The influence of reinforcing steel meshes inside the concrete wall on electromagnetic field distribution

• Autorzy: Choroszucho A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ zbrojeniowych stalowych siatek wewnątrzbetonowych ścian na rozkład pola elektromagnetycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The influence of the building walls made of reinforced concrete, commonly used in construction of buildings, on the electromagnetic field distribution is presented in the paper. The analysis is connected with the relationship of the diameter of steel bars, the kind (symmetric, asymmetric) and size of the reinforcing steel mesh and the attenuation coefficient. The finite-difference time-domain method (FDTD) is used. The wall influences are analysed at frequency 2.4 GHz, as used for the Wi-Fi. The obtained results have shown that walls with the asymmetric reinforcing steel meshes cause the increase the attenuation coefficient.

PL

W artykule przedstawiono wpływ zbrojonych betonowych ścian na rozkład pola elektromagnetycznego oraz współczynnik tłumienia. Stosowanie nowoczesnych systemów komunikacji bezprzewodowej wymaga uwzględnienia zastosowanych materiałów o różnych właściwościach i zawierających elementy metalowe, mogących pogarszać zakładaną jakość transmisji danych. Badania związane z tym zagadnieniem dotyczą różnych konfiguracji, średnicy i rozstawu prętów oraz grubości ściany, jak i zastosowanej częstotliwości. Natomiast analizowane w tym artykule przypadki dotyczą częstotliwości 2,4 GHz (Wi-Fi) oraz powszechnie budowanych ścian z zastosowaniem zbrojonego betonu i jego typów uwzględniając: średnicę zbrojenia (d=5, d=10 mm), ilości siatek zbrojeniowych wewnątrz betonowej ściany oraz rozstaw pomiędzy stalowymi prętami (L=10, L=20 cm) (rys. 2). Dokonano porównania wpływu symetrycznego i niesymetrycznego rozstawienia siatek zbrojeniowych wewnątrz nośnej ściany o grubości 24 cm (rys. 1). Do wyznaczenia rozkładu pola elektromagnetycznego w analizowanych układach wykorzystano metodę różnic skończonych w dziedzinie czasu (ang. Finite Difference Time Domain) [1]. Jest ona szczególnie przydatna przy obliczeniach pól elektromagnetycznych zmiennych w czasie, w zakresie wielkich częstotliwości oraz sygnałów szerokopasmowych. Otrzymane rezultaty dowodzą, iż każdy rodzaj zbrojenia wpływa negatywnie na jakość transmisji danych, a nawet może powodować zaniki sygnału. W wyniku propagacji fali EM przez ścianę złożoną z dwóch stalowych siatek ustawionych niesymetrycznie względem siebie następuje wyraźny wzrost tłumienia.

Słowa kluczowe

EN

electromagnetic wave propagation; finite difference time domain method; wireless communication; reinforced concrete

PL

propagacja fal elektromagnetycznych; metoda różnic skończonych (FDTD); komunikacja bezprzewodowa; beton zbrojony

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 2
• Strony: 104--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choroszucho A.

• Faculty of Electrical Engineering, Technical University of Białystok,

Bibliografia

• [1] Taflove A., Hagness S. C.: Computational Electrodynamics: the Finite-Difference Time-Domain Method. Boston, Artech House, 2005.
• [2] Richalot E., Bonilla M., Wong M., Fouad-Hanna V., Baudrand H., Wiart J.: Electromagnetic propagation into reinforced-concrete walls. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, 48, No 3, pp. 357-366, 2000.
• [3] Cuinas I., Sanchez M. G.: Permittivity and conductivity measurements of building materials at 5.8GHz and 41.5GHz. Wireless Personal Communications, 20, pp. 93-100, 2002.
• [4] Antonini G., Orlandi A., D’elia S.: Shielding effects of reinforced concrete structures to electromagnetic fields due to GSM and UMTS systems. IEEE Trans. on Magnetic, 39, No 3, pp. 1582-1585, 2003.
• [5] Lovell M. C., Avery A. J., Vernon M. E.: Physical Properties of Materials. Van Nostrand Reinhold, New York, Chap. 8, pp. 153-185, 1976.
• [6] Holloway, Ch.L. , Perini, P. L., DeLyser, R. R. and Allen, K. C.: Analysis of composite walls and their effects on short-path propagation modeling. IEEE Trans. on Vehicular Technology, 46, No 3, pp. 730-738, 1997.
• [7] Weiping Q., Shenggao D., Yerong Z.: FDTD calculation of the effects of reinforced concrete wall on short path propagation of UWB pulse. IEEE Microwave Conference Proc., APMC 2005. Asia-Pacific Conference Proc., 2005.
• [8] Harris L., Hikage T., Nojima T.: Estimation of Electric Field Distribution in Wireless Office LANs using the FDTD Method. Proc. of the EuCAP 2007, the Second European Conference on Antennas and Propagation, 2007.
• [9] Tamir T., Zhang S.: Modal transmission-line theory of multilayered grating structures. J. of Lightwave Technnology, Vol. 14, pp. 914-927, 1996.
• [10] 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, Vol. 42, Issue 4, pp. 486-496, 2000.
• [11] Qin Wei-ping: Time-Domain Analysis of Effects of Reinforced Concrete wall on short path propagation of electromagnetic Pulses, Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications, Vol. 25, No 6, 2005.
• [12] Mur G.: Absorbing boundary conditions for the finite-difference approximation of the time-domain electromagnetic field equations. IEEE Trans. on Biomed. Eng., Vol. BME-34, No 2, pp. 148-157, 1987.
• [13] Yee K. S.: Numerical solution of initial boundary value problems Maxwell’s equations in isotropic media. IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. AP-14, No 3, pp. 302–307, 1966.