Finite-Difference Time-Domain for antennas modeling and buried object scattering
Contribution à la méthode FDTD pour l’étude d’antennes et de la diffraction d’objets enfouis
Résumé
This thesis is a contribution to the FDTD method, which solves the Maxwell’s equation in the time
domain. Two research topics are motivated our study: the first is the evaluation of 3D and printed
antenna. The second is the near field diff raction problem of buried target.
After a presentation of the FDTD basis, different techniques are analysed to integrate the
computation of the antenna parameters, the dispersive media, the plane wave injector and the PML
absorbing boundary condition generalised to lossy and dispersive media. Each technique is first
described before being enhanced. For antennas, several forms of time excitation are considered, the
feeding and the evaluation of parameters are described. For dispersive media, two recent techniques
are tested and a general formulation is proposed to treat Debye and Lorentz models simultaneously.
For the generalised PML, we propose an original algorithm, which is very simple to implement
because the field components remain unsplit all over the space domains including the PML regions.
Then, the originalities of the parallel solver and the graphical mesh are presented. In particular, a
massively parallelism computation strategy for FDTD is proposed and its performances are shown.
The application results start with the 3D and printed antennas. Notably, a new formulation for the
correcting coupling matrix in printed and wire dipole arrays is established and validated by the FDTD
method. Finally, a study on the near field diffraction from the buried mines are exposed. Some
conclusions on this subject are given as well as some propositions on how to pursuit the researches in
this domain.
Les travaux de cette thèse ont été consacrés à la méthode FDTD qui résout les équations de
Maxwell dans le domaine temporel. Les développements sur la méthode FDTD ont été motivés par
deux axes de recherche : la modélisation des antennes imprimées et 3D, l’étude de la diffraction en
champ proche de cibles enfouies.
Après une synthèse des bases de la méthode FDTD, nous nous attardons successivement sur la
caractérisation numérique des antennes, les milieux dispersifs, l’injecteur d’onde plane et les
conditions absorbantes de type PML généralisées aux milieux à pertes ou dispersifs.
Chacun de ces aspects a fait l’objet d’une synthèse et des améliorations ont été apportées pour
certains d’entre eux. Ainsi, pour la caractérisation des antennes, nous traitons la spécificité de
plusieurs formes d’excitation, l’alimentation et le calcul des paramètres des antennes. Pour les milieux
dispersifs, deux techniques récentes sont généralisées à partir d’un modèle de milieu dispersif
intégrant les modèles de Debye et de Lorentz. L’injecteur d’onde plane proposé minimise les champs
résiduels parasites grâce à l’élimination du conflit de dispersion numérique. L’algorithme des PML
généralisées est original et simple à implanter, grâce à la non subdivision des composantes du champ
électromagnétique.
Ensuite, les spécificités du simulateur parallélisé et du mailleur sont présentées. A cette occasion, le
parallélisme massif de données est décrit et ses performances démontrées.
Les applications du simulateur portent dans un premier temps sur diverses antennes imprimées et
3D. Notamment, une nouvelle formulation de correction de la matrice de couplage, pour des réseaux
de dipôles filaires et imprimés, a été établie et validée par la méthode FDTD. Enfin, Une étude sur la
signature en champ proche de mines enterrées est exposée. Des conclusions sur celle-ci sont données
ainsi que des propositions sur les recherches à poursuivre.
Domaines
Electromagnétisme
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)