Modélisation et simulation d'une chambre réverbérante à brassage de modes à l'aide de la méthode des différences finies dans le domaine temporel
Résumé
Since the last few years, the unprecedented growth of communication systems
involving the propagation of electromagnetic waves is particularly due to developments
in mobile phone technology. The reverberation chamber is a reliable bench-test, enabling
the study of the effects of electromagnetic waves on a specific electronic appliance.
However, the operating of a reverberation chamber being rather complicated, development
of numerical models are of utmost importance to determine the crucial parameters to be
considered.
This thesis consists in the modelling and the simulation of the operating
principles of a reverberation chamber by means of the Finite-Difference Time-Domain
method. After a brief study based on field and power measurements performed in a
reverberation chamber, the second chapter deals with the different problems encountered
during the modelling. The consideration of losses being a very important factor in the
operating of the chamber, two methods of implementation of these losses are set out in
this chapter. Chapter~3 consists in the analysis of the influence of the stirrer on the
first eigenmodes of the chamber; the latter modes can undergo a frequency shift of
several MHz. Chapter~4 shows a comparison of results issued from high frequency
simulations and theoretical statistical results. The problem of an object placed in the
chamber, resulting in a field disturbance is also tackled. Finally, in the fifth
chapter, a comparison of statistical results for stirrers having different shapes is set
out.
involving the propagation of electromagnetic waves is particularly due to developments
in mobile phone technology. The reverberation chamber is a reliable bench-test, enabling
the study of the effects of electromagnetic waves on a specific electronic appliance.
However, the operating of a reverberation chamber being rather complicated, development
of numerical models are of utmost importance to determine the crucial parameters to be
considered.
This thesis consists in the modelling and the simulation of the operating
principles of a reverberation chamber by means of the Finite-Difference Time-Domain
method. After a brief study based on field and power measurements performed in a
reverberation chamber, the second chapter deals with the different problems encountered
during the modelling. The consideration of losses being a very important factor in the
operating of the chamber, two methods of implementation of these losses are set out in
this chapter. Chapter~3 consists in the analysis of the influence of the stirrer on the
first eigenmodes of the chamber; the latter modes can undergo a frequency shift of
several MHz. Chapter~4 shows a comparison of results issued from high frequency
simulations and theoretical statistical results. The problem of an object placed in the
chamber, resulting in a field disturbance is also tackled. Finally, in the fifth
chapter, a comparison of statistical results for stirrers having different shapes is set
out.
Le développement des moyens de communications par l'intermédiaire des ondes
électromagnétiques connaît une croissance sans précédent depuis quelques années, grâce
notamment au développement de la téléphonie mobile. La chambre réverbérante est un
moyen d'essais qui permet d'étudier l'influence de ces ondes électromagnétiques sur un
appareil électronique particulier. Cependant, le fonctionnement d'une chambre
réverbérante étant complexe, il est primordial de procéder à des simulations afin de
déterminer quels sont les paramètres cruciaux entrant en jeu.
Le travail de cette thèse consiste à modéliser et à simuler le fonctionnement d'une
chambre réverbérante à l'aide de la méthode des différences finies dans le domaine
temporel. Après une brève étude portant sur quelques résultats de mesures de champ et
de puissances effectuées dans une chambre réverbérante, le chapitre~2 aborde les
différents problèmes liés à la modélisation de la chambre. La notion de pertes étant
déterminante pour évaluer le fonctionnement d'une chambre réverbérante, deux méthodes
implémentant ces pertes sont aussi exposées dans ce chapitre. L'étude menée dans le
chapitre~3 consiste à analyser l'influence du brasseur sur les premiers modes propres
de la chambre, ceux-ci pouvant être décalés de plusieurs MHz. Le chapitre~4 présente
des résultats de simulations en hautes fréquences comparés à des résultats
statistiques théoriques. Le cas de la présence d'un objet au sein de la chambre
pouvant perturber le champ est aussi abordé. Enfin, le chapitre~5 montre une
comparaison des résultats statistiques dans le cas où l'on considère plusieurs formes
de brasseurs.
électromagnétiques connaît une croissance sans précédent depuis quelques années, grâce
notamment au développement de la téléphonie mobile. La chambre réverbérante est un
moyen d'essais qui permet d'étudier l'influence de ces ondes électromagnétiques sur un
appareil électronique particulier. Cependant, le fonctionnement d'une chambre
réverbérante étant complexe, il est primordial de procéder à des simulations afin de
déterminer quels sont les paramètres cruciaux entrant en jeu.
Le travail de cette thèse consiste à modéliser et à simuler le fonctionnement d'une
chambre réverbérante à l'aide de la méthode des différences finies dans le domaine
temporel. Après une brève étude portant sur quelques résultats de mesures de champ et
de puissances effectuées dans une chambre réverbérante, le chapitre~2 aborde les
différents problèmes liés à la modélisation de la chambre. La notion de pertes étant
déterminante pour évaluer le fonctionnement d'une chambre réverbérante, deux méthodes
implémentant ces pertes sont aussi exposées dans ce chapitre. L'étude menée dans le
chapitre~3 consiste à analyser l'influence du brasseur sur les premiers modes propres
de la chambre, ceux-ci pouvant être décalés de plusieurs MHz. Le chapitre~4 présente
des résultats de simulations en hautes fréquences comparés à des résultats
statistiques théoriques. Le cas de la présence d'un objet au sein de la chambre
pouvant perturber le champ est aussi abordé. Enfin, le chapitre~5 montre une
comparaison des résultats statistiques dans le cas où l'on considère plusieurs formes
de brasseurs.
Mots clés
chambre réverbérante à brassage de modes
modélisation
simulation
méthode numérique
différences finies dans le domaine temporel
dispersion numérique
erreur numérique
maillage non uniforme
rotation du brasseur
influence du brasseur de modes
recouvrement de modes
fréquence de coupure du maillage
décalage fréquentiel
mode propre
densité de modes
facteur de qualité Q
étude modale
étude statistique
Kolmogorov-Smirnov
TRKS
test statistique
critère statistique
angle de corrélation
loi du Chi2
loi de Rayleigh
loi normale
densité de probabilité
fonction cumulative
Domaines
Modélisation et simulation
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