Analysis of electromagnetic wave propagation inside a room with two field sources

• Autorzy: Stankiewicz Jacek Maciej

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.04.33

Warianty tytułu

PL

Analiza propagacji fali elektromagnetycznej wewnątrz pomieszczenia z dwoma źródłami pola

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the influence of the building structure on the propagation of electromagnetic waves. The model of the room was made of bricks, and included, e.g. a two-layer outer wall composed of hollow bricks and foamed polystyrene. Numerical calculations concerned checking the electric field intensity distributions at different locations of the field source. Two sources of the field, (e.g. WIFi, Bluetooth transmitters) operating at the same time, and in the same frequency range of 2.4 GHz, were also analyzed, and based on the results, the possibility of temporary signal loss was found, which the result of, among others, interference is. In order to perform the calculations, the Finite Difference Time Domain method based on Maxwell's equations was used. The analysis of the results and occurring phenomena will allow better planning of the deployment of wireless network transmitters in order to improve the quality of wireless communication.

PL

W publikacji przedstawiono wpływ konstrukcji budowlanej na propagację fali elektromagnetycznej. Model pomieszczenia wykonany został z cegieł i uwzględniał m.in. dwuwarstwową ścianę zewnętrzną złożoną z pustaków i styropianu. Obliczenia numeryczne dotyczyły sprawdzenia rozkładów natężenia pola elektrycznego przy różnych lokalizacjach źródła pola. Analizowano także dwa źródła pola (np. nadajniki WIFi, Bluetooth) pracujące w tym samym czasie i w takim samym zakresie częstotliwości 2.4 GHz i na podstawie wyników stwierdzono możliwość występowania chwilowych zaników sygnału, które są skutkiem m.in. interferencji. W celu wykonania obliczeń zastosowano metoda różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD) opartą na równinach Maxwella. Analiza wyników i występujących zjawisk pozwoli na lepsze planowanie rozmieszczania nadajników sieci bezprzewodowej w celu poprawy jakości komunikacji bezprzewodowej.

Słowa kluczowe

EN

electromagnetic wave propagation; finite difference time domain method; wireless communication; civil engineering material

PL

propagacja fal elektromagnetycznych; metoda różnic skończonych w dziedzinie czasu; FDTD; komunikacja bezprzewodowa; materiał budowlany

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 4
• Strony: 196--201
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stankiewicz Jacek Maciej

• Białystok University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Wiejska 45D, 15-351 Białystok

• https://orcid.org/0000-0002-1757-2203

Bibliografia

• [1] Machaj J., Brida P., Matuska S.: Proposal for a Localization System for an IoT Ecosystem. Electronics, 10(23), (2021)
• [2] Devan P.A.M., Hussin F.A., Ibrahim R., Bingi K., Khanday F.A.: A Survey on the Application of WirelessHART for Industrial Process Monitoring and Control. Sensors, 21(15), (2021), 4951
• [3] Stankiewicz J.M., Comparison of the efficiency of the WPT system using circular or square planar coils, Przegląd Elektrotechniczny, 97 (2021), no. 10, 38-43
• [4] Choroszucho A., Butryło B., Local attenuation of electromagnetic field generated by wireless communication system inside the building, Przegląd Elektrotechniczny, 87(7), (2011), 123-127
• [5] Lebioda J., Inteligentna przyszłość budownictwa. Forbes, (2015)
• [6] Pinhasi Y., Yahalom A., Petnev S., Propagation of ultra wide-band signals in lossy dispersive media, IEEE International Conference on Microwaves, Communications, Antennas and Electronic Systems, COMCAS (2008), 1-10
• [7] Stankiewicz J.M., Choroszucho A., Comparison of the Efficiency and Load Power in Periodic Wireless Power Transfer Systems with Circular and Square Planar Coils, Energies, 14 (2021), no. 16, 4975
• [8] Savov S. V., Herben M. H. A. J., Modal transmission-line modeling of propagation of plane radiowaves through multilayer periodic building structures. IEEE Trans. Antennas Propag., 51 (2003), no. 9, 2244-2251
• [9] Stavrou S., Saunders S.R., Review of constitutive parameters of building material, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 1 (2003), 211-215
• [10] Antonini G., Orlandi A., D’elia S., Shielding effects of reinforced concrete structures to electromagnetic fields due to GSM and UMTS systems, IEEE Transactions on Magnetic, 39 (2003), No. 3, 1582-1585
• [11] Begum H., Okamoto M., Tanaka S., Measuring the diameter of reinforcing bars in concrete nondestructively usingelectromagnetic wave radar. The University Electro-Communications, Japan, SICE Annual Conference, 2008
• [12] Travassos L., Ida N., Vollaire C., Nicolas A., Time-domain modeling of radar assessment of concrete: a parametric study. t. PA6, Numerical Techniques, (2008)
• [13] Zhao Z. B., Cui X., Li L., Gao Ch., Analysis of shielding performance of reinforced concrete structures using the method of moments. IEEE Transactions on Magnetics, 44 (2008), no. 6, 1474-1477
• [14] Dehmollaian M., Sarabandi K., An approximate solution of scattering from reinforced concrete walls. IEEE Transactions on Antennas Propagation, 56 (2008), no. 8, 2681-2690
• [15] Choroszucho A., Butryło B., Inhomogeneities and dumping of high frequency electromagnetic field in the space close to porous wall, Przegląd Elektrotechniczny, 88(5a), (2012), 263-266
• [16] Kaiser T., Smart antennas: state of the art. Hindawi Publishing Corporation, (2005)
• [17] Boryssenko A., Boryssenko O., Lishchenko A., Prokhorenko V., Inspection of internal structure of walls by subsurface radar. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 21 (2006), no. 10, 28-31
• [18] Ping L., Qi-tao Y., Yun-liang L., Analysis of electromagnetic propagation into reinforced concrete walls by FEM-PML methods. IEEE International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology, ICMMT 2008 Proceedings, 1-4, (2008)
• [19] Choroszucho A., Pieńkowski C., Jordan A., Electromagnetic wave propagation into building constructions, Przegląd Elektrotechniczny, 84(11), (2008), 44-49
• [20] Kharkovsky S. N., Akay M. F., Hasar U. C., Atis C. D., Measurement and monitoring of microwave reflection and transmission properties of cement-based specimens. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 51 (2002), no. 6, 1210-1218
• [21] Dalke R. A., Holloway Ch. L., McKenna P., Johansson M., Ali A. S., Effects of reinforced concrete structures on RF communications. IEEE Trans. Electromagnetic Compatibility, 42 (2000), no. 4, 486-496
• [22] Oskooi A.F., Roundyb D., Ibanescua M., Bermelc P., Joannopoulosa J.D., Johnson S.G., MEEP: A flexible free-software package for electromagnetic simulations by the FDTD method, Computer Physics Communications, Vol. 181 (2010), 687-702
• [23] Aminian A., Rahmat-Samii Y., Spectral FDTD: a novel technique for the analysis of oblique incident plane wave on periodic structures. IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 54 (2006), no. 6, 1818-1825
• [24] Choroszucho A., Analysis of the influence of electrical parameters of concrete and reinforcement inside concrete walls on the values of the electric field intensity, Przegląd Elektrotechniczny, 98(8), (2022), 111-117
• [25] Tan C., Cui Y., Li Y.: Global Consensus of High-Order Discrete-Time Multi-Agent Systems with Communication Delay and Saturation Constraint. Sensors, 22(3), (2022):1007
• [26] Nagy L., FDTD and ray optical methods for indoor wave propagation modeling. Microwave review, no. 7 (2010), 47-53
• [27] Orfanidis S. J., Electromagnetic waves and antennas, Rutgers University, (2010), www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa
• [28] https://elektronikab2b.pl/technika/1462-problemy-z-dzialaniem-sieci-bezprzewodowych-w-bliskim-sasiedztwie
• [29] Żelkowski M., Dom bezpieczny i inteligentny: Instalacje inteligentne. Budujemy Dom, nr 3, (2008)
• [30] Choroszucho A., Analysis of the influence of the complex structure of clay hollow bricks on the values of electric fieldintensity by using the FDTD method, Archives of Electrical Engineering, vol. 65, issue 4, (2016), 745-759
• [31] https://budujemydom.pl/stan-surowy/sciany-i-stropy/a/11084-ciany-dwuwarstwowe
• [32] https://marpanel.pl/en/external-wall-double-layer-etics/
• [33] Ping L., Gui Ch., Yun-liang L., Effects of reinforced concrete walls on transmission of EM wave in WLAN. Microwave and Millimeter Wave Technology, ICMMT 2008, International Conference, 1 (2008), 519-522, 21-24
• [34] Yang M., Stavrou S., Three-dimensional modal transmission-line method for radio wave propagation through periodic building structures. IEEE Proceedings Microwaves, Antennas and Propagation, 12 (2005), 597-603
• [35] Tan S. Y., Tan M. Y., Tan H. S., Multipath delay measurements and modeling for interfloor wireless communications, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 49 (2000), no. 4, 1334-1341
• [36] Taflove A., Hagness S.C., Computational electrodynamics, The Finite–Difference Time–Domain Method. Boston, Artech House, (2005)
• [37] Champagne N. J. II, Berryman J. G., Buettner H. M., FDFD: A 3D finite-difference frequency-domain code for electromagnetic induction tomography, Journal of Computational Physics, Academic Press, 170 (2001), no. 2, 830-848
• [38] Stankiewicz J.M., Choroszucho A., Efficiency of the Wireless Power Transfer System with Planar Coils in the Periodic and Aperiodic Systems, Energies, 15 (2022), no. 1, 115
• [39] Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z., The finite element method: it's basis & fundamentals 7th edition, Butterworth-Heinemann, 2013

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).