基于时域有限差分法分析墙体对电磁波传输的影响

论文摘要

未来的无线通信可实现用户可以在任何地点、任何时间与任何人进行通信。目前许多高层建筑的突起,影响着无线网络的覆盖,导致信号盲区的存在。这种现象在室内出现尤为明显。很多建筑都采用混凝土墙或钢筋混凝土墙,而这些墙体结构对电磁波传输的影响比较复杂,增加了无线网络对楼宇或室内覆盖的难度。目前墙体的实际结构对电磁波传输的影响研究甚少,前人的研究几乎集中在特定墙体结构下频率对电磁波传输的影响,并且墙体结构参数与现实应用的墙体不太符合,因此研究墙体结构对电磁波传输影响的问题具有一定的现实意义。本文主要从墙体的结构着手研究其对900MHz的无线网络覆盖的影响。先将混凝土墙和钢筋混凝土墙两种墙体细分成一个个微小立方体,然后用时域有限差分法(FDTD)计算出各个立方体顶点每个时刻的电磁场量值,得出混凝土墙的厚度、钢筋混凝土墙的厚度、钢筋的直径和钢筋网格的边长等墙体结构参数与电磁波传输系数的具体关系,给出实验仿真的结果并详细讨论结构变化对电磁波的传输产生怎样的影响。本文最后还将研究成果拓展到1.8GHz和2.4GHz频率上,并给出部分结果。本文的计算结果对无线网络优化以及无线网络建设前期规划等提供一定理论依据,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 墙体对电磁波传输影响的研究现状
• 1.2.2 电磁场数值分析方法现状
• 1.2.3 FDTD的发展及应用现状
• 1.3 课题的意义及论文内容
• 第二章 电磁波的传播理论及其应用
• 2.1 电磁波的传播理论
• 2.1.1 时变电磁场与麦克斯韦方程
• 2.1.2 时变电磁场的边界条件
• 2.1.3 波动方程
• 2.2 无线通信环境特点
• 2.2.1 无线环境的划分
• 2.2.2 混凝土墙
• 2.2.3 钢筋混凝土墙
• 2.3 无线通信的传播方式
• 2.4 无线电的传播损耗
• 2.5 无线网络覆盖与优化
• 2.5.1 楼宇、室内网络覆盖
• 2.5.2 网络优化
• 2.6 本章小结
• 第三章 时域有限差法在墙体中的应用分析
• 3.1 Maxwell旋度方程及其FDTD形式
• 3.1.1 Maxwell旋度方程与Yee元胞
• 3.1.2 直角坐标中的FDTD：三维情形
• 3.1.3 直角坐标中的FDTD：一维情形
• 3.1.4 介质界面电磁参数的选取
• 3.1.5 周期结构FDTD——Floquet定理
• 3.2 FDTD在分析墙体对电磁波传播影响中的具体应用
• 3.2.1 激励源与传输系数
• 3.2.2 迭代公式中参数的选取
• 3.2.3 边界条件的设置
• 3.2.4 其它问题的考虑
• 3.3 本章小结
• 第四章 研究结果及讨论
• 4.1 接收波形
• 4.1.1 单混凝土墙
• 4.1.2 钢筋混凝土墙
• 4.2 单混凝土墙的计算结果及讨论
• 4.3 钢筋混凝土墙的计算结果及讨论
• 4.4 其他频率激励源下的研究结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1：在读期间研究成果
• 附录2：个人简介