Scattering of Electromagnetics Waves from Rough Surfaces at Very Low Grazing Angles
Diffraction des ondes électromagnétiques par des surfaces rugueuses en incidence rasante.
Résumé
Until today, the scattering of electromagnetics waves from rough surfaces at low grazing angle could not be solved rigorously at grazing angles and so the valibility of the approximate methods could not be estimated for this angle domain. In order to solve this problem, new integral equations have been developed. The tangential surface current calculated is used to obtain the scattered field. With the help of the extinction theorem and reciprocity theorem, this field has been reformulated in order to obtain it explicit behaviour at grazing angles. A numerical technique of the resolution of the integral equation has been used for a perfectly conducting rough surface and a horizontally polarized incident plane wave. The validation has been done by comparison with the results obtained with the classical integral formalism (using an incident tapered beam) for moderate angles. Some approximate methods have been studied for grazing angles and we have shown that the error between the rigorous formalism and these methods increased drastically with the incidence angle. The scattering from sea surface can't be solved for a wind speed superior to 4m/s in the micro-wave domain, with rigorous or approximate methods. For this reason, the two-scale models and shadowing function has been studied. Finally, with the comparison between the two-scale model and the experimental results obtained by Nathanson, we have shown that hydrodynamic phenomena like breaking waves increase significally the backscattering power at grazing angles.
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.
Loading...