Eur. Phys. J. AP 1, 45-52 (1998)
https://doi.org/10.1051/epjap:1998115

Scattering and coupling effects of electromagnetic waves in 3D networks of spheres

Laboratoire PIOM, CNRS (UMR 5501), ENSCP Bordeaux, avenue Pey-Berland, BP. 108, 33402 Talence Cedex, France

Corresponding author: v.vigneras@piom.u-bordeaux.fr

Received: 10 February 1997
Revised: 24 July 1997
Accepted: 27 August 1997
Published online: 15 January 1998

Abstract

In this paper, the problem of electromagnetic scattering from a 3D system of spheres is considered and an iterative solution that accounts for multiple scattering is proposed. The Mie formalism used for a single sphere is extended to account for multiple scattered fields between several particles. The translational addition theorems for spherical wave functions are used to express the electromagnetic field scattered by a sphere S_i in terms of an incident field for a sphere S_k in a spherical coordinates system attached to the sphere S_k. In this work, the numerical convergence of the method is discussed and associated computational times are given. Numerical computations including Radar Cross Section (RCS) and radiation patterns for various 3D configurations are presented. Some of them are compared with free-space measurements made in the 8 to 100 GHz frequency band using vectorial network analyzers.

Résumé

Cet article étudie la diffusion des ondes électromagnétiques par des réseaux tridimensionnels de sphères et propose une méthode itérative pour prendre en compte les effets de multidiffusion. Le formalisme de Mie utilisé dans le cas d'une sphère est étendu pour calculer les champs "multidiffusés" entre plusieurs particules. Les théorèmes d'addition et de translation des fonctions d'onde sphériques sont utilisés pour exprimer le champ diffusé par une sphère S_i comme étant incident sur une sphère S_k, dans un système de coordonnées sphériques lié au centre de S_k. La convergence numérique de la méthode est discutée et des temps de calcul sont donnés. Des résultats numériques tels que des Surfaces Équivalentes Radar (SER) et des diagrammes de rayonnement pour différentes configurations tridimensionnelles sont montrés. Certains d'entre eux sont comparés à des mesures en espace libre faites à l'aide d'analyseurs de réseaux vectoriels dans la bande de fréquence 8−100 GHz.