Méthodes numériques appliquées au calcul de la diffusion d'une onde électromagnétique par des interfaces rugueuses monodimensionnelles PDF Download
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Author: Nicolas Déchamps
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 216
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Book Description
Nous étudions la diffusion d'une onde électromagnétique par une ou deux surfaces rugueuses superposées, séparant des milieux homogènes. Le problème est supposé bidimensionnel (surfaces à variation 1D). Le champ diffusé est calculé par des méthodes numériques rigoureuses en discrétisant des équations intégrales par la méthode des moments. Pour le cas d'une seule surface, des méthodes performantes existantes "rapides" sont étudiées et mises en œuvre. Pour le cas de deux surfaces, de telles méthodes performantes n'existent pas. Nous introduisons donc une méthode qui fait intervenir une matrice caractéristique des deux interfaces. La solution itérative, sous la forme d'une série, converge vers la solution exacte lorsque cette matrice satisfait une condition de validité. Les termes du développement peuvent s'interpréter physiquement comme les réflexions multiples successives de l'onde diffusée dans la couche. Cette méthode est validée par comparaison avec d'autres méthodes de la littérature.
Author: Nicolas Déchamps
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Languages : fr
Pages : 216
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Book Description
Nous étudions la diffusion d'une onde électromagnétique par une ou deux surfaces rugueuses superposées, séparant des milieux homogènes. Le problème est supposé bidimensionnel (surfaces à variation 1D). Le champ diffusé est calculé par des méthodes numériques rigoureuses en discrétisant des équations intégrales par la méthode des moments. Pour le cas d'une seule surface, des méthodes performantes existantes "rapides" sont étudiées et mises en œuvre. Pour le cas de deux surfaces, de telles méthodes performantes n'existent pas. Nous introduisons donc une méthode qui fait intervenir une matrice caractéristique des deux interfaces. La solution itérative, sous la forme d'une série, converge vers la solution exacte lorsque cette matrice satisfait une condition de validité. Les termes du développement peuvent s'interpréter physiquement comme les réflexions multiples successives de l'onde diffusée dans la couche. Cette méthode est validée par comparaison avec d'autres méthodes de la littérature.
Author: Nicolas Pinel
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1118579461
Category : Science
Languages : en
Pages : 122
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Book Description
Electromagnetic wave scattering from random rough surfaces is an active, interdisciplinary area of research with myriad practical applications in fields such as optics, acoustics, geoscience and remote sensing. Focusing on the case of random rough surfaces, this book presents classical asymptotic models used to describe electromagnetic wave scattering. The authors begin by outlining the basic concepts relevant to the topic before moving on to look at the derivation of the scattered field under asymptotic models, based on the Kirchhoff-tangent plane, in order to calculate both the scattered field and the statistical average intensity. More elaborated asymptotic models are also described for dealing with specific cases, and numerical results are presented to illustrate these models. Comparisons with a reference numerical method are made to confirm and refine the theoretical validity domains. The final chapter derives the expressions of the scattering intensities of random rough surfaces under the asymptotic models. Its expressions are given for their incoherent contributions, from statistical calculations. These results are then compared with numerical computations using a Monte-Carlo process, as well as with experimental models, for sea surface backscattering. Contents 1. Electromagnetic Wave Scattering from Random Rough Surfaces: Basics. 2. Derivation of the Scattered Field under Asymptotic Models. 3. Derivation of the Normalized Radar Cross-Section under Asymptotic Models. APPENDIX 1. Far-Field Scattered Fields under the Method of Stationary Phase. APPENDIX 2. Calculation of the Scattering Coefficients under the GO for 3D Problems. About the Authors Nicolas Pinel worked as a Research Engineer at the IETR (Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes) laboratory at Polytech Nantes (University of Nantes, France) before joining Alyotech Technologies in Rennes, France, in July 2013. His research interests are in the areas of radar and optical remote sensing, scattering and propagation. In particular, he works on asymptotic methods of electromagnetic wave scattering from random rough surfaces and layers. Christophe Bourlier works at the IETR (Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes) laboratory at Polytech Nantes (University of Nantes, France) and is also a Researcher at the French National Center for Scientific Research (CNRS) on electromagnetic wave scattering from rough surfaces and objects for remote sensing applications and radar signatures. He is the author of more than 160 journal articles and conference papers.
Author: Simon Tournier
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Cette thèse traite de la diffusion par des surfaces rugueuses monodimensionnelles. Les surfaces présentant des petites échelles de variations nécessitent une discrétisation fine pour représenter les effets de diffusion sur le champ diffracté, ce qui augmente les coûts numériques. Deux aspects sont considérés : la réduction de la taille du problème en construisant une condition aux limiteséquivalente traduisant les effets des variations rapides et la réduction du nombre d'itérations nécessaires pour résoudre le système linéaire issu de la méthode des moments par une méthode basée sur les sous-espaces de Krylov. En ce qui concerne la réduction de la taille du problème, une technique d'homogénéisation est utilisée pour transformer la condition aux limites posée sur lasurface rugueuse par des paramètres effectifs. Ces paramètres sont déterminés par des problèmes auxiliaires qui tiennent compte des échelles fines de la surface. Dans le cas de surfaces parfaitement métalliques, la procédure est appliquée en polarisation Transverse Magnétique (TM) et Transverse Électrique (TE). Une impédance équivalente de Léontovich d'ordre 1 est déduite.Le procédure est automatique et les ordres supérieurs sont dérivés pour la polarisation TM. La procédure d'homogénéisation est aussi appliquée pour des interfaces rugueuses séparant deux milieux diélectriques. En ce qui concerne la réduction du nombre d'itérations, un préconditionneur, basé sur des considérations physiques, est construit à partir des modes de Floquet. Bien que le préconditionneur soit initialement élaboré pour des surfaces périodiques, nous montrons qu'il est aussi efficace pour des surfaces tronquées éclairées par une onde plane. L'efficacité des deux aspects présentés dans cette thèse est numériquement illustrée pour des configurations d'intérêt.
Author: Anne Sentenac
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 155
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Book Description
Nous étudions l'interaction rayonnement-surface pour divers systèmes physiques, invariants selon un axe, et appartenant au domaine de résonance (l'échelle caractéristique des objets est comparable à la longueur d'onde). Nous présentons une méthode intégrale volumique rigoureuse permettant de calculer la diffusion de la lumière, dans les deux cas de polarisation, par des défauts hétérogènes situes au voisinage d'une interface. Son principe repose sur l'utilisation du tenseur de green, solution du problème élémentaire avec interface. Nous utilisons cette méthode pour simuler le champ électrique existant près de rainures gravées dans un métal. Les interactions entre les différents sillons et les plasmons de surface apparaissent très clairement. Le modèle est ensuite étendu au cas d'objets repartis périodiquement sur un substrat. Il permet, en particulier, de traiter le problème des réseaux métalliques profonds. Le phénomène de rétrodiffusion exaltée (RE) est analyse, grâce à cette méthode, pour un nuage de particules au-dessus ou en dessous d'un substrat. L'influence de l'interaction diffuseur-surface ainsi que le rôle des plasmons de surface sont mis en évidence. Pour étudier la diffusion de la lumière par des surfaces aléatoirement rugueuses, nous utilisons le modèle intégral surfacique. Les équations intégrales de surface sont reformulées afin d'être résolubles par itération en fournissant l'approximation de Kirchhoff au terme le plus bas. Cela permet de différencier la diffusion simple de la diffusion multiple et de confirmer, pour des milieux pénétrables, que la RE est un effet de diffusion multiple. Une expression de l'impédance, dépendant de la courbure de la surface, est proposée pour traiter de manière simplifiée le cas des surfaces métalliques. Enfin, une technique de conception de profils de réseaux, ayant des propriétés radiatives spécifiées, est exposée. Elle repose sur la notion d'homogénéisation et s'inspire des méthodes de synthèse des revêtements multicouches
Author: Rabia Aksas
Publisher: Editions Ellipses
ISBN: 2340047056
Category : Science
Languages : fr
Pages : 348
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Book Description
Alliant théorie rigoureuse et nombreuses applications concrètes l’ouvrage apporte une contribution utile à l’enseignement de la propagation des ondes électromagnétiques en rendant ce domaine plus accessible à l’étudiant. Il apporte également un bon outil de travail à l’enseignant devant assurer des taches didactiques dans ce domaine. Les lois et équations fondamentales de l’électromagnétisme y sont établies de manière claire, aussi bien du point de vue formalisme mathématique que des interprétations physiques des phénomènes. Pour la théorie sont développées les équations de Maxwell, les équations d’onde dans le vide et dans divers milieux, ainsi que les lois de la réflexion et de la réfraction. Pour les applications sont notamment développées les propagations libre et guidée et les notions de cavités résonantes. Pour assurer une bonne compréhension du cours, des exemples concrets sont traités pratiquement à chaque fin de paragraphe. Sont également proposés de nombreux exercices corrigés de manière rigoureuse et concise à chaque fin de chapitre. De plus, ont été incluses des questions de réflexion, qui n’exigent aucun calcul mais uniquement une analyse du phénomène physique.
Author: Nicolas Pinel
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Languages : fr
Pages : 195
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Book Description
Ce travail s’intéresse aux modèles asymptotiques de diffusion électromagnétique par une ou deux interfaces rugueuses séparant des milieux homogènes. Pour le cas simple interface, après un panorama des méthodes existantes, une étude approfondie de l’approximation de Kirchhoff, réduite à l’approximation de l’optique géométrique, est menée en réflexion et en transmission. Le phénomène d’ombrage de la surface, bien connu pour le cas de la réflexion, est étudié en détail pour le cas de la transmission. Pour le cas double interface, une étude bibliographique des méthodes existantes permet de constater l’absence de méthode basée sur l’extension de l’approximation de Kirchhoff au cas de deux interfaces fortement rugueuses. Cette méthode est alors exposée en détail. Par comparaison avec une méthode numérique de référence, celle-ci est validée dans le cas bidimensionnel. Une application à la détection de nappes de pétrole sur la mer est présentée, et la méthode est étendue au cas tridimensionnel.
Author: KHALIL.. MAATOUK
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Category :
Languages : fr
Pages : 257
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Book Description
CETTE THESE EST CONSACREE A L'APPLICATION DE LA METHODE D'EQUATIONS INTEGRALES DE FRONTIERES AUX EQUATIONS DE MAXWELL EN REGIME HARMONIQUE ET A LA MISE EN UVRE DES PROGRAMMES D'APPROXIMATION NUMERIQUE. DANS LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE NOUS PRESENTONS LE PROBLEME DE LA DIFFRACTION D'UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE PAR UN CONDUCTEUR PARFAIT. UN SYSTEME D'EQUATIONS INTEGRALES DE FRONTIERE EST ETUDIE. DES RESULTATS D'EXISTENCE ET D'UNICITE POUR CE SYSTEME SONT PRESENTES. POUR L'APPLICATION NUMERIQUE DU SYSTEME D'EQUATIONS INTEGRALES NOUS PROPOSONS UNE METHODE DE GALERKIN. CECI NOUS AMENE A UNE FORMULATION VARIATIONNELLE DONT L'OPERATEUR N'EST PAS FORTEMENT ELLIPTIQUE. AFIN DE SURMONTER CE PROBLEME NOUS PROPOSONS UNE MODIFICATION DU SYSTEME D'EQUATIONS INTEGRALES. NOUS ETUDIONS EN DETAIL L'ERREUR D'APPROXIMATION PAR ELEMENTS FINIS DE FRONTIERE DE LA FORMULATION VARIATIONNELLE MODIFIEE. DANS CETTE PARTIE NOUS ETUDIONS EGALEMENT LA DIFFRACTION D'UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE PAR UN MILIEU DIELECTRIQUE DONNANT LIEU A UN PROBLEME DE COUPLAGE ENTRE ELEMENTS FINIS ET ELEMENTS FINIS DE FRONTIERE. LA SECONDE PARTIE DE LA THESE EST CONSACREE A LA MISE EN OEUVRE DES METHODES D'APPROXIMATION. L'APPROXIMATION NUMERIQUE DES EQUATIONS INTEGRALES DE FRONTIERE NECESSITE DES CALCULS DES INTEGRALES SINGULIERES ET QUASI-SINGULIERES. NOUS PROPOSONS DES METHODES D'ELIMINATION DE SINGULARITE. UNE ETUDE DE L'ERREUR POUR LES FORMULES DE QUADRATURE EST REALISEE ET DES RESULTATS NUMERIQUES SONT PRESENTES. UN CODE D'APPROXIMATION NUMERIQUE EST DEVELOPPE POUR LE CALCUL DU CHAMP ELECTRIQUE DIFFRACTE PAR UN OBSTACLE PARFAITEMENT CONDUCTEUR ILLUMINE PAR UNE ONDE INCIDENTE. PLUSIEURS SCHEMAS NUMERIQUES Y SONT TRAITES. DANS LA PARTIE NUMERIQUE NOUS METTONS AUSSI EN UVRE DES METHODES DE COLLOCATION ET DE GALERKIN APPLIQUEES AUX EQUATIONS INTEGRALES DE PREMIERE ET DE DEUXIEME ESPECE PROVENANT DES EQUATIONS DE LAPLACE ET DE HELMHOLTZ.
Author: David Lacour
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 252
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Book Description
DANS LE DOMAINE DE LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE, LA COMPLEXITE DES SYSTEMES AGRESSES ET L'AUGMENTATION DE LA FREQUENCE DES SOURCES PERTURBATRICES RENDENT DIFFICILE L'ETUDE D'UN PROBLEME COMPLEXE DANS SON INTEGRALITE. UNE SOLUTION CONSISTE A DECOMPOSER LE PROBLEME GLOBAL EN SOUS-DOMAINES. LA RESOLUTION DE CHAQUE SOUS-DOMAINE SE FAIT ALORS DE MANIERE INDEPENDANTE EN UTILISANT LA METHODE DE SIMULATION DE SON CHOIX. DANS CETTE ETUDE, UNE PREMIERE METHODE BASEE SUR L'APPLICATION DU PRINCIPE DE RECIPROCITE A ETE DEVELOPPEE. ELLE EST DESTINEE A L'ETUDE DU COUPLAGE D'UNE ONDE A TRAVERS UNE OUVERTURE ET PERMET DE SUPPRIMER LES ERREURS OBTENUES LORSQUE L'ON UTILISE UNE METHODE DU TYPE EQUATION INTEGRALE EN CHAMP ELECTRIQUE DANS LE CAS D'UN COUPLAGE FAIBLE. DE PLUS, L'UTILISATION COMBINEE DE CETTE NOUVELLE METHODE AVEC LA THEORIE DES DIPOLES PERMET DE DECOUPLER PARFAITEMENT LE PROBLEME EXTERIEUR DU PROBLEME INTERIEUR. NOUS PRESENTONS ENSUITE UN PRINCIPE DE DECOUPAGE GENERAL MULTI-DOMAINES, MULTI-METHODES. IL CONSISTE A DECOMPOSER UN OBJET EN SOUS-VOLUMES. CHAQUE SOUS-VOLUMES EST ENSUITE CARACTERISE INDEPENDAMMENT DES AUTRES A L'AIDE D'UNE MATRICE ADMITTANCE RELIANT LES TRACES DES CHAMPS ELECTRIQUE ET MAGNETIQUE SUR LES OUVERTURES. LA REPONSE GLOBALE DE L'OBJET EST OBTENUE PAR LA RESOLUTION D'UNE EQUATION DE RESEAU CONSTRUITE A PARTIR DU GRAPHE DU DECOUPAGE ET DE TOUTES LES MATRICES ADMITTANCE. CE PRINCIPE DE DECOUPAGE A ETE VALIDE ET APPLIQUE A DIFFERENTES METHODES DE SIMULATION NUMERIQUES : LA METHODE DES DIFFERENCES FINIES TEMPORELLE (FDTD), LA METHODE DES VOLUMES FINIS TEMPORELLE (FVTD) ET LA METHODE DE L'EQUATION INTEGRALE EN CHAMP ELECTRIQUE (EFIE).
Author: Gabriel Soriano
Publisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 193
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Book Description
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: Clément Chanel
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ISBN:
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Languages : fr
Pages : 171
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Book Description
Le contexte de cette thèse est l’étude de la diffusion d’une onde électromagnétique par un sol faiblement rugueux en présence d’un fil enfoui. Le problème est supposé bidimensionnel (les surfaces rugueuses ne dépendent que d’une variable d’espace) et les milieux, de part et d’autre de la surface, sont considérés homogènes.Tout d’abord, un dispositif expérimental a été mis en oeuvre afin de mesurer des profils de sols rugueux pour en déterminer les grandeurs caractéristiques, en particulier l’écart-type des hauteurs et la longueur de corrélation. Les valeurs de ces grandeurs nous permettent ainsi de choisir le modèle de diffusion électromagnétique asymptotique : la Méthode des Petites Perturbations (MPP), valide pour des variations des hauteurs de la surface très faibles devant la longueur d’onde du Radar. Puis, à partir de cette méthode, les courants de surface ont été exprimés analytiquement en fonction de l’ordre du développement perturbatif et de la nature de l’onde incidente. Le cas d’une onde plane a été étudié en particulier. Ensuite, les résultats numériques ont été comparés à ceux obtenus par une méthode numérique rigoureuse : la Méthode des Moments. Enfin, les expressions analytiques du champ diffusé, obtenues par la MPP, nous ont permis de calculer le coefficient de réflexion cohérent et l’impédance de surface effective associée. Cette impédance a pour vocation d’être implantée dans une plateforme de calcul 3D FDTD, dans laquelle le fil sera pris en compte.
