Wpływ rozmiaru siatki różnicowej stosowanej przy analizie rozkładu pola elektromagnetycznego na poprawność wyników uzyskanych metodą numeryczną FDTD

• Autorzy: Choroszucho A. , Butryło B.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.04.43

Warianty tytułu

EN

Influence of the size of the differential mesh used in the analysis of the electromagnetic field distribution on the correctness of the results obtained by the numerical method FDTD

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem publikacji jest szczegółowa analiza zależności pomiędzy przyjętym rozmiarem komórki Yee stosowanym w metodach różnicowych (np. FDTD, FDFD) a wiarygodną wartością rozwiązania uzyskanego metodą numeryczną. Ważnym kryterium wskazanych metod jest stworzenie dyskretnego modelu siatkowego badanego modelu, złożonego z komórek elementarnych i obliczenie rozkładów pola przy założeniu liniowej aproksymacji zmian. Na przykładzie obszaru zawierającego ścianę wykonaną z nieidealnego dielektryka (beton zwykły) porównano wartości natężenia pola elektrycznego wyznaczone metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD) z wynikami otrzymanymi przy użyciu zależności analitycznych. W analizie uwzględniono także wpływ grubości ściany oraz zmienność parametrów elektrycznych opisujących beton (tj. konduktywność oraz przenikalność elektryczna). Analiza dotyczyła jednej z powszechnie stosowanych częstotliwości w lokalnych sieciach bezprzewodowych WiFi (f = 2,4 GHz). Otrzymane wyniki analizy pozwalają na obserwację wielkości błędu przy jednoczesnym zwiększaniu siatki różnicowej. Dodatkowo przedstawiono wartości natężenia pola elektrycznego dla rozpatrywanych konstrukcji zawierających ścianę wykonaną z betonu przy zmiennych wartościach elektrycznych.

EN

The aim of this publication is a detailed analysis of the relationship between the adopted size Yee cell used in the differential methods (eg. FDTD, FDFD) and reliable value of solutions obtained by numerical method. An important criterion chosen method is to create a discrete mesh model of the analysed model composed of individual cells and calculation of the field distribution, assuming a linear approximation of changes. As example, the area comprising a wall made of non-ideal dielectric (concrete) compared to the intensity of the electric field as determined by the finitedifference time-domain method (FDTD) with results obtained using according to analytical method. Also was analyzed the impact of the wall thickness and the variability of electrical parameters describing concrete (conductivity and electrical permittivity). The presented analysis was connected with one of standard frequencies generated by a wireless communication system (f = 2.4 GHz). The obtained results of the analysis allow for observation error rate while increasing the mesh differential.

Słowa kluczowe

PL

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

EN

finite difference time domain method; electromagnetic waves propagation; finite difference frequency domain method; wireless communication; building material

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 4
• Strony: 197--201
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choroszucho A.

• Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii, ul. Wiejska 45D, 15-351 Białystok

autor

Butryło B.

• Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii, ul. Wiejska 45D, 15-351 Białystok

Bibliografia

• [1] Taflove A., Hagness S.C., Computational electrodynamics, The Finite–Difference Time–Domain Method. Boston, Artech House, (2005)
• [2] Choroszucho A., Butryło B., Numeryczna analiza wpływu parametrów elektrycznych ścian wykonanych z betonu na wartości natężenia pola elektrycznego, Przegląd Elektrotechniczny, 89, nr 12, 161-164, (2013)
• [3] Luebers R.J., Kunz K.S., The finite difference time domain method for electromagnetics. CRS Press Inc., Boca Raton, (1993)
• [4] Landron O., Feuerstein M.J., Rappaport T.S., A comparison of theoretical and empirical reflection coefficients for typical exterior wall surfaces in a mobile radio environment, IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 44, pp. 341-351, (1996)
• [5] Piątek Z., Jabłoński P., Podstawy teorii pola elektromagnetycznego, WNT, Warszawa, (2010)
• [6] 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, vol. 170, no. 2, 830-848 (19), (2001)
• [7] Oskooi A.F., Roundyb D., Ibanescua M., Bermelc P., Joannopoulosa J.D., Johnson S.G., MEEP: A flexible freesoftware package for electromagnetic simulations by the FDTD method, Computer Physics Communications, 181, 687-702, (2010)
• [8] Elsherbeni A.Z., Demir V., The Finite-Difference Time-Domain Method for Electromagnetics with MATLAB Simulations. SciTech Publishing, Inc, USA, (2009)
• [9] Sadiku M.N.O., Numerical techniques in electromagnetics. CRS Press LLC. 2nd edition, (2001)
• [10] Berenger J.P., A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves, Journal of Computational Physics, vol. 114, 185-200, (1994)
• [11] Rumpf R.C., Design and optimization of nano-optical elements by coupling fabrication to optical behavior. University of Central Florida Orlando, Florida, Spring Term, (2006)
• [12] Orfanidis S.J., Electromagnetic waves and antennas, Rutgers University, www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa, (2010)

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.