Modélisation électromagnétique des réseaux planaires non-uniformes à grande taille en utilisant la technique par changement d'échelle (SCT)

Electromagnetic modeling of large and non-uniform planar array structures using Scale-Changing Technique (SCT)

• Auteur / Autrice : Aamir Rashid
• Direction : Hervé Aubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-ondes, Electromagnétisme et Optoélectronique
• Date : Soutenance le 21/07/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation électromagnétique

Structures planaires

Technique par changement d’échelle

Sct

Structures multi-échelles

Méthode des moments

Fss

Reflectarrays

Electromagnetic modeling

Planar structures

Scale changing technique

Sct

Multiscale structures

Method of moments

Fss

Reflectarrays

Résumé

Les structures planaires de grandes tailles sont de plus en plus utilisées dans les applications des satellites et des radars. Deux grands types de ces structures à savoir les FSS et les Reflectarrays sont particulièrement les plus intéressants dans les domaines de la conception RF. Mais en raison de leur grande taille et de la complexité des cellules élémentaires, l‘analyse complète de ces structures nécessite énormément de mémoire et des temps de calcul excessif. Par conséquent, les techniques classiques basées sur maillage linéaire soit ne parviennent pas à simuler de telles structures soit, exiger des ressources non disponibles à un concepteur d'antenne. Une technique appelée « technique par changement d'échelle » tente de résoudre ce problème par partitionnement de la géométrie du réseau par de nombreux domaines imbriqués définis à différents niveaux d'échelle du réseau. Le multi-pôle par changement d'échelle, appelé « Scale changing Network (SCN) », modélise le couplage électromagnétique entre deux échelles successives, en résolvant une formulation intégral des équations de Maxwell par une technique basée sur la méthode des moments. La cascade de ces multi-pôles par changement d'échelle, permet le calcul de la matrice d'impédance de surface de la structure complète qui peut à son tour être utilisées pour calculer la diffraction en champ lointain. Comme le calcul des multi-pôles par changement d'échelle est mutuellement indépendant, les temps d'exécution peuvent être réduits de manière significative en parallélisant le calcul. Par ailleurs, la modification de la géométrie de la structure à une échelle donnée nécessite seulement le calcul de deux multi-pôles par changement d'échelle et ne requiert pas la simulation de toute la structure. Cette caractéristique fait de la SCT un outil de conception et d'optimisation très puissant. Des structures planaires uniformes et non uniformes excité par un cornet ont étés modélisés avec succès, avec des temps de calcul délais intéressants, employant les ressources normales de l'ordinateur.

Large sized planar structures are increasingly being employed in satellite and radar applications. Two major kinds of such structures i.e. FSS and Reflectarrays are particularly the hottest domains of RF design. But due to their large electrical size and complex cellular patterns, full-wave analysis of these structures require enormous amount of memory and processing requirements. Therefore conventional techniques based on linear meshing either fail to simulate such structures or require resources not available to a common antenna designer. An indigenous technique called Scale-changing Technique addresses this problem by partitioning the cellular array geometry in numerous nested domains defined at different scale-levels in the array plane. Multi-modal networks, called Scale-changing Networks (SCN), are then computed to model the electromagnetic interaction between any two successive partitions by Method of Moments based integral equation technique. The cascade of these networks allows the computation of the equivalent surface impedance matrix of the complete array which in turn can be utilized to compute far-field scattering patterns. Since the computation of scale-changing networks is mutually independent, execution times can be reduced significantly by using multiple processing units. Moreover any single change in the cellular geometry would require the recalculation of only two SCNs and not the entire structure. This feature makes the SCT a very powerful design and optimization tool. Full-wave analysis of both uniform and nonuniform planar structures has successfully been performed under horn antenna excitation in reasonable amount of time employing normal PC resources.