Modèle large bande de matériaux composites dans la méthode FDTD conforme pour le calcul de la Surface Equivalente Radar - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2022

Wideband model of composite materials in conformal FDTD method for Radar Cross Section computation

Modèle large bande de matériaux composites dans la méthode FDTD conforme pour le calcul de la Surface Equivalente Radar

Abstract

Metamaterials are three-dimensional complex structures often periodics. They have electromagnetic properties that are not found in conventional materials. These can be applied to a target to reduce its Radar Cross Section (RCS) and thus make it more furtive. The Finite Difference Time Domain (FDTD) method is a good candidate to simulate the periodic metamaterial and the target covered with this material, due to its efficiency and wideband characteristic. Since the dimension of the metamaterial is very small compared to the target one, it is necessary to solve a multi-scale problem which is difficult to deal with a full wave method. This thesis therefore proposes to apply the metamaterial as an equivalent boundary condition via the Leontovich formula. The model takes into account the polarization and the incidence of the plane wave. To establish the surface impedance model, a pattern of the metamaterial is modelled with periodic boundary conditions. The Spectral FDTD scheme is chosen for several reasons. On the one hand, existing models can be easily adapted to this method. On the other hand, the CFL condition is not restrictive and is the one given by the standard Yee scheme. In addition, this thesis proposes to combined the scheme with the TD-VFz signal extrapolation technique to improve the spectral response accuracy. This original combined scheme allows the surface impedance computation of complex absorbers from the literature. Finally, a conformal FDTD modelling of the target is proposed to take into account its curvilinear geometry which is no longer approximated by a staircase mesh. This approach is validated for both an inclined plate and a desaxed cube receiving a metasurface.
Les métamatériaux sont des structures tridimensionnelles complexes généralement périodiques. Ils possèdent des propriétés électromagnétiques qu’on ne retrouve pas dans un matériau classique. Ces matériaux peuvent être appliqués sur une cible en vue de diminuer sa surface équivalente radar (SER) et ainsi de la rendre furtive. La méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) est bien adaptée pour simuler le métamatériau et la cible recouverte de ce même matériau, en raison de son efficacité et son caractère large bande. La dimension du métamatériau étant très petite devant celle de la cible, il faut résoudre un problème multi-échelle difficile à traiter numériquement. Cette thèse propose donc d’appliquer le métamatériau comme condition aux limites équivalente via la formule de Leontovich. Le modèle tient compte de la polarisation et de l’incidence de l’onde plane. Pour construire le modèle en impédance de surface, un motif du métamatériau est modélisé avec des conditions de périodicité. Le schéma Spectral FDTD est retenu pour plusieurs raisons. D’une part, les modèles existants s’adaptent sans difficulté à cette méthode. D’autre part, la condition de stabilité CFL n’est pas restrictive et est celle du schéma standard de Yee. En outre, cette thèse propose de coupler le schéma avec la technique d’extrapolation du signal TD-VFz pour améliorer la précision de la réponse spectrale. Ce schéma original combiné nous a permis de calculer les impédances de surface d’absorbants complexes de la littérature. Enfin, une modélisation FDTD conforme de la cible est proposée afin de prendre en compte correctement sa géométrie curviligne qui n’est plus approchée par un maillage cartésien avec des marches d’escalier. L’approche est validée pour une plaque inclinée et un cube désaxé accueillant une métasurface.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03820106 , version 1 (18-10-2022)
tel-03820106 , version 2 (10-11-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03820106 , version 2

Cite

Samuel Gaucher. Modèle large bande de matériaux composites dans la méthode FDTD conforme pour le calcul de la Surface Equivalente Radar. Matériaux composites et construction. Université de Limoges, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LIMO0066⟩. ⟨tel-03820106v2⟩
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