APPLICATION OF ASYMPTOTICS METHODS TO ELECTROMAGNETIC DIFFRACTION BY A REGULAR BODY
APPLICATION DE METHODES ASYMPTOTIQUES A LA SIMULATION DE LA DIFFRACTION ELECTROMAGNETIQUE PAR UN CORPS REGULIER
Abstract
Electromagnetic diffraction is studied in many industrials domains. Some studies about small bodies face to the frequency, use numerical methods based on integral Maxwell equations : Methods of Moments and more recently Multipols Methods. In case of large bodies or at high frequency, these methods become quickly too expensive. The aim of this thesis is to bring an other approach that uses asymptotic expansions which allows to solve these problems thanks to a formulation based on the Geometrical Theory of Diffraction (GTD). The application of a boundary layer method to these problems for regular bodies close to the shadow boundary region and in the shadow region yields integral representations of the diffracted field involving Airy functions. The application of this method on elongated bodies involves bi-confluent Heun equation. As there is no analytic solutions for this Heun equation, solutions can be obtained by approximating this equation. The numerical results we obtained by implementation of theses formulations associated to a ray tracing algorithm are very good compared to integral methods results.
La diffraction d'une onde électromagnétique est étudiée dans de nombreux domaines industriels. Certaines études, concernant les objets diffractant de petite taille par rapport à la fréquence, utilisent des
méthodes numériques basées sur les équations de Maxwell sous forme intégrale : les Méthodes de Moments et plus récemment les Méthodes Multipôles. Dans le cadre d'études sur de grands objets ou à hautes fréquences, ces méthodes deviennent rapidement trop coûteuses.
L'objet de cette thèse est de fournir une autre approche permettant de pallier ces problèmes grâce à une formulation utilisant des développements asymptotiques basés sur la Théorie Géométrique de la Diffraction (TGD).\\
L'application d'une méthode de couche limite à ces problèmes pour des corps réguliers dans la région proche de la frontière ombre-lumière et dans la zone d'ombre nous amène, en utilisant l'équation d'Airy, à des expressions intégrales du champ diffracté.
Une telle application de méthode de couche limite à des géométries de corps allongés donne plutôt une équation bi-confluente réduite de Heun. N'ayant pas de solution analytique de cette équation de Heun, nous obtenons des solutions par
approximations de l'équation étudiée.
Les résultats numériques obtenus par une implémentation de ces formulations associée à un algorithme de lancer de rayons montrent une très bonne correspondance avec des résultats de méthodes intégrales.
méthodes numériques basées sur les équations de Maxwell sous forme intégrale : les Méthodes de Moments et plus récemment les Méthodes Multipôles. Dans le cadre d'études sur de grands objets ou à hautes fréquences, ces méthodes deviennent rapidement trop coûteuses.
L'objet de cette thèse est de fournir une autre approche permettant de pallier ces problèmes grâce à une formulation utilisant des développements asymptotiques basés sur la Théorie Géométrique de la Diffraction (TGD).\\
L'application d'une méthode de couche limite à ces problèmes pour des corps réguliers dans la région proche de la frontière ombre-lumière et dans la zone d'ombre nous amène, en utilisant l'équation d'Airy, à des expressions intégrales du champ diffracté.
Une telle application de méthode de couche limite à des géométries de corps allongés donne plutôt une équation bi-confluente réduite de Heun. N'ayant pas de solution analytique de cette équation de Heun, nous obtenons des solutions par
approximations de l'équation étudiée.
Les résultats numériques obtenus par une implémentation de ces formulations associée à un algorithme de lancer de rayons montrent une très bonne correspondance avec des résultats de méthodes intégrales.
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