Statistiques spatiales des cavités chaotiques ouvertes : applications aux cavités électromagnétiques

Spatial statistics of open chaotic cavities : applications to electromagnetic cavities

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Gros
• Direction : Olivier Legrand, Fabrice Mortessagne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de la matière condensée (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Élodie Richalot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Legrand, Fabrice Mortessagne, Élodie Richalot, Denis Ullmo, Philippe Besnier, Geoffroy Lerosey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Ullmo, Philippe Besnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs vectoriels

Opérateur hamiltonien

Matrices aléatoires

Électrodynamique quantique

Ondes

Chaos (théorie des systèmes)

Mots clés libres

Chaos ondulatoire

Chambres réverbérantes à brassage de mode

Cavité chaotique électromagnétique

Théorie des matrices aléatoires

Systèmes ouverts

Hamiltonien effectif

Champ vectoriel

Wave chaos

Mode stirred reverberation chamber

Electromagnetic chaotic cavity

Random matrix theory

Open systems

Effective Hamiltonian

Vectorial field statistics

Résumé

Les chambres réverbérantes à brassage de modes (CRBM) utilisées dans l'industrie pour tester l'immunité ou la susceptibilité des systèmes électroniques embarqués (avion, automobile , smartphone,...) vis-à-vis des ondes électromagnétiques (EM) présentes dans leur environnement. Les CRBM doivent toutes répondre à un certain nombre de critères statistiques fixés par une norme internationale. Le critère principale étant l'obtention d'un champ statistiquement uniforme et isotrope autour de l'objet sous test. Afin améliorer et de mieux maîtriser les propriétés statistiques de ces systèmes pour des fréquences proches de leur fréquence minimale d'utilisation, nous proposons de les rendre chaotiques afin de profiter des propriétés statistiques universelles des résonances des cavités chaotiques. Nous commencerons par montrer comment rendre chaotique, par des modifications simples, des chambres réverbérantes conventionnelles, et comment étendre les prédictions de la théorie des matrices aléatoire appliquée (TMA) à l'hamiltonien effectif, permettant de décrire les systèmes chaotiques ouverts, au cas de systèmes décrits par des champs vectoriels. Ensuite, nous comparerons, au moyen de simulations et d’expériences, les distributions d'intensité et les fluctuations des maxima du champ EM dans une CRBM conventionnelle et dans une CR chaotique au voisinage de la fréquence minimale d’utilisation. Ce travail illustre que les propriétés statistiques spectrales et spatiales universelles des CR chaotiques permettent de mieux répondre aux critères exigés par la norme internationale pour réaliser des tests de compatibilité électromagnétiques.

Mode-stirred reverberation chambers (RC) are used in the industry to test the immunity or the susceptibility of on-board electronic systems (plane, automobile, smartphone) towards the electromagnetic waves present in their environment. Mode-stirred RCs have to comply with a number of statistical criteria fixed by international standards. The chief criterion relies on a statistically uniform and isotropic field around the object under test. In order to improve and master the statistical properties of these systems for frequencies close to their lowest useable frequency, we suggest making them chaotic to take advantage of universal statistical properties of the resonances of chaotic cavities. We first show how to make chaotic RCs by simple modifications of a conventional RC and how to extend the predictions of the random matrix theory applied to the effective hamiltonien describing the open chaotic systems, to the case of vectorial fields. Then, we compare, by means of simulations and experiments, the distributions of intensity and the fluctuations of the maxima of the field in a conventional RC and in a chaotic RC close to the lowest useable frequency. This work illustrates that the universal spectral and spatial statistical properties of chaotic RCs allow to better comply with the criteria required by the international standards.