Stratified lenses associated with any real sources - Theoretical analysis and experimental validations in millimeter waves
Lentilles stratifiées et sources réelles associées - Analyses théoriques et validations expérimentales en ondes millimétriques
Résumé
Some gradient index lenses exhibit many interesting properties (focalization, multibeam, broadband behavior, etc.).
Among these lenses, the hemispherical Half Maxwell Fish-Eye (HMFE) lens has not been investigated thoroughly. To deepen the knowledge of this lens, both conception and analysis tools have been developed in this thesis.
An optimization method of the gradient index discretization has been proposed and applied to both HMFE and Luneburg lenses. This method allows to choose the stratified lens parameters and it can be easily extended to any dielectric or magnetic radial distribution.
The main part of this thesis is dedicated to the development of two computing codes, using the so-called mode matching technique based on spherical wave functions.
The first code gives access to a fast analysis of spherically and hemispherically stratified lenses of any size associated with any real source. The second one is formulated to take into account stratified structures of arbitrary shape with a possibility to add metallic structures. This method is applied to the study of axisymmetric scatterers.
From an application point of view, the focalization performances of HMFE lens antennas are investigated and compared to those of Luneburg lenses. The off-axis performances of this lens are also quantified and a reconfigurable HMFE lens antenna is presented. These performances are validated by HMFE lens antenna characterizations in millimeter wave.
Among these lenses, the hemispherical Half Maxwell Fish-Eye (HMFE) lens has not been investigated thoroughly. To deepen the knowledge of this lens, both conception and analysis tools have been developed in this thesis.
An optimization method of the gradient index discretization has been proposed and applied to both HMFE and Luneburg lenses. This method allows to choose the stratified lens parameters and it can be easily extended to any dielectric or magnetic radial distribution.
The main part of this thesis is dedicated to the development of two computing codes, using the so-called mode matching technique based on spherical wave functions.
The first code gives access to a fast analysis of spherically and hemispherically stratified lenses of any size associated with any real source. The second one is formulated to take into account stratified structures of arbitrary shape with a possibility to add metallic structures. This method is applied to the study of axisymmetric scatterers.
From an application point of view, the focalization performances of HMFE lens antennas are investigated and compared to those of Luneburg lenses. The off-axis performances of this lens are also quantified and a reconfigurable HMFE lens antenna is presented. These performances are validated by HMFE lens antenna characterizations in millimeter wave.
Certaines lentilles inhomogènes à gradient d'indice présentent de nombreuses propriétés intéressantes (focalisation, dépointage, comportement large bande, etc.).
Parmi celles-ci, la lentille hémisphérique "Half Maxwell Fish-Eye" (HMFE) a rarement été étudiée auparavant. Cette thèse a pour but d'approfondir les connaissances sur cette lentille. Des outils de conception et d'analyse ont ainsi été développés.
Une méthode d'optimisation de la discrétisation du gradient d'indice a été proposée et appliquée aux lentilles HMFE et de Luneburg. Elle permet de choisir les paramètres des lentilles stratifiées et est généralisable à tout type de loi à dépendance radiale tant diélectrique que magnétique.
La majeure partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de deux codes de calcul utilisant la technique de raccordement des modes basée sur les fonctions d'ondes sphériques.
Le premier code permet l'analyse rapide des lentilles stratifiées de forme sphérique et hémisphérique de toute taille associées à une source réelle. Le second est formulé pour prendre en compte des structures stratifiées de forme arbitraire avec la possibilité d'introduire du métal. Cette méthode est appliquée à l'étude d'objets diffractants de révolution.
D'un point de vue applicatif, les performances en focalisation des antennes lentilles HMFE sont analysées et comparées à celles des lentilles de Luneburg. Les capacités de dépointage de cette lentille sont aussi quantifiées et une antenne lentille HMFE reconfigurable est présentée.
Ces performances sont validées par des mesures d'antennes lentilles HMFE en ondes millimétriques.
Parmi celles-ci, la lentille hémisphérique "Half Maxwell Fish-Eye" (HMFE) a rarement été étudiée auparavant. Cette thèse a pour but d'approfondir les connaissances sur cette lentille. Des outils de conception et d'analyse ont ainsi été développés.
Une méthode d'optimisation de la discrétisation du gradient d'indice a été proposée et appliquée aux lentilles HMFE et de Luneburg. Elle permet de choisir les paramètres des lentilles stratifiées et est généralisable à tout type de loi à dépendance radiale tant diélectrique que magnétique.
La majeure partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de deux codes de calcul utilisant la technique de raccordement des modes basée sur les fonctions d'ondes sphériques.
Le premier code permet l'analyse rapide des lentilles stratifiées de forme sphérique et hémisphérique de toute taille associées à une source réelle. Le second est formulé pour prendre en compte des structures stratifiées de forme arbitraire avec la possibilité d'introduire du métal. Cette méthode est appliquée à l'étude d'objets diffractants de révolution.
D'un point de vue applicatif, les performances en focalisation des antennes lentilles HMFE sont analysées et comparées à celles des lentilles de Luneburg. Les capacités de dépointage de cette lentille sont aussi quantifiées et une antenne lentille HMFE reconfigurable est présentée.
Ces performances sont validées par des mesures d'antennes lentilles HMFE en ondes millimétriques.