三维矢量有限元法分析钢筋混凝土墙体的电磁屏蔽

论文摘要

电磁屏蔽是现代无线通信研究领域一个重要方面,其作用在于确保信息安全和防止电磁污染。电磁屏蔽在军事、商业、工业控制领域都有广泛的应用。目前大量现代建筑都采用混凝土或钢筋混凝土结构,混凝土墙体的电磁屏蔽特性非常有必要研究。短距离无线通信（如:IrDA、802.11、BlueTooth、ZigBee、UWB、RFID等）都需要研究钢筋混凝土墙对电磁波传播的影响。本文在已有的混凝土电磁屏蔽的研究成果的基础上,采用三维矢量有限元-完全匹配层（FEM-PML）混合方法分析900MHz和1800MHz电磁波在钢筋混凝土墙体的传播,及钢筋混凝土墙体对电磁波的屏蔽作用。首先用Floquet理论简化了对双周期结构混凝土墙体的计算,将无限大墙体简化为对单元的研究,并采用完全匹配层来解决边界条件问题;最后由FEM-PML算法分析混凝土墙体参数（钢筋直径、钢筋有无焊点、网格大小、墙体厚度、墙体表面结构、钢筋网格层数、混凝土材料特性等）对电磁波传播的影响,给出了电磁波在素混凝土墙体、单层、双层、表面结构变化的混凝土墙体的传播方向的电场场值变化图,精确分析电磁波在墙体中的传播和散射特性及混凝土墙体对电磁波的屏蔽效果,结论对研究室内短距离无线通信和研究混凝土建筑的电磁屏蔽有帮助。文章也对三维矢量有限元算法软件EMAP4程序进行了前处理和结果可视化改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 物理量名称
• 符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 应用领域
• 1.2.1 军事领域
• 1.2.2 民用领域
• 1.2.3 商用领域
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 可研究的内容
• 1.3.2 已做的研究
• 1.4 论文内容安排
• 第2章 钢筋混凝土屏蔽原理
• 2.1 钢筋混凝土屏蔽原理
• 2.2 屏蔽效果
• 2.2.1 屏蔽系数
• 2.2.2 透射系数
• 2.2.3 屏蔽效能
• 2.3 电磁源
• 第3章 研究理论及研究方法
• 3.1 研究理论
• 3.1.1 麦克斯韦方程组
• 3.1.2 波数矢量
• 3.1.3 Floquet 理论
• 3.1.4 霍姆赫茨（Helmholtz）方程及边界条件
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 Floquet’s 谐波分解法
• 3.2.2 三维矢量有限元法
• 3.2.3 完全匹配层
• 第4章 研究成果
• 4.1 仿真分析算法
• 4.2 EMAP4 算法仿真分析
• 4.2.1 素混凝土墙分析
• 4.2.2 钢筋网格分析
• 4.2.3 单层钢筋混凝土墙分析
• 4.2.4 双层钢筋混凝土墙分析
• 4.2.5 结点墙体
• 4.2.6 表面结构改变墙体
• 4.3 算法程序及应用程序改进
• 4.3.1 OpenGL 技术
• 4.3.2 EMAP4 程序不足及改进
• 第5章 结论
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 论文展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：在读期间研究成果
• 本人简历