'Abbe-Rayleigh.
